[发明专利]基于岩石物理建模的横观各向同性地层地应力预测方法

权利要求书

1.一种基于岩石物理建模的横观各向同性地层地应力预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、通过测井、录井以及室内测试得到页岩物性参数，所述页岩物性参数包括矿物组成及含量、地层流体组成及含量、孔隙度和饱和度；

步骤S2、建立横观各向同性岩石物理模型；

步骤S3、根据横观各向同性岩石物理模型计算横观各向同性的刚度系数；

步骤S4、根据刚度系数与岩石弹性参数的关系式，计算动态岩石弹性参数；

式中：E₁为平行于层理面杨氏模量，GPa；E₃为垂直于层理面的杨氏模量，GPa；ν₁₂为平行于层理面，沿最小水平主应力方向的泊松比，无因次；ν₁₃为平行于层理面，沿垂向方向的泊松比，无因次；ν₃₁为垂直于层理面方向的泊松比，无因次；c₁₁、c₁₂、c₁₃、c₃₃为刚度矩阵中的刚度系数，GPa；

步骤S5、利用动态岩石弹性参数，并结合岩石弹性参数的动静态转换关系来计算静态岩石弹性参数；

步骤S6、根据下式计算横观各向同性岩石物理模型中各向异性的Biot系数；

式中：为干页岩的刚度系数，GPa；为背景介质的刚度系数，GPa；α₁₁、α₃₃为平行于层理面和垂直于层理面方向的Biot系数，无因次；

步骤S7、基于Eaton法利用纵波时差来预测地层孔隙压力；

P_p＝σ_v-(σ_v-p_w)(AC_n/AC)^c

式中：σ_v为垂向地应力，MPa；p_w为地层水静液柱压力，MPa；AC_n为正常压实趋势线纵波时差，μs/ft；AC为实际的纵波时差，μs/ft；P_p为地层孔隙压力，MPa；

步骤S8、利用以下关系式，计算横观各向同性页岩地层最大、最小水平主应力；

式中：σ_H为最大水平主应力，MPa；σ_h为最小水平主应力，MPa；P_p为地层孔隙压力，MPa；E₁为平行于层理面杨氏模量，GPa；E₃为垂直于层理面的杨氏模量，GPa；ν₁₂为平行于层理面，沿最小水平主应力方向的泊松比，无因次；ν₁₃为平行于层理面，沿垂向方向的泊松比，无因次；σ_v为垂向地应力，MPa；ε_H为最大水平主应力方向所对应的最大水平主应变，无因次；ε_h为最小水平主应力方向所对应的最小水平主应变，无因次；

所述横观各向同性岩石物理模型的具体建立过程为：

步骤S21、利用Hashin-Shtrikman界限计算基质矿物混合物的等效弹性模量；

步骤S22、利用各向同性SCA模型和各向同性DEM模型，将无机质孔隙加入到基质矿物混合物中得到干基质，建立干基质页岩岩石物理模型并计算干基质的等效弹性模量；

步骤S23、利用各向异性SCA模型和各向异性DEM模型计算有机质矿物混合物的等效弹性刚度张量；

步骤S24、利用CL系数描述有机质矿物的成层分布，结合Bond变换得到取向分布的有机质矿物混合物等效弹性刚度张量；

步骤S25、利用各向异性DEM模型，将有机质孔隙加入到取向分布的有机质矿物混合物中得到干有机质，建立干有机质页岩岩石物理模型并计算干有机质的等效弹性刚度张量；

步骤S26、利用各向异性DEM模型，将干基质添加到干有机质中，得到包含空孔隙的干页岩，建立干页岩岩石物理模型并计算干页岩的刚度张量；

步骤S27、根据含气饱和度、含水饱和度，利用Wood公式计算有机质孔隙内气-水混合物的体积模量，并转换成刚度张量；并结合干页岩呈VTI性质的情况，利用Brown-Korringa模型，将混合流体添加到干页岩中得到饱和流体页岩，建立饱和流体页岩岩石物理模型并计算饱和流体页岩的刚度张量。