本发明专利技术公开了一种基于地质实验钻井三约束的断裂构造水平地应力计算方法，结合复杂断块发育分布特征，分析水平地应力的形成机制与影响因素，建立了计算断层对地应力大小的影响因子，重点构建水平地应力的计算模型。本发明专利技术利用岩石力学及地应力实验数据、地震勘探数据和测井数据，充分考虑构造特征，引入了断层对地应力的影响因子，实现剧烈变形的断裂地区的水平地应力的计算，处理结果可应用于石油地质勘探工程技术领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于石油地质勘探数据解释，具体涉及一种基于地质实验钻井三约束的断裂构造水平地应力计算方法。
技术介绍
1、地应力的大小和方向对油气开发工程有着重要意义，其中水平地应力的精准计算是关键。地应力计算的研究起源于上世纪70年代，斯伦贝谢利用测井资料计算量地应力，并将其应用到石油勘探开发中的井壁稳定、压裂及生产等方面。随着测井技术的发展，地应力的测井计算也得到了大力的发展。通过分析井壁地层受力状态，得到了井壁崩落方位指示最小水平地应力方位、井壁压裂缝所在方位指示最大水平地应力方位；利用双井径曲线、测井成像图求得井壁崩落现象和诱导压裂缝现象，能够准确计算最大、最小水平地应力。目前广泛应用的水平地应力计算模型有anderson模型、newberry模型和黄荣樽等人提出的“六五”“七五”模型等。对比发现，常用的地应力计算模型均以上覆岩层压力、地层孔隙压力、岩石泊松比为主要构成，差异在于是否考虑了构造应力的影响与贡献。
2、近年来，在断块发育的区域勘探连续有重大发现，由于地层历经多期构造运动，断裂构造复杂，钻井开发存在一定的困难，由于地应力测量数据点少，缺乏实验刻度标定和地质物理条件约束，地应力计算精度差，实际勘探开发中地应力结果很难应用起来。究其原因，主要是因为复杂断块地区异常水平地应力计算模型的选择和关键参数的引入具有很大的不确定性，未充分考虑目前所用计算模型在不同层位、不同断裂发育地质条件下的适用性。因此，断裂构造对地应力的影响是计算水平地应力无法忽略的因素。
技术实现思路
1、本专利技术是为了解决现有技术中存在的在断裂构造发育的区域，地应力状态复杂多变，常用的水平地应力计算模型适应性较差的问题而提出的，其目的是提供一种基于地质实验钻井三约束的断裂构造水平地应力计算方法。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、一种基于地质实验钻井三约束的断裂构造水平地应力计算方法，包括以下步骤：
4、(ⅰ)分析断裂构造对地应力的影响，建立断层影响因子计算模型；
5、(ⅰ)分析断裂构造对地应力影响
6、影响包括：
7、(1)断层规模
8、断层规模的不同对应力场的影响范围产生最直接的影响，文献调研发现，随着断层宽度的增加，最大水平地应力方向的偏转呈现规律性变化，宽度越大，偏转的角度越大，影响范围也越大；另外，断层的影响范围与断层规模有关，断层规模越大，影响范围越大；
9、(2)井到断层距离jj
10、根据文献调研和单井地应力测量结果的统计以及数值模拟得出：靠近断层区域，应力值明显减小，应力方向与断层平行趋势，远离断层区域的应力状态与区域应力状态保持一致，断层处的应力值明显降低；
11、(3)断层走向(断层走向与区域最大水平地应力方向的夹角fb)
12、断层走向主要影响地应力的方向，当主应力在经过断层时，断层内部与断层周边呈现类似的变化趋势，当区域主应力方向与断层走向呈30°～60°时，地应力的偏转最为显著，偏转角度为15°～20°，而当区域主应力方向与断层走向近于垂直或者平行时，应力方向基本不发生偏转；
13、(4)断层倾角(断层面倾角fa)
14、断层倾角主要影响地应力的波动范围，倾角越大，断层面近乎直立，断层对应力大小的影响范围较小，约为断层宽度的2倍，而倾角大的断层造成的应力异常低值的范围大；
15、断层倾角主要影响应力场异常低值区的范围，高角度断层影响范围小，低角度断层影响范围大，影响范围约为地层厚度与断层倾角余弦值的乘积。
16、(ⅱ)基于以上断裂构造对地应力影响分析，建立断层影响因子计算模型
17、所述断层影响因子计算模型为：
18、
19、式中：k为断层影响因子，无因次；jj为井到断层距离，单位为m；s为主控断层类型，无因次，组合断层取值为1，正断层取值为2，走滑断层取值为3，逆断层或反转断层取值为4；fa为断层面倾角，单位为°；dj为断层断距，单位为m；fb为断层走向与区域最大水平地应力方向的夹角，单位为°；
20、(ⅱ)根据地震解释资料获取断层产状参数，将断层产状参数代入断层影响因子计算模型，计算出的断层影响因子kh为断层对最大水平地应力的影响因子；
21、所述断层产状参数包括井到断层距离、断层断距、断层走向与区域最大水平地应力方向夹角和断层倾角；
22、(ⅲ)利用已知的岩石力学实验数据及地应力实测数据反算断层影响因子kh和kh，并确定kh和kh的数学关系；
23、具体操作为：将研究区域内已探测的单井的岩石力学实验数据及地应力实测数据代入建立的水平地应力计算模型，反算断层影响因子kh和kh，进而获得kh/kh的值，同一个研究区域内断层对最大、最小水平地应力的影响因子之间的相互关系相同。
24、(ⅳ)计算断层对最小水平地应力的影响因子
25、对于未进行实验研究和测试的未知单井，通过步骤(ⅲ)已知单井获得的本区域的断层影响因子相互关系以及步骤(ⅱ)获得的该未知单井的断层对最大水平地应力的影响因子计算得到该未知单井的断层对最小水平地应力的影响因子；
26、(ⅴ)计算得出水平地应力
27、将步骤(ⅱ)获得的kh以及步骤(ⅳ)获得的kh代入水平地应力计算模型，计算最大、最小水平地应力。
28、在上述技术方案中，已知单井为已进行实验研究和探测的单井，具备完善的实验数据和地应力实测数据；未知单井指未进行实验研究和探测的单井，本专利技术方法用于计算此类未知单井的最大、最小水平地应力；需要注意的是，一个研究区域内，每个单井的断层影响因子相互关系相同，因此可将已知单井得出的断层影响因子相互关系用于未知单井。
29、在上述技术方案中，所述水平地应力计算模型为：
30、
31、式中：μ为泊松比，无因次；σv为垂向应力，单位为mpa；pp为孔隙压力，单位为mpa；α为biot系数，无因次；kh和kh分别为断层对最大、最小水平地应力的影响因子，无因次；e为杨氏模量，单位为mpa；εh和εh别为岩石力学实验测得的最大和最小应变值，小数。
32、在上述技术方案中，所述泊松比μ的计算公式为：
33、
34、式中：δts和δtc均由测井获取，其中δts为横波时差测井值，单位为μs/m；δtc为纵波时差测井值，单位为μs/m。
35、在上述技术方案中，所述垂向应力σv的计算公式为：
36、
37、式中：ρb为岩石密度测井值，单位为kg/m3；h为深度采样间隔，单位为m；h为埋藏深度，单位为m；g为重力加速度，单位为m/s2。
38、在上述技术方案中，所述biot系数α的计算公式为：
39、
40、式中：为地层孔隙度，小数。
41、在上述技术方案中，所述的的计算公式为：...
【技术保护点】
1.一种基于地质实验钻井三约束的断裂构造水平地应力计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于地质实验钻井三约束的断裂构造水平地应力计算方法，其特征在于：所述步骤(Ⅰ)断层对水平地应力影响因子的计算模型为：
3.根据权利要求1所述的基于地质实验钻井三约束的断裂构造水平地应力计算方法，其特征在于：所述断层产状参数包括井到断层距离、断层断距、断层走向与区域最大水平地应力方向夹角和断层倾角。
4.根据权利要求1所述的基于地质实验钻井三约束的断裂构造水平地应力计算方法，其特征在于：所述断层影响因子相互关系为断层对最大水平地应力的影响因子与断层对最小水平地应力的影响因子的比值。
5.根据权利要求1所述的基于地质实验钻井三约束的断裂构造水平地应力计算方法，其特征在于：所述水平地应力计算模型—BH模型为：
6.根据权利要求5所述的基于地质实验钻井三约束的断裂构造水平地应力计算方法，其特征在于：所述泊松比μ的计算公式为：
7.根据权利要求5所述的基于地质实验钻井三约束的断裂构造水平地应力计算方法，其特征在于：所述垂向应力σv的计算公式为：
8.根据权利要求5所述的基于地质实验钻井三约束的断裂构造水平地应力计算方法，其特征在于：所述Biot系数α的计算公式为：
9.根据权利要求5所述的基于地质实验钻井三约束的断裂构造水平地应力计算方法，其特征在于：所述的的计算公式为：
10.根据权利要求5所述的基于地质实验钻井三约束的断裂构造水平地应力计算方法，其特征在于：所述杨氏模量E的计算公式为：
...
【技术特征摘要】
1.一种基于地质实验钻井三约束的断裂构造水平地应力计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于地质实验钻井三约束的断裂构造水平地应力计算方法，其特征在于：所述步骤(ⅰ)断层对水平地应力影响因子的计算模型为：
3.根据权利要求1所述的基于地质实验钻井三约束的断裂构造水平地应力计算方法，其特征在于：所述断层产状参数包括井到断层距离、断层断距、断层走向与区域最大水平地应力方向夹角和断层倾角。
4.根据权利要求1所述的基于地质实验钻井三约束的断裂构造水平地应力计算方法，其特征在于：所述断层影响因子相互关系为断层对最大水平地应力的影响因子与断层对最小水平地应力的影响因子的比值。
5.根据权利要求1所述的基于地质实验钻井三约束的断裂构造水平地应...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨海风，明君，王淼，崔云江，王德英，李瑞娟，史盼盼，宿雯，肖述光，刘晓健，
申请(专利权)人：中海石油中国有限公司，
类型：发明
国别省市：
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