徐家围子断陷深层火石岭组致密火山岩储层地应力分布规律研究

徐家围子断陷位于松辽盆地北部,其深层中生代火石岭组为致密火山岩气藏,天然裂缝发育,地应力分布非均质性强。结合诱导裂缝法与井径崩落法进行单井现今地应力方向分析,利用声波测井法计算现今地应力大小的纵向分布。依据火石岭组构造顶底面图、火山岩相组及断层分布特征建立非均质三维地质模型;在动、静态岩石物理参数拟合校正的基础上,结合实验测试及已有研究成果,确定不同岩相组和断层岩石物理参数,建立三维力学模型;利用Ansys有限元数值模拟软件建立火石岭组三维数学模型并进行相关运算获得三维现今地应力分布模型。计算结果表明在火石岭组地层中,水平最大主应力方向主要为东西向,应力值范围在86~110 MPa;水平最小主应力方向主要为南北向,应力值范围在67~84 MPa。分析模拟结果可知火山岩相、断层和构造起伏三者对火石岭组现今地应力分布影响较大。其中水平主应力的方向主要受断层和近火山口相分布的影响,而水平主应力的大小则是受三者综合作用。在构造低部位,近火山口相组发育处,断层上盘及断层端部皆为主应力的集中区域。依据现今地应力研究成果可为徐家围子断陷下一步开发井网部署、压裂改造方案和水平井的设计以及注水管理提供重要指导。      

基于有限元方法的储层地应力修正研究

地应力是油气储层评价的基础参数,传统常用的单井地应力求解往往只依托于测井数据及岩石力学实验,未考虑整体力学模型中地层岩石非均质性对地应力的影响。研究以准噶尔盆地中部4区块董11井为例,采用整体力学模型分析的方法对目的储层地应力进行修正。根据地层岩石的物理性质及岩石力学参数对井场周围地区进行划分及整体三维建模,并用ANSYS有限元软件对其整体模型进行力学分析,从而对地应力计算结果进行修正,得出研究区目的层地应力分布情况。研究结果表明,修正后的地应力值与修正前的地应力值在地层薄弱（坚硬）层段水平最小主应力值相差16%~17%左右,水平最大主应力值相差22%~23%左右。修正后的地应力可以很好地体现地层在沉积过程中造成的岩石物理性质非均质性对地应力非均质性的影响,反映了储层地应力的真实变化特征。      

现今地应力场特征综合评价技术在川西XC气田深层中的应用

针对川西XC气田须家河组低孔低渗透致密砂岩储层,主要研究其现今地应力场纵横向分布规律及其地质影响因素。根据水力压裂和测井资料综合计算现今地应力大小,以压裂资料结果来对测井计算值进行校正,并对测井地应力计算模型中的关键参数进行深入研究,以进一步确定出单井的地应力剖面以及各主力砂组的地应力分布。研究结果表明,该区须二段的现今地应力状态为SHSvSh,各主力砂组最大水平主应力均值在153 MPa~173 MPa之间,最小水平主应力均值在102 MPa~111 MPa之间;各水平地应力值随深度的增加而变大,与深度之间有较好的线性相关关系;最大水平主应力方向NE80°~100°,主体方位与区域构造应力作用主方向一致。区域上,构造高部位的地应力值相对较低,向翼部逐渐增大,而在断层位置的地应力值也相对低。研究区现今地应力场分布受构造形态和断层的影响较大,特别是断层的应力扩散及端部应力集中效应影响了地应力场的正常分布,使地应力值和方向发生局部变化。     

基于原位地应力测试及流变模型的深部泥页岩储层地应力状态研究

深部泥页岩储层地应力状态的准确确定是页岩气等非常规能源高效开发的关键。综合基于原位地应力测试获得水平最小主应力,建立基于流变模型的地应力剖面,应用成像测井技术确定水平最大主应力方向等,是准确确定泥页岩储层地应力的有效方法。将该研究思路应用于陕西汉中SZ1井,利用水压致裂原地应力测试方法获得储层水平最小主应力值范围为32~41 MPa;利用偶极声波测井数据获得岩石力学参数,结合地壳应变率和储层埋藏史,建立了SZ1井地应力剖面,结果表明牛蹄塘组1950~2025 m深度范围内水平主应力差介于10~15 MPa,水平最小主应力值范围为28~41 MPa,水平最大主应力值范围为47~49 MPa,预测得到的水平最小主应力值与实测结果具有较好的一致性。原地应力实测及流变模型预测结果揭示SZ1井地应力为正断型(S_v＞S_H＞S_h)或正断型与走滑型相结合的应力状态(S_v≈S_H＞S_h)。水平主应力差随伽玛值的升高而变小,表明地应力剖面与地层岩性具有较好的对应关系。基于成像测井揭示的钻孔诱导张裂隙分布特征,SZ1井水平最大主应力方向约为N74°W,与区域构造应力场方向基本一致。相关结论为准确认识SZ1井目标层地应力状态,以及后期水平井布设及压裂控制等提供了重要依据。      

塔河油田奥陶系储层构造应力场研究

油气储层构造应力场的分布特征,对油气运移、注采井网布置、储层改造等具有重要意义。为此,文章从塔河油田AD13井区的地质构造演化入手,基于油田测井资料,结合弹性力学及有限元理论,建立研究区地应力弹性力学计算模型,利用有限元软件对研究区储层地应力进行模拟研究,并将模拟结果与现场地应力实测值进行对比分析。结果表明,研究区最大水平主应力为102~130 MPa,最小水平主应力为87~110 MPa,均为压应力;研究区东部及南部最大水平主应力方向为北东向,西北部最大水平主应力方向为北东东向,西南部最大水平主应力方向为南东向,地应力大小及方向均与实际结果相符。研究结果可为研究区油气勘探开发工程提供科学依据。      

高台子油田扶余油层现今地应力数值模拟及对水力压裂的影响

利用微地震资料和岩石波速各向异性实验数据计算统计了高台子油田扶余油层相关井点的现今地应力方向, 并通过水力压裂资料及岩心古地磁定向、差应变、声发射实验得到井点的现今地应力数值; 结合岩石三轴抗压实验确定扶余油层的岩石力学参数, 在此基础上利用ANSYS软件建立研究区的有限元模型, 以井点现今地应力参数为约束条件, 对扶余油层现今地应力场进行数值模拟, 并分析了水力压裂施工时现今应力场及天然裂缝活动性对人工压裂缝的影响。研究结果表明, 高台子油田扶余油层水平最大主应力集中在34 MPa附近, 呈北东东-南西西向, 水平最小主应力为26~30 MPa, 方向北北西-南南东。断层带内有较高的应力值, 研究区西北部的背斜翼部水平主应力值较大, 而东部、南部较为平缓的背斜核部则是水平主应力的低值区。西部的背斜翼部及断裂带是天然裂缝的活跃区域, 天然裂缝对压裂缝的延伸方向影响较大; 东部的背斜核部平缓地带天然裂缝的活动性较低。      

太原西山区块煤储层地应力分布特征及评价

地应力是影响煤层气开发的关键参数,为了分析太原西山区块煤储层地应力条件,为煤层气勘探开发提供理论依据,采用水力压裂法测量地应力,统计了太原西山区块35口井煤储层地应力资料,获取二叠系山西组2号煤储层地应力与煤层埋深之间的相关关系,阐明了现今地应力分布特征。结果表明,研究区山西组2号煤层破裂压力梯度、闭合压力梯度和煤储层压力梯度的平均值分别为4.77 MPa/hm、2.82 MPa/hm和0.6 MPa/hm;2号煤层最小水平主应力梯度、最大水平主应力梯度和垂直主应力梯度的平均值分别为2.82 MPa/hm、3.24 MPa/hm和2.7 MPa/hm。主应力均随煤层埋深增加呈线性规律增高。根据最小水平主应力的大小,将研究区划分为低应力区、中应力区、高应力区3个区。      

现今地应力对富有机质页岩断层封闭性的研究——以川东南丁山地区龙马溪组为例

断层的封闭性研究对油气藏的保存、评价工作及探索油气的分布规律具有重要的参考价值与指导意义。以川东南丁山地区龙马溪组页岩为例,利用FMI成像测井、震源机制解、现场水力压裂、三轴力学实验、有限元2D-σ方法等技术与方法分别对其现今地应力的方向、大小及岩石力学性质进行了分析,最后对井位附近断层封闭性进行了初步的评价。结果表明:丁山地区龙马溪组页岩现今地应力方向总体处于北东东-南西西（55°±5°）至南东东-北西西（110±5°）范围。DY2井龙马溪组页岩层现今最大主应力约145.0 MPa,断层面叠合正应力约188.4~218.3 MPa,岩石处于塑性变形阶段,破裂模式较为单一,脆性指数约41.6%~49.0%,破裂系数约0.197~0.355,断层封闭性总体较好,含气性与试气效果较好。DY1井龙马溪组页岩层现今最大主应力约52.0 MPa,断层面叠合正应力约75.8~83.1 MPa,岩石处于弹性变形阶段,破裂模式较为复杂,脆性指数约48.5%~55.0%,破裂系数约0.355~0.671,断层封闭性总体较差,含气性与试气效果较差。DY3井和DY4井龙马溪组附近断层封闭性一般。      

鄂尔多斯盆地马岭油田长7致密储层古今构造应力研究

构造应力是油气运移与富集的控制因素之一,古今构造应力状态的研究对油气勘探与开发具有重要意义。利用流体包裹体测温、古地磁裂缝定向、声发射法和微地震监测、岩石压缩试验和水力压裂法分别对鄂尔多斯盆地马岭油田长7致密储层古今构造应力进行研究。结果表明:长7致密储层裂缝发育关键期为燕山运动Ⅳ幕,其水平最大主应力方向为84°,有效应力大小为44 MPa;现今水平最大主应力方向为76°,而现今水平最小主应力有效应力大小为15 MPa。     

多场耦合作用下致密储层地应力场变化规律研究 ——以准噶尔盆地某区为例

地应力是储层改造方案设计、提高油气勘探开发效率的重要指标。致密储层所处环境复杂,需要综合考虑温度-应力-渗流多场耦合作用的影响。为此,以准噶尔盆地中部4区块某三维区致密储层为例,基于COMSOL Multiphyics软件,建立了温度-应力-渗流耦合控制方程,研究了多场耦合作用下研究区致密储层地应力场的变化规律。研究结果表明:研究区最大水平主应力范围在113~134 MPa之间,最小水平主应力范围在106~124 MPa之间,均表现为压应力;在油气开采过程中,最大水平主应力先增大后趋于稳定,随着油气开采的深入,应力变化范围逐渐由井口周围向附近断层延展,并且优先沿着断层的开裂方向发展;在断层的破碎过渡区应力值最小,断层核部应力值介于破碎过渡区与连续地层之间;随着油气开采的深入,致密储层会发生竖向变形,储层最大竖向变形出现在井口附近,位移量超过10 cm,随着距离变远,沉降量不断减小。      

白鹤滩水电站坝区岩体三维地应力场模拟

岩体地应力是岩体工程最基本也是最重要的工程荷载之一,是设计和分析的基础。应用三维离散单元法（3DEC）对金沙江白鹤滩水电坝区岩体初始地应力场进行了模拟,模拟所得地应力场符合河谷地应力场分布的一般规律,对比水压致裂法6个测点的测值,模拟结果达到了一定的精度,能够满足目前阶段的工程需要。     

非均质储层三维构造应力场模拟方法

浊积砂低渗透储层为一种重要的储层类型,因其构造形态复杂、非均质性强等特点,极易导致其内部构造应力场异常分布;准确计算该类型储层的应力场分布、识别构造应力场异常区,对低渗透油藏的开发具有重要的指导意义。本次研究中,首先,在PETREL系统中依次建立浊积砂储层构造模型、浊积砂储层沉积微相模型和浊积砂储层层速度模型,并根据纵横波速度转换关系、纵横波速度与动态岩石力学参数转换关系、动静态岩石力学参数转换关系,由浊积砂储层层速度模型计算得到三维岩石力学参数模型;其次,将PETREL系统中的浊积砂储层构造模型转换为ANSYS系统中的浊积砂储层几何模型,解决浊积砂储层构造形态复杂的问题;然后,进行网格划分,并按照“距离扫描法”将三维岩石力学参数加载到浊积砂储层ANSYS有限元分析模型中,从而解决“非均质性强”的问题;最后,根据浊积砂储层区域构造背景及单井实测的地应力状态,设置初始边界条件和负载,进行计算。井点实测应力值和应力方向的检验表明,模拟结果准确可靠,能够体现出受浊积砂储层构造形态和储层非均质性影响而引起的局部构造应力场的异常。     

水平井压裂储层应力场分布模拟方法

在研究分析水力压裂对储层岩石力学特性参数影响的基础上,提出一种压力储层应力场分布模拟计算方法。通过建立水平井储层原地应力场模型和水力压裂产生人工裂缝诱导应力场模型,并且利用实际的水力压裂测井参数对储层原地应力场和压裂产生裂缝诱导应力场分布进行了模拟计算。模拟计算结果表明,压裂产生人工裂缝会对储层应力场分布造成很大影响;压裂后储层应力主要在裂缝周围得到积累,并且距离裂缝越远,应力值积累越少;压裂生成裂缝长度也会影响储层应力场分布,裂缝越长,裂缝诱导应力场减小越慢。     

川西郭达山隧道水平孔地应力测量与工程意义

新建川藏铁路穿越鲜水河活动构造带,沿线构造应力场极其复杂,隧道围岩工程破坏问题突出。为了揭示该区构造应力场特征,为深埋隧道设计、施工提供基础参数,采用新型水压致裂地应力测量系统在川西郭达山隧道水平孔获得10段有效地应力测量数据,最大测量深度达508.10 m,创造了水平孔地应力测量最深记录。测量结果表明,在148.4~508.1 m测量深度范围,郭达山隧道水平孔截面上最大主应力值为3.59~13.72 MPa,最小主应力值为3.28~8.36 MPa。根据印模实验结果,除浅部钻孔截面上最大主应力倾角较大外,深部钻孔截面上最大主应力倾角近水平。根据地应力状态将0~280 m段划分为应力释放区,280~330 m段为应力集中区,大于330 m段为原地应力区。基于地应力测量结果对郭达山隧道水平孔围岩稳定性进行了预判分析,在孔深292.9 m、508.10 m处隧道围岩有轻微至中等程度岩爆可能,其余段无岩爆可能性。     

淮南煤田潘集煤矿外围勘查区水压致裂地应力测量研究

为分析淮南煤田潘集煤矿外围勘查区的地应力分布规律,采用水压致裂法及装置,对研究区深部勘查区域地应力进行了测试。本次研究共完成3个钻孔、28个测点的现场实测,3个钻孔深度均超过1400 m,其中最大测点深度为1460 m。通过实测和分析,获得了勘查区的地应力状态及其分布规律。研究结果表明:(1)勘查区深度466~1460 m范围内最大水平主应力为13.62~54.58 MPa,最小水平主应力为11.79~37.93 MPa,最大水平主应力方向为NEE向,实测地应力值随着深度增加成近似线性增长的关系;(2)勘查区最大水平主应力与垂直应力的比值为1.03~1.44,平均比值为1.28,表明勘查区地应力状态以水平应力为主导;(3)在埋深450 m以深地应力场类型表现为构造应力场型,且随深度增加,构造应力显现也增大。测量结果可为勘查区矿井规划与煤炭开采设计提供科学依据。     

利用室内和现场水压致裂试验联合确定地应力与岩石抗拉强度

钻杆式水压致裂原地应力测试系统的柔性会影响最大水平主应力的计算精度。利用空心岩柱液压致裂试验获得的岩石抗拉强度来取代重张压力计算最大水平主应力是降低钻杆式测试系统柔性的负面影响的重要途径。在福建某隧道深度为65 m的钻孔内开展了8段的高质量水压致裂原地应力测试,随后利用钻孔所揭露的完整岩芯开展了17个岩样的空心岩柱液压致裂试验。利用空心岩柱液压致裂所得的抗拉强度平均值为8.40 MPa,与经典水压致裂法确定的岩体抗拉强度8.22 MPa接近。对于20 m的范围内8个测段的原地应力量值,最小水平主应力平均值为8.41 MPa,基于重张压力P_r的最大水平主应力平均值为16.70 MPa;基于空心岩柱抗拉强度的最大水平主应力量值平均值为16.88 MPa,两种方法获得的最大水平主应力平均值基本一致。最大最小水平主应力与垂直主应力之间的关系表现为σ_H > σ_V > σ_h,这种应力状态有利于区域走滑断层活动。通过对比分析可知,对于钻杆式水压致裂原地应力测试系统,当测试深度小且测试系统柔性小时,基于重张压力和基于空心岩柱抗拉强度得到的最大水平主应力量值差别不大,这说明基于空心岩柱的岩石抗拉强度完全可以用于水压致裂最大水平主应力的计算,同时基于微小系统柔性的水压致裂测试系统获得的现场岩体强度也是可靠的。