构造物理模拟和PIV有限应变分析对构造裂缝预测的启示

油气储层中构造裂缝发育与有限应变状态关系密切,为了探索有限应变分析与构造裂缝预测的新技术方法,此次研究设计完成了一组单侧挤压收敛模型的物理模拟实验,并引入粒子图像测速（PIV,Particle Image Velocimetry） 技术对实验过程进行了定量化分析.实验模型在垂向上为含粘性层的多层结构,实验结果形成了一个肉眼可见的箱状褶皱.通过PIV技术可以获取实验模型变形演化过程中各阶段的位移场数据,计算出各阶段的增量应变,实现从初始状态到褶皱形成之后整个变形过程的有限应变分析,探讨构造裂缝成因机制和分布规律,进行定量化裂缝预测.挤压变形过程初期,应变分布范围很广,有限应变较弱（约4%-8 %）,在挤压方向上的线应变表现为弱压应变,在垂向上的线应变表现为弱张应变,这种现象是褶皱和断层产生前平行层缩短和层增厚的纯剪变形结果,也是区域型张裂缝和剪裂缝形成的主要机制.褶皱和断层即将发育之时至发育之后,应变局限在断层发育的剪切带及附近区域,有限应变表现为较强（达20%） 的剪切应变和剪切张应变,是断层面附近简单剪切变形作用的结果,也是局部型剪裂缝和张剪裂缝形成的主要机制.

南川地区页岩层古构造应力分布特征及构造裂缝预测

为系统地研究构造应力场及构造裂缝对页岩气开发的控制作用,基于有限单元数值模拟方法,结合岩石声发射和三轴强度试验,针对南川地区燕山中期和燕山晚期构造变形时期进行古构造应力场数值模拟,并对构造裂缝发育情况进行定量预测。结果表明,燕山中期以北北西-南南东向挤压应力为主,燕山晚期为近东西向挤压应力,研究区内构造应力方向基本一致,平面分布受断层和构造形态控制明显,平桥背斜核部及东南部埋藏浅部位、断裂带附近处于应力低值区。根据数值模拟结果,参考岩心和成像测井裂缝密度资料,认为南川地区断裂大多形成于燕山中期,构造裂缝走向以北东-南西向为主,后期叠加北西-南东走向裂缝,不同构造部位之间构造裂缝具有差异性,断裂带附近及构造高部位为裂缝发育区。

南川地区页岩储层构造裂缝特征及其定量预测

构造裂缝是影响页岩气单井产能的重要因素,查明裂缝分布规律有助于提高水平井压裂改造效果。结合岩心观察和成像测井裂缝发育情况,采用有限单元法模拟了南川地区不同构造裂缝形成时期的应力场,基于岩石破裂准则建立了构造应力与岩心裂缝密度的转换关系,对构造裂缝进行了定量预测。结果表明,南川地区主要发育2期构造裂缝,以剪切裂缝为主,被方解石半充填-全充填,第1期北东—南西走向裂缝形成于燕山中期,最大水平主应力为140~158 MPa;第2期北西—南东走向裂缝形成于燕山晚期,最大水平主应力为88~156 MPa。构造裂缝分布受褶皱及断层共同控制,平桥背斜构造裂缝发育程度最高且有效性好,天然气产量也最高。