低渗油藏储层裂缝的参数反分析优化方法研究

论文摘要

低渗油藏地应力场和储层裂缝的分布特征,对低渗油藏的油气运移、注采井网部署与调整、钻井管柱优化设计等都具有重要影响。但长期以来人们对石介质固有属性的认识存在一定的模糊性和局限性,对油藏地应力及储层裂缝的研究尚处于探索阶段。本文重点针对岩石力学参数、油藏地应力及储层裂缝预测分析研究中的热点和难点问题,在借鉴前人大量研究成果的基础上,利用现代数学、力学、计算机等知识通过理论推演、数值模拟、油田实例分析及配套软件开发等途径,提出适于低渗透油气储层的油藏应力场及储层裂缝分布规律的预测分析技术。首先,基于岩石声学特性和力学特性之间的关系推导了确定力学参数的模型方法,参照岩心测试数据结合最优化反分析技术利用油田现场大量的常规测井信息计算岩石力学参数,研究了储层岩石参数的随机性和模糊性,预测分析了储层岩石弹性模量及泊松比的概率分布类型,并计算得出其统计特征值。其次,推导分析了以关键井处地应力的大小和方位为约束条件,利用多井多目标约束的最优化技术确定储层岩石地应力分布规律的模型方法。实例计算表明约束井处地应力大小及方位误差皆能满足实际工程要求,并获取了研究区域储层平面内三向主应力、孔隙压力及破裂压力的分布规律,回归拟合了江苏油田三向地应力随深度变化的关系曲线。再次,根据储层岩石所受的复杂多轴应力环境,研究分析了储层岩石地应力状态函数和基于多强度参数的破坏曲面方程,建立了储层裂缝预测分析的多参数判据模型,有效弥补了常规岩石破裂准则中参数过于单一、无法考虑储层岩石非均质性和各向异性等缺陷。同时,为了考虑岩石材料原始微缺陷等对储层裂缝的影响,文中将位错理论引入到储层裂缝预测中,提出了基于位错模型的储层裂缝预测的新方法,为储层裂缝的分析预测提供了一种可行而有效的方法。在此基础上,开展了油气储层岩石强度参数的概率模型分析,提出了利用Monte Carlo法随机有限元模拟技术预测分析储层岩石裂缝发育情况的模型方法。江苏油田W油区实例分析结果表明,研究成果较好地分析预测了裂缝发育区域,并通过裂缝发育指数与裂缝密度间的拟合关系,预测分析了研究区域油藏储层裂缝密度分布规律。最后,设计开发了“地应力及裂缝预测分析系统(RSFA)”软件,为论文的理论研究成果较全面、方便地应用于油田生产实际提供了一个有效途径,初步实现了论文理论方法向工程实际应用的转化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的提出及研究意义
• 1.1.1 课题的提出
• 1.1.2 课题研究意义
• 1.2 国内外研究进展与现状
• 1.2.1 低渗透油藏地应力场分析
• 1.2.2 低渗油藏储层裂缝预测分析
• 1.2.3 储层裂缝的随机有限元模拟
• 1.3 研究目标、主要内容及拟解决的关键问题
• 1.3.1 论文研究目标
• 1.3.2 主要研究内容
• 1.3.3 拟解决的关键问题
• 1.4 研究方法与技术路线
• 第二章 储层岩石弹性力学参数的确定
• 2.1 引言
• 2.2 室内试验测试法
• 2.2.1 单轴压缩变形试验
• 2.2.2 三轴压缩强度试验
• 2.2.3 直剪强度试验
• 2.3 基于声波测井信息的岩石力学参数确定方法
• 2.3.1 计算方法推导
• 2.3.2 实例计算分析
• 2.4 岩石力学参数概率统计特性分析
• 2.4.1 确定岩土力学参数概率分布类型的方法
• 2.4.2 小样本岩土力学参数概率分布的推断方法
• 2.4.3 存在先验分布信息的岩体参数概率分布的推断方法
• 2.5 江苏油田W 油区岩石力学参数分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 低渗油藏地应力优化反分析研究
• 3.1 油藏地应力优化反分析技术
• 3.1.1 问题的提出
• 3.1.2 地应力反分析模型
• 3.2 多目标约束的最优化方法研究
• 3.3 江苏油田W 油区地应力优化反分析
• 3.3.1 关键井处约束条件的确定
• 3.3.2 油藏应力场最优化反分析
• 3.3.3 研究工区油藏地应力分布规律
• 3.4 江苏油田主应力随深度变化规律研究
• 3.5 本章小结
• 第四章 油气储层裂缝多参数判据法研究
• 4.1 岩石材料破裂准则
• 4.1.1 Griffith 破裂准则及其推广理论
• 4.1.2 Coulomb- Navier 剪破裂准则
• 4.2 储层岩石裂缝的多参数判据法
• 4.2.1 多参数判据法推导
• 4.2.2 模型参数的确定
• 4.2.3 其它受力状态下的断裂判据
• 4.3 实例应用与结果分析
• 4.3.1 关键井点处裂缝描述
• 4.3.2 模型结果分析
• 4.3.3 研究工区油藏储层裂缝预测分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于位错模型的油气储层裂缝预测分析
• 5.1 储层裂缝的常用研究方法及其评价
• 5.1.1 储层裂缝识别方法
• 5.1.2 储层裂缝模拟分析
• 5.1.3 储层裂缝预测分析的技术方法
• 5.2 储层岩石中的位错现象
• 5.2.1 位错概念及其类型
• 5.2.2 位错的运动和增殖
• 5.2.3 位错的受力分析
• 5.3 基于位错模型的裂缝预测分析
• 5.3.1 位错模型研究岩石裂缝的可行性
• 5.3.2 基于位错模型的裂纹尖端应力场分析
• 5.3.3 位错模型在储层裂缝预测中的应用
• 5.3.4 基于位错模型的储层裂缝预测分析步骤
• 5.4 模型方法在W 油区裂缝预测中的应用
• 5.4.1 模型实用效果分析
• 5.4.2 研究工区储层裂缝分布规律预测
• 5.4.3 储层裂缝密度分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 油气储层裂缝的随机模拟分析
• 6.1 岩石强度的概率统计特性
• 6.2 油气储层裂缝的MONTE CARLO 法模拟分析
• 6.2.1 Monte Carlo 随机模拟的基本思想
• 6.2.2 Monte Carlo 法随机有限元方程
• 6.2.3 实际应用中随机变量的抽样
• 6.3 油气储层裂缝的随机分析实例
• 6.3.1 随机有限元模型建立
• 6.3.2 关键井处裂缝预测分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 地应力及裂缝预测分析系统软件的开发
• 7.1 RSFA 软件的整体设计思路
• 7.1.1 软件总体框架设计
• 7.1.2 RSFA 软件主要技术概要
• 7.2 RSFA 软件的功能模块介绍
• 7.2.1 岩石力学参数计算与随机特性分析
• 7.2.2 油藏地应力预测分析模块
• 7.2.3 油气储层裂缝预测分析模块
• 7.2.4 结果处理与显示功能
• 7.3 RSFA 软件的结构特征
• 7.4 RSFA 软件的主要操作界面与应用实例
• 7.5 本章小结
• 第八章 结论和建议
• 8.1 主要研究结论
• 8.2 后续研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文