低渗透砂岩裂缝孔隙度、渗透率与应力场理论模型研究

低渗透砂岩储集层普遍发育裂缝, 裂缝不仅是重要的流体渗流通道, 而且在油井周围的发育程度直接影响着油井的生产能力.目前裂缝定量化预测方面存在的焦点问题是:缺乏一个有效而合理的力学模型, 裂缝渗透性的求取方法仍处于半定量化, 不具通用性.以史深100块沙三中储集层为目标, 从应力场和裂缝主要参数的关系入手, 以裂缝开度为桥梁, 通过实验和理论推导的方法, 建立了构造应力场和裂缝孔隙度、渗透率之间的定量关系模型.在岩石力学参数测试结果和地质模型建立的基础上, 对目的层裂缝发育时期的古构造应力和现今地应力进行数值模拟, 将结果代入关系模型, 计算研究区裂缝孔隙度和渗透率的空间分布, 进而指导低渗透砂岩油藏的裂缝参数定量预测、产能规划及井网部署.      

鄂尔多斯盆地华庆地区天然裂缝与岩石力学层演化:基于数值模拟的定量分析

岩石力学层控制天然裂缝发育程度与成因机制,同样地,裂缝发育也会影响岩石力学参数的大小与各向异性.受成岩与构造作用的双重影响,岩石力学层会发生迁移,因此,控制裂缝发育的岩石力学层及适用于预测天然裂缝分布的岩石力学层可能不再存在.本文提出了一种采用储层地质力学方法分析构造因素控制下的岩石力学层迁移规律模拟方法 .通过野外观测建立三维裂缝离散网络模型,采用岩石力学实验测量岩石与裂缝面的力学参数,编制三循环法模拟程序研究不同尺寸、不同方位的裂缝性岩体等效力学参数,提出了裂缝性储层地质力学建模最优网格单元大小确定方法,并建立了裂缝参数与岩体力学参数间的数学模型.最后,通过不同时期古应力场数值模拟,预测裂缝的密度、产状,实现了构造因素控制下岩石力学层迁移规律数值模拟.结合鄂尔多斯盆地西缘裂缝组合样式及后期应力场模拟的精度要求,确定地质力学建模最优网格单元大小为28 m;在地质力学建模中,过小的网格单元尺度不能完整刻画单元内的裂缝发育模式.从燕山期至喜马拉雅期到现今,伴随着天然裂缝的发育,岩体杨氏模量总体呈下降趋势,泊松比增大,并且岩石杨氏模量与泊松比间的空间差异性逐渐减小.     

鄂尔多斯盆地庆城—合水地区延长组长6_3储层构造裂缝定量预测

鄂尔多斯盆地庆城—合水地区上三叠统延长组低渗透砂岩是该区的主要储集层,其中构造裂缝系统是油气渗流的重要通道。在岩石力学参数测试的基础上,考虑砂体分布的影响,采用三维有限元法对庆城—合水地区延长组长63储层主要裂缝形成期的古构造应力场进行数值模拟,通过岩心构造裂缝发育程度的约束,预测出庆城—合水地区延长组长63储层构造裂缝发育和分布情况。结果表明:在燕山期和喜马拉雅期不同构造应力作用下,构造裂缝发育和分布情况存在差异。燕山期构造裂缝密度在庄72井、庄47井、宁88井以及正20井附近较高,可以达到0.10m-1,而喜马拉雅期构造裂缝密度则在庄156井、宁45井以及正20井附近较高;整体上,燕山期构造裂缝密度要比喜马拉雅期构造裂缝密度高。鄂尔多斯盆地庆城—合水地区长63储层构造裂缝发育特征和分布预测成果可为低渗透储层裂缝分布概念模型、裂缝孔隙度计算模型的建立提供基础资料,同时也可为庆城—合水地区的油气勘探提供新的地质依据和指导。     

塔里木盆地玉北地区奥陶系储层构造裂缝定量预测

在应用有限元法对塔里木盆地玉北地区不同裂缝发育期古构造应力场进行数值模拟的基础上,根据岩石破裂准则及应变能守恒,构建裂缝参数与构造应力间定量模型,开展储层裂缝定量预测。研究结果表明:玉北地区奥陶系储层内部裂缝以构造缝为主,其发育受构造位置控制作用明显,主要在加里东晚期—海西早期及海西晚期发育,加里东晚期—海西早期裂缝密度主要介于0.04~0.2条/m之间,海西晚期裂缝密度主要介于0.2~2.0条/m之间,且海西晚期构造运动对早期裂缝改造作用明显,受海西晚期构造运动改造,早期裂缝开启性明显提高,裂缝开度平均提高78.6%;加里东晚期—海西早期及海西晚期两期裂缝继承性发育区,裂缝发育程度及开启性高,更有利于油气运移与聚集,为油气富集有利区。      

致密砂岩储层构造裂缝形成机制及定量预测研究进展

致密砂岩裂缝性储层已逐渐成为非常规油气资源勘探开发的重点,构造裂缝形成机制研究及定量预测也相应成为热点问题.从构造地质学和地质力学角度对目前的裂缝研究方法进行系统分析,并对含微裂隙的岩石损伤力学实验分析、复合地层本构关系及破裂准则的建立以及不同应力场作用下裂缝参数的定量表征方法进行详细对比后认为,裂缝的产生、裂缝的位置和方向以及裂缝参数的量化是实现裂缝准确预测的关键.今后裂缝研究的发展方向主要有3个,即基于构造地质学和岩石损伤力学的宏观野外观察和微观室内试验相结合研究裂缝形成机制,考虑多重影响因素并基于能量转换理论的复合岩石破裂准则建立,基于精细构造地质模型的有限元数值模拟实现各期应力场作用下裂缝参数的三维定量表征.     

致密砂岩多期裂缝形成机制及定量表征研究进展

致密砂岩油气是重要的非常规资源,裂缝作为主要渗流通道,其本身分布规律的复杂性以及多期发育和多期充填的特征,直接影响着裂缝预测的精度,目前尚缺乏一套全面解决构造裂缝定量预测的系统方法。因此,需要深入探讨多期裂缝的识别、充填过程和形成—叠加演化机制,建立合理的裂缝表征模型,以定量预测裂缝参数分布范围。在大量文献调研的基础上,本文认为致密储层裂缝研究主要涉及三个关键方向:通过野外露头和岩心观察,分析裂缝发育特征,结合构造演化和流体包裹体分析,确定裂缝发育期次;通过热液充填模拟实验和岩石力学实验,揭示裂缝充填机制,及其在多期应力作用下裂缝的萌生、扩展和叠加过程;采用实验统计方法,基于能量守恒定理和最大应变能密度理论,建立考虑裂缝差异充填的各向异性强度破裂准则,建立裂缝参数的定量表征模型。最终,本文形成和完善了致密砂岩多期裂缝演化及量化表征的理论体系,为此类油气田的勘探开发提供重要科学依据。     

塔里木盆地克深2气田储层构造裂缝定量预测

塔里木盆地克深2气田是克拉苏构造带继克拉2气田和大北气田又一重点勘探领域,构造裂缝对改善该气田低渗透砂岩储层物性具有重要作用。在构造裂缝基本特征分析的基础上,通过建立力学模型,综合古今构造应力场的数值模拟以及构造裂缝参数定量计算模型,对克深2气田的构造裂缝空间分布规律进行了定量预测,最后综合构造裂缝的岩心描述、成像测井解释以及定量预测结果,总结了构造裂缝的分布规律。结果显示,断层带是构造裂缝的有利发育区,多发育充填程度较高的网状缝;背斜高部位的构造裂缝走向复杂,线密度较低,但开度和孔隙度等物性参数较高且充填程度低,整体发育程度较强,背斜翼部及构造低部位的构造裂缝整体发育程度较低;鞍部构造裂缝可密集发育,但较高的充填程度限制了该部位的天然气产量;垂向上随深度增加,构造裂缝线密度逐渐增大而物性参数逐渐减小,构造裂缝的整体发育程度逐渐降低。构造裂缝参数的定量预测结果与实测结果整体上一致,但受多种因素影响,仍然有一定的误差。     

砂泥岩间互地层等效岩石力学参数计算模型及其应用

以地层岩石的变形分析为基础,从能量的角度出发,利用应变能理论及能量守恒定律推导出了等效岩石力学参数的一般计算公式,并建立了测井资料计算模型;利用该模型计算了库车坳陷克拉A气田目的层系巴什基奇克组的等效岩石力学参数,并以计算结果为基础进行了应力场及储层裂缝的数值模拟;最后讨论了等效岩石力学参数测井资料计算模型的优点及适用条件。模拟结果显示,储层裂缝集中发育在背斜高点及单斜构造部位,与气田目前的开发实践基本一致,表明了所建模型的合理性;等效岩石力学参数适用于区域性的横向应力场及储层裂缝预测,不适于预测局部或垂向上的储层裂缝分布规律。     

构造裂缝产状演化规律表征方法及其应用

针对构造裂缝产状演化规律难以准确定量表征的问题,通过确定研究区裂缝力学性质、岩石力学参数,在恢复古构造形态的基础上,对裂缝形成时期古应力场数值模拟后选择适用性的岩石破裂准则,预测裂缝形成时期的产状分布。提出了造缝期应力场预测古裂缝产状,后期构造活动改造裂缝产状的思路,即通过早期岩层、晚期岩层的三维空间变化规律,建立了不同构造活动时期对应的裂缝空间转换理论模型,利用推导的数学算法,定量分析裂缝的演化规律,进而提高了现今裂缝产状的预测精度。最后,以铜城断裂带东翼阜二段储层为例进行了构造裂缝演化规律定量描述工作,结合构造演化,将阜二段储层构造裂缝演化分为阜宁运动晚期裂缝形成发育、戴南运动期裂缝继承发展、三垛运动期裂缝差异分离3个阶段。     

金湖凹陷天96断块阜二段储层裂缝多参数定量预测

基于应变能、表面能理论, 采用格里菲斯岩石破裂准则, 建立了金湖凹陷天96断块造缝期古地应力、现今地应力与裂缝参数之间的关系; 基于构造分析确定了造缝时期古地应力的类型和方向, 用声速法和水力压裂法确定了现今地应力的方向和大小, 将古今地应力场的数值模拟结果导入裂缝参数计算模型中, 模拟计算了天96断块阜二段裂缝的密度、开度、孔渗参数, 并结合古地应力场分析以及岩心裂缝统计数据对裂缝预测结果进行验证; 最后, 综合分析了影响天96断块裂缝发育的因素。      

库车坳陷博孜X区块超深储层有效裂缝分布规律及对天然气产能的影响

为明确库车坳陷超深致密砂岩储层有效裂缝分布特征,基于古应力产生裂缝、现今应力影响裂缝有效性的原理,根据岩心资料和成像测井数据查明裂缝力学性质并拾取裂缝参数,通过构造恢复反演等效古应力、有限元方法预测现今应力场,并结合DFN离散裂缝网格建模,对库车坳陷克拉苏构造带博孜X区块超深致密砂岩储层裂缝进行预测.结果表明,博孜X气藏构造裂缝以未充填-半充填的高角度剪切缝为主,局部发育小规模的张性裂缝,大多数裂缝形成于喜马拉雅晚期的快速强烈挤压作用;博孜地区地应力场从白垩纪到新近纪,随着北部力源传导的持续往南推进,应力高值呈现由北向南迁移的特点;博孜X气藏构造裂缝发育分布的非均质性极强,在北东部位的X104井区发育程度高,在南西部位的X103井区周围密度低,现今地应力对裂缝有效性影响显著,进而影响气井产能.博孜X区块裂缝形成受断层和褶皱共同控制,单从构造特征难以准确预测裂缝分布,而通过地质力学原理和方法预测裂缝具有较好的吻合度.在超深层储层,不能只通过孔隙度、储层厚度等因素来评价并预测气井产能的高低.     

塔里木盆地克深2区块储层裂缝数值模拟研究

储层裂缝定量预测是塔里木盆地克拉苏构造带克深2区块后期开发工作的重要保障。在对单井裂缝特征进行描述以及通过构造解析和反演拟合确定古今地应力的基础上,建立了研究区的力学模型,并结合地应力与裂缝参数之间的定量关系,对克深2区块巴什基奇克组的储层裂缝进行了数值模拟。结果显示,断层带是裂缝各项参数的高值区,背斜顶部具有裂缝线密度低而裂缝开度、裂缝孔隙度和裂缝渗透率高的特征,背斜翼部则与之相反。分析其原因认为,断层带附近裂缝密度大,沟通了单砂体,背斜高部位相对翼部裂缝密度低,但裂缝整体开度大,充填程度弱,有效性高。数值模拟结果与单井岩心裂缝、成像裂缝解释结果匹配较好,预测开发井裂缝渗透率符合率约75%,为塔里木盆地克拉苏构造带克深区块的天然气勘探与开发提供了一定依据。     

鄂尔多斯盆地沿河湾探区低渗储层长61构造裂缝主要形成期应力环境判识

开展储层裂缝预测研究,首先必须认识构造裂缝形成的期次及其古应力状态。通过上三叠统延长组长61储层岩石声发射实验得出的古构造历史有效最大主应力记忆出现率,厘定鄂尔多斯盆地沿河湾探区长61储层构造裂缝形成时最大主应力介于79.12~89.99 MPa之间。通过岩石古应力分期、裂缝充填物包裹体测温和期次测定,结合区域构造应力场演化分析,确定延长组储层构造裂缝主要形成期为燕山期。通过露头区地层和覆盖区定向岩心共轭裂缝或节理应变测量,恢复了沿河湾地区燕山期构造运动三轴应力状态,即最大主应力(δ1)方向为NW-SE向,优势方位129°∠10°,最小主应力(δ3)优势方位36°∠7°,中间主应力(δ2)近于垂直。裂缝主要形成期及其古应力状态研究成果为沿河湾探区长61低渗储层构造裂缝分布和发育规律定量预测研究提供了地质依据。     

多尺度岩石力学层对断层和裂缝发育的控制作用

岩石力学层是控制断层裂缝系统的重要因素,岩石力学层级次和分布特征影响油气富集和高产.岩石力学层界面类型、特征及其对裂缝限制能力的差异决定了界面之间的岩石力学层存在多尺度特征,并影响不同尺度裂缝的垂向延伸.多尺度岩石力学层划分方法包括裂缝层和构造层等构造变形方法、岩石学方法、层序地层学方法、测井数据反演力学参数法、实测岩石力学参数法、叠前地震数据反演等.岩性是岩石力学性质演化和裂缝发育的物质基础,岩性组合控制了多尺度岩石力学层的纵向分布规律.岩石力学层界面对裂缝的限制能力决定了对应岩石力学层的尺度.岩石力学层厚控制了层内裂缝密度,主要有裂缝间距指数线性模型和幂函数模型两种定量关系.大尺度岩石力学层控制了大尺度断层裂缝的倾角、密度及构造样式等特征,进一步控制了流体运移、富集和成藏,决定了含油层系的垂向分布以及有利储层的发育.中小尺度力学层及微尺度力学层控制了断溶体储层垂向非均质性.研究深化了对多尺度断层裂缝主控因素的理解,为油气渗流富集研究以及裂缝性储层建模提供了依据.     

迪北气田三维探区下侏罗统阿合组裂缝定量预测

塔里木盆地库车坳陷的下侏罗统阿合组低孔低渗砂岩是迪北气田的主要油气储集层,构造裂缝作为油气运移通道和储集空间,其发育特征和分布规律是制约油气勘探开发的关键。本次研究采用迪北气田最新的三维构造图,考虑区域地质背景、地层起伏、断层分布等诸多因素,将目的层下侏罗统阿合组分为3段,基于实测岩石力学参数,利用三维弹性有限元数值模拟方法,计算获得的库车坳陷新近纪构造应力场的大小、方向与实测应力感数据比较吻合。以此构造应力场为基础,在迪北地区11口井的约束下,用岩石破裂值和应变能密度构建起的“二元法”对阿合组每一层段的裂缝密度分布规律进行预测。结果表明：平面上,迪北斜坡带的依南2-迪西1-迪北104区域、迪北101-依南5以南区域和吐孜1井以西-吐孜3井以北的区域为裂缝相对发育区;垂向上,阿合组中下段要比上段裂缝更为发育。该构造裂缝预测结果对迪北气田致密砂岩储层的勘探开发提供了新的参考依据。     

鄂尔多斯盆地定边地区延长组长7_1储层构造裂缝分布预测

研究构造裂缝系统的发育和分布规律对鄂尔多斯盆地定边地区上三叠统延长组低渗透砂岩油藏的勘探开发选区具有重要的实践意义。本次研究基于有限元对定边地区主要裂缝形成期进行古构造应力场数值模拟,以岩石综合破裂值为判定依据,对该区延长组长71储层构造裂缝的发育程度和分布规律进行预测。结果显示,该地区燕山期岩石破裂程度普遍较高,表明裂缝发育程度高且分布范围广;喜马拉雅期岩石破裂程度整体较低,并且裂缝发育区仅集中于研究区的西北部,少数分布于中北部。本次研究可为鄂尔多斯盆地定边地区低渗透油藏的勘探和有效开采提供地质依据和参考。     

有限元数值模拟技术在潜山裂缝定量预测中的应用——以珠江口盆地惠州凹陷惠州26构造为例

潜山储层的裂缝发育预测是勘探开发领域一个技术难题。目前多采用地震刻画、地震属性提取、周边钻井资料揭示以及岩芯观察等方法对地下裂缝的分布情况进行预测,但存在不少问题。笔者等通过有限元数值模拟方法对珠江口盆地惠州26构造裂缝发育情况进行预测,并提出预测流程。该方法首先采用断层生长连接分析结合演化史分析建立合适的几何模型和数理模型,通过给定力学参数和边界条件,模拟裂缝主要形成期文昌期、恩平期的古构造应力场,最终通过对张应力和剪应力大小及分布的分析来预测储层构造裂缝的发育程度。模拟结果显示,文昌期裂缝强烈发育区位于F2断层西段和F1断层西段,在惠州26构造处,构造的高部位裂缝发育强度较强,在4井位置裂缝发育较弱,在7井位置发育较好的裂缝。恩平期受应力方向和大小的改变影响,主要的裂缝发育区集中在F2断层下盘惠州26构造高部位。将预测结果与钻井结果进行比较,预测结果和钻探结果较一致,印证了该方法在古潜山裂缝预测中的实用性。有限元数值模拟方法不仅能够恢复构造裂缝形成期构造应力场的分布情况,也可以对储层构造裂缝的分布及发育程度进行预测,为裂缝型潜山油气藏勘探开发提供技术支持。     

有限元数值模拟技术在潜山裂缝定量预测中的应用——以珠江口盆地惠州洼陷惠州26构造为例

潜山储层的裂缝发育预测是勘探开发领域一个技术难题。目前多采用地震刻画、地震属性提取、周边钻井资料揭示以及岩芯观察等方法对地下裂缝的分布情况进行预测,但存在不少问题。笔者等通过有限元数值模拟方法对珠江口盆地惠州26构造裂缝发育情况进行预测,并提出预测流程。该方法首先采用断层生长连接分析结合演化史建立合适的几何模型和数理模型,通过给定力学参数和边界条件,模拟裂缝主要形成期文昌期、恩平期的古构造应力场,最终通过对张应力和剪应力大小及分布的分析来预测储层构造裂缝的发育程度。模拟结果显示,文昌期裂缝强烈发育区位于F2断层西段和F1断层西段,在惠州26构造处,构造的高部位裂缝发育强度较强,在4井位置裂缝发育较弱,在7井位置发育较好的裂缝。恩平期受应力方向和大小的改变影响,主要的裂缝发育区集中在F2断层下盘惠州26构造高部位。将预测结果与钻井结果进行比较,预测结果和钻探结果较一致,印证了该方法在古潜山裂缝预测中的实用性。有限元数值模拟方法不仅能够恢复构造裂缝形成期构造应力场的分布情况,也可以对储层构造裂缝的分布及发育程度进行预测,为裂缝型潜山油气藏勘探开发提供技术支持。     

松辽盆地古龙凹陷构造应力场弹-塑性增量法数值模拟

泥岩裂缝油气藏是大庆油田古龙凹陷主要的油气藏类型之一 ,构造裂缝储层在该类油气藏中占有重要地位。老第三纪末及现今的应力释放区是该区泥岩裂缝性储层的主要发育区。构造应力释放区的泥岩储层渗透条件得到改善 ,现今应力场控制着地层压力的分布。采用弹塑性增量的有限元法模拟了古龙地区青山口组地层老第三纪末与现今两期构造应力场。根据区域构造研究结果确定主应力方向 ,以确定应力场的分期。采用晶格位错密度法、水压致裂法及声发射法测定岩石的构造应力值 ,并作为构造应力场模拟的约束条件。由岩石力学试验测定岩石物性参数 (弹性模量和泊松比 ) ,根据区域沉积相带分析建立岩相地质模型。结合钻井及区域地质资料 ,对模拟结果进行分析研究 ,识别出古今四个应力释放区。其中他拉哈、新站两应力释放区的勘探程度高 ,绝大多数钻井资料印证了数值模拟结果的正确性 ;而葡西、杏西高西两应力释放区钻井资料较少 ,应作为潜在的裂缝储层勘探靶区。     

储层构造裂缝定量预测与油气渗流规律研究现状和进展

裂缝型油气藏是21世纪石油增储上产的重要领域之一，但裂缝储层本身的复杂性在一定程度上增加了研究难度。从国内外研究现状来看，尚缺乏一个能全面解决构造裂缝定量预测问题的研究方法，对裂缝型油气藏预测及评价研究仍处于探索阶段。储层裂缝研究主要涉及 3个方面的关键内容，即地下裂缝识别、裂缝空间分布预测和裂缝参数定量表征。构造裂缝发育规律、形态特征以及油气等流体渗流规律主要受控于构造应力场和储层岩石物理性质的非均质性。强调构造应力场与岩石力学属性相互作用的研究方法已成为构造裂缝空间定量预测的主流，固体应力场和流体压力场的联合作用构成流体运移的驱动机制。我国拥有相当数量的裂缝储层的地质储量，进行裂缝型油气藏研究与预测，无论对西部还是东部深层油气藏的勘探突破均有深远意义。系统综述了储层裂缝定量研究和预测方法以及裂缝储层油气渗流规律的研究现状。