在地应力测量中准确求解最大、最小水平应力问题的探讨

目前,在地应力测量和应用中,人们常常用近于水平的两个主应力或其在水平面上的投影来代替或估计最大和最小水平应力,这在一般情况下误差不大,但是当应力结构比较特殊时这种代替或近似将带来较大的误差,甚至给工程实践带来危害。以投影近似为例按3种三维应力状态分别讨论了方位误差随应力形因子R与主应力轴倾角的变化和量值误差随R、主应力轴倾角和最大、最小主应力量值之差的变化。并用原地应力测量资料求得了方位和量值误差。理论分析和实例都证明了用近于水平的两个主应力的投影代替两个水平应力的误差可能很大。建议在研究与水平应力相关的问题或与水平方向相关的物理参量时采用本文的计算方法求出准确值。

用测井资料计算最大和最小水平应力剖面的新方法

提出了一种利用测井资料计算最小和最大水平应力剖面的新方法。新方法基于成像测井资料对井壁破坏形式的准确判别来约束反演地层应力大小,不仅可以得到最小水平应力剖面而且可以得到最大水平应力剖面,由此计算出地层破裂压力和坍塌压力剖面,有助于井眼稳定性分析和压裂设计。介绍了计算原理以及计算方法中的水平应力的计算模型、最大水平应力和最小水平应力值的确定。给出了应用实例的分析。

各向异性快地层最小水平主应力测井计算方法

利用测井资料来准确计算5个独立的刚性系数(C_(11)、C_(33)、C_(44)、C_(66)和C_(13)),以解决横观各向同性快地层最小水平主应力的测井计算难题。通过声速各向异性及黏土含量实验测量,分析并建立了声波各向异性系数与黏土含量的函数关系及不同刚性系数之间的转换关系,在此基础上建立了一套利用测井资料计算各向异性快地层刚性系数及最小水平主应力的方法。实际应用表明,该方法与仅适用于慢地层的基于水平横波速度的计算方法互为补充,可用于评价致密油气储集层岩石力学参数,优选压裂试油层段。

页岩储层水平最小主应力实测与分布规律

水平最小主应力是非常规油气储层压裂设计、压裂缝高控制和压裂后效果评价的重要基础数据。利用自主研发的深孔水压致裂原位地应力测试系统,对黔东南地区寒武系牛蹄塘组泥页岩储层进行地应力实测,获取深度1179~1188 m泥质粉砂岩层段水平最小主应力为24.9~25.3 MPa,1207~1208 m灰岩层段的水平最小主应力为21.4 MPa。结合公开报道的泥页岩储层地应力测量结果,定量评价泥页岩储层内水平最小地应力分布规律。结果表明:泥页岩储层内地应力明显受岩石的矿物含量控制,随着黏土等塑性矿物含量的增加,水平最小主应力明显增大;在区域构造应力场作用下,泥页岩层的水平最小主应力比砂岩或灰岩等脆性夹层高4~15 MPa;对于深层页岩气,应选择脆性矿物含量高的水平最小主应力低值区作为水平井穿行层段,不仅有利于压裂缝的起裂和扩展,且裂缝的闭合压力低,可有效避免支撑剂的破碎和嵌入,保持压裂缝的导流能力。

高水平应力差储层水平井多段分簇射孔方法

选用二维垂向裂缝诱导应力模型,对水平井多段分簇压裂中的水平段最小主应力构成要素进行分析,模拟初始1-3条裂缝时沿井筒方向产生的最小水平诱导应力,并计算先压裂缝与后续射孔簇间的应力差。研究表明,沿井筒方向最小水平诱导应力随先压裂缝的条数增加而增大,先压裂缝附近诱导应力最大,随远离先压裂缝逐步减小;水平最小主应力差随段间距、簇间距增加而逐步增大。通过水平井分簇压裂产生横向缝及各簇裂缝全部开启条件分析,给出分簇射孔总数确定及各簇射孔数优化方法。

淮南煤田顾桥煤矿深煤层地应力测试

为了研究淮南煤田的地应力分布特征和垂向变化规律,通过对淮南煤田顾桥煤矿的地应力测试和分析,发现顾桥煤矿最大主应力方向在NE56.8°~76.3°之间,平均水平地应力方向为NE67.17°~SW67.17°.通过对矿区地应力随埋深的变化规律研究,结果表明:最大水平主应力SH、最小水平主应力Sh和铅直主应力Sv随着深度的增加而呈线性增加.此外,研究发现:在埋深600 m以浅,最小主应力大于垂向应力;在埋深600 m以深,最小主应力小于垂向应力;在埋深1 000 m以浅,最大主应力大于垂直应力;在埋深1 000 m以深,最大主应力小于垂向应力.依据地应力与埋深的关系,可以把1 000 m深度作为划分深浅煤层的一种重要方法.

盆地异常流体压力-应力耦合过程研究进展

基于流变理论的数字、物理模拟以及生产实测数据分析均表明,异常流体压力条件下的应力莫尔圆在位移过程中存在直径(差异应力)的耦合变化,即最小水平应力自常压条件向超压条件逐渐增大。耦合规律显示,异常流体压力的保存明显受控于区域与局部异常流体压力间的差异性。厚层泥岩中流体压力的增高相对均一,区域性异常流体压力达到或超过垂向应力则易产生流化作用或水平张裂缝。倾斜砂岩顶点可存在较强的局部异常流体压力,该顶点处破裂压力会伴随区域流体压力的增高而增大,破裂压力可明显超过负载压力;且区域异常流体压力增高过程中的破裂方式(裂缝倾角)也存在明显变化。耦合机制下,异常流体压力的保存或泄放状态突破了传统预测值,也为相关异常地质过程成因探究和技术应用研究奠定了基础。

基于正交各向异性介质理论的地应力地震预测方法

地应力是评价页岩气储层是否可压裂成网的重要参数.利用地震资料进行地应力参数预测可以根据水平应力差异比(DHSR,Differential Horizontal Stress Ratio)值大小来判断.现阶段计算水平应力差异比主要基于具有对称轴的横向各向同性介质理论,即HTI介质假设,欠缺对页岩中实际大量存在的VTI特征的考虑.本研究同时考虑页岩气地层VTI和HTI特征的作用,利用正交各向异性介质岩石物理关系,推导出水平应力差异比与弹性参数及各向异性参数之间的关系.首先,在分析应力应变本构方程的基础上,对正交各向异性介质(OA)的本构方程进行推导,通过胡克定律一般形式获得正交各向异性介质的应力和应变关系;其次,利用该应力和应变关系推导出最大水平应力、最小水平应力和水平应力差异比与地层弹性参数和各向异性参数的关系并定义了参数正交各向异性水平应力差异比(ODHSR,Orthorhombic Differential Horizontal Stress Ratio);最后,对正交各向异性水平应力差异比ODHSR与具有水平对称轴的横向各向同性介质的DHSR进行了对比,证明了本文的正交各向异性水平应力差异比(ODHSR)计算公式.

基于页岩岩石物理等效模型的地应力预测方法研究

地应力的精确预测是对页岩地层进行水平井钻井轨迹设计和压裂的基础.本文在分析页岩构造特征的基础上,提出了适用于页岩地层的岩石物理等效模型的建立流程,并以此为基础实现了最小水平地应力的有效预测.首先,通过分析页岩地层的矿物、孔隙、流体及各向异性特征,将其等效为具有垂直对称轴的横向各向同性介质,进行了页岩岩石物理等效模型的构建;然后建立了页岩地层纵横波速度经验公式,并将该经验公式与岩石物理等效模型均应用于实际页岩工区的横波速度预测中,二者对比表明,本文中建立的页岩气岩石物理等效模型具有更高的横波预测精度,验证了该模型的适用性;最后,利用该模型计算各弹性刚度张量,进而实现了页岩地层最小水平地应力的预测,与各向同性模型估测结果对比表明,该模型预测的最小水平地应力与地层瞬间闭合压力一致性更高,且储层位置更为明显,具有较高的实用性.

常规测井三向应力计算方法研究

大庆油田注水开发油藏套管损坏的主要原因是长期高压注水造成的区域或局域孔隙压力不平衡,导致地层滑动或地层应力集中释放的结果,套损预测的关键是有效地求取地层应力参数。首先以地层测试资料为标准,利用常规测井建立了水淹油藏孔隙压力计算方法,进而以交叉偶极子声波测井解释结果为相对标准,给出了水平主应力与孔隙压力关系,实现了常规测井计算水平主应力方法,为油水井地层应力求取提供技术保证。通过5口井交叉偶极子声波测井资料检验,平均相对误差5%,最大绝对误差1.1 MPa,基本满足工程要求。

致密砾岩储层岩石力学参数及地应力测井评价方法研究

储层岩石力学和地应力特征是井眼稳定性分析与压裂设计等的基础,为油气钻采工程提供依据。致密砾岩储层岩石非均质性较强、岩石物理响应较复杂,尚无成熟、有效的测井评价方法实现储层岩石力学和地应力的精准评价。通过岩石力学测试,揭示了致密砾岩储层岩石的动态弹性模量、静态弹性模量及岩石力学强度之间的关系。在此基础上将实验所得关系与测井数据相结合,建立砾岩储层岩石动静态弹性参数转换关系,将测试数据与压裂施工数据结合建立了水平地应力测井计算方法。最终形成了一套适用于致密砾岩储层的岩石力学和地应力测井评价方法,并通过实际应用验证了方法的有效性。

越南海岸九龙盆地和南昆山盆地现今的应力和孔隙压力场

某一地区的应力，或该地区现今的应力场，对斜井或水平井的最佳定位，以及认识油藏特征都是非常重要的。同时地层应力也有助于我们更好地认识地球动力学过程及其对盆地演化的影响。本文在勘探和开发井的基础上，利用很多第一手分析资料对越南海岸九龙盆地和南昆山盆地沉积层的地层应力、孔隙压力等进行了分析。九龙盆地最大水平应力在北部及中央高部位主要呈NNW—SSE及N—S向；南昆山盆地最大水平应力在北部主要呈NE—SW向，而在盆地中部呈N—S向。垂向应力在3500m深处的应力梯度值约为22．2MPa／km，正常压力地层中最小水平应力值约为垂向应力值的61％。孔隙压力变化对水平应力大小的影响，可用因流体生产而引起的枯竭层中的孔隙压力及裂缝测试数据来评价，研究中得到的平均孔隙压力-应力耦合率（△Sh/△Pp）值为0．66。南昆山盆地的最小水平应力值接近于超压区的垂向应力值，这一结果表明地层具有均质性或深部超压地层中可能呈走滑断层的应力状态。

塔里木顺托果勒地区地应力方位的室内求取

确定地层地应力地理方位对油气资源的高效开发具有重要的意义,通过提出的利用波速各向异性结合古地磁岩心定向来确定地应力地理方位的新方法研究了塔里木盆地顺托果勒地区的地应力方位分布情况。现场应用表明:顺托果勒地区最小水平地应力方位布局较为清晰,大致以NE走向分布;新方法测试结果具有较高的精度和可靠性,可为该区块的勘探、开发提供重要基础数据支撑;且具有岩心利用率高、可操作性强、成本低等优点,具有很好的推广应用价值。

用交叉偶极声波计算砂泥岩剖面地应力的初步研究

本文简要介绍用交叉偶极计算地应力的方法原则，并给出一段计算应力剖面的实例，通过计算表明用该方法计算的结果与过去计算的相比不同，在泥岩段水平最大与最小主应力基本相等或相差甚小，在砂岩段才呈较大差异，对地应力计算中存在的一些问题进行了探讨。

枣泉煤矿地应力测试及其分布特征分析

介绍了水压致裂法进行地应力测试的原理,并应用此法对枣泉煤矿东、西翼采区进行了8个测站的地应力现场实测。结果表明:该区地应力以水平应力为主,实测最大水平主应力为8.6～13.37MPa,最大水平主应力方向大致为北偏西方向,没有大的偏斜,一致性较好。东翼采区最大水平主应力方向与试验巷道轴向夹角在50～68°之间,西翼采区最大水平主应力方向与试验巷道轴向夹角在4～70°之间,且随巷道向里夹角呈增大趋势;从应力的绝对值看,该区地应力场属中等偏低地应力区。最大与最小水平主应力值总体上有随巷道向里增大的趋势。

地应力预测方法在川南地区大寨页岩气田的应用

针对川南大寨地区页岩气储层三维地应力预测的需求,建立基于横向各向同性介质的Suárez-Rivera地应力计算模型,进行三维空间地应力预测。计算结果表明:Suárez-Rivera横向各向同性介质地应力模型计算结果与单井地应力评价结果高度吻合,模型预测的最小水平主应力与压裂施工地层瞬时闭合压力一致,证实了该方法在川南大寨地区页岩地应力预测中的可靠性。该方法的成功应用,为川南地区页岩气地应力评价提供了理论支持,预测结果对后续页岩气的井位部署和压裂参数设计具有一定的指导意义。

顺北油田某区块三维地应力场有限元精细建模与分析

针对石油工程中长期存在的三维地应力场分析结果与实际相差较大的问题,提出了区块地应力场有限元精细建模与分析技术流程,为顺北油田某区块建立了三维精细地应力场.根据区块地震波数据信息建立地质层位模型,并结合各个单井位置上的测井信息,得到准确的三维区块地质模型.结果表明,所提出模型最大主压应力的方向在A井位置上与实测值符合.最小水平主应力的数值解和A井位置上对应的解析解之间的误差小于8%,提出的建模方法及分析流程是准确、实用的,得到的精细地应力场数值解具有合理的精度.

盐穴储气库地应力测试新方法

阐述了水压致裂法测试地应力的原理及测试过程,并对测试数据进行了分析。该方法具有测试过程简单、用时少、经济性好等优点,并且能够准确可靠地获得盐岩层水平最小主应力,为盐穴储气库计算库容规模、工作气量以及安全运行提供了关键的地质参数。

页岩气“井工厂”不同压裂模式下裂缝复杂程度研究

为了不断优化页岩气"井工厂"的压裂模式,通过建立多裂缝相互干扰诱导应力数学模型,在考虑多井多缝的前提下,建立了多裂缝影响下的诱导应力场有限元模型,对单井逐次压裂、跳跃式压裂、两口水平井同步压裂、拉链式压裂以及改进的拉链式压裂等5种压裂模式进行模拟,对比分析了不同水平路径下诱导应力的变化情况以及最小水平主应力方向的变化规律,并重点讨论了由于压裂次序不同所导致的诱导应力场差异。研究结果表明:(1)裂缝周围的近井筒地带产生的诱导压应力最大,裂缝尖端处产生的诱导拉应力最大;(2)对于两口水平井压裂,靠近补偿井一侧的裂缝尖端诱导拉应力更大,两井的中间位置主要受到诱导拉应力的作用;(3)最小水平主应力方向偏转主要集中在裂缝尖端区域,裂缝数量增多,最小水平主应力的偏转范围和偏转幅度均增大;(4)改进拉链式压裂在各条路径上产生的诱导应力均为最大,对于靠近两口井中间区域各点的诱导应力值影响尤其大,可以有效增加压裂裂缝的复杂程度。结论认为,该研究成果可以为页岩气"井工厂"压裂的复杂裂缝网络预测和压裂模式优化提供帮助。

基于CQ指标的长庆油田长6-长8段致密油储层划分标准研究

鄂尔多斯盆地三叠系长6-长8段致密油储层具有低孔、低渗、低压和低产等特征,为了优选单井剖面的地质甜点、工程甜点,针对长6-长8段致密油储层的地质特性,提出了一种划分致密油储层标准的实用方法。首先计算或提取储层的最小水平主应力、破裂压力、脆性指数、孔隙度、渗透率及含水饱和度等参数,建立储层完井品质综合评价指标CQ;然后基于CQ和单井产能的关系图版,将储层划分为好、中、差3个等级,并根据CQ值优选射孔压裂层段。利用该方法对长庆油田陇东地区L375井进行了储层划分,划分结果与试油结果对比表明,基于CQ指标优选出的射孔压裂位置与实际高中低产井段完全相符。研究表明,该方法满足优选致密油射孔压裂位置和寻找地质甜点、工程甜点的要求,可以用于区块储层的划分。