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.     

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。     

基于常规测井数据计算储层岩石力学参数——以鄂尔多斯盆地上古生界为例

泊松比及杨氏模量等岩石力学参数是盆地构造应力场模拟、油气田钻完井及储层压裂改造设计的基础参数。在岩石力学实验研究及纵、横声波时差关系研究的基础上,针对鄂尔多斯盆地上古生界储层确定了基于常规测井资料计算横波时差关系式的待定系数A、B、C,通过最小二乘法拟合的3个待定系数值分别为2.74、25.45、-370.16,基于待定系数计算公式求取的横波时差与实测横波时差具有较好的一致性。通过该方法计算出研究区上古生界储层杨氏模量在35593~37997 MPa之间,泊松比在0.21~0.25之间。研究区岩石力学参数计算公式的确定及岩石力学参数计算为鄂尔多斯盆地气田勘探开发提供了数据基础。      

岩石力学参数对裂缝发育程度的影响

弹性模量(E)、泊松比(μ)及密度(ρ)是岩石的重要力学参数, 当其他条件一致时, 在一定程度上影响着裂缝的发育。以塔里木盆地某气田为研究区, 在造缝期古应力场分析的基础上, 利用储层裂缝数值模拟技术, 计算得到储层裂缝孔隙度; 再以裂缝孔隙度为指标, 分析岩石力学参数对裂缝发育程度的影响。研究结果表明, 裂缝孔隙度随弹性模量的增加而增大, 同等应力条件下, 弹性模量越大, 裂缝孔隙度越高, 破裂程度越大; 泊松比小于0.2时, 裂缝孔隙度随泊松比增加而逐渐下降; 泊松比超过0.2后, 裂缝孔隙度随泊松比增加而逐渐增大; 岩石密度对裂缝孔隙度的影响不大, 基本上可以忽略。      

基于地质力学方法的低渗透砂岩储层构造裂缝预测研究（英文）

目前,研究并搞清构造裂缝的形成时间、位置、产状、规模及分布密度对于低渗透、超低渗透砂岩储层的勘探开发至关重要,但具有很大难度。基于应变能理论建立一套综合地质力学模型以定量预测裂缝参数及分布,如裂缝线密度和体密度等。首先,在岩石力学实验的基础上将脆性储层中由构造应力引起的总能量划分为裂缝表面能、摩擦耗能和残余应变能3种类型,其中前两者即为与裂缝产生相关的能量,并以此为桥梁推导建立应力—应变和裂缝参数之间的关系模型。其次基于地震解释结果建立复杂构造区含断层的古地质模型、岩石力学实验、测井解释,通过动静校正的方法获得砂岩、泥岩的强度参数,从而建立地质力学模型。最终,进行古应力场数值模拟计算裂缝参数三维展布特征,并以实际井点数据进行验证。结果表明地质力学模型法不同于一般的几何分析方法,具有较高的可靠性和适用性,能够预测不同构造运动阶段的裂缝参数分布,并能够进行三维空间显示;裂缝的充填程度不仅影响着裂缝开度,也在很大程度上影响着低渗透砂岩储层的渗流特征,这对于进一步实现现今裂缝开度的定量预测以及储层数值模拟具有重要意义。     

川东地区沙罐坪气田石炭系储集层特征及预测研究

沙罐坪气田石炭系黄龙组主要储集空间为孔隙和裂缝,属于碳酸盐岩低孔低渗型储层,其中,裂缝在改善储层渗透率方面发挥着重要的作用。以测并信息为基础,利用神经网络算法对该区未取芯井储层的孔隙度、渗透率、含水饱和度参数,以及裂缝发育程度进行了预测。使用误差统计法对储层参数预测模型效果进行了评价,其预测效果满足本区所需储层参数计算的精度要求,裂缝预测总体回判率达97．53％。证明了神经网络算法是在测井信息较少的情况下,预测储层的有效手段,为气田评价井、开发井的部署,储量计算及编制气田开发方案,提供了可靠的地质依据。     

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。     

元坝气田地应力测井计算研究

运用测井资料研究地应力,对元坝气田钻井、储层改造和开发有重要意义。利用测井资料对气田地层的岩石力学参数(抗压强度、抗张强度、泊松比、弹性模量、内聚力、内摩擦角等)进行了计算;用压裂资料反演求取构造应变系数;借鉴前人的研究成果,确定地层孔隙压力和孔弹性系数;应用组合弹簧理论地应力计算模型,建立元坝气田地应力计算方法。通过岩心声发射法地应力实验验证了该方法的准确性,并从地层埋深、岩性变化方面分析了该区地应力剖面特征,指导了后期套管选择、钻井施工方案等设计。     

一种基于常规测井资料计算碳酸盐岩储层裂缝孔隙度新方法

裂缝作为地下油气储集空间和油气运移的通道,是裂缝型储层研究的重要内容,裂缝孔隙度是裂缝型储层测井评价中的重要参数之一.虽然裂缝定性识别和描述的方法很多,但是用常规测井资料进行裂缝孔隙度的定量计算一直是储集层裂缝解释中的难题.以阿姆河盆地某气田上侏罗统卡洛夫-牛津阶组台缘上斜坡相对高能滩相和丘滩复合体的裂缝-孔隙型储层为例,提出一种成像测井解释的裂缝孔隙度数据约束条件下,基于神经网络算法的常规测井资料计算裂缝孔隙度新方法 .针对研究区少量有成像测井资料的井,首先利用深浅双侧向电阻率资料,结合密度曲线数据和声波曲线数据,运用多种经典模型方法计算裂缝孔隙度;然后计算加权因子,将各种模型计算的裂缝孔隙度进行加权计算,利用成像测井资料计算出的精度较高的裂缝孔隙度作为约束,并对计算结果进行标定,完成有成像资料井的常规测井资料的最终裂缝孔隙度计算;最后,运用概率神经网络算法建立起计算的有成像测井资料的裂缝孔隙度与常规测井曲线之间的映射关系,外推计算无成像测井资料所有井的裂缝孔隙度,并利用交叉验证准则确定其最终预测误差.结果表明该方法计算的裂缝孔隙度与成像测井解释的裂缝孔隙度吻合好,对无成像测井资料的...     

塔里木盆地大北气田构造应力场解析与数值模拟

构造应力场研究对于塔里木盆地大北气田的开发具有重要理论与现实意义。通过区域断裂与背斜长轴走向、钻井诱导缝走向与井壁坍塌方位分别确定了古、今构造应力场的方向,采用测井资料计算了古、今构造应力场的大小。在此基础上,利用ANSYS有限元分析软件建立了大北气田主体气藏区大北102区块和大北201区块的地质模型,并通过测井资料计算及动静态转换确定岩石力学参数,利用构造应力场解析结果确定边界条件,进行了大北气田古今构造应力场的数值模拟,分析了构造应力场的分布规律以及构造应力场与构造裂缝和产能的关系。结果表明:大北气田古、今水平最大主应力方向分别约NNW336°和NWW305°,应力大小分别具有σHσhσv和σHσvσh的特征,分别属于Ⅱ类和Ⅲ类地应力;主应力和主差应力在平面上表现为背斜高部位为低值、翼部为高值,纵向上随深度增加而增大;构造裂缝的走向受控于水平最大古构造应力方向,与现今水平最大主应力方向近似平行或呈小角度相交,构造裂缝可沿走向继续延伸,开度也不会因构造挤压作用大幅降低,有效性可得到很好的保存,气藏区构造裂缝发育程度与主差应力的大小呈正相关关系;背斜高点是构造应力的低值区,油气在应力势差和浮力的共同驱动下聚集成藏,其中主差应力较大的井点构造裂缝较发育,无阻流量较高,因此在背斜高点主差应力较大的区域部署井位,有较大概率获得天然气的高产。     

莺琼盆地重点区带深层储层岩石力学参数求取及意义

莺琼盆地中新统是油气勘探开发的重点层系,但海上区块深层储层取心极少,岩石力学参数研究较为薄弱。针对这种现状,文章基于声波全波列测井曲线,计算岩石动态力学参数;利用全岩矿物、物性分析以及压汞实验资料,分析岩石力学参数的影响因素。结果表明：研究区中新统储层杨氏模量介于20~50 GPa之间,泊松比介于0.1~0.35之间,内摩擦角介于20°~35°之间,抗张强度介于5~30 MPa之间。横向上,同一层位各岩石力学参数之间具有非均一性;垂向上,岩石力学参数与埋深呈弱正相关性。影响因素分析表明,岩石孔隙度、粘土矿物含量、脆性矿物含量以及孔隙半径影响岩石力学参数大小。研究成果一方面为该区地应力场模拟、储层裂缝评价以及目的层压裂优化设计提供了可靠的基础数据;另一方面,为衔接深部储层地质参数与地质力学参数评价提供了理论依据。     

Three-Dimensional In Situ Stress-Field Simulations of Shale Gas Formations: A Case Study of the 5th Member of the Xujiahe Formation in the Xinchang Gas Field, West Sichuan Depression

This work established a geological model for the 5th member of the Xujiahe Formation (X5 member) in the Xinchang gas field of the West Sichuan Depression based on the lithological, structural and depositional properties, as well as logging and well completion data and drill-core observations. Rock mechanical parameters were calculated according to rock mechanic experiments and rock mechanic interpretations from logging data. We also calculated the magnitudes and orientations of the in situ stresses based on acoustic emission tests, differential strain tests, fracturing behaviour and logging interpretations as well as anisotropy logging tests, borehole-breakout measurements and well-log data. Additionally, the present stress field of the X5 member was simulated using finite element numerical (FEM) simulation methods. The numerical simulation results indicate that the distributions of lithology and fractures are key factors that influence the present stress field. The stress field in the study area is discontinuous as a result of fractures and faults in the central and eastern areas. Stress is concentrated at the end sections and bends of faults, but dissipates with distance away from both sides of the faults. A longitudinal profile clearly demonstrates the zonality and continuity of the stress field and an increase with depth. The differential stress distribution is relatively uniform; however, large deviations occur in fracture zones.     

塔里木盆地塔中地区上奥陶统古构造应力场模拟与裂缝分布预测

塔里木盆地塔中地区上奥陶统良里塔格组碳酸盐岩构造裂缝是区内油气显示十分活跃的有效储集空间,其发育和分布主要受古构造应力场的控制。依据塔中地区上奥陶统地震资料的断裂构造解释和钻井、测井裂缝特征分析等成果,在声发射地应力测量、岩石力学参数和单轴抗拉强度测试的基础上,考虑断裂对裂缝形成的影响,采用三维有限元法对塔中地区上奥陶统加里东中期Ⅱ幕裂缝形成期的古构造应力场进行了数值模拟,预测了裂缝的分布。结果表明,裂缝形成期地应力最大主应力有效值为47.9～58.3MPa,平均值为51.97MPa,抗张强度为5.13～6.91MPa,平均值为5.81MPa。有效张应力的高值区是构造裂缝发育的有利地区,主要分布在塔中东部大的断裂带交会处和断裂带的部分区段内,与实际钻井统计的上奥陶统高裂缝线密度和油气井分布区基本吻合,可以为研究区的油气勘探提供新的地质依据。     

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。      

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。      

裂缝性储集层表征及建模方法研究进展

从目前裂缝性储层表征及建模研究现状入手,结合自身实践,详细介绍了裂缝性储层表征及建模研究中的各种方 法,分析了每种方法的优缺点。裂缝表征中主要使用的方法包括：野外露头分析法、岩心分析法、测井分析法、地震预测 分析法、动态响应分析法、岩石力学分析法。裂缝建模中主要使用离散裂缝网格模型和等效连续模型两种方法。其中,重 点介绍了分形理论在野外火山岩露头裂缝分析中的应用、数字岩心技术在微观裂缝表征中的应用、各种最新的地球物理及 岩石力学表征和预测裂缝的方法、动态裂缝在裂缝性油藏开发的作用、近年来国外学者所倡导的裂缝地层学理论、非常规 储层中的裂缝表征,以及上述两种裂缝地质建模方法。在此基础上,讨论了裂缝性储层表征及建模中存在的问题,最终指 出了该项研究未来发展的趋势。     

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。      

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。     

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。