【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于ccus(二氧化碳捕集、利用和埋存)、ccs(二氧化碳捕集和埋存)及储气库，具体属于一种二氧化碳驱油断层稳定性评价方法及系统。
技术介绍
1、ccus(carbon capture，utilization and storage)碳捕获、利用与封存是应对全球气候变化的关键技术之一，受到世界各国的高度重视，纷纷加大研发力度；断层稳定性评价是ccus、ccs及储气库建设非常重要的技术手段，断层稳定性是指先存断层在应力场条件下发生再活动的风险程度，油田范围内断层再活动主要源于断层带内流体压力的增加。
2、co2驱油技术可以提高低渗透油藏采收率和实现co2地质封存，为了保证注入的co2能够长期安全埋存于地下，需要对油气藏断层稳定性进行分析研究，确保在注入co2驱油生产过程中断层不被激活；断层稳定性是co2驱施工作业中的重要研究部分，直接影响co2驱油效率，油气藏完整性以及作业者的生命财产安全。实际co2驱油施工过程中随着注入气体量的不断增加将导致在油气藏断层附近产生由地层压力增加导致的“应力扰动”，若co2注入气体量超过了该地层能承受的“安全注入规模”，则会使得断层经历“稳定—临界激活—已激活”三种应力状态；如果该断层被重新激活，轻则导致注入的co2顺着被激活的断层面逸散到上部非目的层或者地表，造成驱油效率的降低，影响油气藏最终采收率；重则将导致大量油气泄漏到地表或海洋，造成生态环境被破坏，甚至发生油气爆炸的安全事故，造成设备损坏以及人员伤亡。
3、通常采用的断层稳定性评价方法主要包含以下两类：p>
4、(一)静水条件下断层封闭能力强弱依赖于断层与储层的毛细管压力差的大小，泥质中的细粒物质可有效降低断层岩的孔隙度，起到增加断层带毛细管力的作用，故泥质含量越大的断层封闭能力越强。据此，多位学者依据露头数据和实验室研究，先后提出了预测断层带泥质含量的计算方法；断层的毛细管封闭压力即过断层压差都随被错断地层中泥质含量增加而增加，因此建立泥质含量与过断层压力差之间的关系，对断层封闭性进行评价。目前应用最为广泛的是sgr(shale gouge ratio)计算方法，该方法得出了sgr与断层稳定性的关系：
5、
6、式中：sgr为断层泥岩占比率，vsh为地层的泥质含量，δz为地层厚度，d为断距。
7、但该方法仅考虑断裂形态及断层两盘的岩性特征，没有对断层周围的应力特征进行分析；并且没有给出确定的断层激活应力条件，只能定性分析断层的力学稳定特征，导致该方法现场实用性较差。
8、(二)有的学者基于断层周围应力状态分析提出了断层滑动趋势分析，滑动趋势分析受正应力所控制，断层所受正应力取决于应力场和断层面的产状。裂缝发生膨胀和传输流体的能力与其孔径大小有着直接的关系，孔径大小是其所受有效正应力的函数。一个已知应力场中的任意平面所受正应力可以通过公式进行计算。将断层面所受正应力通过差应力进行正规化，即为最大主应力与断层所受正应力之差与差应力的比值，因此膨胀趋势值介于0-1之间，随着趋势值增加，断层发生张性再活动的风险升高，该参数能定性表征断层发生张性破裂的相对趋势。
9、
10、式中，td为滑动趋势(无量纲)；σ1与σ3为断层周围储层最大、最小有效主应力，σn为断层面的有效正应力。
11、该技术手段仅仅考虑了储层地应力初始特征，无法表征在co2注入驱油过程种储层地应力随时间的变化特征，只能基于假设条件(储层应力状态不发生变化)，计算结果过于理想化。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种二氧化碳驱油断层稳定性评价方法及系统，基于断层周围三维应力分布特征研究，结合断层失稳的临界应力条件，研究注入co2气体对储层地质力学的影响，模拟不同注入量co2条件下断层周围应力特征的变化规律，从而确立了断层面随动态地应力变化的三种力学状态(未被激活，临界激活以及已激活)，研究成果可以精确模拟co2注入地层后断层的临界激活应力状态；精准的断层稳定性评估技术可以为ccus、ccs以及储气库上限运行压力提供技术支撑，保障作业施工安全有效。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种二氧化碳驱油断层稳定性评价方法，具体步骤如下：
3、s1采用用于表征co2注入前断层周围应力状态的断层周围三维应力模型、用于表征co2注入量对储层应力特征影响的断层周围四维动态应力模型以及摩尔-库伦破裂准则建立断层稳定性动态分析评价模型；
4、s2将co2注入量输入断层稳定性动态分析评价模型得到断层视摩擦系数k1和断层摩擦系数k，当断层摩擦系数k＞断层视摩擦系数k1时，评估断层处于稳定状态。
5、进一步的，s1中，根据研究区域的地质数据，采用恒定应变系数法建立断层周围三维应力模型，用于表征注入co2之前断层周围应力状态以及地层规模。
6、进一步的，所述地质数据包括静态杨氏模量、静态泊松比、biot系数、构造应力系数以及原始地层压力。
7、进一步的，s1中，根据断层周围三维应力模型得到初始应力条件，初始应力条件结合不同的co2注入量导致地层压力的增量得到表征不同的co2注入量条件下断层周围应力特征随着时间的变化规律的断层周围四维动态应力模型。
8、进一步的，s1中，断层周围四维动态应力模型结合摩尔-库伦破裂准则得到断层稳定性动态分析评价模型，具体为：
9、
10、
11、a＝σ1+σ3-2pi (3)
12、
13、其中，k是断层摩擦系数，是内摩擦角，k1是断层视摩擦系数，a、b以及c均为力学参数，σ1与σ3是动态最小及最大水平应力，pi是地层压力，内摩擦角的tan值为内摩擦系数，表征摩尔圆的斜率。
14、进一步的，采用应力多边形法则计算动态最小及最大水平应力，具体如下：
15、
16、
17、其中，sv是上覆地层压力，e是静态杨氏模量，μ是静态泊松比，α为biot系数，εh和εh是构造应力系数。
18、进一步的，s2中，
19、当断层摩擦系数k＝断层视摩擦系数k1时，断层处于临界应力状态；
20、当断层摩擦系数k<断层视摩擦系数k1时，断层处于已激活状态。
21、本专利技术还提供一种二氧化碳驱油断层稳定性评价系统，包括
22、模型建立模块，用于采用用于表征co2注入前断层周围应力状态的断层周围三维应力模型、用于表征co2注入量对储层应力特征影响的断层周围四维动态应力模型以及摩尔-库伦破裂准则建立断层稳定性动态分析评价模型；
23、稳定性评价模块，用于将co2注入量输入断层稳定性动态分析评价模型得到断层视摩擦系数k1和断层摩擦系数k，当断层摩擦系数k＞断层视摩擦系数k1时，评估断层处于稳定状态。
24、进一步的，断层周围三维应力模型根据研究区域的地本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种二氧化碳驱油断层稳定性评价方法，其特征在于，具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳驱油断层稳定性评价方法，其特征在于，S1中，根据研究区域的地质数据，采用恒定应变系数法建立断层周围三维应力模型，用于表征注入CO2之前断层周围应力状态以及地层规模。
3.根据权利要求2所述的一种二氧化碳驱油断层稳定性评价方法，其特征在于，所述地质数据包括静态杨氏模量、静态泊松比、Biot系数、构造应力系数以及原始地层压力。
4.根据权利要求1所述的一种二氧化碳驱油断层稳定性评价方法，其特征在于，S1中，根据断层周围三维应力模型得到初始应力条件，初始应力条件结合不同的CO2注入量导致地层压力的增量得到表征不同的CO2注入量条件下断层周围应力特征随着时间的变化规律的断层周围四维动态应力模型。
5.根据权利要求1所述的一种二氧化碳驱油断层稳定性评价方法，其特征在于，S1中，断层周围四维动态应力模型结合摩尔-库伦破裂准则得到断层稳定性动态分析评价模型，具体为：
6.根据权利要求5所述的一种二氧化碳驱油断层稳定性评价方法，其特征
7.根据权利要求1所述的一种二氧化碳驱油断层稳定性评价方法，其特征在于，S2中，
8.一种二氧化碳驱油断层稳定性评价系统，其特征在于，包括
9.根据权利要求8所述的一种二氧化碳驱油断层稳定性评价系统，其特征在于，断层周围三维应力模型根据研究区域的地质数据，采用恒定应变系数法建立；断层周围四维动态应力模型根据断层周围三维应力模型得到初始应力条件和不同的CO2注入量带来的地层压力的增量建立得到。
10.根据权利要求8所述的一种二氧化碳驱油断层稳定性评价系统，其特征在于，稳定性评价模块中：
...【技术特征摘要】
1.一种二氧化碳驱油断层稳定性评价方法，其特征在于，具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳驱油断层稳定性评价方法，其特征在于，s1中，根据研究区域的地质数据，采用恒定应变系数法建立断层周围三维应力模型，用于表征注入co2之前断层周围应力状态以及地层规模。
3.根据权利要求2所述的一种二氧化碳驱油断层稳定性评价方法，其特征在于，所述地质数据包括静态杨氏模量、静态泊松比、biot系数、构造应力系数以及原始地层压力。
4.根据权利要求1所述的一种二氧化碳驱油断层稳定性评价方法，其特征在于，s1中，根据断层周围三维应力模型得到初始应力条件，初始应力条件结合不同的co2注入量导致地层压力的增量得到表征不同的co2注入量条件下断层周围应力特征随着时间的变化规律的断层周围四维动态应力模型。
5.根据权利要求1所述的一种二氧化碳驱油断层稳定性...
【专利技术属性】
技术研发人员：伍藏原，何新兴，周代余，邵光强，张国良，周炜，廉黎明，旷曦域，樊瑾，罗敏，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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