[发明专利]复杂地质条件下区域初始地应力场反演方法及装置

说明书

本发明提供了一种复杂地质条件下区域初始地应力场反演方法及装置，涉及岩土力学领域，可应用于页岩气开采、南水北调等大区域背景下初始应力场反演分析。所述复杂地质条件下区域初始地应力场反演方法包括：确定预设区域内一个或多个小区域模型的优化边界条件，所述小区域模型与地应力测试点对应；利用所述优化边界条件，反演所述一个或多个小区域模型的初始地应力值，获得所有小区域模型的初始地应力场；将各小区域模型的优化边界条件施加到预设区域内除所述一个或多个小区域外的其它区域对应的区域模型，反演出其它区域模型的初始地应力场。该方法过程简单，可以弥补现有地应力反演理论中区域地应力反演精度和效率低的不足。

技术领域

本发明涉及岩土力学领域，具体而言，涉及一种复杂地质条件下区域初始地应力场反演方法及装置。

背景技术

页岩气在中国具有良好的勘探前景。并且，中国有着目前已勘探出的除北美之外最大的页岩气田。中国正在加快部署对页岩气的勘探和开发。

由于页岩的渗透率极低，页岩气储层需要经过改造才能获得理想的产量，水力压裂就是改造页岩气储层的一项增产技术。初始地应力场是水力压裂设计的关键参数，影响压裂缝的几何形态、方位和扩展。因此，有必要利用有限的测试数据反演页岩气田的初始地应力场。

地应力复杂多变，受多种因素影响，实测值仅能代表地应力测试点区域一定范围内的地应力特征。地应力反演即据各点的实测值推算预估整个工程区域内的应力场，因此，地应力反演的本质是无限接近真实地应力场的渐进过程。

岩体初始地应力反演从最初的海姆法、侧压力系数法逐步发展完善，目前主要方法有以下四大类：解析函数法，假设初始地应力场服从某种应力函数或位移函数，利用实测应力值计算函数未知函数，使得所得应力与实测值及边界条件相吻合，解析函数方法操作简单，应用方便，但对地质构造复杂的岩体，很难得到满意结果；回归分析法，定义地应力主值或地应力分量为因变量，建立包含自重应力、构造应力场以及渗流场等因素的回归方程，通过最小二乘法、神经网路法、遗传算法等计算回归系数，回归分析方法适应于具有较多地应力测试资料的情况；位移反分析法，根据实测的位移资料，结合岩体力学参数，推算地应力的大小和方向，该方法适用于具有施工期位移变形监测资料的工程；边界调整法，在计算模型边界施加荷载或位移，利用有限元、有限差分等方法求解模型内应力场，通过不断改变边界条件，使已知点的计算应力值或变形破坏方式接近已知条件，该方法可以考虑构造应力和构造运动，适用多种情况的地应力反演，但边界荷载或边界位移的调整无规律可循，解的唯一性缺少理论依据，解的收敛性不易判断。

页岩气埋深多达数千米。地应力测试成本高，初始地应力资料有限。综合比较，边界调整法可以用于页岩气田的地应力反演分析。然而，页岩气田多以平方公里来计量面积，可能包含多种地质构造。利用常规的边界调整法反演页岩气田应力场面临着区域大、地质因素复杂和反演精度低的难题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种复杂地质条件下区域初始地应力场反演方法及装置，可应用于页岩气开采、南水北调等大区域背景条件下初始应力场反演分析，通过选取预设区域中的与地应力测试点对应的小区域模型，确定出小区域模型的边界条件以及初始地应力值，再将小区域模型的优化边界条件施加到预设区域内除小区域模型以外的其它区域模型，反演得到其它区域模型的初始地应力场。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种复杂地质条件下区域初始地应力场反演方法，所述方法包括：确定预设区域内一个或多个小区域模型的优化边界条件，所述小区域模型与地应力测试点对应；利用所述优化边界条件，反演所述一个或多个小区域模型的初始地应力值，获得所有小区域模型的初始地应力场；将各小区域模型的优化边界条件施加到预设区域内除所述一个或多个小区域外的其它区域对应的区域模型，反演出其它区域模型的初始地应力场。