(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210445663.9 (22)申请日 2022.04.26 (71)申请人 中国地质大 学 （武汉） 地址 430000 湖北省武汉市洪山区鲁磨路 388号 (72)发明人 刘敬寿　梅廉夫　商琳　沈传波　 邬忠虎　陈鹏　王濡岳　刘贺娟　 (74)专利代理 机构 武汉知产时代知识产权代理 有限公司 42 238 专利代理师 魏波 (51)Int.Cl. G01N 29/14(2006.01) G01N 29/04(2006.01) G01N 29/07(2006.01) G01N 3/08(2006.01)G01N 3/24(2006.01) G01D 21/02(2006.01) G06F 17/10(2006.01) (54)发明名称 一种裂缝性储层岩石力学层演变规律预测 方法 (57)摘要 本发明涉及油气田勘探开发领域， 尤其是一 种裂缝性储层岩石力学层演变规律预测方法。 通 过岩心实验、 测井计算与地震反演， 建立完整岩 石力学参数三维非均质模型； 通过野外观测， 建 立三维裂缝离散网络地质力学模 型； 通过数值模 拟分析裂缝参数对裂缝性岩体力学参数大小及 其各向异性的影 响； 结合储层裂缝参数与 岩石力 学参数、 应力场之间的关系， 逐次循环模拟不同 时期的古应力场、 不同时期裂缝的密度与产状， 解译构造因素控制下岩石力学层的迁移规律。 本 发明专利从物理模拟与数值模拟的角度提出了 一种裂缝性储层岩石力学层演变规律预测方法， 对裂缝性储层岩石力学性质演变规律预测、 裂缝 成因机制分析等方面有一定的参 考意义。 权利要求书3页 说明书11页 附图10页 CN 114755310 A 2022.07.15 CN 114755310 A 1.一种裂缝性储层岩石力学层演变规 律预测方法， 实现的步骤如下： 第一步 采用地质分析与流体地球化学方法确定构造裂缝形成时期， 设定储层裂缝活 动的期次为 N； 第二步 选取裂缝不发育的岩样开展岩石声发射实验， 确定构造裂缝形成时期的古今 应力大小； 用声发射仪测出岩石受载过程中岩石内部发出 的声波信号， 根据凯塞尔效应原 理， 当岩石 所受应力达到它历史上所 受的最大应力时， 岩石产生的声波信号将突然变大， 据 此确定岩石在地下 所受的地应力值； 第三步 在单轴压缩实验、 三轴压缩实验及测井资料计算的基础上， 通过岩石力学参数 的单轴‑三轴和动态 ‑静态校正， 确定裂缝不发育的完整岩石的力学参数； 以测 井资料解释 的岩石力学参数为约束， 采用井震结合方法或者相属性建模的方法反演确定裂缝不 发育的 完整岩石力学参数的三维 非均质性， 建立完整岩石力学参数三维 非均质模型； 第四步 通过野外裂缝观测建立三维裂缝离散网络模型， 结合完整岩石力学参数大小， 通过裂缝面力学实验， 建立裂缝面法向刚度系数、 剪切刚度系数与法向应力间的数学模型； 通过计算机编程将数学模型编入三维裂缝离散网络数值模拟程序中， 设置软件在每次模拟 中多次调整不同正应力条件下对应的裂缝面法向和剪切刚度数值， 实现了在裂缝性岩体数 值模拟中， 采用自定义的裂缝面变形本构模型， 描述裂缝面的变形特征， 建立包含裂缝力学 特征的三维裂缝离 散网络地质力学模型； 第五步 通过离散元数值模拟， 建立裂缝参数与岩体等效力学参数数学模型， 所述的裂 缝参数包括裂缝密度、 裂缝方位、 裂缝夹角； 所述的岩 体等效力学参数是指能够产生与裂缝 性岩体相同变形效果与破裂过程的岩石力学参数大小； 通过等效力学参数， 将离散裂缝网 络模型转换为 适用于宏观应力场模拟的连续有限元模型； 第六步 基于岩石力学参数的单轴 ‑三轴和动态 ‑静态校正与完整岩石力学参数三维非 均质模型， 建立裂缝不 发育情况下， 岩石力学层三维模型， 采用该岩石力学层三维模型预测 第1期古应力场与构造裂缝三维分布； 第七步 在岩石力学层建模的基础上， 建立适用于宏观应力场模拟的有限元模型， 以构 造裂缝形成时期的古应力大小为约束， 得到适用于预测第1期裂缝的古构造应力场； 第八步 利用构造裂缝与岩石力学参数之间的数学模型， 结合适用于预测第1期裂缝的 古构造应力场， 预测第1期 裂缝的密度、 方位； 在三 维应力场中， 依据裂缝产状与岩石力学参 数、 应力场之 间的计算模型预测裂缝的产状； 依据裂缝密度与岩石力学参数、 应力场之 间的 计算模型， 预测裂缝密度三维分布； 第九步 依据构造裂缝与岩石力学参数之间的数学模型， 结合第1期裂缝密度、 方位， 建 立适用于预测下一期裂缝参数预测的岩石力学层模型， 循环第七步、 第八步， 实现N期次古 应力场与相应期次的裂缝参数定量预测， 依据构造裂缝与岩石力学参数之间的数学模型， 实现裂缝性储层岩石力学层演变规 律预测。 2.根据权利要求1所述的一种裂缝性储层岩石力学层演变规 律预测方法， 其特 征在于： 所述的地质分析与流体地球化学方法确定构造裂缝形成时期是指在不同尺度裂缝识 别与表征研究的基础上， 基于裂缝多期次充填特征， 开展储层裂缝活动的流体地球化学证 据的实验研究， 对储层裂缝充填矿物中的流体包裹体进 行观察照相、 显微测温、 激光拉曼光 谱测试， 确定流体包裹体的类型、 形态、 相态、 丰度、 盐度、 成分以及均一化温度、 Fe2O3、 MgO、权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114755310 A 2MgO2、 微量元素、 碳氧同位素、 地层水成分及矿化度， 计算流体包裹体的捕获压力和 密度， 对 比分析不同类型充填物的古流体性质的差异， 结合岩石不同组系裂缝 的交切关系， 综合确 定储层裂缝活动的期次。 3.根据权利要求1所述的一种裂缝性储层岩石力学层演变规 律预测方法， 其特 征在于： 所述的裂缝产状与岩石力学参数、 应力场之间的计算模型如下： 在应力场数值模拟中， 设裂缝形成时所在平面的单位法向矢量为n ′， 倾角为η ′， 倾向为 γ′； 依据岩石破裂准则， 得到应力场坐标系中裂缝的产状， 主应力方向与大地坐标系中X – Y–Z轴的夹角分别表示 为： ①. σ1与X–Y–Z轴的夹角分别表示 为： α11、 α12、 α13； ②. σ2与X–Y–Z轴的夹角分别表示 为： α21、 α22、 α23； ③. σ3与X–Y–Z轴的夹角分别表示 为： α31、 α32、 α33； 以岩石剪切破裂为例， 在应力场坐标系中产生的两组裂缝面的单位法向矢量坐标n ″x、 n″y、 n″z表示为： 矢量n′在大地坐标系中3个分量 n′x、 n′y、 n′z表示为： 依据上述公式， 计算裂缝 形成时的倾角 η ′、 倾向γ′： 得到裂缝 形成时的倾角 η ′： 裂缝形成时的倾向γ ′需分象限进行讨论： ①n′x≥0且n′y>0， 裂缝形成时的倾向为北东向， 此时： ②n′x≤0且n′y>0， 裂缝形成时的倾向为 东南向， 此时： ③n′x<0且n′y≤0， 裂缝形成时的倾向为西南向， 此时：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114755310 A 3