一种四维动态地应力模拟方法与流程

本发明涉及油气资源开发领域，特别是一种四维动态地应力模拟方法。

背景技术：

在油气资源开发过程中，地应力模型以三维静态模型为主，着眼于描述当前的地应力分布状态。然而，对于油气开发过程中的压实和沉降、盐岩地层压力分布、盐丘或断层附近的孔隙压力衰竭或应力反转以及各向异性特征明显的储层等，常规的三维静态地应力模型无法根据过往的生产或注入动态情况准确描述当前的地应力状态或预测未来一定时间内地应力的变化情况。因此，根据生产或注入动态情况建立高精度的四维动态地应力模型能够更为准确描述及预测地应力状态及变化情况，并用于解决油气开发过程中的各项钻完井问题。

技术实现要素：

本发明能够模拟分析及预测油气资源在不同生产或注入时期内不同位置处地应力及储层和岩石力学参数的变化情况，提供一种四维动态地应力模拟方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种四维动态地应力模拟方法，它包括以下步骤：

s1、建立三维地质模型，该三维地质模型中至少应包含三维离散的地层厚度、储层物性参数及岩石力学参数；

s2、根据三维地质模型建立三维油藏模型，并利用生产或注入动态参数预测不同时期的三维孔隙压力场和温度场，同时建立非储层段模型并计算其属性参数；

s3、根据三维地质模型，建立带有储层物性及岩石力学属性的三维地应力模型；

s4、利用应力平衡法及单井地应力计算结果横向插值校正，形成初始三维地应力场；

s5、以油藏数值模拟结果导出的三维孔隙压力场和温度场作为不同计算时间步的边界条件，以应力初始化后的三维地应力模型为初始模型，建立四维动态地应力模型；

s6、对四维动态地应力模型进行渗流-应力耦合迭代计算，得到动态地应力及孔弹性参数计算结果，分析地应力、地层位移、体积应变率、孔隙比、渗透率以及孔隙压力动态孔弹性参数的变化情况，以用于指导钻完井工程实践。

本发明具有以下优点：（1）本发明通过考虑生产或注入动态产生，建立了渗流-应力耦合的四维动态地应力模型，克服了三维静态地应力模型无法准确反应油气开发过程中地应力及储层参数变化的问题。（2）本发明能够准确描述油气储层孔弹性参数的非均质性和各向异性，更大程度上地反映储层的真实状态。（3）本发明能够广泛适用于各个类型的油藏，为我国油气资源开发甚至是其它相关地质资源的安全高效开发提供技术支持。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为三维地质模型的实例图；

图3为三维孔隙压力场在三维油藏模型中的实例图；

图4为井眼轨迹附近网格加密实例图；

图5为初始应力场最小有效应力实例图；

图6为耦合迭代计算结果储层段最小有效应力实例图；

图7为本发明计算结果中最小水平主应力随孔隙压力变化情况；

图8为本发明计算结果中储层垂向沉降随孔隙压力变化情况；

图9为本发明计算结果中体积应变率随孔隙压力变化情况；

图10为本发明计算结果中孔隙比随孔隙压力变化情况；

图11为本发明计算结果中孔隙比随最小水平主应力变化情况；

图12为本发明计算结果中体积应变率随最小水平主应力变化情况。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：

一种四维动态地应力模拟方法，它包括以下步骤：

s1、建立三维地质模型，该三维地质模型中至少应包含三维离散的地层厚度、储层物性参数（孔隙度、渗透率、饱和度、沉积相）及岩石力学参数（杨氏模量、泊松比）。

具体建立三维地质模型的步骤为：先根据地震资料建立三维地质模型几何形状，并根据其解释结果中的地震层位、断层、地震相、岩石类型、岩石属性等完善三维地质模型，然后结合测井资料、岩心资料等单井或单点资料分析储层物性参数和岩石力学参数并在横向上进行插值，最后生成包含岩石物性及岩石力学属性参数的三维地质模型，三维地质模型如图2所示。

s2、根据三维地质模型建立三维油藏模型，并利用生产或注入动态参数预测不同时期的三维孔隙压力场和温度场，同时建立非储层段模型并计算其属性参数，其具体包括以下三个步骤：

s2（i）将带有储层物性及岩石力学参数的三维地质模型导入到油藏模拟器中，建立有限差分网格的三维油藏模型；

s2（ii）如图3所示，结合不同位置处单井在一定时间的生产/注入数据在三维油藏模型中进行渗流分析并预测不同时间的三维孔隙压力场和温度场；

s2（iii）根据地震资料、钻井及录井资料对非储层段地层进行地层岩石物性及岩石力学参数插值计算。

s3、根据三维地质模型，建立带有储层物性及岩石力学属性的三维地应力模型。其具体建立过程为：将步骤s2中建立的三维油藏网格模型转换为三维地应力模型，并将油藏模型网格中的地层物性及岩石力学参数赋值到三维地应力模型对应网格中，如图4所示，以此建立带有储层物性及岩石力学属性的三维地应力模型。

s4、利用应力平衡法及单井地应力计算结果横向插值校正，形成初始三维地应力场，其具体包括以下两个步骤：

s4（i）在三维地应力模型中进行应力平衡计算，并将计算结果进行导入，其具体方法为：对模型施加重力载荷、孔隙压力等，根据地应力平衡得到有效垂向地应力，再选取适用的地应力模型，计算形成初始三维地应力场；

s4（ii）利用初始应力提取法进行初始三维地应力场校正：根据测井资料、地应力测试结果等资料分析多口井的单井地应力纵向剖面，然后通过在横向上进行插值对初始三维地应力场进行校正，校正结果如图5所示。

s5、以油藏数值模拟结果导出的三维孔隙压力场和温度场作为不同计算时间步的边界条件，以应力初始化后的三维地应力模型为初始模型，建立四维动态地应力模型。其具体建立过程为：在不同时间步下对三维地应力模型施加载荷，载荷包括重力、静水压力、孔隙压力、温度等，并将步骤s2中预测得到的不同时间三维孔隙压力场和温度场作为外载荷，分别作为每一计算时间步的初始条件和边界条件，并以应力初始化后的三维地应力模型为初始模型，建立四维动态地应力模型。

s6、对四维动态地应力模型进行渗流-应力耦合迭代计算，得到动态地应力及孔弹性参数计算结果，计算结果如图6所示，通过计算结果分别分析地应力、地层位移、体积应变率、孔隙比、渗透率以及孔隙压力动态孔弹性参数的变化情况，这些变化情况以用于指导钻完井工程实践。

如图7~12所示，分别为对比分析不同储层岩石力学参数下地应力、地层位移、体积应变率、孔隙比、渗透率以及孔隙压力动态孔弹性参数的变化情况用于证明岩石力学特征描述在动态地应力分析中的重要性；如图7所示，地应力随孔隙压力变化情况为井筒稳定性和水力压裂提供基础参数；如图8所示，储层垂向位移随孔隙压力的变化情况用于分析地层沉降和断层滑移；如图9所示，体积应变率随孔隙压力的变化情况用于分析地层沉降和断层滑移；如图10所示，孔隙比随孔隙压力的变化情况用于分析储层压实；如图11孔隙比与地应力的关系用于分析储层应力敏感性；如图12所示，应变率与地应力的关系用于分析储层应力敏感性。

因此该模拟方法能够模拟分析及预测油气资源在不同生产或注入时期内不同位置处地应力及储层和岩石力学参数的变化情况，能够准确描述油气储层孔弹性参数的非均质性和各向异性，更大程度上地反映储层的真实状态，进一步的克服了三维静态地应力模型无法准确反应油气开发过程中地应力及储层参数变化的问题。

以上所述仅是本发明的模型建立实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。