(19)中华 人民共和国 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 202111126470.9 (22)申请日 2021.09.26 (71)申请人 中国石油大 学 （华东） 地址 266580 山东省青岛市黄岛区长江西 路66号 (72)发明人 时贤　王民　蒋恕　葛晓鑫　 曲占庆　郭天魁　王森　 (74)专利代理 机构 北京汇捷知识产权代理事务 所(普通合伙) 11531 代理人 盛君梅 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 111/10(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 储层三维应力场模拟方法、 模拟系统、 终端、 存储介质 (57)摘要 本发明属于油气田开发地质学和石油工程 岩石力学技术领域， 公开一种储层三维应力场模 拟方法、 模拟系统、 终端、 存储介质。 根据井上层 理裂缝和天然裂缝发育特征对地震相进行分类。 在地震相约束下， 利用增强曲率属性跟踪裂缝 线， 实现在地震尺度上建立离散天然裂缝网络确 定性模型， 同时考虑断层、 天然裂缝等地质不连 续面导致的局部强度弱化和应力集中对整个岩 石力学场和地应力场的影 响， 开发相关网格转换 程序实现地质 模型和地应力有 限元模型的网格 转换， 利用竞争粒子群优化算法实现地应力场最 优解获取。 本发 明获取高精度和分辨率的三维地 应力结果， 为后续开展工程甜点预测、 钻井井身 结构设计、 压裂增产方案分析等油气田勘探开发 工作提供重要技 术支持。 权利要求书5页 说明书14页 附图6页 CN 113919196 A 2022.01.11 CN 113919196 A 1.一种基于确定性多尺度裂缝建模和竞争粒子群算法的储层三维应力场模拟方法， 其 特征在于， 所述基于确定性多尺度裂缝建模和竞争粒子群算法的储层三 维应力场模拟方法 包括： 根据井上层理裂缝和天然裂缝发育特 征对地震相进行分类； 在地震相约束下， 利用增强曲率属性跟踪裂缝线， 实现在地震尺度上建立离散天然裂 缝网络的确定性模型； 基于建立的裂缝确定性模型， 利用相关网格转换程序进行地质模型和地应力有限元模 型的网格转换， 并利用竞争粒子群优化 算法实现地应力场最优解获取。 2.根据权利要求1所述的基于确定性多尺度裂缝建模和竞争粒子群算法的储层三维应 力场模拟方法， 其特征在于， 所述基于确定性多尺度裂缝建模和 竞争粒子群算法的储层三 维应力场模拟方法具体包括： 步骤一， 利用井震结合方式建立区块构造模型， 包括： 利用二维地震解释 成果为横向基 础， 通过单井分层数据作为校正 点， 并结合断层发育特 征， 形成全区构造模型； 步骤二， 确定纵横向约束条件和选择变差函数， 利用多点地质统计学资料， 以及利用序 贯指示随机模拟方法进行岩相建模； 在岩相建模和构造建模的基础上， 分析不同岩相各属 性分布范围及频率分布形态， 通过插值方法进行渗透率和 孔隙度等关键属 性建模， 并通过 单井解释数据进行约束； 步骤三， 利用三维地震 进行区块天然裂缝的刻画和描述； 步骤四， 对测井曲线进行预处理， 同时对扩径、 井壁冲刷位置的测井数据进行修正， 测 井数据包括地层的伽马射线、 密度、 纵波时长， 根据声波测 井数据计算得到的岩石参数， 包 括弹性模量、 泊松比关键参数； 对目的层岩心力学参数进行单轴/三轴压缩试验和纵横声波 速度测试， 分析建立动静态参数转换模型； 步骤五， 通过从地表至目的层的全时窗叠前三维地震反演得到动态弹性体参数， 并利 用动静态转换模型进 行静态数据的计算， 得到三 维岩石力学数据体， 对于 薄层力学参数， 引 入地质统计信息进行薄层弹性 参数专门预测； 步骤六， 把断层作为不连续体引入到三维岩石力学参数模型中， 分析断层两侧的地应 力场变化； 并结合单井测井、 地震解释结果和室内实验成果， 对三 维岩石力学参数模型进 行 校正， 最终更新井震结合的三维岩石力学场， 获得针对地质构造影响的三维岩石力学参数 模型； 步骤七， 利用单井声波 ‑电阻率和密度测井数据进行孔隙压力预测， 并利用现场钻井或 者测井实测数据进行约束， 综合钻井和试井数据， 确定目的层的孔隙压力值最大和 最小范 围区间， 为 孔隙压力计算结果进行约束； 步骤八， 结合区块地质分层特点， 利用现场收集小压数据和钻井数据反求， 获取各层的 构造应力系 数， 并通过组合弹簧模型地应力计算公式进行单井测井地应力计算， 同时利用 不同层位的地应力实验结果对测井 计算地应力数据进行修 正； 步骤九， 利用网格交互算法， 将地质角点网格转换为对应的三维有限元网格模型， 并采 用全局和局部定位方法寻找节点和单元信息， 利用球型区域搜索方法和自然邻点插值算法 进行节点赋值， 实现将地质模型属性结果传导至有限元的应力模型中； 步骤十， 对区块几何体进行离 散；权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 113919196 A 2步骤十一， 在确定地应力反演工区以及参演参数后， 建立构造三维地应力场反演 目标 函数， 初始化粒子群参数， 确定误差和迭代 精度， 利用竞争粒子群算法获取全局最优解； 步骤十二， 进行有限元数值模拟计算， 当迭代或者计算精度后停止计算， 最终获取区块 三维地应力分布特 征。 3.根据权利要求2所述的基于确定性多尺度裂缝建模和竞争粒子群算法的储层三维应 力场模拟方法， 其特征在于， 所述步骤三利用三 维地震进行区块 天然裂缝的刻画和描述， 具 体包括： 通过收集研究区野外露头、 单井岩心观察、 录井岩屑 及前期地质研究成果得到的多源 信息获取天然裂缝的分布特征， 同时结合储层层理弱面解释， 以建立的岩相向模型和厚度 储层模型为约束， 构建层理缝模型； 采用分组方式进行弥散裂缝的确定性建模 对小尺度弥散裂缝量 化裂缝属性； 采用蚁群跟踪算法进行拓扑参数， 建立相关天然裂缝网络进行大尺度离散裂缝分析， 多个二维地震 数据面组成三 维地震数据体， 将二 维地震数据面进 行网格划分 并定义蚂蚁起 始概率； 其中， Pi为概率， Ci为第i个点处的相干值； 在确定起始概率下， 通过将区域进行进一步 划分并计算梯度确定追踪的主方向； 每 个子块的追踪方向表达为 其中， θi为追踪方向Gx(i， j)和Gy(i， j)为数据点梯度。 4.根据权利要求2所述的基于确定性多尺度裂缝建模和竞争粒子群算法的储层三维应 力场模拟方法， 其特征在于， 所述步骤五基于直接反演杨氏模量、 泊松比和密度的反射率的 叠前弹性 参数反演线性公式为： 式中： R为反射系数； θ 为入射角； vP为纵波速度； vs为横波速度； k为 E为杨氏模量； σ 为泊松比； ρ 为密度。 5.根据权利要求2所述的基于确定性多尺度裂缝建模和竞争粒子群算法的储层三维应 力场模拟方法， 其特征在于， 所述步骤六中， 针对裂缝刚度对岩体力学参影响， 建立耦合天 然裂缝后的力学参数场； 权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 113919196 A 3