利用地应力场模拟确定压裂诱发油气套管变形位置的方法与流程

技术特征：
1.一种利用地应力场模拟确定压裂诱发油气套管变形位置的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：按照“井-震结合”的技术方法，在地震波数据的基础上，结合单井层位信息，建立目标区块的三维地质模型；根据目标区块内单井的测井数据计算岩石力学参数，针对其他测井数据和岩石力学参数进行单井地质力学分析，获取单井地质分析结果；综合分析世界应力地图的信息、已有井的单井测量信息、以及目标区块内水平井压裂微地震监测信息，获取目标区块内的最大水平主应力方向角；引入三维地质模型，建立目标区块的地应力场有限元模型，并基于单井地质分析结果和已有井在压裂施工期间的微地震实测结果，验证目标区块地应力场的模拟结果，将验证合格的地应力场数值解构建为区块精细地应力场；基于区块精细地应力场，建立地质-压裂工程-水泥环-套管一体化的有限元模型，对水平井全水平段的套管柱进行三维有限元变形及应力分析，得到套管柱在压裂之前的初始应力分布；对通过单井的目标层段压裂施工后的套管柱进行三维有限元变形及应力分析，计算压裂引起的地应力场变化，找出对套管施加剪切载荷的位置分布；将模拟结果中对套管施加最大剪切载荷的位置预测为压裂诱发油气套管变形的位置。2.根据权利要求1所述的利用地应力场模拟确定压裂诱发油气套管变形位置的方法，其特征在于，所述在地震波数据的基础上，结合单井层位信息，建立目标区块的三维地质模型，包括：根据三维地震波数据建立地质模型的网格几何尺寸，划分地层并定义各地层的网格单元大小，其中，储层所在地层的网格单元小于其他地层的网格单元。3.根据权利要求2所述的利用地应力场模拟确定压裂诱发油气套管变形位置的方法，其特征在于，所述储层所在地层的网格单元厚度与所述其他地层的网格单元厚度之比为1：18～1：30。4.根据权利要求1所述的利用地应力场模拟确定压裂诱发油气套管变形位置的方法，其特征在于，所述其他测井数据包括地层的伽马射线、压缩声波时长和密度，所述岩石力学参数包括杨氏模量、泊松比、内聚力和内摩擦角。5.根据权利要求4所述的利用地应力场模拟确定压裂诱发油气套管变形位置的方法，其特征在于，所述单井地质分析结果包括利用其他测井数据间接分析获得的地应力结果和利用岩石力学参数直接计算获得的地应力结果。6.根据权利要求1所述的利用地应力场模拟确定压裂诱发油气套管变形位置的方法，其特征在于，所述综合分析世界应力地图的信息、已有井的单井测量信息、以及目标区块内水平井压裂微地震监测信息，获取目标区块内的最大水平主应力方向角，包括：利用世界应力地图判断目标区块所属区域的最大水平主应力方向角，明确目标区块内最大水平主应力方向角所属的区间范围；根据单井测量的信息，判断目标区块内不同构造部位的最大水平主应力方向角所属的区间范围，明确目标区块内最大水平主应力方向角随地势的变化规律；分析微地震监测信息，并结合微地震监测信息的分析结果验证和修正利用世界应力地图和单井测量信息总结的目标区块内的最大水平主应力方向角的取值，和/或补充修正利
用世界应力地图和单井测量信息所遗漏区域的目标区块内的最大水平主应力方向角的取值。7.根据权利要求6所述的利用地应力场模拟确定压裂诱发油气套管变形位置的方法，其特征在于，所述分析微地震监测信息包括：将目标区块内水平井的微地震事件点中出现呈单一色彩条状分布的位置判定为同一个压裂段产生的缝网条带，并将缝网条带的方向角判断为该位置的最大水平主应力的方向角；将目标区块内水平井的微地震事件点中出现由多种色彩组成、且事件点分布超出储层范围的彩色条带的位置判定为天然裂缝的位置；将目标区块内水平井的微地震事件点中出现微地震响应点成片状或团状分布的情况判断为该位置的最大水平主应力方向性不明显，最小水平主应力方向和垂向主应力方向接近。8.根据权利要求1所述的利用地应力场模拟确定压裂诱发油气套管变形位置的方法，其特征在于，所述建立目标区块的地应力场有限元模型，包括：将地质模型网格采用的单元设置为三维8节点线性单元，地应力场有限元模型的载荷设为重力载荷，地应力场有限元模型的四边和底部的边界条件设置为法向位移约束，顶部的边界条件设置为自由边界，并将初始地应力参数和初始孔隙压力参数设置为初始条件。9.根据权利要求8所述的利用地应力场模拟确定压裂诱发油气套管变形位置的方法，其特征在于，所述地应力场有限元模型中储层所在地层采用的单元设置为c3d8rp位移-孔隙压力耦合单元，储层以外的其他地层采用的单元设置为c3d8r位移单元。10.根据权利要求8所述的利用地应力场模拟确定压裂诱发油气套管变形位置的方法，其特征在于，所述初始地应力参数包括单井地质力学分析获得的三轴地应力主分量和最大水平主应力方向角。11.根据权利要求5所述的利用地应力场模拟确定压裂诱发油气套管变形位置的方法，其特征在于，所述基于单井地质分析结果和已有井在压裂施工期间的微地震实测结果，验证目标区块地应力场的模拟结果，将验证合格的地应力场数值解构建为区块精细地应力场，包括：针对目标区块的每个单井，都分别利用其他测井数据间接分析获得的地应力结果和利用岩石力学参数直接计算获得的地应力结果作为初始地应力参数，进行目标区块地应力场的数值模拟，得到对应的地应力场数值解；对比上述两种地应力场数值解与已有井压裂施工的地应力场实际测量值的误差，并将与地应力场实际测量值误差较小的数值解作为区块精细地应力场。12.根据权利要求11所述的利用地应力场模拟确定压裂诱发油气套管变形位置的方法，其特征在于，在所述对比上述两种地应力场数值解与已有井压裂施工的地应力场实际测量值的误差时，选择地应力场数值解的最小主应力结果与已有井压裂施工的地应力场实际测量值最接近的数值解作为后续压裂及套管变形模拟的输入数据。

技术总结
本发明提供了一种利用地应力场模拟确定压裂诱发油气套管变形位置的方法，包括以下步骤：建立三维地质模型；进行单井地质力学分析和区块内最大水平主应力方向角的分析；基于单井地质分析结果和压裂施工的微地震实测结果，建立区块精细地应力场；建立地质-压裂工程-水泥环-套管一体化模型，计算套管柱在压裂之前的应力分布；计算压裂引起的地应力场变化，找出对套管施加剪切载荷的位置分布；将模拟结果中对套管施加最大剪切载荷的位置预测为压裂诱发油气套管变形的位置。本发明构建区块精细地应力场，并将区块精细地应力场作为后续压裂及套管变形模拟的输入数据，预测压裂诱发油气套管变形位置的准确率高。套管变形位置的准确率高。套管变形位置的准确率高。


技术研发人员：陈明忠 朱炬辉 管彬 马思平 齐天俊 杨海 张平 曾晶
受保护的技术使用者：中国石油集团川庆钻探工程有限公司
技术研发日：2021.04.26
技术公布日：2022/11/10