[发明专利]一种基于最小耗能原理的储层裂缝定量预测方法

说明书

本发明公开了一种基于最小耗能原理的储层裂缝定量预测方法，基于岩石力学实验、经典力学理论和能量守恒定律，引入反映自然界基本发展规律的新理论‑‑最小耗能原理，应用应力‑耗能耦合概念分析岩体变形和破裂过程，构建统一理论框架下的岩石破裂准则，并推导建立裂缝参数表征模型，在三维有限元应力场模拟的基础上，实现对低渗透砂岩储层裂缝的三维空间分布定量预测。本发明解决了准确获取低渗透砂岩储层复杂裂缝参数并进行定量表征的问题，适合于任何低渗透砂岩储层为主的裂缝定量预测工作；有效预测应力场作用下低渗透砂岩储层裂缝的产状、体密度和线密度，为研究裂缝性储层的有利发育区提供了可靠依据，减少了勘探开发的风险和成本。

技术领域

本发明涉及石油勘探领域，特别是涉及一种基于最小耗能原理的储层裂缝定量预测方法。

背景技术

随着常规储层的不断开发，中国乃至全世界均亟需寻找新的油气接替领域，以满足日益增长的能源需求，因此，低渗透砂岩储层已成为全球油气勘探的热点领域。现已证实，低渗透砂岩储层广泛发育于我国各含油气盆地之中，其资源量约占全国石油总资源量的30％，在低渗透砂岩储层中，由于强烈的成岩压实作用和胶结作用，其基质孔隙度通常小于10％，渗透率低于1×10^-3μm²，难以形成高效的渗流系统，但这类储层往往发育大量构造裂缝，从而构造裂缝成为改善储层物性和提高油气产能的重要因素。因此，如何实现低渗透砂岩储层构造裂缝定量预测成为目前研究热点问题，但受地球物理资料品质和钻井数量等条件限制，进行裂缝准确预测是一项艰巨任务，尚未形成有效通用的研究手段。

应力场作为产生构造裂缝的必要条件，也是实现地质资料缺乏区块裂缝预测的最有效途径，关键在于如何搭建好应力、能量与裂缝参数之间的“桥梁”。自然界的种种现象证明，无论如何复杂的岩石结构和力学行为，都满足基本的自然发展规律，就如极值是宇宙中最基本的定律那样。最小耗能原理作为有生命和无生命系统、线性平衡与非平衡态力学系统中存在的一般自然规律，认为材料或岩石破坏的实质总是在最薄弱地方以最易破坏的方式发生，即在耗能过程的任意时刻都满足最小耗能率原则。因此，引入瞬时稳态的概念，在平衡或非平衡态的条件下，对整个耗能过程的每一时刻，取当时所有可能耗能率的极小值。从全新的角度对岩体破裂过程的力学机理及演化规律做进一步的研究与探索，探寻裂缝参数与应力场、能量场之间的映射关系，最终完善并构建统一理论框架下的岩石破裂准则及裂缝参数表征模型，以解决裂缝“质”(裂缝产生、扩展)和“量”(裂缝规模、数量)的表征问题，实现对低渗透砂岩储层裂缝的三维定量预测。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于最小耗能原理的储层裂缝定量预测方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种基于最小耗能原理的储层裂缝定量预测方法，基于岩石力学实验、经典力学理论和能量守恒定律，引入反映自然界基本发展规律的新理论——最小耗能原理，应用应力-耗能耦合概念分析岩体变形和破裂过程，构建统一理论框架下的岩石破裂准则，并推导建立裂缝参数表征模型，在三维有限元应力场模拟的基础上，实现对低渗透砂岩储层裂缝的三维空间分布定量预测，进一步完善裂缝预测的理论与方法体系；包括以下步骤：

步骤一：进行三轴岩石力学实验获取力学参数；

步骤二：构建三维地质力学模型；

步骤三：进行三维有限元应力场动态模拟；

步骤四：基于最小耗能原理建立岩石破裂准则；

步骤五：建立最小耗能原理约束下裂缝走向、倾角预测模型；

步骤六：建立最小耗能原理约束下裂缝体、线密度预测模型；

步骤七：动态应力场瞬时提取及裂缝定量预测；

步骤八：验证裂缝定量预测结果的可靠性。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：