基于数字散斑变形模拟实验的深部复杂断块应力场传递特征研究

在油田勘探开发过程中,地应力研究在掌握深层油气的运聚规律、改善储层压裂效果和钻井工程风险评价等方面发挥着重要的作用。而前人对地应力的研究主要集中在二维/三维模拟方面,对区域构造变动和生产开发过程中的应力动态变化规律研究甚少。以渤海湾盆地南堡凹陷G区块为例,通过制作相似地质模型,设置边界条件并进行数字散斑变形动态模拟实验,基于LOESS局部回归分析方法,得到应力/应变在空间上的传播规律。结合经典的应力波理论认为,在构造力的持续作用下,地层中任一点的应力/应变随时间的变化呈现明显的旋回波动性,在断层附近这种旋回特征更加明显,且旋回幅度更大;应力波穿过断层发生多重反射、透射现象,众多左行波与右行波相遇造成局部应力和应变集中,从而呈现为高值区,穿过断层时应力波产生应变或变形,导致明显的能量衰减;随着时间的变化,应力/应变的总体传播方向具有选择性,其总是垂直于断裂带压实强、结构致密的方向,即透射过后会造成能量急剧衰减的方向;随着时间的变化,地层中任一点应力/应变的传播均呈现为波动旋回式,但应力波不同于声波,整体来看,应力/应变旋回曲线的最大幅度和最小幅度在空间上沿着作用力方向也呈现为波动式。

基于数字散斑技术的垂直裂缝扩展实验

利用砂/泥岩相似材料进行垂直裂缝扩展实验,采用数字散斑相关技术分析加载过程试样中应力应变场,以分析垂直裂缝的扩展特性。实验结果表明:在界面层强度较高时,裂缝从低强度材料一侧扩展比从高强度一侧扩展更易发生偏转,当界面粘接强度较弱时,无论裂缝从高强度材料一侧还是从低强度材料一侧扩展,经过界面时,均极易发生界面脱胶,导致裂缝经界面后错动传播;裂缝穿过界面前,扩展路径越长,经过界面后越易发生偏转;预制裂缝越短,裂缝经界面时越易发生偏转。引起裂缝偏转的主要原因在于层状介质间材料的力学性能差异,其导致界面层处产生了剪切应变,剪切应变可诱导Ⅱ型剪切裂缝的产生,致使裂缝扩展转向,界面处产生的剪切变形越大,裂缝偏转的角度越大。