用于预测岩层的剪切失效的系统和方法技术方案

本文公开了用于确定岩层的剪切失效的系统和方法。该方法包括由处理器接收与岩层的物理性质相关的多个参数，将多个参数应用于预定失效判据以及根据失效判据判断岩层的剪切失效。在一些实施例中，失效判据是考虑了中间主应力以及法向应力与平均限制应力之间的差的修正的Hoek‑Brown失效判据。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于预测岩层的剪切失效的系统和方法
本专利技术的公开大致涉及地下地层。更具体地说，本专利技术的公开涉及用于预测岩层的剪切失效的方法和系统。
技术介绍
理解岩石失效在几乎所有与地下岩层相关的项目中都是必要的。例如，这样的项目包括隧道设计、采矿中的地下挖掘以及油气行业中的钻探。已经提出了许多不同的判据来预测岩层中的剪切失效，包括Mohr-Coulomb判据、Drucker-Prager判据、修正的Lade判据和Hoek-Brown判据。
技术实现思路
自然压裂地层中的井筒不稳定性问题已经被广泛记录在油气工业中。由于井筒不稳定性问题而浪费的钻井成本估计每年约为几十亿美元。其中一些问题理论上已经表明了由于自然压裂，使得井筒失效的可能性增大。因此，理解自然压裂岩石的失效行为是必要的。Mohr-Coulomb判据通常低估了岩石强度，因为该判据并没有考虑中间主应力对岩石强度增强的影响。Drucker-Prager判据通常高估岩石强度，而修正的Lade判据可能高估或低估岩石强度。Hoek-Brown判据已经广泛用于土木工程项目领域，例如隧道和地下挖掘的设计，并且还用于油气工业，例如研究井筒稳定性。然而，Hoek-Brown判据没有考虑中间主应力对岩石失效的影响。在一个实施例中，提供了修正的Hoek-Brown失效判据以预测自然压裂岩石的剪切失效。该新的判据考虑了自然压裂对岩石强度劣化的影响以及中间主应力对岩石强度增强的影响。当中间主应力等于最小主应力时，修正的Hoek-Brown失效判据简化为原Hoek-Brown失效判据。当在大于最小主应力的中间主应力下进行多轴测试时，修正的Hoek-Brown失效判据也成功地掌握了中间主应力的影响。在修正的Hoek-Brown失效判据和对各种类型岩石的多轴测试之间找到了极好的匹配。修正的Hoek-Brown失效判据可以有助于更好地理解岩石剪切失效，并且改进隧道和地下挖掘的设计。修正的Hoek-Brown失效判据被开发以预测具有裂缝或节理的岩石的剪切失效。修正的Hoek-Brown失效判据考虑了中间主应力对岩石剪切失效的影响。在修正的Hoek-Brown失效判据中引入两项，即，法向应力与平均限制应力之间的差以及权重项。为了计算平均限制应力，引入权重项以区分来自中间主应力和最小主应力的不同贡献。根据修正的Hoek-Brown失效判据，当法向应力之间的差达到临界值时，发生岩石的剪切失效，临界值取决于岩石的无限制抗压强度、岩石基质和压裂性质以及平均限制应力。因此，一个实施例是一种用于确定岩层的剪切失效的方法。该方法包括由处理器接收与岩层的物理性质相关的多个参数，将多个参数应用于预定的失效判据以及根据失效判据判断岩层的剪切失效。在一些实施例中，失效判据是考虑了中间主应力以及法向应力与平均限制应力之间的差的修正的Hoek-Brown失效判据。另一实施例是一种用于确定岩层的剪切失效的系统。该系统包括处理单元以及与处理单元通信的存储单元，存储单元包括程序指令，当由处理单元执行时，该程序指令执行以下操作：接收与岩层的物理性质相关的多个参数，将多个参数应用于预定的失效判据以及基于失效判据判断岩层的剪切失效。另一实施例是一种包括计算机程序的非暂时性计算机可读介质，计算机程序在由处理器执行时被配置成接收与岩层的物理性质相关的多个参数，将多个参数应用于预定的失效判据以及根据失效判据判断岩层的剪切失效。附图说明当参考以下内容对实施例的描述和附图考虑时，将进一步理解本专利技术的实施例的前述方面、特征和优点。在描述附图中所示的本专利技术公开的实施例时，为了清楚起见，将使用特定术语。然而，本专利技术并不旨在限于所使用的特定术语，并且应当理解的是，每个特定术语包括以类似方式操作以实现类似目的等同物。为了说明的简单和清楚，附图示出了一般的构造方式，并且可以省略已知的特征和技术的描述和细节，以避免不必要地模糊对所描述的实施例的讨论。另外，附图中的元件不一定按比例绘制。例如，图中的一些元件的尺寸可以相对于其他元件被放大，以帮助改善对各种实施例的理解。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。图1示出了根据一个或多个实施例的包括用于对地质环境进行建模的各种部件以及与地质环境相关的各种设备的示例性系统。图2图示了根据一个或多个实施例的沉积盆地的实例、方法的实例、地层的实例、钻孔的实例、惯例(convention)的实例和系统的实例。图3示出了根据一个或多个实施例的用于预测岩层的剪切失效的构造体制的实例。图4示出了根据一个或多个实施例的用于预测岩层剪切失效的地层和模型的实例。图5A至图5B示出了根据一个或多个实施例的用于预测岩层的剪切失效的修正的Hoek-Brown失效判据的应用。图6A至图6B示出了根据一个或多个实施例的用于预测岩层的剪切失效的修正的Hoek-Brown失效判据的应用。图7A至图7B示出了根据一个或多个实施例的用于预测岩层的剪切失效的修正的Hoek-Brown失效判据的应用。图8A至图8B示出了根据一个或多个实施例的用于预测岩层的剪切失效的修正的Hoek-Brown失效判据的应用。图9A至9B示出了根据一个或多个实施例的用于预测岩层的剪切失效的修正的Hoek-Brown失效判据的应用。图10A至10B示出了根据一个或多个实施例的用于预测岩层的剪切失效的修正的Hoek-Brown失效判据的应用。图11示出了根据一个或多个实施例的用于预测岩层的剪切失效的系统和网络系统的示例性部件。具体实施方式现在将参考示出了实施例的附图来更全面地描述本专利技术公开的方法和系统。本专利技术公开的方法和系统可以是许多不同的形式，并且不应被解释为限于这里所述的示例性实施例；与之相反，提供这些实施例是为了使本专利技术的公开透彻和完整，并且将本专利技术的范围完全传达给本领域的技术人员。图1示出了包括若干个管理部件110的系统100的实例，管理部件110用于管理地质环境150(例如，包括沉积盆地、储层151和一个或多个裂缝153的环境)的各个方面。例如，管理部件110可以允许对地质环境150的感测、钻井、注入和提取进行直接或间接管理。反过来，关于地质环境150的进一步信息可以用作反馈160(例如，可选地作为进入一个或多个管理部件110的输入)。在图1的实例中，管理部件110包括地震数据部件112、附加信息部件114(例如，钻井/测井数据)、处理部件116、模拟部件120、属性部件130、分析/可视化部件142和工作流部件144。在操作中，可以将部件112和114提供的地震数据和其它信息输入到模拟部件120。在实施例中，模拟部件120可以依赖于实体122。实体122可以包括地球实体或地质对象，例如井、地表和储层。在系统100中，实体122可以包括为了模拟目的而重建的实际物理实体的虚拟表示。实体122可以包括基于经由感测或观察获取的数据(例如，地震数据112和其他信息114)的实体。实体可以由一个或多个属性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定岩层的剪切失效的方法，所述方法包括：/n接收与所述岩层的物理性质相关的多个参数；/n将所述多个参数应用于预定的失效判据；以及/n根据所述失效判据判断所述岩层的剪切失效。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180530 US 62/677,764;20190509 US 16/407,8321.一种用于确定岩层的剪切失效的方法，所述方法包括：
接收与所述岩层的物理性质相关的多个参数；
将所述多个参数应用于预定的失效判据；以及
根据所述失效判据判断所述岩层的剪切失效。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述失效判据是修正的Hoek-Brown失效判据。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述失效判据包括中间主应力。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述失效判据包括法向应力与平均限制应力之间的差。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，所述失效判据包括：



其中，σ1是失效时的最大主应力；s和a取决于压裂几何形状和表面条件；mb取决于压裂和完整岩石基质性质；ω(0≤ω≤1)是权重项，量化了中间主应力σ2和最小主应力σ3对岩层的剪切失效的不同程度的影响；σci是无限制抗压强度；并且等式右侧的项ωσ2+(1-ω)σ3是多轴测试期间的平均限制应力。


6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中，所述失效判据被配置为当所述法向应力的差的项达到预定值时判定发生所述岩层的剪切失效，所述预定值取决于无限制抗压强度(σci)、岩石基质和压裂性质(mb,s,a)以及平均限制应力ωσ2+(1-ω)σ3。


7.一种用于确定岩层的剪切失效的系统，所述系统包括：
处理单元；以及
存储单元，其与所述处理单元通信，所述存储单元包括程序指令，所述程序指令在由所述处理单元执行时进行以下操作：
接收与所述岩层的物理性质相关的多个参数；
将所述多个参数应用于预定的失效判据；以及
根据所述失效判据判断所述岩层的剪切失效。


8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述失效判据是修正的Hoek-Brown失效判据。


9.根据权利要求7至8中任一项所述的系统，其中，所述失效判据包括中间主应力。


10.根据权利要求7至9中任一项所述的系统，其中，所述失效...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘超，优南·阿布斯莱曼，刘会海，Y·韩，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯;SA