一种复杂断裂构造条件下的三维地质力学建模方法与流程

本发明涉及地质力学领域，尤其涉及一种复杂断裂构造条件下的三维地质力学建模方法。

背景技术：

1、三维有限元地质力学模拟是地层应力预测的有效方法，三维地质力学模型精度是三维有限元地质力学模拟的主要影响因素之一。三维地质力学建模是综合利用岩心测试、测井、地震和地质等资料，通过地质属性建模的方式，建立地下介质的三维地质力学模型。在油气藏开发过程中，通过钻井取心和岩心测试，是获得地层力学参数的直接方法。以此为基础，能够建立简单构造条件下的地层力学模型。

2、然而，断裂构造的力学参数，难以通过岩心资料准确获得。在复杂断裂构造带，断裂规模不同，断裂的性质和参数也存在较大差异，对三维有限元地质力学模拟影响较大。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种复杂断裂构造条件下的三维地质力学建模方法，旨在提高复杂构造带地质力学建模精度。

2、为实现上述目的，本发明提供一种复杂断裂构造条件下的三维地质力学建模方法，包括以下步骤：

3、以钻井取芯样品的岩石力学测试数据为基础，进行目标区域三维地震资料反演，并以目标区域深度域三维构造解释为基础，建立初始三维地质力学模型；

4、确定三维地质力学模拟的应力荷载边界条件；

5、在初始三维地质力学模型上，施加应力荷载边界条件进行三维有限元地应力数值模拟，得到目标区域三维地应力场模拟结果以确定是否需要对初始三维地质力学模型进行修正；

6、建立复杂断裂区的断裂因子模型属性体，并将所述断裂因子模型属性体叠加到初始三维地质力学模型得到修正力学模型体；

7、通过修正力学模型体进行应力场模拟以确定是否需要修正断裂因子模型属性体，以得到新的修正力学模型体。

8、优选地，所述在初始三维地质力学模型上，施加应力荷载边界条件进行三维有限元地应力数值模拟，得到目标区域三维地应力场模拟结果以确定是否需要对初始三维地质力学模型进行修正的步骤具体包括：

9、在初始三维地质力学模型上，施加应力荷载边界条件进行三维有限元地应力数值模拟，得到目标区域三维地应力场模拟结果；

10、将目标区的实钻井分类为远离断裂带ⅰ类与近断裂带ⅱ类，将远离断裂带ⅰ类实钻井位置的应力特征与应力模拟结果进行对比，得到第一误差结果；

11、当第一误差结果满足第一预设误差条件时，执行所述建立复杂断裂区的断裂因子模型属性体，并将所述断裂因子模型属性体叠加到初始三维地质力学模型得到修正力学模型体的步骤；

12、当第一误差结果不满足第一预设误差条件时，执行所述以钻井取芯样品的岩石力学测试数据为基础，进行目标区域三维地震资料反演，并以目标区域深度域三维构造解释为基础，建立初始三维地质力学模型的步骤，以修正初始三维地质力学模型。

13、优选地，所述通过修正力学模型体进行应力场模拟以确定是否需要修正断裂因子模型属性体，以得到新的修正力学模型体的步骤具体包括：

14、在修正力学模型体上施加应力荷载边界条件，进行三维有限元地应力数值模拟，得到目标区域三维地应力场模拟结果；

15、将近断裂带ⅱ类钻井位置的应力特征与目标区域三维地应力场模拟结果进行对比，得到第二误差结果；

16、当第二误差结果不满足第二预设误差条件时，返回执行所述建立复杂断裂区的断裂因子模型属性体，并将所述断裂因子模型属性体叠加到初始三维地质力学模型得到修正力学模型体的步骤中，以修正断裂因子模型属性体。

17、优选地，所述以钻井取芯样品的岩石力学测试数据为基础，进行目标区域三维地震资料反演，并以目标区域深度域三维构造解释为基础，建立初始三维地质力学模型的步骤具体包括：

18、以钻井取芯样品的岩石力学测试数据为基础，利用测井纵横波速度、密度资料，进行地层力学参数的一维预测；

19、进行目标区域三维地震资料反演，得到地震波速度场信息，计算地层力学参数体；

20、以目标区域深度域三维构造解释为基础，建立三维构造模型；

21、根据地层力学参数的一维预测，结合地震叠前反演信息计算的地层力学参数体，利用协克里金空间插值方法，在三维构造模型上建立初始三维地质力学模型。

22、优选地，所述地层力学参数的一维预测包括杨氏模量、泊松比、水平主应力和垂向应力。

23、优选地，所述确定三维地质力学模拟的应力荷载边界条件的步骤具体包括：

24、利用井径测井、成像测井、偶极横波测井资料，结合区域地应力研究资料，确定目标区深度方向上的最大水平主应力、最小水平主应力的方向及应力梯度。

25、优选地，断裂因子模型属性体σ采用以下方式计算：

26、根据断距大小、断层空间分布规模，将断裂分级定义为n级，分级定义断裂级别因子值α，α与平均断距大小呈线性相关；

27、利用深度域三维地震数据，计算地震相干体和曲率体，表征断裂带上的地层破碎程度，其值设为因子β；

28、定义一组三维距离属性体εn，其值为与最近断层的距离值，并根据值α得到三维距离属性体ε；

29、建立一个加权因子的三维属性体，断裂因子模型属性体值为σ＝α*β*ε，且归一化到值区间(0，1)。

30、优选地，所述定义一组三维距离属性体εn，其值为与最近断层的距离值，并根据值α得到三维距离属性体ε具体包括：

31、定义一组三维距离属性体εn，其值为与最近断层的距离值，按照不同分级的断裂进行分组，求取每一组断裂对应的属性体εn，依据值α，设定每一组εn允许的最大值，且将大于最大值的区域置为值0，用于限制某条断裂在地质力学模型中的影响范围，将所有的εn求和叠加，在每一个三维网格点判断εn求和值，若该值不为0，则置为1，得到三维距离属性体ε。

32、优选地，修正力学模型体p2采用以下方式得到：

33、p2＝p1*(1-σ)，其中，p1为初始三维地质力学模型。

34、本发明提出的复杂断裂构造条件下的三维地质力学建模方法，可提高复杂构造带地质力学建模精度。另外，通过采用两步叠加法，建立地层力学和断裂因子模型体，迭代校正三维地质力学模型，进一步提高了建模精度。

技术特征：

1.一种复杂断裂构造条件下的三维地质力学建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的复杂断裂构造条件下的三维地质力学建模方法，其特征在于，所述在初始三维地质力学模型上，施加应力荷载边界条件进行三维有限元地应力数值模拟，得到目标区域三维地应力场模拟结果以确定是否需要对初始三维地质力学模型进行修正的步骤具体包括：

3.如权利要求2所述的复杂断裂构造条件下的三维地质力学建模方法，其特征在于，所述通过修正力学模型体进行应力场模拟以确定是否需要修正断裂因子模型属性体，以得到新的修正力学模型体的步骤具体包括：

4.如权利要求1所述的复杂断裂构造条件下的三维地质力学建模方法，其特征在于，所述以钻井取芯样品的岩石力学测试数据为基础，进行目标区域三维地震资料反演，并以目标区域深度域三维构造解释为基础，建立初始三维地质力学模型的步骤具体包括：

5.如权利要求4所述的复杂断裂构造条件下的三维地质力学建模方法，其特征在于，所述地层力学参数的一维预测包括杨氏模量、泊松比、水平主应力和垂向应力。

6.如权利要求1所述的复杂断裂构造条件下的三维地质力学建模方法，其特征在于，所述确定三维地质力学模拟的应力荷载边界条件的步骤具体包括：

7.如权利要求1至6中任意一项所述的复杂断裂构造条件下的三维地质力学建模方法，其特征在于，断裂因子模型属性体σ采用以下方式计算：

8.如权利要求7所述的复杂断裂构造条件下的三维地质力学建模方法，其特征在于，所述定义一组三维距离属性体εn，其值为与最近断层的距离值，并根据值α得到三维距离属性体ε具体包括：

9.如权利要求7所述的复杂断裂构造条件下的三维地质力学建模方法，其特征在于，修正力学模型体p2采用以下方式得到：

技术总结
本发明公开了一种复杂断裂构造条件下的三维地质力学建模方法，包括以下步骤：以钻井取芯样品的岩石力学测试数据为基础，进行目标区域三维地震资料反演，并以目标区域深度域三维构造解释为基础，建立初始三维地质力学模型；确定三维地质力学模拟的应力荷载边界条件；在初始三维地质力学模型上，施加应力荷载边界条件进行三维有限元地应力数值模拟，得到目标区域三维地应力场模拟结果以确定是否需要对初始三维地质力学模型进行修正；建立复杂断裂区的断裂因子模型属性体，并将所述断裂因子模型属性体叠加到初始三维地质力学模型得到修正力学模型体。本发明提出的复杂断裂构造条件下的三维地质力学建模方法，可提高复杂构造带地质力学建模精度。

技术研发人员：朱志勇,陈亚琳,卢文涛,彭利,邹贤军
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29