一種三維水力壓裂及微地震事件正演模擬的方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種三維水力壓裂及微地震事件正演模擬的方法及系統(tǒng)，方法包括：采集當(dāng)前地層的地層數(shù)據(jù)；根據(jù)當(dāng)前地層裂縫的初始破裂位置、當(dāng)前地層的區(qū)域范圍設(shè)置網(wǎng)格；根據(jù)基于壓裂縫的流量守恒關(guān)系構(gòu)建基于含壓裂縫網(wǎng)格的流量守恒關(guān)系；根據(jù)基于含壓裂縫網(wǎng)格的流量守恒關(guān)系確定三維孔隙壓力分布；從地層數(shù)據(jù)中獲取網(wǎng)格所在位置的臨界壓力值；根據(jù)三維孔隙壓力分布與網(wǎng)格所在位置的臨界壓力值生成當(dāng)前地層的微地震分布；根據(jù)微地震分布開發(fā)當(dāng)前地層。拓展了常規(guī)水力壓裂模擬技術(shù)，在獲得壓裂縫信息之外，還能得到整個(gè)地層的孔隙壓力分布；在水力壓裂模擬基礎(chǔ)上，融入孔隙壓力控制型微地震的正演模擬，更好的表征壓裂過程中微地震的變化特征。
【專利說明】一種三維水力壓裂及微地震事件正演模擬的方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明關(guān)于地球物理勘探技術(shù)，特別是關(guān)于水力壓裂及微地震技術(shù)，具體的講是一種三維水力壓裂及微地震事件正演模擬的方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在非常規(guī)油氣開采過程中，由于地層的滲透率過低，常規(guī)油氣開采技術(shù)無法獲得客觀產(chǎn)量，往往采用水力壓裂的方式來提高采收率。水力壓裂技術(shù)利用流體傳壓特性，將流體高壓注入地層，使巖石破裂并延伸一定長度，改善地層滲透率以達(dá)到提高油氣產(chǎn)量的目的。在水力壓裂過程中，微地震監(jiān)測技術(shù)是通過觀測、分析微地震信息來確定裂縫走向、破裂類型和地下信息，為壓裂過程監(jiān)測、分析的核心技術(shù)。因此，構(gòu)建水力壓裂與微地震綜合模擬技術(shù)對非常規(guī)油氣勘探開發(fā)來說是一項(xiàng)必不可少的關(guān)鍵技術(shù)。
[0003]目前水力壓裂模擬中，往往忽略壓裂縫內(nèi)流體漏失或僅通過漏失率近似壓裂縫向基質(zhì)的滲流過程，模擬結(jié)果只能得到裂縫形態(tài)、縫內(nèi)孔隙壓力信息，無法得到壓裂過程中周邊地層的裂隙、孔隙壓力變化。
[0004]在壓裂過程中，壓裂液從壓裂縫中滲流到周圍地層中，改變地層的孔隙壓力，降低有效應(yīng)力，會(huì)引起巖石破裂和改變地層彈性性質(zhì)，而傳統(tǒng)的水力壓裂模擬方法無法獲得這些變化信息。微地震模擬研究多集中于常規(guī)油氣注采、地?zé)衢_發(fā)和應(yīng)力擠壓等過程，往往通過PKN等公式近似壓裂過程中的微地震信號變化。公式擬合方法只能夠給出整體分布趨勢，無法得到精確和微觀的微地震變化過程。
[0005]因此，在水力壓裂過程中，如何綜合模擬壓裂縫破裂以及地層孔隙壓力變化對微地震事件的分布進(jìn)行模擬成為水力壓裂及微地震研究中急需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種三維水力壓裂及微地震事件正演模擬的方法及系統(tǒng)，拓展了常規(guī)水力壓裂模擬技術(shù)，在獲得壓裂縫信息之外，還能夠得到整個(gè)地層的孔隙壓力分布；同時(shí)在水力壓裂模擬基礎(chǔ)上，融入孔隙壓力控制型微地震的正演模擬，能夠更好的表征壓裂過程中微地震的變化特征。
[0007]本發(fā)明的目的之一是，提供一種三維水力壓裂及微地震事件正演模擬的方法，包括:采集當(dāng)前地層的地層數(shù)據(jù)；根據(jù)當(dāng)前地層裂縫的初始破裂位置、當(dāng)前地層的區(qū)域范圍設(shè)置網(wǎng)格；根據(jù)基于壓裂縫的流量守恒關(guān)系構(gòu)建基于含壓裂縫網(wǎng)格的流量守恒關(guān)系；根據(jù)基于含壓裂縫網(wǎng)格的流量守恒關(guān)系確定當(dāng)前地層的三維孔隙壓力分布；從所述的地層數(shù)據(jù)中獲取網(wǎng)格所在位置的臨界壓力值；根據(jù)所述三維孔隙壓力分布與網(wǎng)格所在位置的臨界壓力值生成當(dāng)前地層的微地震分布；根據(jù)所述的微地震分布開發(fā)當(dāng)前地層。
[0008]本發(fā)明的目的之一是，提供了一種三維水力壓裂及微地震事件正演模擬的系統(tǒng)，包括:地層數(shù)據(jù)采集裝置，用于采集當(dāng)前地層的地層數(shù)據(jù)；網(wǎng)格設(shè)置裝置，用于根據(jù)當(dāng)前地層裂縫的初始破裂位置、當(dāng)前地層的區(qū)域范圍設(shè)置網(wǎng)格；流量守恒構(gòu)建裝置，用于根據(jù)基于壓裂縫的流量守恒關(guān)系構(gòu)建基于含壓裂縫網(wǎng)格的流量守恒關(guān)系；孔隙壓力分布確定裝置，用于根據(jù)基于含壓裂縫網(wǎng)格的流量守恒關(guān)系確定當(dāng)前地層的三維孔隙壓力分布；臨界壓力值獲取裝置，用于從所述的地層數(shù)據(jù)中獲取網(wǎng)格所在位置的臨界壓力值；微地震分布確定裝置，用于根據(jù)所述三維孔隙壓力分布與網(wǎng)格所在位置的臨界壓力值生成當(dāng)前地層的微地震分布；地層開發(fā)裝置，用于根據(jù)所述的微地震分布開發(fā)當(dāng)前地層。
[0009]本發(fā)明的有益效果在于，提供了一種三維水力壓裂及微地震事件正演模擬的方法及系統(tǒng)，將常規(guī)基于壓裂縫的流量守恒關(guān)系推廣至含壓裂縫網(wǎng)格，以保證模擬過程中壓裂縫與基質(zhì)網(wǎng)格在尺度上的匹配。同時(shí)綜合流量守恒、滲流方程，同步模擬壓裂縫形態(tài)、縫內(nèi)孔隙壓力和基質(zhì)孔隙壓力變化。在孔隙壓力模擬的基礎(chǔ)上，采用斷裂力學(xué)模擬壓裂縫的破裂，同時(shí)基于臨界壓力理論模擬孔隙壓力控制型的微地震事件。該方案與常規(guī)水力壓裂方法和微地震相比，能夠同步模擬壓裂縫破裂、縫內(nèi)孔隙壓力變化、基質(zhì)孔隙壓力變化和孔隙壓力控制型的微地震事件，獲得整個(gè)地層的微地震事件和流體壓力分布，為進(jìn)一步的微地震研究和地層參數(shù)研究提供基礎(chǔ)。
[0010]為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0012]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種三維水力壓裂及微地震事件正演模擬的方法的實(shí)施方式一的流程圖；
[0013]圖2為圖1中的步驟S104的具體流程圖；
[0014]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種三維水力壓裂及微地震事件正演模擬的方法的實(shí)施方式二的流程圖；
[0015]圖4為圖3中的步驟S313的具體流程圖；
[0016]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種三維水力壓裂及微地震事件正演模擬的系統(tǒng)的實(shí)施方式一的結(jié)構(gòu)框圖；
[0017]圖6為圖5中的孔隙壓力分布確定裝置400的具體結(jié)構(gòu)框圖；
[0018]圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種三維水力壓裂及微地震事件正演模擬的系統(tǒng)的實(shí)施方式二的結(jié)構(gòu)框圖；
[0019]圖8為本發(fā)明提供的一種三維水力壓裂及微地震事件正演模擬的系統(tǒng)中微地震分布確定裝置600的結(jié)構(gòu)框圖；
[0020]圖9為IOOs時(shí)刻水力壓裂縫三維空間分布示意圖；
[0021]圖10為500s時(shí)刻水力壓裂縫三維空間分布示意圖；
[0022]圖11為水力壓裂過程中三維孔隙壓力分布示意圖；
[0023]圖12為孔隙壓力分布的x_y剖面示意圖；
[0024]圖13為水力壓裂過程中的微地震分布示意圖；[0025]圖14為微地震事件分布的χ-y剖面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0027]本發(fā)明提出的一種三維水力壓裂及微地震事件正演模擬的方法，圖1為該方法的具體流程圖，由圖1可知，所述的方法包括:
[0028]SlOl:采集當(dāng)前地層的地層數(shù)據(jù)。
[0029]S102:根據(jù)當(dāng)前地層裂縫的初始破裂位置、當(dāng)前地層的區(qū)域范圍設(shè)置網(wǎng)格。在具體的實(shí)施方式中，將裂縫的初始破裂位置設(shè)在射孔點(diǎn)上，射孔點(diǎn)可以有多個(gè)。根據(jù)所述的射孔點(diǎn)、當(dāng)前地層的區(qū)域范圍設(shè)置網(wǎng)格。
[0030]S103:根據(jù)基于壓裂縫的流量守恒關(guān)系構(gòu)建基于含壓裂縫網(wǎng)格的流量守恒關(guān)系。
[0031]由于常規(guī)水力壓裂過程基于壓裂縫構(gòu)建流量守恒關(guān)系，而裂縫寬度較小，在滲流模擬過程中無法與基質(zhì)網(wǎng)格匹配，不能夠進(jìn)一步用于地層滲流模擬，因此本發(fā)明需要基于含壓裂縫網(wǎng)格(包含壓裂縫的網(wǎng)格單元)構(gòu)建新的流量守恒關(guān)系?；诤瑝毫芽p網(wǎng)格的流量守恒關(guān)系為:
[0032]
【權(quán)利要求】
1.一種三維水力壓裂及微地震事件正演模擬的方法，其特征是，所述的方法具體包括: 采集當(dāng)前地層的地層數(shù)據(jù)； 根據(jù)當(dāng)前地層裂縫的初始破裂位置、當(dāng)前地層的區(qū)域范圍設(shè)置網(wǎng)格； 根據(jù)基于壓裂縫的流量守恒關(guān)系構(gòu)建基于含壓裂縫網(wǎng)格的流量守恒關(guān)系； 根據(jù)基于含壓裂縫網(wǎng)格的流量守恒關(guān)系確定當(dāng)前地層的三維孔隙壓力分布； 從所述的地層數(shù)據(jù)中獲取網(wǎng)格所在位置的臨界壓力值； 根據(jù)所述三維孔隙壓力分布與網(wǎng)格所在位置的臨界壓力值生成當(dāng)前地層的微地震分布； 根據(jù)所述的微地震分布開發(fā)當(dāng)前地層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，基于含壓裂縫網(wǎng)格的流量守恒關(guān)系為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，根據(jù)基于含壓裂縫網(wǎng)格的流量守恒關(guān)系確定當(dāng)前地層的三維孔隙壓力分布具體包括: 根據(jù)基于含壓裂縫網(wǎng)格的流量守恒關(guān)系、流體粘度、注入速率構(gòu)建含壓裂縫網(wǎng)格孔隙壓力變化式； 根據(jù)所述的含壓裂縫網(wǎng)格孔隙壓力變化式確定壓裂縫里的孔隙壓力變化量； 根據(jù)壓裂縫里的孔隙壓力變化量，結(jié)合滲流方程模擬當(dāng)前地層的孔隙壓力變化； 根據(jù)當(dāng)前地層的孔隙壓力變化構(gòu)建三維孔隙壓力分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是，所述的含壓裂縫網(wǎng)格孔隙壓力變化式為:
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的方法，其特征是，所述的方法還包括: 從所述的地層數(shù)據(jù)中獲取最大地應(yīng)力、最小地應(yīng)力以及巖石臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子； 從所述的網(wǎng)格上獲取裂縫長度，獲取裂縫傳播方向與最大地應(yīng)力的夾角； 根據(jù)所述的含壓裂縫網(wǎng)格孔隙壓力變化式確定孔隙流體壓力； 根據(jù)所述的最大地應(yīng)力、最小地應(yīng)力、孔隙流體壓力、裂縫長度以及夾角確定裂縫尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子； 根據(jù)斷裂力學(xué)理論，判斷裂縫尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子是否小于巖石臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子； 當(dāng)判斷為否時(shí)，裂縫發(fā)生破裂，計(jì)算破裂后壓裂縫內(nèi)的平衡流體壓力； 根據(jù)破裂后壓裂縫內(nèi)的平衡流體壓力更新所述的三維孔隙壓力分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征是，計(jì)算破裂后壓裂縫內(nèi)的平衡流體壓力通過如下公式進(jìn)行:
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征是，根據(jù)所述三維孔隙壓力分布與網(wǎng)格所在位置的臨界壓力值產(chǎn)生孔隙壓力控制型的微地震事件具體包括: 根據(jù)所述的三維孔隙壓力分布確定網(wǎng)格對應(yīng)的孔隙壓力值； 依次判斷各個(gè)網(wǎng)格的孔隙壓力值是否大于該位置的臨界壓力值； 當(dāng)判斷為是時(shí)，所述網(wǎng)格所在位置產(chǎn)生孔隙壓力控制型的微地震事件； 所述的微地震事件組成微地震分布。
8.—種三維水力壓裂及微地震事件正演模擬的系統(tǒng)，其特征是，所述的系統(tǒng)具體包括: 地層數(shù)據(jù)采集裝置，用于采集當(dāng)前地層的地層數(shù)據(jù)； 網(wǎng)格設(shè)置裝置，用于根據(jù)當(dāng)前地層裂縫的初始破裂位置、當(dāng)前地層的區(qū)域范圍設(shè)置網(wǎng)格； 流量守恒構(gòu)建裝置，用于根據(jù)基于壓裂縫的流量守恒關(guān)系構(gòu)建基于含壓裂縫網(wǎng)格的流量守恒關(guān)系； 孔隙壓力分布確定裝置，用于根據(jù)基于含壓裂縫網(wǎng)格的流量守恒關(guān)系確定當(dāng)前地層的三維孔隙壓力分布； 臨界壓力值獲取裝置，用于從所述的地層數(shù)據(jù)中獲取網(wǎng)格所在位置的臨界壓力值；微地震分布確定裝置，用于根據(jù)所述三維孔隙壓力分布與網(wǎng)格所在位置的臨界壓力值生成當(dāng)前地層的微地震分布； 地層開發(fā)裝置，用于根據(jù)所述的微地震分布開發(fā)當(dāng)前地層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征是，基于含壓裂縫網(wǎng)格的流量守恒關(guān)系為: dmassf+dmasS1= Δ t.Min
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的孔隙壓力分布確定裝置具體包括: 壓力變化式構(gòu)建模塊，用于根據(jù)基于含壓裂縫網(wǎng)格的流量守恒關(guān)系、流體粘度、注入速率構(gòu)建含壓裂縫網(wǎng)格孔隙壓力變化式； 孔隙壓力變化量確定模塊，用于根據(jù)所述的含壓裂縫網(wǎng)格孔隙壓力變化式確定壓裂縫里的孔隙壓力變化量； 模擬模塊，用于根據(jù)壓裂縫里的孔隙壓力變化量，結(jié)合滲流方程模擬當(dāng)前地層的孔隙壓力變化； 三維孔隙壓力分布構(gòu)建模塊，用于根據(jù)當(dāng)前地層的孔隙壓力變化構(gòu)建三維孔隙壓力分布。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的含壓裂縫網(wǎng)格孔隙壓力變化式為
12.根據(jù)權(quán)利要求8或11所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的系統(tǒng)還包括: 巖石臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子獲取裝置，用于從所述的地層數(shù)據(jù)中獲取最大地應(yīng)力、最小地應(yīng)力以及巖石臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子； 裂縫長度獲取裝置，用于從所述的網(wǎng)格上獲取裂縫長度，獲取裂縫傳播方向與最大地應(yīng)力的夾角； 孔隙流體壓力確定裝置，用于根據(jù)所述的含壓裂縫網(wǎng)格孔隙壓力變化式確定孔隙流體壓力； 應(yīng)力強(qiáng)度因子確定裝置，用于根據(jù)所述的最大地應(yīng)力、最小地應(yīng)力、孔隙流體壓力、裂縫長度以及夾角確定裂縫尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子； 判斷裝置，用于根據(jù)斷裂力學(xué)理論，判斷裂縫尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子是否小于巖石臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子； 平衡流體壓力計(jì)算裝置，用于當(dāng)所述的判斷裝置判斷為否時(shí)，裂縫發(fā)生破裂，計(jì)算破裂后壓裂縫內(nèi)的平衡流體壓力； 三維孔隙壓力分布更新裝置，用于根據(jù)破裂后壓裂縫內(nèi)的平衡流體壓力更新所述的三維孔隙壓力分布。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的平衡流體壓力計(jì)算裝置通過如下公式計(jì)算破裂后壓裂縫內(nèi)的平衡流體壓力:

14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的微地震分布確定裝置具體包括: 孔隙壓力值確定模塊，用于根據(jù)所述的三維孔隙壓力分布確定網(wǎng)格對應(yīng)的孔隙壓力值； 判斷模塊，用于依次判斷各個(gè)網(wǎng)格的孔隙壓力值是否大于該位置的臨界壓力值；微地震事件產(chǎn)生模塊，用于當(dāng)所述的判斷模塊判斷為是時(shí)，所述網(wǎng)格所在位置產(chǎn)生孔隙壓力控制型的微地震事件； 微地震分布組成模塊，用于將所述的微地震事件組成微地震分布。
【文檔編號】G01V1/28GK103760602SQ201410040187
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月27日
【發(fā)明者】張曉林, 張峰, 李向陽 申請人:中國石油天然氣集團(tuán)公司, 中國石油大學(xué)(北京)