CN113255173A - 页岩油气储层地质结构力学模型定量表征方法 - Google Patents

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CN113255173A CN202110791482.7A CN202110791482A CN113255173A CN 113255173 A CN113255173 A CN 113255173A CN 202110791482 A CN202110791482 A CN 202110791482A CN 113255173 A CN113255173 A CN 113255173A
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Abstract

本发明属于页岩油气开发技术领域，旨在研究储层岩体结构的变化规律，获得岩体结构的可靠数据参数，提供了一种页岩油气储层地质结构力学模型定量表征方法，建立多尺度地质分层结构模型、生成页岩的裂缝网络模型、获取岩性小层的力学参数、获取结构面的力学参数、建立三向主应力预测剖面、获取结构面力学状态，再通过将裂缝网络模型与多尺度地质分层结构模型叠加，获取第一多尺度地质结构模型；通过将不同岩性小层的力学参数、结构面的力学参数与其叠加，获取第二多尺度地质结构模型；通过再叠加三向主应力预测剖面、结构面力学状态，获取页岩油气地质结构力学模型，实现其定量表征；通过本发明可实现页岩油气地质力学模型的精细化定量表征。

Description

页岩油气储层地质结构力学模型定量表征方法
技术领域
本发明属于页岩油气开发技术领域，具体涉及一种页岩油气储层地质结构力学模型定量表征方法。
背景技术
页岩油气革命改变了世界能源格局，加快页岩油气勘探开发，将对保障我国油气安全供应发挥重要作用。水平钻井和水力压裂是页岩油气开发的关键核心技术。我国页岩油气储层受盆山耦合和沉积物源的控制，具有多种岩性组合模式，纹层、软弱夹层、硬夹层等发育，储层非均质性强，在多期次构造作用下，节理、裂缝、断层等弱结构面发育；这些页岩储层中的岩体结构是控制油气差异富集的关键地质因素，同时，储层岩体结构的发育特征、分布规律及其力学性质是钻完井工程问题的主控因素，比如，钻井过程中的泥浆漏失、井壁失稳、套管损坏，压裂裂缝垂向扩展穿层、裂缝形态、压裂砂堵等。
因此，如何精细化定量表征页岩油气地质力学模型，准确掌储层段地质力学本底条件，对保障作业效率和开发效益至关重要。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了研究储层岩体结构的变化规律，获得岩体结构的可靠数据参数，本发明提供了一种页岩油气储层地质结构力学模型定量表征方法，该方法包括以下步骤：步骤S100，基于获取的页岩油气储层在预设多尺度下的层状结构，建立多尺度地质分层结构模型；所述多尺度地质分层结构模型包括预设多尺度对应的岩性小层的厚度以及矿物组分。
步骤S200，基于所述多尺度地质分层结构模型，运用概率论与数理统计方法，建立裂缝参数的统计概率模型，采用蒙特卡罗模拟方法根据页岩的天然裂缝空间分布特征，生成页岩的裂缝网络模型。
步骤S300，基于所述多尺度地质分层结构模型，选取不同的岩性小层岩心样品进行加载三轴压缩试验，通过在位CT实时扫描获取试验过程中的动态破裂过程，以获取不同的岩性小层的力学参数；其中，岩性小层的力学参数包括弹性模量、泊松比及抗压强度。
步骤S400，基于页岩的天然裂缝空间分布特征，对选取的结构面岩样进行巴西劈裂、直剪试验以及微米压痕试验，获取结构面的力学参数；其中，结构面的力学参数包括抗拉强度、抗拉强度以及不同纹层的弹性模量。
步骤S500，基于所述多尺度地质分层结构模型以及不同的岩性小层的力学参数，通过页岩分级加载蠕变特性试验，获取岩样的蠕变参数；根据Boltzmann叠加原理，结合幂次定律模型，获得具有时间效应的地层差应力计算模型；结合水平井分段压裂瞬时停泵压力和测井数据，建立基于流变模型的三向主应力预测剖面。
步骤S600，基于页岩的天然裂缝空间分布特征以及所述三向主应力预测剖面，根据Mohr-Coulob准则获取对应应力场中的结构面力学状态。
步骤S700，根据多尺度地质分层结构分布规律将所述裂缝网络模型与所述多尺度地质分层结构模型叠加，获取第一多尺度地质结构模型。
根据地球物理测井密度及声波，将不同岩性小层的力学参数、结构面的力学参数叠加至所述第一多尺度地质结构模型，获取第二多尺度地质结构模型。
根据地球物理偶极声波叠加三向主应力预测剖面、结构面力学状态至所述第二多尺度地质结构模型，获取页岩油气地质结构力学模型。
在一些优选实施例中，步骤S100中“页岩油气储层在预设多尺度下的层状结构”的获取方法包括：结合对应区域地层资料，通过野外露头剖面调查、地球物理测井、岩心观测、薄片鉴定或扫描电镜观察获取。
在一些优选实施例中，所述预设多尺度包括宏观、细观和微观，所述岩性小层的厚 度为h；所述宏观为：h＞10
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；所述细观为：0.1
Figure 651074DEST_PATH_IMAGE001
＜h＜10
Figure 974739DEST_PATH_IMAGE001
；所述微观为：10
Figure 285634DEST_PATH_IMAGE002
＜h ＜100
Figure 946423DEST_PATH_IMAGE002
。
在一些优选实施例中，所述天然裂缝空间分布特征包括页岩的位置、倾向、倾角、走向、充填情况及粗糙度。
在一些优选实施例中，步骤S300中的岩性小层岩心样品为圆柱体试件，所述圆柱 体试件的直径为
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，高度为
Figure 682167DEST_PATH_IMAGE004
，端面不平度误差小于0.05mm。
在一些优选实施例中，步骤S400具体包括：选取第一结构面岩样进行巴西劈裂试验，获取结构面的抗拉强度；所述第一结构面岩样为以不同岩性界面、充填或半充填裂缝为中心条带的圆盘式岩样。
选取第二结构面岩样进行直剪试验，获取结构面的抗拉强度；所述第二结构面岩样为以不同岩性界面、充填或半充填裂缝为中心条带的立方体岩样。
选取第三结构面岩样进行微米压痕试验，获取微米下不同纹层的弹性模量；所述 第三结构面岩样为沿结构面的垂直层理方向制备的尺寸为
Figure DEST_PATH_IMAGE005
×
Figure 176733DEST_PATH_IMAGE006
×
Figure DEST_PATH_IMAGE007
的样 品。
所述第一结构面岩样、所述第二结构面岩样、所述第三结构面岩样为同种地质对应的不同位置选取的岩样。
在一些优选实施例中，所述圆盘式岩样的直径为
Figure 974925DEST_PATH_IMAGE004
，高度为
Figure 328152DEST_PATH_IMAGE003
。
所述立方体岩样的尺寸为
Figure 262610DEST_PATH_IMAGE008
。
在一些优选实施例中，基于微米压痕试验的结果，采用场发射扫描电镜进行矿物成分分析，获得预设压入点的矿物组分以及不同纹层的弹性模量与矿物组分的关系。
在一些优选实施例中，步骤S500中所用岩样为圆柱体试件，直径为
Figure 662499DEST_PATH_IMAGE003
，高 度为
Figure 682407DEST_PATH_IMAGE004
，端面不平度误差小于0.05mm。
在一些优选实施例中，步骤S500中的页岩分级加载蠕变特性试验具体为：以岩样的抗压强度的30%、40%、50%、60%、70%、80%进行单轴逐级加载蠕变试验，各级加载时间均为3小时。
本发明的有益效果为：1）本发明所述采用了地质与工程相结合、多尺度试验测试与理论分析相结合的技术方法，考虑页岩储层多尺度的地质分层结构特征，叠加裂缝网络模型，建立多尺度地质结构模型。试验获取了不同岩相小层的杨氏模量、泊松比、抗压强度等岩石力学参数，获取典型结构面的抗拉强度、抗剪强度、纹层弹性模量及其与矿物组分的关系，通过分级加载蠕变试验获得了不同岩相小层的差应力计算模型，结合水平井分段压裂瞬时停泵压力、测井数据，建立基于流变模型的三向主应力预测剖面，并计算结构面的剪应力与正应力，并判断在现今应力场中结构面的力学状态，从而构建了页岩油气地质结构力学模型。
2）本发明可精细化定量表征页岩油气储层结构与力学非均质性，掌握页岩油气储层地质力学本底条件，是水平井轨迹优化设计、分段压裂方案设计的重要地质基础。提出的多尺度地质结构力学模型构建方法，与井壁稳定性力学模型结合，可以提高钻井效率，降低套管损坏率，与水力压裂工艺相结合，考虑目标储层岩体地质结构影响的水力裂缝演化机制，优化射孔位置、射孔簇数、射孔簇间距、施工段数，提高体积压裂波及储层体积。
3）本发明所需参数均可观测可表征，具备可操作性，可为页岩油气开发钻完井方案优化提供理论依据。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
图1是本发明的一种具体实施例的流程示意图一。
图2是本发明的一种具体实施例的流程示意图二。
图3为本发明中的结构面抗拉强度测试示意图。
图4为本发明中的结构面抗剪强度测试示意图。
图5为本发明中的逐级加载蠕变试验方法示意图。
图6是本发明中的结构面和三向主应力的示意图。
图7为本发明的结构面剪应力和正应力三维Mohr圆表示图。
附图标记说明：10、巴西劈裂加载装置；20、巴西圆盘试样；30、第一结构面岩样；11、结构面直剪加载装置；21、立方块试样；31、第二结构面岩样；1-最小水平主应力与垂向应力归一化莫尔圆，2-最大水平主应力与垂向应力归一化莫尔圆，3-最大水平主应力与最小水平主应力归一化莫尔圆，4-结构面稳定应力状态区域，5-结构面临界应力状态区域，6-摩擦系数0.6Mohr-Coulomb破坏线，7-摩擦系数1.0Mohr-Coulomb破坏线。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
本发明提供了一种页岩油气储层地质结构力学模型定量表征方法，该方法包括以下步骤：步骤S100，基于获取的页岩油气储层在预设多尺度下的层状结构，建立多尺度地质分层结构模型；所述多尺度地质分层结构模型包括预设多尺度对应的岩性小层的厚度以及矿物组分；步骤S200，基于多尺度地质分层结构模型，运用概率论与数理统计方法，建立裂缝参数的统计概率模型，采用蒙特卡罗模拟方法根据页岩的天然裂缝空间分布特征，生成页岩的裂缝网络模型；步骤S300，基于多尺度地质分层结构模型，选取不同的岩性小层岩心样品进行加载三轴压缩试验，通过在位CT实时扫描获取试验过程中的动态破裂过程，以获取不同的岩性小层的力学参数；其中，岩性小层的力学参数包括弹性模量、泊松比及抗压强度；步骤S400，基于页岩的天然裂缝空间分布特征，对选取的结构面岩样进行巴西劈裂、直剪试验以及微米压痕试验，获取结构面的力学参数；其中，结构面的力学参数包括抗拉强度、抗拉强度以及不同纹层的弹性模量；步骤S500，基于所述多尺度地质分层结构模型以及不同的岩性小层的力学参数，通过页岩分级加载蠕变特性试验，获取岩样的蠕变参数；根据Boltzmann叠加原理，结合幂次定律模型，获得具有时间效应的地层差应力计算模型；结合水平井分段压裂瞬时停泵压力和测井数据，建立基于流变模型的三向主应力预测剖面；步骤S600，基于页岩的天然裂缝空间分布特征以及所述三向主应力预测剖面，根据Mohr-Coulob准则获取对应应力场中的结构面力学状态；步骤S700，根据多尺度地质分层结构分布规律将所述裂缝网络模型与所述多尺度地质分层结构模型叠加，获取第一多尺度地质结构模型；根据地球物理测井密度及声波，将不同岩性小层的力学参数、结构面的力学参数叠加至所述第一多尺度地质结构模型，获取第二多尺度地质结构模型；根据根据地球物理偶极声波叠加三向主应力预测剖面、结构面力学状态至所述第二多尺度地质结构模型，获取页岩油气地质结构力学模型。
进一步地，本发明提供的一种页岩油气储层地质结构力学模型定量表征方法为一种地质与工程相结合的页岩油气储层地质力学模型定量表征方法；运用地质统计学方法，综合利用野外露头剖面调查、岩心描述、地球物理测井等，统计区域尺度、井场尺度、岩心尺度的沉积结构面（层理）和构造结构面（节理、断层）的几何特征、组合关系和空间分布信息，采用蒙特卡罗（Monte-Carlo）方法建立页岩储层裂缝网络模型。研究页岩油气储层层系、岩性组合特征，统计米、分米、厘米和毫米尺度下不同小层厚度，将其叠加到裂缝网络模型之上，构建考虑多尺度层厚度和裂缝等结构面的地质结构模型。选取不同岩性岩心样品开展岩石力学测试，进行在位CT边加载边扫描三轴压缩变形、巴西劈裂、直剪、微米压痕试验，研究不同岩性岩石的变形、强度特征，分析不同结构面的拉伸、剪切力学性质，获取不同纹层弹性模量及其与矿物组分的关系。通过页岩分级加载蠕变特性试验，获得具有时间效应的地层差应力计算模型，结合水平井分段压裂瞬时停泵压力、测井数据，建立三向主应力剖面。结合结构面的产状特征，计算结构面上的剪应力和正应力，刻画地质结构与力学非均质性，建立页岩油气储层地质结构力学模型。
以下参照附图结合实施例进一步说明本发明。
参照附图1至附图7，本发明提供了一种页岩油气储层地质结构力学模型定量表征方法，该方法包括以下步骤：步骤S100，基于获取的页岩油气储层在预设多尺度下的层状结构，建立多尺度地质分层结构模型；其中，多尺度地质分层结构模型包括预设多尺度对应的岩性小层的厚度以及矿物组分。
进一步地，页岩油气储层在预设多尺度下的层状结构的获取方法具体包括：结合对应区域地层资料，通过野外露头剖面调查、地球物理测井、岩心观测、薄片鉴定、扫描电镜观察等多种手段获取。
其中，预设多尺度包括宏观、细观和微观，岩性小层的厚度为h；宏观为：h＞10
Figure 684998DEST_PATH_IMAGE001
；细观为：0.1
Figure 473963DEST_PATH_IMAGE001
＜h＜10
Figure 559599DEST_PATH_IMAGE001
；微观为：10
Figure 66804DEST_PATH_IMAGE002
＜h＜100
Figure 748452DEST_PATH_IMAGE002
。
在本步骤中，综合利用测井参数、岩心描述数据等资料分析储层的宏观（即米-厘米-分米尺度）分层结构特征，结合扫描电镜、偏光显微镜等对页岩薄片进行微结构观察，统计页岩储层的微米尺度的分层结构参数。
步骤S200，基于获取的多尺度地质分层结构模型，运用概率论与数理统计方法，研究裂缝参数的概率密度分布函数，建立裂缝参数的统计概率模型，采用蒙特卡罗（Monte-Carlo）模拟方法根据页岩的天然裂缝空间分布特征，生成页岩的裂缝网络模型。
其中，天然裂缝空间分布特征包括页岩的位置、倾向、倾角、走向、充填情况及粗糙度；天然裂缝空间分布特征的获取是结合野外露头天然裂缝统计，并基于成像测井裂缝识别获取的。
步骤S300，基于获取的多尺度地质分层结构模型，选取不同的岩性小层岩心样品进行加载三轴压缩试验，通过在位CT实时扫描获取试验过程中的动态破裂过程，以获取不同的岩性小层的力学参数；其中，岩性小层的力学参数包括弹性模量、泊松比及抗压强度。
其中，岩性小层岩心样品为圆柱体试件，圆柱体试件的直径为
Figure 657502DEST_PATH_IMAGE003
，高度为
Figure 258248DEST_PATH_IMAGE004
，端面不平度误差小于0.05mm。
进一步地，在试验过程中，采用轴向位移闭环伺服控制方式加载，变形速率位0.06mm/min，获取不用岩性小层的弹性模量、泊松比、抗压强度等岩石力学参数及动态破裂过程。
步骤S400，基于页岩的天然裂缝空间分布特征，对选取的结构面岩样进行巴西劈裂、直剪试验以及微米压痕试验，获取结构面的力学参数；其中，结构面的力学参数包括抗拉强度、抗拉强度以及不同纹层的弹性模量。
进一步地，步骤S400具体包括：选取第一结构面岩样30采用巴西劈裂加载装置10 进行巴西劈裂试验，获取结构面的抗拉强度；其中，第一结构面岩样为以不同岩性界面、充 填或半充填裂缝为中心条带的圆盘式岩样（即巴西圆盘试样20），圆盘式岩样的直径为
Figure 252749DEST_PATH_IMAGE004
，高度为
Figure 488820DEST_PATH_IMAGE003
；在进行巴西劈裂试验中，加载速率
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，以获取 结构面的抗拉强度。
选取第二结构面岩样31采用结构面直剪加载装置11进行直剪试验，获取结构面的 抗拉强度；其中，第二结构面岩样为以不同岩性界面、充填或半充填裂缝为中心条带的立方 体岩样（即立方块试样21），立方体岩样的尺寸为
Figure 517956DEST_PATH_IMAGE008
；在直剪试验 中，加载速率1Kn/s直至样品破坏，以获取结构面的抗剪强度。
选取第三结构面岩样进行微米压痕试验，获取微米下不同纹层的弹性模量；其中， 第三结构面岩样为沿结构面的垂直层理方向制备的尺寸为
Figure 696128DEST_PATH_IMAGE005
×
Figure 912345DEST_PATH_IMAGE006
×
Figure 60430DEST_PATH_IMAGE007
的样 品；对于该样品，经机械抛光、离子抛光后在每个代表性纹层上分别布置5个微米压痕点，微 米压针压入
Figure 68706DEST_PATH_IMAGE010
深度，试验结果代表所压入纹层的强度；微米压痕试验完成后，进行矿物 成分-场发射扫描电镜大面积自动矿物成分分析，从而可获得所有压入点的矿物成分含量 百分比，获取不同纹层弹性模量及其与矿物组分的关系。
其中，第一结构面岩样、第二结构面岩样、第三结构面岩样为同种地质对应的不同位置选取的岩样。
步骤S500，基于多尺度地质分层结构模型以及不同的岩性小层的力学参数，通过页岩分级加载蠕变特性试验，获取岩样的蠕变参数；根据Boltzmann叠加原理，结合幂次定律模型，获得具有时间效应的地层差应力计算模型；结合水平井分段压裂瞬时停泵压力和测井数据，建立基于流变模型的三向主应力预测剖面。
进一步地，基于多尺度地质分层结构模型以及不同的岩性小层的力学参数，选取 不同岩性小层岩心，试件加工成圆柱体，试件直径约
Figure 276834DEST_PATH_IMAGE003
，高度与直径比约为2.0（即 高度为
Figure 980347DEST_PATH_IMAGE004
），试件端面不平度误差小于0.05mm，以试件抗压强度（即
Figure DEST_PATH_IMAGE011
）的30%、40%、 50%、60%、70%、80%进行单轴逐级加载蠕变试验。各级加载时间均为3小时，对试件蠕变过程 中的应力、应变随时间的变化数据进行分析，获取岩样的蠕变参数；其中，岩样的蠕变参数 包括单位应力单位时间的应变量B和岩石单位时间的变形能力n，查阅储层岩石所在板块的 平均应变速率、岩石沉积至今的时间，根据Boltzmann叠加原理，结合幂次定律模型，获得页 岩储层具有时间效应的地层差应力计算模型。根据水平井穿越小层的压裂瞬时停泵压裂， 计算该岩性小层的最小水平主应力，逐级加载蠕变试验获得的地层差应力计算模型，求得 最大水平主应力，从而根据测井数据建立三向主应力预测剖面。
步骤S600，基于页岩的天然裂缝空间分布特征以及三向主应力预测剖面，根据有效主应力与结构面相对于应力场的方向计算剪应力与正应力，由于储层段深度范围内应力值变化，通过垂向应力归一化，将作用于每一个结构面的剪应力和正应力在三维Mohr圆中表示，根据Mohr-Coulob准则获取对应应力场中的结构面力学状态，一般涉及的摩擦系数为0.6-1.0。
进一步地，在附图7中，1为最小水平主应力与垂向应力归一化莫尔圆，2为最大水平主应力与垂向应力归一化莫尔圆，3为最大水平主应力与最小水平主应力归一化莫尔圆，4为结构面稳定应力状态区域，5为结构面临界应力状态区域，6为摩擦系数0.6Mohr-Coulomb破坏线，7为摩擦系数1.0Mohr-Coulomb破坏线。
根据有效主应力和结构面相对于主应力场的方向计算剪应力和正应力：（1）结构 面上的剪应力
Figure 73068DEST_PATH_IMAGE012
表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE013
。
（2）结构面上的正应力
Figure 699965DEST_PATH_IMAGE014
表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE015
。
（3）方向余弦
Figure 610153DEST_PATH_IMAGE016
表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE017
。
其中，
Figure 941908DEST_PATH_IMAGE018
为垂向应力；
Figure DEST_PATH_IMAGE019
为最小水平主应力；
Figure 87587DEST_PATH_IMAGE020
为最小水平主应力；
Figure 414663DEST_PATH_IMAGE014
为正应力；
Figure 964594DEST_PATH_IMAGE012
为剪应力；
Figure 783645DEST_PATH_IMAGE016
为方向余弦；
Figure DEST_PATH_IMAGE021
是结构面法线与
Figure 342802DEST_PATH_IMAGE020
的夹角；
Figure 681642DEST_PATH_IMAGE022
是结构面在
Figure DEST_PATH_IMAGE023
平面内 的投影与
Figure 402473DEST_PATH_IMAGE018
的夹角。
基于逐级加载蠕变拟合模型的差应力计算：
Figure 567875DEST_PATH_IMAGE024
。
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE025
为岩石所在板块的平均应变率；
Figure 806090DEST_PATH_IMAGE026
为沉积至现今的时间；蠕变参数B指的是 单位应力单位时间的应变量；蠕变参数n指的是岩石单位时间的变形能力。
步骤S700，根据多尺度地质分层结构分布规律将裂缝网络模型与多尺度地质分层结构模型叠加，获取第一多尺度地质结构模型；根据地球物理测井密度及声波，将不同岩性小层的力学参数、结构面的力学参数叠加至第一多尺度地质结构模型，获取第二多尺度地质结构模型；根据地球物理偶极声波叠加三向主应力预测剖面、结构面力学状态至第二多尺度地质结构模型，获取页岩油气地质结构力学模型，该页岩油气地质结构力学模型为包含页岩油气储层地质分层结构、天然裂缝、岩石力学参数、结构面力学性质、三向主应力、结构面力学状态这六项参数的地质结构力学模型，完成页岩油气储层地质结构力学模型定量表征。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种页岩油气储层地质结构力学模型定量表征方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤S100，基于获取的页岩油气储层在预设多尺度下的层状结构，建立多尺度地质分层结构模型；所述多尺度地质分层结构模型包括预设多尺度对应的岩性小层的厚度以及矿物组分；
步骤S200，基于所述多尺度地质分层结构模型，运用概率论与数理统计方法，建立裂缝参数的统计概率模型，采用蒙特卡罗模拟方法根据页岩的天然裂缝空间分布特征，生成页岩的裂缝网络模型；
步骤S300，基于所述多尺度地质分层结构模型，选取不同的岩性小层岩心样品进行加载三轴压缩试验，通过在位CT实时扫描获取试验过程中的动态破裂过程，以获取不同的岩性小层的力学参数；其中，岩性小层的力学参数包括弹性模量、泊松比及抗压强度；
步骤S400，基于页岩的天然裂缝空间分布特征，对选取的结构面岩样进行巴西劈裂、直剪试验以及微米压痕试验，获取结构面的力学参数；其中，结构面的力学参数包括抗拉强度、抗拉强度以及不同纹层的弹性模量；
步骤S500，基于所述多尺度地质分层结构模型以及不同的岩性小层的力学参数，通过页岩分级加载蠕变特性试验，获取岩样的蠕变参数；根据Boltzmann叠加原理，结合幂次定律模型，获得具有时间效应的地层差应力计算模型；
结合水平井分段压裂瞬时停泵压力和测井数据，建立基于流变模型的三向主应力预测剖面；
步骤S600，基于页岩的天然裂缝空间分布特征以及所述三向主应力预测剖面，根据Mohr-Coulob准则获取对应应力场中的结构面力学状态；
步骤S700，根据多尺度地质分层结构分布规律将所述裂缝网络模型与所述多尺度地质分层结构模型叠加，获取第一多尺度地质结构模型；
根据地球物理测井密度及声波，将不同岩性小层的力学参数、结构面的力学参数叠加至所述第一多尺度地质结构模型，获取第二多尺度地质结构模型；
根据地球物理偶极声波叠加三向主应力预测剖面、结构面力学状态至所述第二多尺度地质结构模型，获取页岩油气地质结构力学模型。
2.根据权利要求1所述的页岩油气储层地质结构力学模型定量表征方法，其特征在于，步骤S100中“页岩油气储层在预设多尺度下的层状结构”的获取方法包括：结合对应区域地层资料，通过野外露头剖面调查、地球物理测井、岩心观测、薄片鉴定或扫描电镜观察获取。
3.根据权利要求1所述的页岩油气储层地质结构力学模型定量表征方法，其特征在于， 所述预设多尺度包括宏观、细观和微观，所述岩性小层的厚度为h；所述宏观为：h＞10
Figure 54475DEST_PATH_IMAGE001
； 所述细观为：0.1
Figure 821573DEST_PATH_IMAGE001
＜h＜10
Figure 474272DEST_PATH_IMAGE001
；所述微观为：10
Figure 109652DEST_PATH_IMAGE002
＜h＜100
Figure 154575DEST_PATH_IMAGE002
。
4.根据权利要求1所述的页岩油气储层地质结构力学模型定量表征方法，其特征在于，所述天然裂缝空间分布特征包括页岩的位置、倾向、倾角、走向、充填情况及粗糙度。
5.根据权利要求1所述的页岩油气储层地质结构力学模型定量表征方法，其特征在于， 步骤S300中的岩性小层岩心样品为圆柱体试件，所述圆柱体试件的直径为
Figure 217209DEST_PATH_IMAGE003
，高 度为
Figure 357204DEST_PATH_IMAGE004
，端面不平度误差小于0.05mm。
6.根据权利要求1所述的页岩油气储层地质结构力学模型定量表征方法，其特征在于，步骤S400具体包括：选取第一结构面岩样进行巴西劈裂试验，获取结构面的抗拉强度；所述第一结构面岩样为以不同岩性界面、充填或半充填裂缝为中心条带的圆盘式岩样；
选取第二结构面岩样进行直剪试验，获取结构面的抗拉强度；所述第二结构面岩样为以不同岩性界面、充填或半充填裂缝为中心条带的立方体岩样；
选取第三结构面岩样进行微米压痕试验，获取微米下不同纹层的弹性模量；所述第三 结构面岩样为沿结构面的垂直层理方向制备的尺寸为
Figure 671641DEST_PATH_IMAGE005
×
Figure 947902DEST_PATH_IMAGE006
×
Figure 447016DEST_PATH_IMAGE007
的样品；
所述第一结构面岩样、所述第二结构面岩样、所述第三结构面岩样为同种地质对应的不同位置选取的岩样。
7.根据权利要求6所述的页岩油气储层地质结构力学模型定量表征方法，其特征在于， 所述圆盘式岩样的直径为
Figure 933361DEST_PATH_IMAGE004
，高度为
Figure 910545DEST_PATH_IMAGE003
；
所述立方体岩样的尺寸为
Figure 41312DEST_PATH_IMAGE008
。
8.根据权利要求6所述的页岩油气储层地质结构力学模型定量表征方法，其特征在于，基于微米压痕试验的结果，采用场发射扫描电镜进行矿物成分分析，获得预设压入点的矿物组分以及不同纹层的弹性模量与矿物组分的关系。
9.根据权利要求1所述的页岩油气储层地质结构力学模型定量表征方法，其特征在于， 步骤S500中所用岩样为圆柱体试件，直径为
Figure 586694DEST_PATH_IMAGE003
，高度为
Figure 435701DEST_PATH_IMAGE004
，端面不平度误 差小于0.05mm。
10.根据权利要求9所述的页岩油气储层地质结构力学模型定量表征方法，其特征在于，步骤S500中的页岩分级加载蠕变特性试验具体为：以岩样的抗压强度的30%、40%、50%、60%、70%、80%进行单轴逐级加载蠕变试验，各级加载时间均为3小时。
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