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CN114651195A - 多尺度受激岩石体积应力条件的地质力学建模 - Google Patents

多尺度受激岩石体积应力条件的地质力学建模 Download PDF

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CN114651195A
CN114651195A CN202080078007.9A CN202080078007A CN114651195A CN 114651195 A CN114651195 A CN 114651195A CN 202080078007 A CN202080078007 A CN 202080078007A CN 114651195 A CN114651195 A CN 114651195A
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stimulated
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CN202080078007.9A
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塞思·布塞蒂
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Saudi Arabian Oil Co
Original Assignee
Saudi Arabian Oil Co
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Abstract

形成了用于烃生产的感兴趣区域中地下地层的受激岩石体积(SRV)的地质力学集成的模型。形成模型的方法考虑了在不同尺寸尺度上发生的感兴趣的地质力学效应和潜在意义。该方法将在数百米到数千米的区域或地震尺度上存在的断层扰动以及在几分之一米或几米的小得多的水力裂缝模拟尺度上发生的层应力结合到模型中。该方法适用于以前模型中使用的地下网格的不同表示，以表示这些不同的地质力学效应。避免了复杂的网格划分和计算机处理，从而提高了计算机操作，节省了计算机处理时间。

Description

多尺度受激岩石体积应力条件的地质力学建模
技术领域
本公开涉及在感兴趣的地下区域中形成受激岩石体积的模型，以规划和管理从地下储层生产烃的压裂操作。
背景技术
规划和管理从地下储层生产烃的压裂操作涉及完井设计、井间距和布置策略。出于这些目的，重要的是要有准确的地下岩层模型及其特征，来模拟烃类流体的生产。在常规储层和致密含气砂岩中，岩石裂缝半长和电导率的度量对于储层模拟已经足够。然而在非常规或页岩地层中，存在更复杂的岩石裂缝网络结构。已经证明常规的度量(例如岩石裂缝半长和电导率等)不能满足准确的储层模拟。相反，已经将受激储层体积(或SRV)用作规划和模拟井和储层性能的模型。
由于水力压裂侧重于钻井孔操作、近钻井孔地层学和来自测井的特性，因此，出于一个或多个原因，受激岩石体积(SRV)的地质力学模型通常忽略了来自较大地壳构造结构(例如断层和褶皱)的应力效应。
由于分辨率的差异，捕获这些不同来源和性质的结构地质力学效应一直具有挑战性。断层和褶皱的尺度可能处于地震尺度(100m到10km)或更大的地壳构造尺度(10km到100km)。相反，近钻井孔地层学的典型尺度为0.1m至1m。因此，用于规划井压裂所需的地质力学模型的形成是技术问题。水力压裂操作中的精度所需的地壳构造效应和近井地层学模型处于不同的分辨率。
这两种不同的结构地质力学效应的表示也很复杂，因为它们使用了不同的建模表示。包含离散断层表面的精确三维断层表示的大尺度结构地质模型通常需要使用非结构化的三角形或四面体网格。相反，如果由六面体和连续的网格元素组成，则更容易形成用于建模受激岩石体积尺度(数十米)的水力压裂的地层学模型。
构建包含准确的三维断层和分层的详细地质力学模型也很耗时。详细地质力学模型需要专门的计算机辅助设计(CAD)软件、复杂的网格划分算法以及显著增加的计算费用。
文献中已经记载了用于地质单元(geocellular)模型的断层相互作用和应力扰动的各种技术。已经描述了解决断层附近的应力的技术
(例如弹性扰动)。例如，有些使用了所谓的三角位错方法(triangular
dislocation method)。就目前所知，这些方法已经基于建议的注入井附近存在的岩层条件，将地层应力作为单一的局部度量来处理。尽管物理事实是实际应力由地层中的背景应力和扰动应力二者组成，但这个前提还是被接受了。
发明内容
简而言之，本公开提供了一种在地下储层地层的感兴趣区域中的受激储层体积中形成应力条件的模型的新颖的和改进的方法，以传播来自地下储层的所述感兴趣区域中的注入井的水力裂缝，以从所述地下储层生产烃。将地下储层的机械特性和边界条件数据提供给数据处理系统。
在数据处理系统中处理提供的机械特性和边界条件数据，以形成感兴趣区域的受激储层体积中的应力条件的模型。该处理包括形成感兴趣区域的背景地质力学模型该模型包括表示在地下储层地层中的感兴趣区域范围内的机械特性和边界条件的单元的三维网格；然后确定感兴趣区域的形成的地质单元模型的各个网格单元的应力张量。
然后，通过处理，形成感兴趣区域的应力扰动模型。应力扰动模型表示对感兴趣区域中受激储层体积的候选位置的应力模式有贡献的断层和褶皱。然后针对感兴趣区域中的受激储层体积确定候选位置处的总应力的度量，其表示形成的应力扰动模型与确定的应力张量相结合的效果。
然后，确定用于受激岩石体积的候选位置的注入井周围的地层岩石应力条件的模型。然后，基于形成的地层岩石应力条件的模型来确定用于受激岩石体积模型的选定位置中的三维应力条件。
在一个实施例中，一种在地下储层地层的感兴趣区域中的受激储层体积中形成应力条件的模型的方法，以传播来自地下储层的所述感兴趣区域中的注入井的水力裂缝，以从所述地下储层生产烃。该方法包括将地下储层的机械特性和边界条件数据提供给数据处理系统，并在数据处理系统中处理提供的机械特性和边界条件数据，以形成感兴趣区域的受激储层体积中的应力条件的模型。该处理包括形成感兴趣区域的背景地质力学模型，使得背景地质力学模型包括表示在地下储层地层中感兴趣区域范围内的机械特性和边界条件的单元的三维网格。该方法还包括确定所述感兴趣区域的所形成的背景地质力学模型的各个网格单元的应力张量以及形成感兴趣区域的应力扰动模型，该应力扰动模型具有对所述感兴趣区域中所述受激储层体积的候选位置的应力模式有贡献的多个断层和多个褶皱。此外，该模型包括使用形成的应力扰动模型和形成的背景地质力学模型的应力网格，来确定在感兴趣区域中的受激储层体积的候选位置处的总应力的度量。该方法还包括形成用于受激岩石体积的候选位置的所述注入井周围的所述受激岩石体积的模型，并使用总应力的度量来确定用于受激岩石体积模型的选定位置中的三维应力条件。
在一些实施例中，该方法包括对受激储层体积执行水力压裂，以传播来自所述注入井的水力裂缝，以从所述地下储层生产烃。在一些实施例中，该方法包括在形成的受激岩石体积模型中形成确定的三维应力条件的输出图像。在一些实施例中，该方法包括在数据处理系统中将确定的三维应力条件存储在形成的受激岩石体积模型中。在一些实施例中，总应力的度量是三维应力网格。在一些实施例中，使用所形成的应力扰动模型和所形成的背景地质力学模型的应力网格来确定在所述感兴趣区域的所述受激储层体积的所述候选位置处的总应力的度量包括：使用弹性叠加来组合来自所形成的应力扰动模型的扰动应力与所形成的背景地质力学模型的所述应力网格。在一些实施例中，形成的背景地质力学模型以第一地质尺度形成，并且形成的应力扰动模型以第二地质尺度形成，使得第一地质尺度不同于第二地质尺度。
在另一实施例中，提供了一种具有存储在非暂态计算机可读介质中的计算机可操作指令的数据存储设备，所述计算机可操作指令用于使数据处理系统在地下储层地层的感兴趣区域中的受激储层体积中形成应力条件的模型的方法，以传播来自地下储层的所述感兴趣区域中的注入井的水力裂缝，以从所述地下储层生产烃。存储在数据存储设备中的指令使数据处理系统执行的操作，包括：形成感兴趣区域的背景地质力学模型，该背景地质力学模型具有表示在地下储层地层中感兴趣区域范围内的所述地下储层的机械特性和边界条件的单元的三维网格。操作还包括确定所述感兴趣区域的所形成的背景地质力学模型的各个网格单元的应力张量以及形成感兴趣区域的应力扰动模型，该应力扰动模型包括对所述感兴趣区域中所述受激储层体积的候选位置的应力模式有贡献的多个断层和多个褶皱。另外，操作包括使用形成的应力扰动模型和形成的背景地质力学模型的应力网格，来确定在感兴趣区域中的受激储层体积的候选位置处的总应力的度量。操作还包括形成用于受激岩石体积的候选位置的所述注入井周围的所述受激岩石体积的模型，并使用所述总应力的度量来确定用于所述受激岩石体积模型的选定位置中的三维应力条件。
在一些实施例中，该操作包括在形成的受激岩石体积模型中形成确定的三维应力条件的输出图像。在一些实施例中，该方法包括在数据处理系统中将确定的三维应力条件存储在形成的受激岩石体积模型中。在一些实施例中，总应力的度量是三维应力网格。在一些实施例中，使用所形成的应力扰动模型和所形成的背景地质力学模型的应力网格来确定在所述感兴趣区域的所述受激储层体积的所述候选位置处的总应力的度量包括：使用弹性叠加来组合来自所形成的应力扰动模型的扰动应力与所形成的背景地质力学模型的所述应力网格。在一些实施例中，形成的背景地质力学模型以第一地质尺度形成，并且形成的应力扰动模型以第二地质尺度形成，使得第一地质尺度不同于第二地质尺度。
在另一实施例中，提供了一种在地下储层地层的感兴趣区域中的受激储层体积中形成应力条件的模型的数据处理系统，以传播来自地下储层的所述感兴趣区域中的注入井的水力裂缝，以从所述地下储层生产烃。数据处理系统包括处理器和其上存储有程序代码的非暂态存储器。该程序代码包括指令，其使处理器执行操作，包括：形成感兴趣区域的背景地质力学模型，该背景地质力学模型具有表示在所述地下储层地层中的所述感兴趣区域范围内的所述地下储层的机械特性和边界条件的单元的三维网格。操作还包括确定所述感兴趣区域的所形成的背景地质力学模型的各个网格单元的应力张量以及形成所述感兴趣区域的应力扰动模型，所述应力扰动模型包括对所述感兴趣区域中所述受激储层体积的候选位置的应力模式有贡献的多个断层和多个褶皱。另外，操作包括使用形成的应力扰动模型和形成的背景地质力学模型的应力网格，来确定在感兴趣区域中的受激储层体积的候选位置处的总应力的度量。操作还包括形成用于受激岩石体积的候选位置的所述注入井周围的所述受激岩石体积的模型，并使用总应力的度量来确定用于受激岩石体积模型的选定位置中的三维应力条件。
在一些实施例中，操作包括在形成的受激岩石体积模型中形成确定的三维应力条件的输出图像。在一些实施例中，该方法包括在数据处理系统中将确定的三维应力条件存储在形成的受激岩石体积模型中。在一些实施例中，总应力的度量是三维应力网格。在一些实施例中，使用所形成的应力扰动模型和所形成的背景地质力学模型的应力网格来确定在所述感兴趣区域的所述受激储层体积的所述候选位置处的总应力的度量包括：使用弹性叠加来组合来自所形成的应力扰动模型的扰动应力与所形成的背景地质力学模型的所述应力网格。在一些实施例中，形成的背景地质力学模型以第一地质尺度形成，并且形成的应力扰动模型以第二地质尺度形成，使得第一地质尺度不同于第二地质尺度。
附图说明
本申请包含以彩色实施的附图。为了更透彻地理解本发明的优点和好处，彩色附图被认为是必要的。申请人认为与申请一起提交的随附彩色附图是用于说明本发明要求保护的实施例的特征的唯一可行的媒介。
图1是根据本公开的用于烃生产的感兴趣区域中的地下岩层的计算机化三维地震尺度结构模型的透视图。
图2是图1的计算机化三维地震尺度结构模型的另一透视图。
图2A、图2B、图2C和图2D是图2的结构模型中的地质学断层和层位(horizon)的竖直截面图。
图3是根据本公开的用于在多个尺度上对受激岩石体积应力条件进行地质力学建模的数据处理步骤流程图的功能框图。
图4是图1的模型中所示的感兴趣区域的计算机化三维背景应力模型的透视图。
图5是图4的结构模型中计算机化地质学断层和层位的竖直截面图。
图6是根据本公开为图1的感兴趣区域形成的计算机化地壳构造尺度三维应力扰动模型的视图。
图6A、图6B和图6C是根据本公开引入图6的应力扰动模型的示例应力扰动的视图。
图7和图8是根据本公开形成的用于图1的感兴趣区域的三维总应力网格的计算机化模型的透视图。
图9是图1的感兴趣区域的一部分的计算机化地震尺度水力裂缝模型的等距视图，其示出根据本公开的示例模拟储层体积在图1的感兴趣区域中的相对位置。
图10是示出根据本公开的示例受激储层体积在图1的感兴趣区域中的相对位置的透视图。
图11是在图10的感兴趣区域的一个受激储层体积中的应力分布的示例模型的竖直横截面显示图。
图12和图13是在图1的感兴趣区域的其它受激储层体积中应力分布的另一示例模型的竖直横截面显示图。
图14是在图11至图13的应力模型中网格单元竖直应力σ1分布的显示图。
图15是在图11至图13的应力模型中网格单元水平应力σ2分布的显示图。
图16是在图11至图13的应力模型中网格单元水平应力σ3分布的显示图。
图17是根据本公开在图1的感兴趣区域的受激储层体积的示例位置处建模的竖直井中的计算机化受激阶段的透视图。
图18、图19和图20是根据本公开的模拟水力裂缝形态(例如受激储层体积)的计算机化竖直横截面显示图。
图21是根据本公开的在示例受激储层体积中复合应力和模拟水力裂缝的三维分布的计算机化显示图。
图22是图10的显示图的一部分的放大图。
图23和图24是作为图10的受激储层体积中的压裂流体注入点的位置的函数的裂缝表面积的显示图。
图25是根据本公开的用于处于多个尺度对受激岩石体积应力条件进行地质力学建模的数据处理系统的示意图。
具体实施方式
介绍
在用于增加烃类生产的水力压裂中，重要的是规划注入井的最佳位置以引入加压流体，这导致地层压裂增加和烃类流体流动随之增加。基于作为裂缝传播操作的模拟的输入的地层应力状态、机械分层和井操作参数的知识，来规划注入井的位置。
将执行水力压裂的地层中存在复杂岩石裂缝网络结构。已经证明常规度量(例如岩石裂缝半长和电导率)不能满足准确的储层模拟。相反，已将受激储层体积(或SRV)用作规划和模拟井和储层性能的模型。在压裂操作期间受激岩石体积(SRV)的地质力学行为需要考虑与地质学结构的局部相互作用。这种相互作用可能针对几种物理条件中的一种或多种发生。
这些物理条件可以采取重新激活断层、裂缝廊道和层面的形式，从而导致注入流体流失、诱发地震活动、套管剪切和井间连通。其它物理条件还可以包括由接近断层和褶皱引起的局部应力扰动，并导致次优水力裂缝定向和支撑剂筛出。进一步的物理条件可以是地层局部应力放大，这可能导致裂缝屏障或捏缩点(pinch-points)。
如将要描述的，本公开提供了一种新颖的和改进的地质力学建模方法，用于将与处于其原始分辨率(地震到地壳地层尺度)的三维断层和褶皱相关联的应力和应变场和与局部机械地层学结构(钻井孔到水力裂缝尺度)相关联的应力和应变场完全集成，同时还在每个尺度上保留适当的地质力学网格分辨率。
本公开结合到实际应用中。本公开解决了技术问题，在于允许优化地下地层中的受激储层体积的水力压裂。本公开允许规划水力压裂操作，在确定在受激储层体积内进行水力压裂操作的位置时考虑近钻井孔地层应力条件和区域地壳地层效应二者。
因此，本公开提供了一种用于受激岩石体积的地质学条件应力模型，其结合了由于影响水力裂缝定向和传播有效性的地质结构而引起的应力扰动或大小和旋转的变化。根据本公开形成的模型还指示对由于测井(即声波、伽马射线或电阻率测井)尺度层特性导致的局部分层对比和层理应力放大有贡献的应力条件。
局部地层学效应对于预测向上或向下的水力裂缝生长、以及指示已知为控制裂缝遏制的可能的水力裂缝屏障(“压裂屏障”)是重要的。因此，根据本公开的模型表示结构地质学和地质力学效应和更高分辨率的地层学分层地质力学效应。因此，本公开允许受激岩石体积的更准确的水力裂缝模拟和更准确的预测。
本公开提供了一种新颖的和改进的方法，来基于叠加来自处于不同地质尺度的多个地质力学模型的弹性应变或应力，形成用于受激岩石体积(SRV)的合成三维地质力学模型。这解决了技术问题，因为保留了地质力学解决方案的准确性，但比现有方法更容易建模。本公开还涉及比显式网格化和协调每个几何特征的复杂几何约束模型更少的计算能力。
例如，先前的技术构建了具有异质特性的单个“无所不包(all encompassing)”3D有限元素模型。多个离散断层被表示为具有网格的接触面，这些网格必须与许多褶皱或断层偏移的薄地层无缝协调。
相反，本公开避免了许多这样的繁琐建模约束。通过减少模型构建时间和规避与复杂有限元素网格几何形状相关联的不稳定性，本公开改进了计算机操作。通过减少对计算资源的需求，本公开改进了计算机操作，并且为建模多个实现和场景不确定性测试提供增加的灵活性。
SRV地质力学模型采用块状或立方体状的地质单元或网格体积模型的形式，其具有由层的地震解释、层的测井解释或两者确定的特定建筑质量，以及由水力裂缝尺寸确定的高度、宽度和长度的模型尺寸。SRV模型高度必须大于最高的水力裂缝，而且必须有足够的关于上下边界地层学的数据来封闭(enclose)向上和向下的水力裂缝传播。
SRV模型高度还必须延伸得足够远以减少数值应力模拟中的边界或边缘效应。具有一个或两个受激深度区域的模型的典型SRV模型高度为25m至100m。SRV模型宽度取决于水力裂缝的数量、裂缝的几何复杂性、以及裂缝是从竖直井生成(较窄的SRV模型)还是沿水平井分布(较宽的SRV模型)。
竖直井的典型SRV模型宽度是SRV高度的一到四倍。如果SRV模型基于水平井，则宽度通常可能大于3000m。例如，10000英尺的水平井在美国西德克萨斯的帕米亚盆地(Permian Basin)很常见。SRV模型长度应该理想地封闭所有水力裂缝，使得裂缝尖端不会位于模型之外。裂缝长度是可变的，可以从几十米到超过1公里不等变化。
处理工作流程
转到图3，流程图F显示了根据本公开的方法结合用于根据本公开的多个尺度的受激岩石体积应力条件的地质力学建模的数据处理系统D(图25)执行的一组处理器步骤。流程图F指示了受激岩石体积应力条件的地质力学建模的操作方法，包括发生在数据处理系统D中用于这种地质力学建模的计算机处理序列和计算。
如步骤50所示，本公开的方法基于存储在数据处理系统D中的输入储层数据。如将要描述的，输入储层数据包括表示感兴趣区域的地质地层的输入计算机化结构模型和关于感兴趣区域中的地下地质学层的信息。例如，使用基于Sabriyah Ridge,Kuwait(Structural Evolution Model for the Kuwait Carbonate Fields and itsImplication for Fracture Characterization and Modeling,Richard et al.,IPTC17620,International Petroleum Technology Conference,2014)的3D块模型图的概念结构模型。包括区域尺度层位和断层的背景结构模型，称为结构框架M(图1)。
3D结构框架
如图1中的100所示，模型的相对尺度在横向范围内约为8km。储层深度由随附的量化颜色键或尺度102指示。
如图1中的104、106、108、110、112、114和116所示，在步骤52期间，断层表面在3D解释软件中手动绘制，但也可以从现有的3D地震解释中导入，并由数据处理系统D使用GolderAssociates提供的FracMan软件作为离散裂缝网络(DFN)对象引入模型M。如此引入的这些断层表面近似于模型M的尺度。
通过使用利用Aramco Services公司专有的MATLAB代码FAST的弹性位错技术的迭代运动学/机械正向建模来生成层位。还可以从现有的3D地震解释、数字高度图或基于井顶的地下深度图来导入层位。应该理解，有几种可用的技术可用于此目的。这些包括例如可从Schlumberger Limited获得的Petrel、从Landmark Solutions获得的DSG、从GolderAssociates获得的FracMan、从Badleys Geoscience获得的T7、从Midland ValleyExploration Ltd.,获得的MOVE和从Emerson E&P Software获得的GoCAD/SKUA。
SRV的地质力学模型M由如120指示的已知存在于感兴趣区域中的特征组成。这些特征包括以下地质力学和地质学数据：
(a)地层学分层，可以使用2D或3D地震的解释层位和在测井上解释的层位选择(“井顶”)的组合来简化为平面水平特征或以3D精度呈现；
(b)用于传播水力裂缝的一个或多个穿孔井，如在130、132和134所示。井可以在受激区域中是竖直、倾斜或水平的。(一个或多个)受激井中的分层和机械特性应驱动或至少符合那些三维网格或地质单元模型；
(c)机械特性(例如杨氏模量和泊松比)，其可以是异质的或连续的，尽管通常机械特性是作为概率密度函数逐层分布的。例如，机械分层和相关特性可以从声波测井、岩芯中获得，例如给出处于1cm到1m尺度的石灰石或泥灰岩或页岩单元的特性。例如，基本的地质力学特性集可以由杨氏模量、泊松比和岩石密度组成。然而，可以调用更复杂的本构模型，包括孔隙率、体积模量、剪切模量、岩石强度、拉伸和压缩屈服面属性、以及其它合适的地质力学特性；
(d)结构不连续性，特别是任何与地质力学相关的断层、天然裂缝或层理平面，其可能会在水力受激期间导致原位应力扰动或产生反应，无论是机械的(滑动、膨胀或其它应变调节)还是液压的(流体泄漏导致压力或体积损失)。可以对不连续性进行显式建模(即离散裂缝网络(DFN)模型，或通过严格的三维几何建模和网格划分)或使用数学等价方法(即“涂抹裂纹(smeared crack)”或其它连续体力学公式)对其建模；和
(e)三维应力状态，完全根据柯西应力张量定义：
Figure BDA0003635765990000111
对于更理想的配置，可以使用轴对齐的Andersonian原则应力命名法来简化应力：Sv，SHmax，Shmin，分别对应于岩石覆盖、最大水平应力和最小水平应力。
3D背景应力模型
因此，区域尺度的网格化体积或地质单元背景地质力学模型M包括感兴趣区域的相关机械特性和边界条件。然后，在步骤54期间处理背景地质力学模型M，以形成3D背景应力模型。在步骤54期间，合适的3D应力求解器确定模型M的单元范围内的应力张量的大小。合适的3D有限元素解(例如FracMan)用于计算在重力负载和远场边界约束(应用线性应力梯度)下的在竖直平面和水平平面中的背景应力条件，但不会受到靠近断层的影响。
可以通过使用从测井获得的数据推算在远离一维钻井孔的模型M中横向的应力来计算应力的基本估计。这些定律可以是动态杨氏模量和泊松比ν的声波测井和密度测井。在1D钻井孔方法中，计算岩石覆盖应力(Sv＝密度*重力加速度*深度)并用于计算最小水平应力(Shmin)(也称为裂缝梯度)的解。例如，可以调用Eaton(1969)的重力负载方程：Shmin＝(v/(1-v)*(Sv-Pp)+Pp)。
有许多为此目的而可用的商业钻井孔应力工具，包括可从Schlumberger Limited获得的Petrel、也可从GMI Schlumberger Limited获得的Techlog、可从LandmarkSolutions获得的也可从Landmark Solutions获得的DSG、以及可从Emerson E&P Software获得的Geolog。
如图4所示，可以使用完整的柯西应力张量和有限元素解技术在整个3D特性网格中计算更准确的三维应力估计。图4是网格化背景地质力学模型M中最小水平应力σ3的3D显示的图像140。量化颜色键142以兆帕为单位指示背景应力σ3的值。
图5是在图4的模型140的一部分中沿东西竖直平面的竖直方向上的应力σzz的二维显示图144。显示图144处于断层和褶皱的箭头146指示的尺度，其影响背景应力网格140(图4)的整体应力模式。
有许多商业可用的有限元素建模工具可以在步骤54期间用于形成3D背景应力模型。这些包括可从Dassault Systemes获得的ABAQUS、从Ansys公司获得的ANSYS、从Rockfield Global Technologies America LLC获得的ELFEN、从Schlumberger Limited获得的VISAGE、从Itasca Consulting Group公司获得的FLAC3D、从Comsol公司获得的COMSOL、以及从Golder Associates获得的FracMan。
3D应力扰动(弹性位错)
根据本公开的工作流程方法包括步骤56，在该步骤期间，计算机化的离散应力扰动模型P(图6)。如图6所示，应力扰动模型P是地壳地层尺度模型，在步骤56(图3)中，向其引入3D应力扰动。由地质学结构引起的3D应力扰动在步骤56期间使用弹性位错(ED)方法求解。每个断层都被分配有位错，位错是倾向滑距和走向滑距分量的组合，也是膨胀/收缩的组合。分量位错矢量由表面牵引力确定，从施加的远场应力状态中分辨出来。还应用非线性椭圆滑距分布，其中，中心滑距最大，断层尖端逐渐变小为零。滑距大小通过反复试验来衡量，以保持拉伸扰动低于典型的裂缝传播阈值(～10MPa)。
图6A是根据本公开的示例水平应力扰动Δσ3的图，伴随的量化颜色键150以兆帕(MPa)为单位指示应力扰动的大小。图6B是示例竖直应力扰动ΔσZZ的图。图6C是示例应力扰动Δσyz的图。示例竖直应力扰动ΔσZZ和示例应力扰动Δσyz的大小也根据颜色键150指示的值。
应当理解，在步骤56期间引入的应力扰动可以是应力大小或定向的变化。应力大小可以是应力张量的九个应力分量中的任意一个的增加，从而导致压缩或拉伸过度增加、剪切应力变化或应力旋转。当断层位于背景网格之外时，由结构引起的扰动可能会传递到网格中。同样，背景网格范围内的较小扰动结构可能会导致更局部尺度内的应力异质性。
可以根据各种方法计算应力扰动。在一些实施例中，本公开的方法是三角形位错元素法，因为它在数值上是稳定的，对于许多断层和层位几何形状而言非常灵活，并且比有限元素、离散元素或其它体积方法计算得快得多。使用有限元素方法的离散断层应力解需要使用接触断层表面来计算断层，并且会受到网格划分的数值不稳定性的影响。使用有限元素方法的连续断层应力解用数学等效区域代替离散断层表面。连续性方法需要先进的本构模型，这些模型也需要更多的计算能力来求解。
扰动应力网格不必具有与背景应力网格相同的分辨率或相同的几何形状。例如，根据断层的程度，应力扰动模型可能仅覆盖背景应力模型的一部分，或者扰动的影响可能不会跨入整个背景应力域。
3D总应力网格
在步骤58期间，通过在步骤56期间生成断层的离散应力扰动的弹性位错模型期间形成的应力值、和在步骤54期间形成的网格模型的单元中的应力张量的弹性背景应力解相加，来确定网格模型中总应力的度量。
根据本公开，在步骤58期间应用叠加原理，以将弹性扰动应力(弹性位错模型)添加到弹性背景应力(有限元素模型)。就目前所知，以前的方法聚焦于在其自身的尺度上建模SRV。本公开整合了来自多个地质尺度的地质力学效应。地质力学概念基于弹性叠加。
对于弹性解，总应力(或等效的总应变)由背景应力和扰动应力相加得出：
σTotal＝σBackground+σPerturbation
εTotal＝εBackground+εPerturbation
其中，总应力或应变分量(σij或εij)是弹性张量。
图7是在步骤58期间确定的网格化背景地质力学模型M中总水平应力σ3的3D显示的图像160。如在162指示的，图像160中的显示处于比模型M的尺度小得多的数百米的地震尺度。量化颜色键164以兆帕为单位指示背景应力σ3的值。
图8是在步骤58期间确定的网格化背景地质力学模型M中总竖直应力σ1的3D显示的图像170。量化颜色键172以兆帕为单位指示总竖直应力σ1的值。
叠加允许在步骤58期间在3D总应力网格中形成的单独子模型中独立地求解背景应力和扰动应力。背景应力模型和扰动应力模型所需的尺度和分辨率基于定义应力扰动的地质特征(即断层和褶皱)的尺度，分层的几何形状比定义背景应力的钻井孔区域大得多。应力扰动模型的尺度也远大于要形成的SRV地质力学模型的期望解分辨率，即包含水力裂缝的体积。
总应力在地质单元网格内相加。因为在步骤56中形成的弹性位错模型假设了弹性半空间，所以在这个较大的尺度上忽略了分层效应。基本的方法是重用背景应力地质单元模型作为总应力模型的基础。根据总应力模型的期望分辨率和平滑度，可以生成新的网格。
有几种技术可用于将应力扰动结果映射和准确转移到背景网格模型上。应力映射方法的一些示例是：每个网格单元内的数据点的简单平均、网格单元质心的n个最近点(最近邻)的平均、以及更复杂的地质单元统计技术(例如多点统计或Kriging)。此外，可以执行更先进的人工智能或机器学习技术(例如贝叶斯方法)来自动化和优化应力映射过程。
为了保持应力的三维性质，应力张量的每个分量(σxx，σxz，σzz)可以单独添加，而不是导数应力乘积(如应力不变量)求和。在一些实施例中，可以使用单独添加应力张量分量。可替代地，可以添加应变张量来计算总应变，然后可以使用弹性本构定义将其转换为应力。
作为另一选择，可以将扰动应力或应变映射回背景应力模型的边界、或映射到内部节点处的背景模型中。然后，扰动成为背景应力模型网格上后续有限元素解的初始条件或负载约束的标准。这种更严格的方法允许数值方案重新计算和平衡所有内力和反作用力，以确保应变兼容性。
此外，可以将扰动应力或应变映射回背景应力模型的边界、或映射到内部节点处的背景模型中。然后，扰动成为背景应力模型网格上后续有限元素解的初始条件或负载约束的标准。这种更严格的方法允许数值方案重新计算和平衡所有内力和反作用力，以确保应变兼容性。
通过本公开，已经发现，由于两种不同但静态等效的应力条件或负载(即背景应力和应力扰动)的影响之间的差异在距负载足够大的距离处变得非常小，因此可以应用负载叠加原理。然后，本公开基于所谓的机械负载和应力条件叠加的Saint-Venant原理，利用不同尺度应力条件或负载的影响的叠加。
虽然较大和较小的网格分辨率不一样，但已经发现根据Saint-Venant原理来将在较大模型中计算的内应力作为外部边界条件应用在较小模型上，适于结合本公开在多尺度的受激岩石体积应力条件的地质力学建模中使用。
在有限元素应用中，施加或映射到网格单元(或元素)面的应力在网格离散化期间作为点负载被重新分配。换句话说，只要作用在较小SRV网格边界上的离散点负载是从实际远场(或较大应力网格)应力分布映射的，那么然后发现除了位于非常靠近模型边界的网格单元，SRV模型边界处的两个网格之间的差异不影响SRV网格内的应力解。
基于该原理的有限元素建模可以称为“子建模”。例如，前面提到的FracMan和ABAQUS建模技术二者都具有提供子建模的工具。在本示例中，通过将区域应力模型的应力结果复制到SRV网格上，并且然后将SRV模型上的应力边界条件设置为等于区域应力结果，在FracMan中执行子建模。
3D水力裂缝模板
在步骤60期间，生成合适数量的受激储层模型(或SRV)。在步骤60期间形成的每个SRV表示注入井(例如井130、132和134)周围的受激岩石体积的地层岩石条件的模型。
图10示出了根据本公开的示例3D计算机化受激岩石体积(SRV)模型V的水平应力σ3的显示图，该模型V在步骤58期间在井130、132和134的三个位置之一处的候选注入井的位置周围形成：SRV1位于井134、SRV2位于井130和SRV3位于井132。图10中的示例受激岩石体积模型V处于数百米的地震尺度，如尺度指示箭头180指示的。图10的显示图中的水平应力σ3的大小由量化颜色键181指示。
在步骤60期间形成的受激岩石体积模型V基于地震层位、或来自多个井的层位、或这两者，以建立上层层位和下层层位。根据地震分辨率，也可以使用中间地震层位。提供来自岩心和测井(伽马射线、电阻率、图像测井、和其它合适的测井)的井数据，以在0.1m至1m分辨率下构建注入井处的详细机械地层学。地质单元和结构框架构建技术可用于扩展钻井孔机械地层学并在SRV模型V的三维范围内创建连续的层位。
图9是受激岩石体积模型V的一部分的侧视高度图，其具有示例测井的显示图182，该测井作为用于受激岩石体积SRV1的地层岩石的杨氏模量(YM)的机械特性的井134中的井深的函数。如在184指示的校准数字键以吉帕斯卡(GPa)为单位指示所显示的杨氏模量的度量单位。
执行SRV尺度网格化以形成诸如图10中V所示的受激储层体积模型可以使用前述技术中的用于背景结构建模中的合适的一种来实施，例如Petrel、DSG、FracMan、T7、MOVE和GoCAD/SKUA。
3D水力裂缝结果
在步骤62期间，使用边界条件从步骤58期间形成的总应力网格生成合适数量的SRV应力子模型受激储层模型。在步骤62中形成的每个SRV应力子模型表示注入井(例如井130、132和134)周围的受激岩石体积的地层岩石条件的模型。
图11是在步骤62期间根据本公开形成的受激储层体积SRV1中的应力分布的示例显示图190。图12和图13是在步骤62期间分别针对受激储层体积SRV2和SRV3形成的类似示例显示图190和192。图11、图12和图13中的显示图是在步骤22期间使用例如前面提到的FracMan处理建模的竖直井中的单个受激阶段。FracMan处理允许在地质单元框架中的三维水力裂缝传播。
在步骤62期间的水力裂缝传播包括基于与异质弹性网格单元特性和基于张量的应力状态的相互作用而在三个维度中的每个维度中任意裂缝转向或传播方向的改变。还允许泄漏到复杂的分层离散裂缝网络(DFN)中并从其内部传播。
在图10所示的SRV模型中，水力裂缝模型的异质性包括材料特性和计算的应力σij。机械地层学在模型中被假定为除了较小的随机变化之外是连续的。结构变形不大，计算出的
Figure BDA0003635765990000171
定向在整个模型中一致。然而，结构位置确实会影响正应力和剪切应力的大小和分布。
在图11至图13所示的建模中，注入发生在每个SRV的中下部中在196处示出的6.1m(20英尺)穿孔层段内。上层机械地层学屏障被强制限制为向上生长。在步骤62的建模过程期间执行的注入处理被简化为两步注入剖面，其中10分钟的步骤使用150cP(厘泊)流体且不含支撑剂，和10分钟的浆料步骤使用由平均1.8ppg(磅/加仑)浓度的40/70网格陶瓷支撑剂组成的150cP流体。每个SRV井在步骤62期间以10BPM(桶/分钟)的流速建模，该流速分配给穿孔层段以启动单个裂缝。
图14、图15和图16分别是网格单元主应力σ1、σ2和σ3的受激储层体积SRV1、SRV2和SRV3的累积分布函数(CDF)比较彩色图。CDF图表明，图11、图12和图13所示的不同SRV模型的地质力学响应在很大程度上取决于每个模型的地质学位置，如图10所示。
3D水力压裂模板
图17是在步骤62期间在图10的3D计算机化受激岩石体积(SRV)模型中形成的确定的总应力的示例计算机化3D模型200的显示图。图17中的模型200中表示的总应力包括来自图7中所示的3D总应力网格模型160的应力，以及来自图10中所示的受激储层体积V的应力。使用前面提到的FracMan技术来建模竖直井中的单个受激阶段。
在步骤62期间形成模型200时，使用从区域总应力模式(图8)中提取的边界条件在图10的较小SRV模型中计算三维应力。
应力结果分析
在步骤64期间，基于感兴趣区域中已知的地质学和地质力学标准来分析SRV应力结果以确保与区域输入的兼容性。区域模型和SRV模型之间的应力大小和定向应一致，并且结果应与该地区的地质学知识一致。
作为步骤64期间的这种分析的示例，如图22所示意性地示出的，在6.1m穿孔窗210内随机选择合适数量的起始点。为了测试解的范围，为每个SRV案例生成了30个独立的水力裂缝，其中一些示例水力裂缝解如图18至图21所示。图23和图24示出作为受激储层体积中压裂流体注入的点的位置的函数的裂缝表面积。从图23和图24中的显示图可以明显看出，尽管有常见的建模输入参数，但关于将要注入具有压裂流体的哪个子层的微小变化会显著影响裂缝尺寸。此外，一些候选起始点导致迟缓的裂缝生长。
在步骤64中执行的分析期间，整体应力状态应与远场模型一致：正常断层(Sv>SHmax>Shmin)、走向滑距断层(SHmax>Sv>Shmin)、或反向断层状态(SHmax>Shmin>Sv)。任何应力增加的方向也应该是一致的：朝向断层、朝向褶皱、向上(upsection)或向下(downsection)，以及其它公认的地质学应力定向标准。
在步骤64期间建议的平均应力大小和定向的误差容限为20％，否则应检查边界条件和所有其它机械特性的一致性并重新运行应力模型。
如果SRV尺度模型中的子层具有极端的特性变化，但是一些层可能超过20％的误差容限。例如，嵌入一致的页岩层之间的坚硬的石灰岩层可能会出现应力反向或极端剪切应力。在这种情况下，应根据地质学直觉判断应力结果是否与现场已知的应力数据一致。在某些情况下，极端偏差可能指示涉及额外的机械过程，例如层间剪切滑距或达到非弹性强度阈值(即诱发天然裂缝或断层)。
进一步的模型活动和压裂操作
通过计算机模拟的3D水力裂缝模拟来测试区域3D结构框架内的三个不同SRV位置SRV1、SRV2和SRV3。针对图18中的SRV1、以及图19和图20中的SRV2和SRV3指示结果，图18、图19和图20分别是在SRV位置SRV1、SRV2和SRV3中的不同示例模拟3D水力裂缝的结果的应力条件显示的集合。研究了图18、图19和图20后表明，图18中建模的受激储层体积SRV1最有可能具有长的裂缝传播，其中的层具有有边界的高度。图19中建模的受激储层体积SRV2最有可能具有较差的裂缝起始和有限的长度增长。图20中建模的受激储层体积SRV3最有可能具有向上穿透的竖直裂缝生长。考虑到图21中的显示图，这一点得到了加强，该显示图在205处示出，SRV3裂缝由于层中的应力旋转而具有不同的倾角。
在步骤64期间对照局部地质学知识来分析SRV应力结果之后，然后处理进行到步骤66。在步骤66期间，根据本公开形成的条件SRV地质力学模型进行在受激岩石体积中常见的进一步分析。此外在步骤66期间，在额外的分析之后，执行水力裂缝操作和注入加压压裂流体以在所选SRV中压裂所选感兴趣位置处的地层。
在本公开中设想了许多可以在步骤66期间执行的进一步分析和储层开发活动。以下是代表性示例。
3D水力裂缝模拟：如图18、图19和图20所示以及前面段落中描述的，SRV模型中更鲁棒的机械条件可用作水力裂缝传播模型的输入。将接受所有或部分新的地质学条件SRV参数的示例裂缝传播工具是：如前所述可从Golder Associates获得的FracMan；可从Schlumberger Limited获得的Mangrove：可从Rockfield Global Technologies AmericaLLC获得的ELFEN；或可从Halliburton公司获得的GOHFER。根据本公开的工作流程基于相同的地层学和远场地壳地层应力条件以及相同的裂缝注入参数，来生成不同的结构条件SRV模型。结果表明，结构位置影响水力裂缝的长度、高度、定向和压力分布。
微地震合成：根据本公开的结构条件SRV模型提供了关于三维应力的精确信息，并且因此可用于解释微地震事件的含义，例如分布、大小和生长模式以及序列。
生产模拟：与现有的基于测井的模型相比，根据本公开的SRV模型提供了改进的几何形状和原位应力参数。改进的几何形状和原位应力参数可用作储层生产模拟的输入，以更好地预测流动单元、耗尽区或最佳位置(sweet spot)。
水力裂缝闭合和支撑剂分布：根据本公开的SRV模型提供更精细的层应力预测和应力定向。已知裂缝扩张或几乎垂直于最小主应力。因此，根据本公开的改进的应力计算导致更准确的裂缝闭合预测。类似地，已知支撑剂分布是垂直于最小主应力的裂缝膨胀性的函数。在根据本公开的SRV模型中改进的应力计算提供了更准确的裂缝支撑剂分布预测。
速度模型：区域和局部应力精度可用于改进地震速度模型。在多孔层段或裂缝层段中，已知来自地震(和声波)的p波和s波速度随应力水平变化。结合了来自结构控制的应力效应的区域和SRV尺度的地质力学模型可用于导出更准确的速度模型。
下沉预测：已知储层耗尽会在覆岩中产生下沉，这可能在地表经历。结合了结构控制的区域和SRV尺度的改进的地质力学模型预计将产生更准确的下沉预测。
从上文可以理解，本公开提供了通过组合多个地质力学模型来形成地质力学集成的受激岩石体积模型。如此形成的模型捕捉了不同地质尺度的重要和显著的地质力学效应，特别是捕捉了区域或地震尺度的断层扰动以及水力裂缝模拟尺度的层应力。
数据处理系统D
如图25所示，数据处理系统D包括计算机300，其具有主节点处理器302和耦接到处理器302以在其中存储操作指令、控制信息和数据库记录的存储器304。数据处理系统D可以是具有节点的多核处理器，例如来自Intel Corporation或Advanced Micro Devices(AMD)或HPC Linux集群计算机的处理器。数据处理系统D也可以是具有任何常规类型的合适处理能力的大型计算机，例如可以从International Business Machines(IBM)of Armonk,N.Y.或其它来源获得的。数据处理系统D在某些情况下也可以是具有任何常规类型的合适处理能力的计算机，例如个人计算机、膝上型计算机或任何其它合适的处理装置。因此应该理解，许多商业可用的数据处理系统和许多类型的计算机可以用于此目的。
计算机300可由操作员或用户通过用户界面306访问，并且可用于使用输出图形用户显示器308来显示输出数据、或根据本公开获得的处理结果的记录。输出显示器308包括能够以图形、数据表、图形图像、数据图等形式提供打印的输出信息或可视显示作为输出记录或图像的组件(例如打印机和输出显示屏)。
计算机300的用户界面306还包括合适的用户输入设备或输入/输出控制单元310，以提供用户访问，来控制或访问信息和数据库记录并操作计算机300。数据处理系统D还包括存储在计算机存储器中的数据的数据库，存储器可以是内部存储器304，或是外部的、联网的或非联网的存储器，如在服务器320中的相关数据库318中在316处所指示的。
数据处理系统D包括存储在计算机300的非暂态存储器304中的程序代码322。根据本公开的程序代码322是计算机可操作指令的形式，使得主节点处理器302以所阐述的方式执行根据本公开的在多个尺度的受激岩石体积的地质力学建模。
应当注意，程序代码322可以是能够提供控制数据处理系统D的功能的特定的一组有序操作的微代码、程序、例程或符号计算机可操作语言的形式，并指导其操作。程序代码322的指令可以存储在数据处理系统D的存储器304中，或计算机软盘、磁带、传统硬盘驱动器、电子只读存储器、光存储设备、或其上存储有计算机可用的非暂态介质的其它适当的数据存储设备。如图所示，程序代码322还可以包含在数据存储设备上(例如服务器320)作为非暂态计算机可读介质。
数据处理系统D可以包括单个CPU或如图25所示的计算机集群，集群包括使得可以操作数据并从输入数据获得输出数据的计算机存储器和其它硬件。集群是通过网络连接的计算机集合，称为节点。通常，集群具有用于同步其它节点(称为处理器节点324)的活动的一个或两个头节点或主节点302。处理器节点324各自执行相同的计算机程序并且在表示储层的网格的不同段上独立工作。
因此可以理解，本公开不仅执行断层扰动应力的叠加，而且还执行具有区域尺度以及具有详细机械地层学的局部SRV尺度的地质单元型三维应力场的所得总应力的整合。
与现有技术相比，本公开还独立地确定背景应力和扰动应力的度量。因此，本公开允许多个独立模型具有它们自己的代表性尺度，并且具有最适合每种地质力学效应的独特网格分辨率。
从上文可以看出，本公开提供了一种方法来指示在储层生产规划期间结构控制的作用对受激储层体积的影响。迄今为止，还没有传统水力压裂受激模型中提供这种能力。
已经充分描述了本公开，使得在储层建模和模拟领域具有一般知识的人可以再现和获得本文本公开在此描述的结果。尽管如此，技术领域的任何技术人员、此处公开的主题，都可以进行此处请求中未描述的修改，以将这些修改应用于确定的结构和方法，或在其使用和实践中，需要随附权利要求中要求保护的主题；此类结构和过程应包含在本公开的范围内。
应该注意和理解的是，在不脱离如所附权利要求中阐述的本公开的精神或范围的情况下，可以对上面详细描述的本公开进行改进和修改。

Claims (20)

1.一种在地下储层地层的感兴趣区域中的受激储层体积中形成应力条件的模型的方法，以传播来自地下储层的所述感兴趣区域中的注入井的水力裂缝，以从所述地下储层生产烃，所述方法包括以下步骤：
将所述地下储层的机械特性和边界条件数据提供给数据处理系统；
在所述数据处理系统中处理所提供的机械特性和边界条件数据，以形成所述感兴趣区域的所述受激储层体积中的所述应力条件的模型，所述处理包括：
形成所述感兴趣区域的背景地质力学模型，所述背景地质力学模型包括表示在所述地下储层地层中的所述感兴趣区域的范围内的机械特性和边界条件的单元的三维网格；
确定所述感兴趣区域的所形成的背景地质力学模型的各个网格单元的应力张量；
形成所述感兴趣区域的应力扰动模型，所述应力扰动模型包括对所述感兴趣区域中所述受激储层体积的候选位置的应力模式有贡献的多个断层和多个褶皱；
使用所形成的应力扰动模型和所形成的背景地质力学模型的应力网格，来确定在所述感兴趣区域的所述受激储层体积的所述候选位置处的总应力的度量；
形成用于受激岩石体积的候选位置的所述注入井周围的所述受激岩石体积的模型；和
使用所述总应力的度量来确定用于受激岩石体积模型的选定位置中的三维应力条件。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括对所述受激储层体积执行水力压裂，以传播来自所述注入井的水力裂缝，以从所述地下储层生产烃。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括在所形成的受激岩石体积模型中形成所确定的三维应力条件的输出图像。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括将所形成的受激岩石体积模型中的所确定的三维应力条件存储在所述数据处理系统中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述总应力的度量包括三维应力网格。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中使用所形成的应力扰动模型和所形成的背景地质力学模型的应力网格来确定在所述感兴趣区域的所述受激储层体积的所述候选位置处的总应力的度量包括：使用弹性叠加来组合来自所形成的应力扰动模型的扰动应力与所形成的背景地质力学模型的所述应力网格。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所形成的背景地质力学模型以第一地质尺度形成，并且所形成的应力扰动模型以第二地质尺度形成，其中所述第一地质尺度不同于所述第二地质尺度。
8.一种具有存储在非暂态计算机可读介质中的计算机可操作指令的数据存储设备，所述计算机可操作指令用于使数据处理系统在地下储层地层的感兴趣区域中的受激储层体积中形成应力条件的模型，以传播来自地下储层的所述感兴趣区域中的注入井的水力裂缝，以从所述地下储层生产烃，存储在所述数据存储设备中的所述指令使所述数据处理系统执行以下操作：
形成所述感兴趣区域的背景地质力学模型，所述背景地质力学模型包括表示在所述地下储层地层中的所述感兴趣区域的范围内的所述地下储层的机械特性和边界条件的单元的三维网格；
确定所述感兴趣区域的所形成的背景地质力学模型的各个网格单元的应力张量；
形成所述感兴趣区域的应力扰动模型，所述应力扰动模型包括对所述感兴趣区域中所述受激储层体积的候选位置的应力模式有贡献的多个断层和多个褶皱；
使用所形成的应力扰动模型和所形成的背景地质力学模型的应力网格，来确定在所述感兴趣区域的所述受激储层体积的所述候选位置处的总应力的度量；
形成用于受激岩石体积的候选位置的所述注入井周围的所述受激岩石体积的模型；和
使用所述总应力的度量来确定用于受激岩石体积模型的选定位置中的三维应力条件。
9.根据权利要求8所述的数据存储设备，所述操作还包括在所形成的受激岩石体积模型中形成所确定的三维应力条件的输出图像。
10.根据权利要求8或9所述的数据存储设备，所述操作还包括将所形成的受激岩石体积模型中的所确定的三维应力条件存储在所述数据处理系统中。
11.根据权利要求8、9或10所述的数据存储设备，其中所述总应力的度量包括三维应力网格。
12.根据权利要求8、9、10或11所述的数据存储设备，其中使用所形成的应力扰动模型和所形成的背景地质力学模型的应力网格来确定在所述感兴趣区域的所述受激储层体积的所述候选位置处的总应力的度量包括：使用弹性叠加来组合来自所形成的应力扰动模型的扰动应力与所形成的背景地质力学模型的所述应力网格。
13.根据权利要求8、9、10、11或12所述的数据存储设备，其中所形成的背景地质力学模型以第一地质尺度形成，并且所形成的应力扰动模型以第二地质尺度形成，其中所述第一地质尺度不同于所述第二地质尺度。
14.根据权利要求8、9、10、11、12或13所述的数据存储设备，包括将所述三维应力条件提供给储层生产模拟。
15.一种在地下储层地层的感兴趣区域中的受激储层体积中形成应力条件的模型的数据处理系统，以传播来自地下储层的所述感兴趣区域中的注入井的水力裂缝，以从所述地下储层生产烃，所述数据处理系统包括：
处理器；和
具有存储在其上的程序代码的非暂态存储器，所述程序代码包括使所述处理器执行操作的指令，所述操作包括：
形成所述感兴趣区域的背景地质力学模型，所述背景地质力学模型包括表示在所述地下储层地层中的所述感兴趣区域的范围内的所述地下储层的机械特性和边界条件的单元的三维网格；
确定所述感兴趣区域的所形成的背景地质力学模型的各个网格单元的应力张量；
形成所述感兴趣区域的应力扰动模型，所述应力扰动模型包括对所述感兴趣区域中所述受激储层体积的候选位置的应力模式有贡献的多个断层和多个褶皱；
使用所形成的应力扰动模型和所形成的背景地质力学模型的应力网格，来确定在所述感兴趣区域的所述受激储层体积的所述候选位置处的总应力的度量；
形成用于受激岩石体积的候选位置的所述注入井周围的所述受激岩石体积的模型；和
使用所述总应力的度量来确定用于受激岩石体积模型的选定位置中的三维应力条件。
16.根据权利要求15所述的数据处理系统，所述操作还包括在所形成的受激岩石体积模型中形成所确定的三维应力条件的输出图像。
17.根据权利要求15或16所述的数据处理系统，所述操作还包括将所形成的受激岩石体积模型中的所确定的三维应力条件存储在所述数据处理系统中。
18.根据权利要求15、16或17所述的数据处理系统，其中所述总应力的度量包括三维应力网格。
19.根据权利要求15、16、17或18所述的数据处理系统，其中使用所形成的应力扰动模型和所形成的背景地质力学模型的应力网格来确定在所述感兴趣区域的所述受激储层体积的所述候选位置处的总应力的度量包括：使用弹性叠加来组合来自所形成的应力扰动模型的扰动应力与所形成的背景地质力学模型的所述应力网格。
20.根据权利要求15、16、17、18或19所述的数据处理系统，其中所形成的背景地质力学模型以第一地质尺度形成，并且所形成的应力扰动模型以第二地质尺度形成，其中所述第一地质尺度不同于所述第二地质尺度。
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