鄂尔多斯临兴西区深煤层地应力场特征及应力变化分析

大小及方向对深部煤层气开发影响显著。以鄂尔多斯东缘临兴西区为对象, 基于实 验测试、井壁崩落法和断层摩擦系数地应力法,分析了三向主应力方向与大小,阐释了基本特征及其空间发育规律。结果显示：8号煤层垂向应力介于44.94 ~ 50.46 MPa,平均48.47MPa;水平最大主应力介于35.16 ~ 44.53 MPa,平均40.62MPa;水平最小主应力介于28.79~39.45 MPa,平均33.02MPa。9号煤层垂向应力介于45.03~ 50.46 MPa,平均48.57MPa;水平最大主应力介于35.33~44.53 MPa,平均40.69MPa;水平最小主应力介于29.01 ~ 39.45 MPa,平均33.11MPa。误差分析显示此地应力计算结果可靠。三向地应力大小与埋深呈正相关关系。在垂向上,三向地应力相对大小表现出明显分带性,即埋深＜1000m左右为Sh＜Sv＜SH为特征的剪切型地应力带、埋深介于1000~1800m 表现为Sh＜SH＜Sv过渡带、埋深>1800m左右表现为Sh＜SH＜Sv为特征的正断型地应力带。在平面上,地应力在平面上总体呈西北部低、中部与南部高、其余地区适中,主要在T-23-2井和T-19井区存在应力低值带。最大水平主应力地应力方向主要以EW-NEE向为主。地应力场的阐释将为研究区深煤层储层物性评价、勘探选区及钻完井工程设计提供地质参考。     

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。      

鄂尔多斯盆地东部晚侏罗世-早白垩世应力场

鄂尔多斯盆地是近年研究的热点区域.以鄂尔多斯盆地东部上古生界在燕山运动主幕期间 (晚侏罗世-早白垩世) 的应力场量化研究为目标,以期为应力场数值模拟及储层裂缝预测提供边界条件.通过盆地边界同构造期构造形迹应力反演和地层剥蚀量恢复结果探讨了晚侏罗世-早白垩世三轴应力状态及水平最大主应力方向;基于泥岩压实曲线及Newberry力学模型计算了附加构造应力及垂直地应力,进而获得了研究区上古生界在晚侏罗世-早白垩世的三轴主应力大小及差应力值.研究结果显示,研究区在燕山运动主幕期间最大主应力近水平,方向为SEE98°,中间主应力近竖直,最小主应力为NWW方向;上古生界储层 (平均恢复埋深为4 600 m) 在燕山运动主幕的三轴主应力大小分别为93.2~101.3 MPa、65.8~67.2 MPa、53.1~53.6 MPa,差应力为40.1~48.0 MPa.研究结果为区域构造应力场数值模拟、储层裂缝预测及裂缝型油气藏有利区优选等油气勘探工作提供了必要的基础.      

基于声波测井资料的地应力分布研究——以饶阳凹陷任北奥陶系潜山为例

以饶阳凹陷任北奥陶系潜山为例,基于声波测井资料确定了岩石力学参数,视区域边界荷载为未知数,目标井地应力为约束,求解得出区域所受边界力;据此建立地质模型、计算模型、力学模型,对研究区的地应力进行了数值模拟,得出该区域地应力的分布规律及特点。研究结果表明,通过数值模拟求得的地应力值与实际测量地应力值吻合较好;研究区水平最大主应力值主要集中在-61～-118 MPa,水平最大主应力方向中北部为北西方向,南部为近南北方向;最小水平主应力值主要集中在-31～-91 MPa,北部最小应力值方向为北东方向,南部为近东西方向。断裂带附近是应力变化的梯度带,断裂带内主应力值较连续地层小,断层对水平主应力的分布具有显著影响。     

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。      

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。      

渗流-应力耦合作用对储层裂缝发育的影响研究

裂缝是影响储层高产、稳产的重要因素,而储层处在复杂的地质环境中,裂缝的形成和发育受众多因素的影响,研究各因素间的耦合作用对储层裂缝发育的影响,对指导油气勘探开发具有重要意义。为此,针对任丘油田任11井区雾迷山组碳酸盐岩储层进行了渗流-应力耦合作用对储层裂缝发育的影响研究。研究结果表明:未考虑渗流-应力耦合作用时,研究区最大水平主应力范围为82~100 MPa,从西南到东北逐渐增大;最小水平主应力范围为72~88 MPa,从研究区中心向西南、东北两侧逐渐递增;考虑耦合作用后,研究区最大水平主应力范围为84~102 MPa,最小水平主应力范围为76~91 MPa,最大及最小水平主应力增加。渗流-应力耦合作用后,研究区裂缝发育指数分布在0.027~1.156之间,山头顶部和近东西向断层的内部区域裂缝发育指数在0.7左右,为裂缝较发育区域;而研究区西南和东北边缘区域裂缝发育指数在0.2以下,为裂缝欠发育区域。随着耦合作用时间的增长,储层裂缝发育指数逐渐增大,在注入井和产油井附近区域的裂缝发育指数增大幅度尤为明显;储层裂缝线密度也呈增大趋势,仅产油井周围的裂缝线密度呈现为先减小后增大的趋势;未考虑耦合作用时的储层裂缝参数小于考虑耦合作用后的裂缝参数,说明仅考虑应力场进行储层裂缝预测所得结果偏小。      

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。     

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。      

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。     

北大港构造带东翼华北期构造应力场模拟

通过对北大港构造带东翼对油气运聚影响较大的华北期(52~23.5 Ma)进行应力场模拟,结果表明,华北期构造运动的最大主压应力方向为近ESE向。华北期构造运动在北大港构造带东翼的构造剪应力值分布在18~42 MPa,大多分布在22~32 MPa,而在22~25 MPa间有较明显的梯度带,塑性变形后应力释放处,为构造裂缝发育区带。构造裂缝发育区NEE向的断层与华北期构造应力方向之间的夹角较小,开启性较好,有可能成为油气运移和聚集部位,但是也有可能成为油气散失的部位。结合现今构造应力场的模拟结果,综合分析认为构造剪应力值在22~25 MPa的构造发育区带内的ESE向的裂缝发育区带可能形成较好的油气藏,而ENE向的裂缝发育带则易成为现代油气散失的部位。     

“二元法”在构造裂缝定量预测中的应用——以松辽盆地青一段泥页岩为例

松辽盆地青山口组一段是一套重要的烃源岩层,也是盆地主要的裂缝性油藏和页岩油藏发育层。裂缝不仅是油气运移的主要通道,也是重要的储集空间,裂缝分布规律的评价对盆地今后页岩油和裂缝性油藏的勘探开发具有重要的指导意义。利用ANSYS与Suffer联合建模并采用Petrel软件对研究区岩石力学参数进行三维随机模拟的方法,对松辽盆地古近纪末期的应力场进行了三维数值模拟。结果表明,研究区最大主应力的变化范围为24~147 MPa,最小主应力变化范围为3.8~114.4 MPa;扶余隆起带附近为最大主应力低值区,大庆长垣附近为最大主应力高值区;最小水平主应力的应力低值区和高值区的分布与最大水平主应力大致相同。在此基础上,采用二元法对裂缝密度作了定量的预测,预测值与实测值吻合度较高。预测结果显示,齐家—古龙凹陷、大庆长垣以及梨树—德惠等地裂缝相对较为发育,是下一步勘探的重点。      

黔南地区~3 km油气深孔地应力测量与构造应力场分析

地应力大小和方向信息是非常规油气勘探开发及区域构造应力场特征分析的重要基础数据。为了解黔南紫云地区的现今地应力状态,采用基于钻孔岩心的非弹性应变恢复(ASR)地应力测量方法,获取了紫云地区2877～2985 m石炭系打屋坝组地层的地应力信息,分析了区域构造应力场特征,探讨了油气保存条件。结果表明:(1)黔南紫云地区近3 km处石炭纪地层现今地应力状态表现为以垂向应力为主的应力环境,测点处最大水平主应力方向近SN向。(2)紫云地区近3 km处岩心实测最大水平主应力方向与燕山早期古构造应力场最大主应力方向大致相同,一定程度上反映了燕山末期—喜马拉雅运动对次生油气藏的改造程度较小,有利于黔南坳陷内部油气藏的保存。     

川西彭州地区雷口坡组沉积期后古应力场重建及其油气地质意义

川西坳陷三叠纪以来多期构造应力场演化控制了该区古隆起的迁移和裂缝-岩溶型储层的形成,从而对该区油气富集具有十分重要的控制作用,而目前对该区古构造应力场的量化评价研究程度较弱。通过野外露头、钻井岩芯、薄片及裂缝充填物以及声发射测试资料,重点对川西坳陷彭州地区雷口坡组沉积后期的古应力方向、大小及演化期次进行了研究。结果表明该区域存在4期应力,印支期应力为NW向;燕山早中期应力为SN向;燕山晚期应力为NW向;喜山期应力为EW向。对应的最大水平应力值分别为25.81MPa、66.03MPa、41.27MPa以及50.85MPa。结合区内构造演化,印支期区域平缓抬升使得古隆起及彭县断裂雏形形成,雷口坡组暴露地表形成岩溶性储层,成为后续的油气富集地;在燕山期两期应力控制下,研究区北部地层最先抬升,古隆起继续发育;喜山期强烈构挤压下使全区北西向地层抬升,古隆起最终定型,燕山晚期-喜山期形成的裂缝和断层对早期油气运移进行调整起到关键作用。该研究可为彭州地区的构造演化、裂缝预测以及进一步的勘探开发提供依据。     

贵州东南部榕江加里东褶皱带内的现今地应力分布特征及构造分析

贵州东南部位于盖层极不发育的榕江加里东褶皱带内,为查明该区域内的地应力状态,在贵州省黔南州境内进行了7个钻孔的水压致裂地应力测量工作,同时结合贵州西部已有研究结果和贵州西北部1个钻孔的地应力测量资料,对贵州东南部与西部和西北部的地应力分布差异进行了对比研究,最后结合断层的活动性质以及Byerlee准则探讨了测孔区域断层的稳定性,结果表明:水平主应力在研究区占主导地位,最大水平主应力方向表现为北西向;根据安德森断层理论,三向主应力的相对大小有利于逆断层和走滑断层的活动,这与研究区发育的活动断层性质相对应;最大和最小水平主应力的线性拟合结果表明,研究区水平主应力的梯度大于黔西煤层地区、广西盆地东北部和全国的地应力梯度值,最大水平主应力的值在相近深度上大于黔西、黔西北地区和广西盆地东北部;三都断裂带附近存在较高的构造应力,μ_m值（最大剪应力与平均主应力的比值）较高,表明断层处于摩擦极限平衡状态;而三江-融安断裂两侧的构造作用存在较为明显的差异,西侧的构造作用强于东侧;虽然部分钻孔内的μ_m值都处于高值,但区域应力方向与断层多以较大角度相交,因此断层是稳定的,这与研究区的地震活动性相吻合。