一种海上CO2地质封存场地断层失稳判别方法及系统与流程

本发明涉及二氧化碳地质封存，具体是关于一种基于速率状态依赖摩擦准则的海上co2地质封存场地断层失稳判别方法及系统。

背景技术：

1、co2捕集、地质利用与封存(ccus)是石油、化工、钢铁、水泥等难以减排行业低碳转型的可行技术选择，ccus对我国实现双碳战略具有重要意义。根据能源消费远景预测，在2050年化石能源仍然占据我国能源消费比例的10％以上，高排放企业在采取减排策略后，仍会有34％碳排放量无法处理，因此ccus是实现净零排放的关键技术路径，也是最终的兜底路径。co2地质封存技术是ccus技术集群中的关键技术之一，这项技术涉及到大排量co2持续注入和咸水开采等操作，都会可能诱发断层力学失稳，危及项目的安全运营。相比欧洲和北美，我国封存有利圈闭断层发育，活动频繁，断层力学失稳问题较为复杂，也应更加重视。

2、根据一次黏滑事件中断层整体的应力状态，断层失稳过程可以分为稳态、亚稳态、亚失稳态和失稳态，依次对应断层失稳过程中的四个阶段：线性阶段、偏离线性阶段、亚失稳阶段和失稳阶段。目前，许多研究者对如何判别断层力学失稳进行了深入研究，提出各种断层力学失稳判别方法，主要有摩尔库伦准则、临界孔隙压力和三维评估法，并取得了大量成果，其中应用最广泛的是摩尔库伦准则。中国发明专利申请cn108280304a公开了一种基于摩尔库伦破坏准则的断层力学失稳判别方法，其主要步骤包括：步骤a，依据断层力学失稳的实质，建立断层失稳力学模型；步骤b，基于摩尔库伦破坏准则，分析断层力学失稳的应力状态；步骤c，通过理论公式的推导，建立断层失稳力学判据。该方法科学、可靠、现场可操作性强，可以更准确地判断断层力学失稳。然而摩尔库伦准则基于点源极限应力状态假设，只能用于稳态判别，也就是说，当前判别方法均没有提供断层失稳过程的判断，从而导致了断层失稳的判别精度较低。

3、因此，如何提出一个有效的断层失稳判别准则是提升我国co2地质封存储层的封存安全性是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足之处，本发明所要解决的技术问题是克服现有技术尚未涉及断层失稳过程的判断，而无法对海上co2封存场地断层力学稳定性进行评估的问题。为此，本发明提供了一种基于速率状态依赖摩擦准则的海上co2地质封存场地断层失稳判别方法，旨在能够判别海上co2封存场地断层失稳过程，从而指导科学设计海上co2封存场地安全评估体系。

2、为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供的一种海上co2地质封存场地断层失稳判别方法，包括以下步骤：

4、根据地质环境和地球物理数据，确定海上co2封存场地地应力、地层压力三维分布、断层的三维空间分布、海上co2地质封存工况以及注入方案、井位部署方案、温度；

5、对断层分别开展三角形网格化和岩心摩擦试验，获取断层三角形网格和断层速率状态依赖摩擦准则参数；

6、将海上co2封存场地地应力、地层压力三维分布、断层三角形网格、断层速率状态依赖摩擦准则参数、海上co2地质封存工况及注入方案、井位部署方案、温度导入断层变形数值模拟方法中，计算断层面上的正应力、剪切应力和流体压力，并进一步计算断层三角形网格的滑动速率；

7、根据断层三角形网格的滑动速率计算断层面上连续摩尔库伦力三维分布的面积，并根据断层面上的正应力、剪切应力和流体压力计算地震成核尺寸；

8、比较断层面上连续摩尔库伦力三维分布的面积和断层地震成核尺寸的大小，获取断层面上失稳和稳定区域的分布情况。

9、作为优选：所述的对断层分别开展三角形网格化和岩心摩擦试验，获取断层三角形网格和断层速率状态依赖摩擦准则参数具体为：

10、针对断层的三维空间分布特征，应用网格剖分软件，对断层进行三角形网格剖分，得到断层三角形网格；

11、根据海上co2封存场地地应力和压力边界条件，开展岩心摩擦试验，获取断层速率状态依赖摩擦准则参数a,b,dc和mu0。

12、作为优选：根据断层面上的正应力和流体压力，求出断层面上的平均正应力σ平均和平均流体压力p平均，并通过以下公式计算断层三角形网格的临界滑动速率：

13、

14、作为优选：所述的根据断层三角形网格的滑动速率计算断层面上连续摩尔库伦力三维分布的面积具体为：

15、将断层上每个三角形网格的滑动速率v与临界滑动速率v临界进行差值，对与每一个三角形网格而言，摩尔库伦力的计算公式如下：

16、scf＝1，若v-v临界≥0

17、scf＝0，若v-v临界＜0

18、由此获取断层面上连续摩尔库伦力三维分布；

19、根据断层面上连续摩尔库伦力三维分布，计算scf＝1时的断层面上连续摩尔库伦力三维分布的面积。

20、作为优选：根据以下公式计算断层地震成核尺寸λc：

21、

22、作为优选：所述的比较断层面上连续摩尔库伦力三维分布的面积和断层地震成核尺寸的大小，获取断层面上失稳和稳定区域的分布情况具体为：

23、当断层面上连续摩尔库伦力三维分布的面积的开方大于地震成核尺寸时，则该区域为断层面上的失稳区域，否则为断层面上的稳定区域。

24、第二方面，本发明提供的一种海上co2地质封存场地断层失稳判别系统，包括：

25、第一处理单元，用于根据地质环境和地球物理数据，确定海上co2封存场地地应力、地层压力三维分布、断层的三维空间分布、海上co2地质封存工况以及注入方案、井位部署方案、温度；

26、第二处理单元，用于对断层分别开展三角形网格化和岩心摩擦试验，获取断层三角形网格和断层速率状态依赖摩擦准则参数；

27、第三处理单元，用于将海上co2封存场地地应力、地层压力三维分布、断层三角形网格、断层速率状态依赖摩擦准则参数、海上co2地质封存工况及注入方案、井位部署方案、温度导入断层变形数值模拟方法中，计算断层面上的正应力、剪切应力和流体压力，并进一步计算断层三角形网格的滑动速率；

28、第四处理单元，用于根据断层三角形网格的滑动速率计算断层面上连续摩尔库伦力三维分布的面积，并根据断层面上的正应力、剪切应力和流体压力计算地震成核尺寸；

29、第五处理单元，用于比较断层面上连续摩尔库伦力三维分布的面积和断层地震成核尺寸的大小，获取断层面上失稳和稳定区域的分布情况。

30、第三方面，本发明提供的一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明第一方面所述的海上co2地质封存场地断层失稳判别方法的步骤。

31、第四方面，本发明提供的一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明第一方面所述的海上co2地质封存场地断层失稳判别方法的步骤。

32、本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

33、本发明提供的海上co2地质封存场地断层失稳判别方法，其集中归纳分析了从认识封存场地地层情况、断层的失稳摩擦情况以及数值模拟分析，最终获得的海上co2地质封存场地断层面上稳定与失稳区域的三维分布，在判别断层失稳过程，能够准确的描述co2注入诱发断层滑移引起的完整过程，准确描述海上co2封存过程中断层面上失稳与稳定区域，为研究地质条件影响下的断层破裂滑动提供了基础。由此，提高了对断层失稳判别的准确性、直观性和全面性，为海上co2地质封存安全性设计提供技术支持。