[发明专利]一种裂缝性储层渗透率张量及各向异性定量预测方法

摘要

本发明涉及油气田勘探开发领域，尤其是一种裂缝性储层渗透率张量及各向异性定量预测方法。本发明在应力场数值模拟的基础上，利用裂缝的现今产状将静态坐标系与动态坐标系融合到大地坐标系中，建立了多组裂缝渗透率张量的定量预测模型，给出了渗透率主方向、大小的定量计算公式，通过调整动态坐标系旋转角预测单元体内裂缝在不同方向的渗透率。本发明由严格的数学算法推导组成，可以利用计算机编程语言开发相应的计算程序，实现裂缝性储层渗透率张量及各向异性定量预测，预测成本低廉、可操作性强，预测结果对确定断块渗透率优势方向、合理的部署开发井网、确定注水井与采油井的空间位置关系有一定的指导意义。

主权项

一种裂缝性储层渗透率张量及各向异性定量预测方法，所述的步骤如下：1)对研究区裂缝形成时期的古应力场定时、定向、定量，确定研究区岩石力学参数，建立有限元地质模型进行古应力场数值模拟；2)运用应力场数值模拟方法得到古裂缝产状，利用古裂缝产状计算现今裂缝产状：设裂缝形成时期所在平面的单位法向矢量为n′，倾角为α，倾向为β；现今裂缝面的单位法向矢量为n；古岩石力学层所在平面的法向矢量为p₁，现今岩石力学层所在平面的法向矢量为p₂，矢量p₁与矢量p₂所在平面的单位法向矢量为p，矢量n′在大地坐标系中的三个分量为：$\left\{\begin{array}{c}{n_x}^{\′}=\sin \mathrm{\α}\sin \mathrm{\β}\\ {n_y}^{\′}=\sin \mathrm{\α}\cos \mathrm{\β}\\ {n_z}^{\′}=\cos \mathrm{\α}\end{array}\right.---\left(1\right)$公式(1)中，(n_x′，n_y′，n_z′)为矢量n′在大地坐标系中三个坐标轴的分量；α为裂缝形成时期的倾角，(°)；β为裂缝形成时期的倾向，(°)；矢量n与矢量n′的定量转换关系可以表示为：$\left[\begin{array}{c}{n}_x\\ n_y\\ n_z\end{array}\right]=T_1\·\left[\begin{array}{c}{n^{\′}}_x\\ {n^{\′}}_y\\ {n^{\′}}_z\end{array}\right]---\left(2\right)$公式(2)中，(n_x，n_y，n_z)为矢量n在大地坐标系中三个坐标轴的分量；公式(2)中，旋转矩阵T₁可以表示为：$T_1=\left[\begin{array}{ccc}(1-{p_x}^2)\cos \mathrm{\ξ}+{p_x}^2& p_x{p}_y(1-\cos \mathrm{\ξ})+p_z\sin \mathrm{\ξ}& p_x{p}_z(1-\cos \mathrm{\ξ})-p_y\sin \mathrm{\ξ}\\ p_x{p}_y(1-\cos \mathrm{\ξ})-p_z\sin \mathrm{\ξ}& (1-{p_y}^2)\cos \mathrm{\ξ}+{p_y}^2& p_y{p}_z(1-\cos \mathrm{\ξ})+p_x\sin \mathrm{\ξ}\\ p_x{p}_z(1-\cos \mathrm{\ξ})+p_y\sin \mathrm{\ξ}& p_y{p}_z(1-\cos \mathrm{\ξ})-p_x\sin \mathrm{\ξ}& (1-{p_z}^2)\cos \mathrm{\ξ}+{p_z}^2\end{array}\right]---\left(3\right)$公式(3)中，(p_x，p_y，p_z)为矢量p在大地坐标系中三个坐标轴的分量；ξ为矢量p₁与矢量p₂重合的旋转角，(°)；3)通常采用多种方法对研究区现今地应力方位进行了判断，并通过测井、压裂资料以及物理实验计算关键井现今地应力的数值，在此基础上，通过确定岩石力学参数并建立有限元模型，对研究区现今地应力场进行了数值模拟；4)利用岩石应变能理论、裂缝表面能理论以及能量守恒定律，建立了古今应力场与储层构造裂缝参数之间的定量关系，实现了裂缝线密度预测；在现今应力场中改造后裂缝开度的计算公式为：$b=\frac{b_0}{1+9{\mathrm{\σ}}_n^{\′}/{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{nref}}}+b_{\mathrm{res}}---\left(4\right)$公式(4)中，b为裂缝的现今开度，m；b₀为裂缝的原始开度，m；σ′_n为有效正应力，MPa；b_res代表裂缝面承受最大有效正应力时的裂缝开度，m；σ_nref为使裂缝开度减小90％的有效正应力，MPa；在古今应力场数值模拟的基础上，可以求取单元体内现今裂缝线密度以及开度，单组裂缝的平行渗透率K表示为：$K=\frac{b^3{D}_{\mathrm{lf}}}{12}---\left(15\right)$公式(5)中，b为裂缝的现今开度，m；D_lf为单组裂缝的线密度，条/m；5)利用裂缝的产状将静态坐标系与动态坐标系统一到大地坐标系中，建立了裂缝渗透率张量的定量预测模型；6)利用建立缝渗透率张量的定量预测模型，建立多组裂缝渗透率主方向、主值预测计算模型；7)建立渗透率各向异性定量预测模型，采用的渗透率极差比τ_b、渗透率突进系数τ_k、渗透率变异系数τ_y评价裂缝各向异性。