[发明专利]一种改进的疏松砂岩地应力计算方法

权利要求书

1.一种改进的疏松砂岩地应力计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、地应力计算模型建立：利用单轴应变压缩实验，模拟油藏环境下疏松砂岩的受力变形过程，测量得出等效地层围压下岩石的压缩模量，用于代替常规方法中的杨氏模量，改进各向同性地应力计算模型；

S2、静态压缩模量、泊松比计算：综合应用室内实验和测井数据，通过回归分析构建区域动态与静态岩石力学参数转换公式，计算静态压缩模量、泊松比；

S3、地层孔隙压力计算：经现场实测地层压力数据证实，浅层疏松砂岩地层为正常压力系统，由静水压力近似表示地层孔隙压力；

S4、上覆地层压力计算：综合应用地层密度测井和井眼重力仪测量数据，对地层密度数据进行数学积分，计算得出上覆地层压力；

S5、构造应力系数计算：基于水力压裂缝的张开机理和破裂压力的柯西解，对现场小型压裂测试数据进行处理分析，得到最大和最小水平主应力的实测值，并将该实测值与步骤S2、S3、S4得到的各参数，代入至步骤S1中改进的地应力计算模型中，获得区域构造应力系数。

2.根据权利要求1所述的改进的疏松砂岩地应力计算方法，其特征在于，所述步骤S1中改进的各向同性地应力计算模型为：

其中，σ_v、σ_H、σ_h、σ_pp分别为上覆地层压力、最大和最小水平主应力、地层孔隙压力，单位为MPa；

v_sta为静态泊松比，无量纲；C_sta为静态压缩模量，单位为GPa；

ε_H、ε_h分别为最大和最小构造应力系数，无量纲；

对于疏松砂岩地层，Biot系数α取近似值为1。

3.根据权利要求1所述的改进的疏松砂岩地应力计算方法，其特征在于，所述步骤S2中静态压缩模量的计算分为两步：

第一步，利用单轴应变和三轴应力压缩实验分别测得静态压缩模量和静态杨氏模量，建立两参数的线性回归关系；

第二步，利用地层密度测井和阵列声波测井数据计算动态杨氏模量，并建立动态与静态杨氏模量的回归关系，从而得到静态压缩模量与动态杨氏模量的关系；

静态压缩模量与静态杨氏模量的关系为：

C_sta＝5.5498*E_sta+0.0459

静态与动态杨氏模量的关系为：

E_sta＝0.0345*E_dyn-0.0773

其中，C_sta为静态压缩模量，单位为GPa；E_sta、E_dyn分别为静态、动态杨氏模量，单位为GPa；

在单轴应变压缩实验中，为保持横向应变为零，有效围压与有效轴压之比趋于恒定，其比值定义为应力路径；静态泊松比的确定基于经典力学方程，当横向应变近似为零时，应力路径与泊松比满足关系式：

K₀＝ν_sta/(1-ν_sta)

其中，K₀为应力路径，无量纲；v_sta为静态泊松比，无量纲；

建立岩心分析静态泊松比与测井计算动态泊松比交会图，发现数据点主要分布在45°对角线上，即利用测井数据计算的泊松比可以直接用于后续地应力评价。

4.根据权利要求1所述的改进的疏松砂岩地应力计算方法，其特征在于，所述步骤S4中浅层未进行地层密度测井的井段，根据井眼重力仪测量数据，建立地层密度与垂深的回归关系：

ρ＝0.000263*TVD+2.055

其中，ρ为地层密度，单位为g/cm³；TVD为地层垂深，单位为m。

5.根据权利要求1所述的改进的疏松砂岩地应力计算方法，其特征在于，所述步骤S5中根据小型压裂测试曲线获取最小和最大水平主应力实测值的方法为：

基于水力压裂缝的张开机理，最小水平主应力近似等于小型压裂测试曲线上的裂缝闭合压力：

σ_h＝P_c

基于破裂压力的柯西解，最大水平主应力与小型压裂测试曲线上的裂缝闭合压力和裂缝延伸压力满足关系式：

σ_H＝3P_c-P_e-σ_pp

其中，σ_h、σ_H、σ_pp分别为最小和最大水平主应力、地层孔隙压力，单位为MPa；

P_c、P_e分别为裂缝闭合压力、裂缝延伸压力，单位为MPa。