一种交变载荷下油气藏型储气库断层动态稳定性评价方法

本发明涉及安全评价工程，尤其涉及一种交变载荷下油气藏型储气库断层动态稳定性评价方法。

背景技术：

1、建设天然气地下储气库是缓解天然气季节性消费不平衡的最有效手段之一。随着我国天然气地下储气库建设工程的快速发展，截至目前已建成29座天然气地下储气库，其中油气藏型地下储气库占比85％以上，是我国最主要的储气库类型。我国的油气藏型地下储气库的地质条件复杂，储气地质体普遍发育断层。储气库长时间循环注采工作导致断层岩石受交变载荷影响，从而增大储气库断层的失稳风险，而断层失稳可能导致储气库注采井管柱变形断裂、气体泄漏等事故，进而造成较大的经济损失和社会影响。因此，准确评价储气库断层在交变载荷下的动态稳定性对储气库的安全运行具有重要意义。

2、目前的评价方法存在3点缺陷：①现有断层动态稳定性评价方法均基于单一失稳理论建立，但由于不同区域储气库，甚至同一区域储气库内不同断层之间地应力、倾角等参数存在差异，不同断层可能出现的失稳破坏形式也是不同的，需根据断层具体参数选择合理的断层失稳理论；②现有基于岩石强度准则的评价方法中，岩石强度参数固定不变，而对于储气库断层岩石，交变载荷可能导致其强度参数变化，进而影响断层动态稳定性评价结果可靠性；③现有基于岩石摩擦定律的评价方法中，均未针对研究目标储气库断层的具体情况确定其摩擦系数，而不同区域断层的摩擦系数可能差异很大。这可能造成错误估计储气库极限运行压力，进而导致储气库有效工作气量减少或断层失稳风险加剧。

3、鉴于此，亟需建立一种综合考虑多种断层失稳理论，同时考虑岩石强度动态变化和不同断层摩擦系数差异的评价方法，以更加准确地评价油气藏型储气库断层的动态稳定性，进而确定更加合理可靠的储气库运行压力区间，在保障储气库安全运行的同时最大限度发挥其储气能力。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种交变载荷下油气藏型储气库断层动态稳定性评价方法，旨在解决现有的评价方法评价油气藏型储气库断层的动态稳定性的准确度较差的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种交变载荷下油气藏型储气库断层动态稳定性评价方法，包括以下步骤：

3、测试储气库地层岩石动态力学强度参数；

4、基于所述储气库地层岩石动态力学强度参数，建立储气库运行周期与岩石内粘聚力的关系模型与储气库运行周期与岩石内摩擦角的关系模型；

5、基于所述储气库运行周期与岩石内粘聚力的关系模型与所述储气库运行周期与岩石内摩擦角的关系模型建立用于目标储气库的基于岩石剪切破裂准则的极限运行压力计算模型；

6、确定目标储气库断层泥摩擦系数；

7、基于所述目标储气库断层泥摩擦系数建立用于目标储气库的基于岩石摩擦滑动定律的储气库极限运行压力计算模型；

8、使用所述用于目标储气库的基于岩石剪切破裂准则的极限运行压力计算模型，根据目标储气库地层最大主应力、最小主应力，计算不同运行周期下的储气库断层剪切破裂破坏承压极限压力，得到第一计算结果；

9、使用所述用于目标储气库的基于岩石摩擦滑动定律的储气库极限运行压力计算模型，根据目标储气库地层最大主应力、最小主应力，计算储气库断层在不同倾角处的摩擦滑动破坏承压极限压力，得到第二计算结果；

10、根据所述第一计算结果和所述第二计算结果评价目标储气库动态稳定性，确定保障储气库断层稳定性的最高上限压力。

11、其中，所述储气库地层岩石动态力学强度参数包括岩石动态弹性模量、静态抗压强度、内粘聚力和内摩擦角。

12、其中，所述测试储气库地层岩石动态力学强度参数，包括：

13、采用目标储气库地层取样岩石制备岩心样品，根据目标储气库的水平主应力大小，在0～储气库地层最大水平主应力范围内设置多个数值大小不同的围压，开展单周期三轴压缩岩石力学实验与声波时差岩石力学实验，获取不同围压下的岩石动态弹性模量和静态抗压强度；

14、根据不同围压下三轴压缩实验岩石所受的最大轴向应力值与径向应力值，分别与无围压状态下岩石所受的最大轴向应力值，在τ-σ平面上两两绘制莫尔应力圆，读取两莫尔应力圆的公切线与τ轴的交点以及与σ轴的夹角，以获得不同受力状态下岩石的内粘聚力和内摩擦角；

15、选取目标储气库断层岩石，在目标储气库设计上、下限运行压力对应的岩石有效应力下开展交变载荷力学实验，采用声波时差法测定断层岩石在交变载荷下弹性模量的变化情况。

16、其中，所述基于所述储气库地层岩石动态力学强度参数，建立储气库运行周期与岩石内粘聚力的关系模型与储气库运行周期与岩石内摩擦角的关系模型，包括：

17、根据所述岩石动态弹性模量和所述静态抗压强度，通过数学回归分析方法建立岩石静态抗压强度与动态弹性模量之间的关系方程，得到第一方程模型；

18、根据所述内粘聚力、所述内摩擦角和所述岩石静态抗压强度，采用数学回归分析方法建立所述内粘聚力与所述岩石静态抗压强度、所述内摩擦角和所述内粘聚力之间的关系方程，得到第二方程模型和第三方程模型；

19、根据岩石在交变载荷下弹性模量的变化情况，采用所述第一方程模型，计算断层岩石在交变载荷下静态抗压强度的变化情况；

20、根据所述断层岩石在交变载荷下静态抗压强度的变化情况，采用所述第二方程模型，获取断层岩石在交变载荷下内粘聚力的变化情况，建立储气库运行周期与岩石内粘聚力的关系模型；

21、根据所述断层岩石在交变载荷下静态抗压强度的变化情况，采用所述第三方程模型，获取断层岩石在交变载荷下内摩擦角的变化情况，建立储气库运行周期与岩石内摩擦角的关系模型。

22、其中，所述基于所述储气库运行周期与岩石内粘聚力的关系模型与所述储气库运行周期与岩石内摩擦角的关系模型建立用于目标储气库的基于岩石剪切破裂准则的极限运行压力计算模型，包括：

23、根据岩石剪切强度准则，结合有效应力理论，建立主应力形式下基于岩石剪切强度准则的储气库断层极限承压计算模型；

24、将所述储气库运行周期与岩石内粘聚力的关系模型与所述储气库运行周期与岩石内摩擦角的关系模型代入所述主应力形式下基于岩石剪切强度准则的储气库断层极限承压计算模型，建立用于目标储气库的基于岩石剪切破裂准则的极限运行压力计算模型。

25、其中，所述确定目标储气库断层泥摩擦系数，包括：

26、获取目标储气库断层泥样本，开展断层泥摩擦实验，获取目标储气库断层泥摩擦系数。

27、其中，所述确定目标储气库断层泥摩擦系数，包括：

28、根据录井分析数据和测井分析数据，基于目标储气库断层泥成分分析成果，配置断层泥样本，开展断层泥摩擦实验，获取目标储气库断层泥摩擦系数。

29、其中，所述基于所述目标储气库断层泥摩擦系数建立用于目标储气库的基于岩石摩擦滑动定律的储气库极限运行压力计算模型，包括：

30、根据岩石滑动摩擦定律，结合有效应力理论，建立主应力形式下基于岩石摩擦定律的储气库断层极限承压计算模型；

31、将所述目标储气库断层泥摩擦系数代入所述主应力形式下基于岩石摩擦定律的储气库断层极限承压计算模型，建立用于目标储气库的基于岩石摩擦滑动定律的储气库极限运行压力计算模型。

32、本发明的一种交变载荷下油气藏型储气库断层动态稳定性评价方法，通过测试储气库地层岩石动态力学强度参数；基于所述储气库地层岩石动态力学强度参数，建立储气库运行周期与岩石内粘聚力的关系模型与储气库运行周期与岩石内摩擦角的关系模型；基于所述储气库运行周期与岩石内粘聚力的关系模型与所述储气库运行周期与岩石内摩擦角的关系模型建立用于目标储气库的基于岩石剪切破裂准则的极限运行压力计算模型；确定目标储气库断层泥摩擦系数；基于所述目标储气库断层泥摩擦系数建立用于目标储气库的基于岩石摩擦滑动定律的储气库极限运行压力计算模型；使用所述用于目标储气库的基于岩石剪切破裂准则的极限运行压力计算模型，根据目标储气库地层最大主应力、最小主应力，计算不同运行周期下的储气库断层剪切破裂破坏承压极限压力，得到第一计算结果；使用所述用于目标储气库的基于岩石摩擦滑动定律的储气库极限运行压力计算模型，根据目标储气库地层最大主应力、最小主应力，计算储气库断层在不同倾角处的摩擦滑动破坏承压极限压力，得到第二计算结果；根据所述第一计算结果和所述第二计算结果评价目标储气库动态稳定性，确定保障储气库断层稳定性的最高上限压力。第一，本发明综合考虑了断层的剪切破裂和摩擦滑动两种失稳形式，综合采用了两种失稳理论，适用于评价任意参数断层的稳定性；第二，本发明考虑了断层岩石强度随储气库运行的动态变化，相较现有的静态方法更加贴近储气库运行实际情况；本发明考虑了不同储气库断层摩擦系数的差异，特定储气库采用特定的摩擦系数开展评价，使评价方法更具针对性，而并非对于所有储气库断层都采用同一个摩擦系数，解决现有的评价方法评价油气藏型储气库断层的动态稳定性的准确度较差的问题。