地层主应力综合计算方法及其在套损预测中的应用

地层主应力纵向连续剖面及平面分布结果对油田套损预测起重要作用.研究认为,综合利用各类井资料信息建立系统的地层主应力计算方法,可有效地提供纵向和平面上的地应力分布.重点涉及以下5方面工作:1)以全井段密度测量数据为基础,建立垂向地应力与岩层深度的计算公式;2)以试油测试地层压力数据为约束,声波时差测量数据为基础,建立地层孔隙压力公式;3)以水力压裂的闭合压力为约束,优化模型参数,建立最小水平应力计算公式;4)由多臂井径曲线提供的椭圆井眼形状推算最大水平应力,并以此为约束,优化最大水平应力计算公式的系数;5)在最大和最小水平应力计算的基础上,给出破裂压力计算公式.以卫星油田葡I油层组为例,以区域地质特征为约束,综合利用国内外相关研究成果,系统地给出了由常规测井资料计算地层主应力的方法和步骤,有效实现了地层主应力平面及纵向分布的合理计算.应力的平面分布对注水井套损预测有非常好的效果.     

用工作压力估算红岗油田应力值

本文用红岗油田压裂时的工作压力分析了该区的最小水平主应力。并引用以往测量值的统计结果,估算了该油田的最大水平主应力的下限。进而分析讨论了该油田发生套管变形的可能性。     

我国东北地区新生代构造应力场的时空变化与地震活动

本文对东北区油田井斜,压裂、钻探资料及该区震源机制资料进行了综合分析,讨论了该区应力场的时空变化.发现东北大陆内毗邻的南北两区在地震活动性上存在明显的差别,其应力场特点也明显不同.无论是绝对应力值的大小,滑动系数的高低,还是最大水平主应力方向都有明显差异,其应力场随时间的变化趋势也不尽相同.地震活动性与应力场的时空变化特点之间似乎存在一定的对应关系.弄清这个关系,对于从应力测量角度预报地震是有好处的.     

唐山、天津和沧州地区的油井水力压裂应力测量

本文研究了唐山、天津和沧州地区的油井压裂记录,发现已充砂裂缝比未充砂裂缝条件下测得的瞬时闭合压力明显增高,并指出这一差值乃是由裂缝内砂子的支撑作用引起的。因此,在采用油井压裂记录确定地应力时,应考虑裂缝中砂子支撑作用带来的影响。 本文还对该地区具有未充砂条件下的油井压裂记录进行了分析,讨论了油井水力压裂应力测量的力学机制和解释方法。 最后讨论了油井水力压裂应力测量结果,得出该地区0——4000米深度范围内主应力随深度的线性变化关系,表明分布在该地区的北北东向断裂的现今活动,是属于右旋走向滑动类型。      

用油田井斜资料分析构造应力场及地质构造(英文)

本文介绍了用井斜资料分析构造应力场,获得水平主应力方向及地质构造的方法。该方法经济、精确,很易广泛使用。 作者用这种方法,分析了东北区松辽平原应力场,其最大主压应力方向为近东西向。历史上,大庆油田油层上部(1200米以上)受引张应力作用,以倾向滑动为主。扶余油田油层上部(400米以上)以走向滑动为主。此结果与由其它方法得出的结果大体一致。 近代和古代相比,水平主应力方向仅有很小的差异,应力场方向基本上是稳定的。     

水力压裂法测定华北地下深部应力

水力压裂技术是当前测定地下深部实地应力的重要方法,现首次尝试于我国。我们与油田部门配合,在运用水力压裂法增产石油的同时,在我国华北的大港、河间、丰南、黄骅、北镇、庆阳、潜江等地区进行了深度1000——4000米应力的实地测试,共取得62个深井数据。 本文论述了野外结果及有关计算。表明地下主应力值与深度呈线性关系,各地区亦有差别。本文同时讨论了破裂过程与破裂方向,以及应力随深度分布的一些特点等问题。      

冀中平原深井水力压裂应力测量

本文叔述了在冀中平原油井水力压裂应力测量原理。通过该地区十口井油井的水力压裂应力测量结果表明,在1500～3200米深度范围内,三个主应力是随深度成线性增加的,它们之间的关系为:S_H>S_V>S。此外,根据在河北省易县的水力压裂应力测量和震源机制解结果,表明该地区的最大水平主应力方向为北东到北东东向。由此证明,冀中平原地区的现代地壳运动是以水平作用为主。同时还表明该地区的四组断裂的活动性质:NE和EW向断裂为引张类型,NNE向断裂为右旋走向滑动类型,NW向断裂为左旋走向滑动类型。     

陕西汉中盆地水压致裂地应力测量分析研究

汉中盆地位于龙门山断裂带东北段的末端,汶川MS8.0地震发生以后,地震活动存在沿龙门山断裂带向NE向发展的趋势.在汉中盆地西缘进行了两个钻孔的水压致裂地应力测量,来分析震后该区地应力状态,以期为该区的地震危险性研究提供实际资料.这两个钻孔深度均为300m左右,相距33m,取得了较好的地应力测试结果.通过对地应力测试结果的综合分析研究,得到以下认识:①在汉中盆地西缘300m深度地层内,最大水平主应力值为5.69—19.52MPa,最小水平主应力值为3.81—10.90 MPa,垂直主应力值约为1.25—7.03MPa,水平主应力占主导地位,垂直应力为最小应力,该地应力状态有利于逆断层的活动;②汉中盆地西部现今最大水平主应力方向为WNW或近EW向;③汶川地震后,目前汉中盆地及其西部地区仍处于构造应力调整阶段,总体相对稳定.     

利用钻孔崩落研究中原油田的构造应力场

利用计算机程序分析处理了中原油田36口井的斯仑贝谢地层倾角测井仪所测的双井径及相应的测臂方位曲线, 根据孔壁优势崩落方向推断出中原油田所在的东淄凹陷内构造应力场的主应力方向。研究发现, 最大水平主压应力方向在凹陷北部为N(796)W,而在南部为N(798)E,二者相差22左右。利用线弹性平面应力有限单元模型模拟本地区应力场的结果说明, 凹陷区较软的介质和北窄南宽的几何形状可能是引起凹陷北部最大水平主压应力方向相对于周围构造主应力方向产生一顺时针角度偏转的原因。根据某井孔出现明显径向不对称孔壁崩落的起始深度估计了最大和最小水平主压应力大小的取值范围, 展示了反映应力状态随地点和深度而变化的证据。      

原地应力、岩层原地强度及中国大陆之应力场

本文根据中国8个油田中150个井段的水压致裂资料,研究了各地区的水平应力随深度的变化,发现平均水平应力和垂直应力的比值在4000m深处大体上在0.8至1.2范围内,高值对应逆断层,低值对应正断层,实测结果与各地区断层活动特征相互一致.将各区实测最大水平主应力值均归算到海平面以下4000m深处.可以看出,最大水平主应力是随着对印度板块一欧亚板块间的缝合线的距离增加而减小,这与用震源机制作出的中国大陆主应力方向的辐射状分布所暗示的力源中心之推断相互印证.本文还利用压裂曲线试验求取岩层之原地抗张强度,实际结果表现出一定的规律性,强度随岩层之埋深而增加,也随埋藏年代之对数而线性增加,这些强度数据也与实验室结果大体相符.      

西沙群岛石岛浅部基底地壳应力测量及其地球动力学意义分析

西沙群岛独特的构造位置决定了其构造运动背景和地壳应力场动力源的复杂性.位于西沙群岛石岛、深达1268.07m的西科1A井在1257.52m钻遇花岗岩基底.在1125.8~1262.0m开展5次水压致裂地应力测量,获得最大水平主应力为17.09~20.85MPa,最小水平主应力为15.97~18.29MPa,估算垂直主应力为22.86~26.68 MPa,地壳应力结构为SVSHSh,以垂直主应力为主导,该应力结构特征有利于正断层活动,表明西沙群岛地壳基底处于拉张的应力环境.受西沙海槽断层影响,水平应力值较低.印模测试显示基底地壳应力方向以近东西-北西向为主,与已有的GPS测量、横波分裂和面波反演结果较为吻合,显示西沙群岛岩石圈尺度上变形一致性较好.西沙群岛地壳应力场的力源受板块运动和地幔物质上涌作用联合制约.综合南海西北部实测地应力数据分析,显示该区域主应力方向较为一致,应处于统一、稳定的构造运动背景之中.西科1A井水压致裂试验是我国首次涉海深孔地壳应力测量,具有重要的地球动力学意义,提供了研究南海地球物理场的宝贵基础资料.     

沁水盆地南部煤层气储层压裂过程数值模拟研究

储层改造是煤层气井提高产能的重要措施,水力压裂是煤层气储层改造的重要方法.为研究煤层气储层压裂过程及其天然裂缝对煤储层压裂时破裂压力的影响,本文以山西沁水盆地南部高煤级煤矿区为研究区,运用有限元数值模拟方法,计算不同地应力条件下、裂缝处于不同位置时煤储层的破裂压力.结果表明:(1)不同类型地应力场对破裂压力的影响不同.对于均匀应力场,破裂压力随着围压的增大而增大,其增幅约为围压的两倍;对于非均匀应力场,当一个水平主应力不变时,破裂压力会随着水平主应力差的增加而减少;(2)如果地应力条件不变,煤储层破裂压力随着天然裂缝与最大水平主应力方向夹角的增加而增加,水平主应力差越大煤储层破裂压力增幅也越大;(3)在有天然裂隙的地层中进行压裂,当天然裂缝的方位不同时压裂裂缝既可能是沿着天然裂缝扩展的裂缝,也可能是压裂过程中产生的新裂缝,因此天然裂缝的方位对破裂压力具有一定的影响.     

流体-地质力学耦合建模表征水力压裂诱发地震:以加拿大Fox Creek地区为例

随着水力压裂技术在页岩气开发中的广泛应用,加拿大西部盆地的诱发地震活动显著增加.目前对于诱发地震的综合表征方法还不成熟.本文采用一种综合地质、岩石力学及流体力学的研究方法,对Fox Creek地区2015年2月8日发生的M 3.0诱发地震事件进行了综合表征.首先,利用高分辨率三维反射地震资料,采用蚂蚁体追踪技术识别潜在断层.其次,利用测井曲线和压裂施工数据等资料定量求取岩石力学及地应力参数,建立三维地质力学模型,明确水力压裂缝的空间扩展规律.最后,建立流体-地质力学耦合模型,计算水力压裂过程中断层附近的孔隙压力及局部应力变化,利用摩尔-库仑破裂准则判定断层激活的时间与空间位置,揭示本次诱发地震事件的触发机制并提出风险控制对策.结果表明,三条由Precambrian基底向上延伸至Duvernay地层的近垂直断层在水平井压裂过程中被激活.由于水平井的部分压裂缝与断层沟通,注入流体沿断层的高渗透破裂带向下迅速扩散,在基底位置激活断层并诱发M 3.0地震事件.其中孔隙压力增加是本例中断层活化的主要因素.现场措施表明,增大压裂水平井与已知断层之间的距离被可以有效地降低地震风险.因此在进行水平井钻井及压裂作业之前,明确地下断层的分布位置至关重要.     

On the connection between tectonic stresses and well fracturing data

Summary Theories of hydraulic fracturing of wells are usually based upon a model of a well in which the latter is assumed to be equivalent to an infinitely long cylinder. In this fashion, the stress state induced by the pressure in the well turns out to be two-dimensional. This is certainly an oversimplification, and therefore a different model is proposed in the present paper. In this, we assume that the pressure in the well is equivalent to a spherical pressure center. The fracture condition is formulated and the model is applied to the calculation of underground stresses from well data.Published by permission of Imperial Oil Limited.     

基于原地应力测量数据的中国大陆地壳上部应力状态研究

在两个水平主应力随深度呈线性增加的前提下,通过数学推导,建立了侧压系数、水平最大与水平最小主应力之比(σ_H/σ_h)以及剪应力相对大小μ_m等应力参数随深度变化的关系式.在此基础上,依据中国大陆1780条二维水压致裂和应力解除的原地应力测量数据,对多个应力参数随深度的变化进行了回归分析.结果显示,中国大陆地壳浅部的侧压系数随深度的变化呈完整的双曲线形态,通过稳定性检验说明,即使缺少较深的原地应力实测数据,只要有一定数量的测试深度超过1500 m的数据,仍然可以得到比较可信的侧压系数回归分析结果,在整个脆性上地壳的物性参数没有本质变化的前提下,可以利用地壳浅部的侧压系数回归分析结果推断脆性上地壳的2个水平主应力的取值范围;相对于侧压系数,在中国大陆地表以下几千米深度范围内,σ_HH/σ和μ_m的变化不大,更接近线性分布,σ_H/σ_h的拟合值在1.5左右,μ_m的拟合值在0.2左右,并且μ_m的线性集中程度更好.利用μ_m的大小来判断活动断裂的地震危险性具有一定合理性.     

新加坡地应力测量

2008年和2009年, 通过和新加坡宜康地质技术有限责任公司合作, 在新加坡18个浅钻孔中进行了水压致裂地应力测量. 通过测量获得了新加坡地壳浅部的现今应力状态, 为新加坡拟建地下管缆隧道设计施工提供了地应力依据, 也为世界应力环境数据库提供了参考. 测试结果表明, 在38.00~56.95 m深度域内最大水平主应力σ_h值为3.45~9.64 MPa, 最小水平主应力σ_h为2.49~6.28 MPa. 水平主应力和用上覆岩层重量计算的垂直应力σv之间的关系为σ_h>σ_h>σv,最大、最小水平主应力平均值分别是垂直应力平均值的5.13倍和3.23倍, 表明新加坡应力场以水平应力为主导. 初步分析认为, 新加坡陆域浅部构造应力场的量值大致呈南、北两端偏低, 中间高的态势, 在北端最大与最小水平主应力值都小于它们各自的平均值, 而南端则与平均值相当. 最大水平主应力优势方向为NE—NEE向, 该方向与前人在其邻区获得的构造应力场方向和由震源机制解反映的主压应力方向较为一致. 新加坡现今构造应力场状态与印度板块、澳大利亚板块、菲律宾板块与欧亚板块的汇聚作用有着密切的联系. 根据库仑摩擦滑动准则, 断层面摩擦系数取0.6~1.0, 分析了研究区内断层产生摩擦滑动的可能性.     

Production-induced Normal Faulting in the Valhall and Ekofisk Oil Fields

—?In situ stress and pore pressure data from the Valhall and Ekofisk oil reservoirs indicate that at the onset of production in both fields an incipient state of normal faulting existed in the crest of the anticlinal structures. In contrast, on the flanks of the structures the initial least principal stress values indicate an almost isotropic state of stress. Oil production from both fields caused marked pore pressure reductions as well as poroelastic reductions of the least principal stress in both the crest and flanks of the two structures. We demonstrate that as a result of production-induced pore pressure and stress changes, normal faulting appears to have spread out from the crests of the structures on to the flanks. Further evidence of a normal faulting stress state at Valhall has been found using data from a passive seismic monitoring experiment. Numerous microearthquakes were recorded during a six week monitoring period that are located at the very top of the reservoir or in the shale caprock immediately above it. An inverse/composite focal plane mechanism of these microearthquakes is consistent with a normal faulting stress regime.     

胜利油田深井地震监测系统技术改造及应用

随着现代科学技术的发展,数字化地震监测技术正在我国得到逐步普及。根据胜利油田的实际情况,作者对胜利油田深井数字化地震监测系统建设中主要考虑的影响因素、系统功能、技术方案和设备选型、系统特色、观测结果及应用等方面进行了深入的研究。经过4年多的运行证明,该系统建设功能齐全、先进,地震事件处理便捷、定位准确,对山东省尤其是渤海强震区的地震监测发挥了重要作用。     

Preliminary stress measurements in central California using the hydraulic fracturing technique

Use of the hydraulic fracturing technique for determiningin situ stress is reviewed, and stress measurements in wells near the towns of Livermore, San Ardo, and Menlo Park, California are described in detail. In the Livermore well, four measurements at depths between 110 and 155 m indicate that the least principal compressive stress is horizontal and increases from 1.62 to 2.66 MPa. The apparent direction of maximum compression is N 70° E (±40°). At the San Ardo site the least principal stress is that due to the overburden weight. At depths of 240.2 and 270.7 m the minimum and maximum horizontal stresses are estimated to be 11.4 and 22.5 MPa, and 12.0 (±1.1) and 15.8 (±3.3) MPa, respectively. From an impression of the fracture at 240.2 m, the direction of maximum compression appears to be about N 15° E. The rock in the Menlo Park well is too highly fractured to yield a reliable measurement of the horizontal stresses. The data indicate, however, that the least principal stress is vertical (due to the overburden weight) to a depth of 250 m.