铜城断裂带阜二段储层应力场数值模拟及开发建议

通过裂缝形成时期古应力场数值模拟,预测铜城断裂带阜二段储层裂缝的产状;利用岩心声速实验以及微地震监测技术确定井点现今地应力方位;结合压裂资料计算井点现今地应力;通过确定岩石力学参数并建立有限元模型进行现今应力场数值模拟;借助于裂缝产状以及现今应力场数值模拟结果,预测储层中天然裂缝的开启压力和开启次序。结果表明,铜城断裂带阜二段现今水平最大主应力为北东东向;在注水过程开发中,北东东向裂缝优先开启,南东东向裂缝后开启;裂缝的开启压力随裂缝走向与水平最大主应力之间的夹角增大而增大;裂缝埋深与开启压力同样具有较好正相关性,在构造高部位(1 850~2 350 m)裂缝的开启压力在25~50 MPa之间,在构造低部位(3 300~4 000 m)裂缝的开启压力在45~75 MPa之间;通过计算储层的实际破裂压力,提出在不同区块采用不同的注水压力,以保证油气井的高产与稳产。     

塔中地区鹰山组碳酸盐岩储层水平井轨迹优化研究

针对塔中地区鹰山组碳酸盐岩的储层特征和目前水平井钻探过程中遇到的问题,综合考虑地应力控制下的井壁稳定性和后期压裂增产等因素,对水平井井眼轨迹进行优化。通过有限元数值模拟计算,分析不同井眼轨迹下的水平井稳定性和压裂缝形成难易程度,得到最优的井眼轨迹方向。对塔中某井的分析结果表明:所分析水平井的井周地应力状态为潜在走滑型,基于地应力状态和岩石力学特征,从井壁稳定性的角度考虑,当井筒延伸方向与水平向最大主应力夹角为20°~40°时井壁较为稳定,有利于安全、高效钻井;从压裂缝形成的难易程度考虑,当井筒延伸方向靠近水平向最大主应力方位时,井周张应力最大,压裂过程中较容易形成张裂缝。综合井壁稳定和后期压裂增产,分析得到塔中地区最为有利的水平井井眼轨迹方向为与水平向最大主应力夹角20°左右,并通过现场验证得到该方向既能保证安全钻井又能通过后期的压裂获得较高的产能。     

巴什基奇克组地层岩石力学及地应力特征

为深入认识克深地区巴什基奇克组地层岩石力学及地应力特征,以室内力学试验结果及压裂分析结果为依据,采用点-线-面、体逐步递进的技术思路开展研究区岩石力学参数三维空间展布及三维地应力反演分析.研究结果表明:地层弹性模量及抗压强度在分析区域西南角以及南部边缘相对较高,其余大部分区域相对较低.地层泊松比主要分布在区域西南角以及南部边缘泊松比相对较低,其余部分相对较高,弹性模量与抗压强度的分布规律相近,与泊松比分布规律相反.巴什基奇克组地层地应力状态以潜在走滑型为主,垂向主应力分布范围则为130.0～196.0 MPa,水平最大主应力分布范围为160.0～210.0 MPa,水平最小主应力平面分布范围则为110.0～175.0 MPa,断裂带附近主应力的大小变化较大,形成快速的应力变化带.断层下盘应力集中程度大,应力水平高,断层上盘呈现低应力水平,形成显著的低应力区.埋深对最大主应力影响显著,构造高点地应力水平相对较低.巴什基奇克组地层顶面地应力方位以近NS向为主,水平最大主应力方位范围为345°～25°.     

松辽盆地肇州油田层控多边形断层发育特征及在油成藏中的作用

地震解释和沿层相干切片,结合储层沉积特征对松辽盆地三肇凹陷南部肇州油田层控多边形断层的发育特征进行研究。研究结果表明:该区层控断层定向排列,展布方位与斜坡走向平行,并向着斜坡上倾方向倾斜,其发育时期与青山口组末期—姚家组沉积早期的构造抬升事件相对应,地层翘倾引起的重力滑动作用被认为是驱使断层活动的成因。层控多边形断层的平面展布受砂体和构造断层的影响,集中分布在含砂地层厚度较薄的区域,并且多向着构造断裂下盘生长。在不同地质历史时期,多边形断裂的启闭性质不同,其在油成藏中的作用也不同。成藏期(明水组末期)区域应力场为北西向挤压,北西—北北西向沟通青一段源岩和葡萄花油层的活动断裂是垂向输导油的油源断裂,而此时东西展布的层控断裂受正向挤压,断面紧闭,对油成藏主要起遮挡作用。新生代以来至现今区域应力场转变为近东西向挤压,层控多边形断层展布方位与现今最大水平主应力方向一致,具有高渗透性,成为油在低渗透储层内侧向运移的高渗透通道,促进油藏连片分布。     

川南泸州区块五峰-龙马溪组现今地应力特征与页岩气开发

川南泸州区块是中国重要的页岩气产区,其内五峰-龙马溪组页岩气资源丰富,勘探-开发潜力巨大。现今地应力在页岩气运移与富集规律分析、钻完井工程、储层压裂改造以及井网部署等方面均具有重要应用。分析泸州区块五峰-龙马溪组深层页岩气储层现今地应力状态,并探讨在其影响下的天然裂缝活动性与压裂裂缝扩展。结果表明:五峰-龙马溪组页岩气储层现今地应力方向呈现WNW-ESE的优势方位;现今地应力值大小为:水平最大主应力最大、垂向主应力居中、水平最小主应力最小,指示走滑型地应力机制。五峰组和龙一₁¹小层水平主应力差分别介于11.90～15.76 MPa和11.80～16.75 MPa范围内,具备形成复杂压裂缝网的地应力条件。在现今地应力条件下,川南泸州区块五峰-龙马溪组页岩气储层天然裂缝不活动,随着开发流体的注入,天然裂缝逐渐活化,其压力增量的临界值为15～23 MPa;压裂后主要形成垂向延伸的裂缝系统。研究成果可为川南泸州区块深层页岩气效益开发提供现今地应力分析的基础与科学依据。     

鄂尔多斯盆地现今地应力测量及其在油气开发中的应用

油气田开发中实施水力压裂措施、部署和优化注采井网必须考虑现今地应力方向、大小及其分布规律.通过岩石声发射法、钻孔井臂崩落法、古地磁定向岩石差应变法以及岩石压缩等实验方法,测定了鄂尔多斯盆地伊陕斜坡区现今主应力大小和方向,并以吴旗探区为例,讨论了现今地应力在油气开发中的初步应用.认为伊陕斜坡区不同深度砂岩的现今最大水平主应力(δ1)值介于20.3～60.01MPa之间,与深度线性相关性好,相关系数=0.952;现今最大水平主应力方向为NE-NEE-近EW向,由盆地西南(西)向东北(东)方向逐步偏转变大.在现今应力状态下,吴旗探区中生界延长组长6储层NNE-NEE向裂缝系统在水力压裂过程中将首先启动张开并连通,最先形成有效主渗流通道,随着外界流体压力逐步增大,NW及NWW向裂缝系统可成为次级渗流通道;同时认为长61储层人工裂缝扩展方位约为NE-SW向,压裂缝为沿最大水平主应力方向延伸的垂直裂缝,且井孔相对稳定.     

塔里木盆地克深气田现今地应力场特征

利用钻井诱导缝走向及井壁坍塌方位对克深气田现今地应力方位进行判断,并通过测井资料计算关键井现今地应力的数值。在此基础上,通过确定岩石力学参数并建立有限元模型,对克深气田现今地应力场进行数值模拟,并分析气田开发过程中地应力的变化及其对气井产能的影响。研究结果表明:克深气田现今水平最大主应力在西部为北北西向,向东部渐变为北北东向。水平最大主应力在气田中部表现为低值,向东西两侧呈条带状增加,水平最小主应力自北向南减小,垂向主应力与构造形态有较好的相关性,在背斜高点处为低值区。在气田开发过程中,地层压力的下降使总地应力随之呈线性下降,而地层有效地应力线性增加,导致储层裂缝开度降低,使孔渗性变差,从而影响气井产能,因此,在克深气田的开发过程中,应采取一定的储层保护措施,以保证气井的高产与稳产。     

页岩储层地应力预测模型的建立和求解

对致密页岩储层进行水平井钻井和压裂时,必须精确确定页岩气储层地应力。在分析页岩构造特征的基础上,给出考虑页岩横观各向同性的地应力计算模型,并建立声波测井资料求取页岩横观各向同性力学参数的关系式,据此研究页岩气储层地应力的分布规律。分析孔隙压力及地层升沉作用对地应力的影响。结果表明:页岩横观各向同性性质对地应力分布有较大影响,当水平与垂直方向弹性模量之比达到4时,水平地应力平均增加144%,而垂直方向与水平方向的泊松比之比达到2.2时,水平地应力平均增加16.5%;当孔隙压力变化2.4MPa时,水平地应力平均增加13.8%,而地层升沉作用对地应力的影响不大。将预测模型用于Baxter页岩的地应力预测,预测结果与其地层瞬间闭合压力(ISIP)最大误差仅为1.2%,证实模型准确可靠,可为页岩气水平井的钻井和压裂设计提供准确的基础数据。     

川南深层各向异性页岩井壁失稳力学机理

川南页岩埋藏深、岩性复杂、质地硬脆、层理发育、地应力复杂,水平井钻井井壁失稳事故时常发生,严重阻碍了深层页岩气高效开发进程。为此,以川南深层龙马溪页岩为对象,实验测定了页岩各向异性弹性和强度参数,通过成像测井分析了层理产状,通过室内实验和测井资料确定了地应力大小和方位,建立了各向异性页岩井壁坍塌压力模型,分析了不同地层条件的坍塌压力,并以川南深层页岩气井为例进行了验证。结果表明,页岩基质黏聚力和内摩擦角为13.00 MPa、39.50°,层理黏聚力和内摩擦角为11.10 MPa、28.50°,层理倾角5°～15°、倾向NE110°～NE120°;水平最大主应力114.69～117.23 MPa、水平最小主应力93.79～94.57 MPa、垂向地应力108.42～112.81 MPa;综合考虑弹性和强度各向异性计算的坍塌压力最高,强度各向异性的影响明显大于弹性各向异性;沿水平最大主应力钻进的水平井稳定性最好,其次为直井和小角度定向井,沿水平最小主应力方向钻进水平井时稳定性最差; L20X井实钻情况与预测结果基本一致,证实了模型的准确性。     

高尚堡油田深层油藏南区现今地应力场预测及应用

通过结合"岩心测试-测井计算-地震属性",构建高尚堡油田深层油藏南区(简称高深南区)三维非均质岩石力学场,并采用地质模型与有限元模型的无缝焊接技术,对高深南区现今地应力的三维空间分布进行研究,提出压裂优势区和压裂优势井段优选的建议。结果表明:高深南区最大水平主应力方向总体为NE-NEE向,地应力数值变化范围大,呈西低东高的分布趋势,并满足垂向主应力最大水平主应力最小水平主应力(SVSHmaxShmin),且Shmin为挤压应力,属于Ia类地应力状态;断层是影响高深南区应力场分布的最主要因素,造成地应力数值和方向在断层附近表现出显著异常,岩石力学参数是引起断块内地应力场差异的重要原因,主要影响地应力的数值,埋深与地应力数值呈较高的线性关系;高深南区部分井的油层段具备较低水平应力差的条件,是形成复杂缝网条件的压裂优势区;地质模型与有限元模型的无缝焊接技术发挥了Petrel软件与Ansys软件的优势,还原了目标区块形态,精细刻画了断层,体现了储层的非均质性,提高了预测精度,为类似复杂断块区地应力精细预测提供了参考,为低渗油藏高效开发提供了理论依据。     

页岩气水平井井壁裂缝起裂力学行为研究

为了弄清层状页岩各向异性对井壁裂缝起裂力学行为的影响,以四川盆地下志留系龙马溪页岩为研究对象,开展了不同角度下页岩单轴压缩和巴西劈裂实验,明确了页岩弹性和抗张强度各向异性特征,建立了考虑页岩各向异性的水平井井壁裂缝起裂力学模型,并分析了不同因素影响下井壁裂缝起裂规律。结果表明：弹性模量各向异性、地应力比值、抗张强度各向异性和孔隙压力对裂缝起裂压力影响显著,而泊松比各向异性影响较小;弹性模量各向异性、地应力比值对裂缝起裂位置和起裂倾角影响显著,而泊松比各向异性、抗张强度各向异性和孔隙压力的影响较小;井壁裂缝起裂力学行为与井眼方位密切相关,当井眼方位靠近最大或最小水平主应力方向时,井壁裂缝起裂力学行为差异随井眼方位的变化较小;当井眼方位同时远离最大和最小水平主应力方向时,井壁裂缝起裂力学行为差异随井眼方位的变化较大。研究结果可为页岩气水平井钻井井漏预防和水力压裂设计提供理论依据和参考。     

四川LZ页岩储层现今地应力方向及主控因素——以龙一段为例

现今地应力场方向是影响页岩储层压裂改造效果的主要因素之一,进行现今应力场方向展布特征及其主要影响因素分析对页岩气开发应用具有重要的意义。利用古地磁结合波速各向异性法、微地震监测法、测井资料三种方法来判别地应力方向,对LZ地区地应力方向平面展布特征及主控因素分析。结果表明,宽缓向斜处三种解释方法都适用,准确度和可信度排序为岩心实验测试、偶极横波测井、电成像测井。断裂影响区域偶极横波测井不再适用,岩心实验测试结果可信度大于电成像测井。裂缝发育强构造变形区域对三种方法解释结果均有影响,需多种方法结合分析;LZ地区龙马溪组现今最大主应力方向变化范围在90°～125°之间。得胜、宝藏、云锦向斜的最大主应力方向在115°左右,福集向斜最大水平主应力方向偏转最大,在80°～100°之间,可能与西侧华蓥山断裂逆冲兼具走滑有一定关系。断裂规模越大其扰动范围和强度越大。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级断裂最大扰动范围分别为1100 m、850 m、500 m、300 m。紧闭背斜褶皱变形区,受褶皱顶部派生的拉张应力影响,地应力方向沿着褶皱轴向偏转,靠近褶皱顶部,受拉张应力影响大,偏转角度最大。该研究成果可为后期水平井井位轨迹优化及压裂改造工程提供理论支撑。     

大宁—吉县地区古构造应力场恢复

通过野外罗盘测试节理分布特征,利用赤平投影方法对大宁—吉县地区古构造应力场分布特征进行反演。研究结果显示,大宁—吉县地区主要经历了燕山、喜山两期古构造运动。其中燕山期构造应力场在研究区内最发育,最大挤压应力方向为北西西—南东东向,平均产状为127∠13°,最小主应力轴产状为35∠8°。喜山期应力场最大挤压应力方向为北北东—南南西向,最大主应力轴平均方位为43∠8°,最小主应力轴产状为131∠7°。研究区内的背斜和向斜轴向主要为北东或北北东向展布,最大主压应力方向为北西西—南东东向。     

基于出砂特征半径的水平井出砂临界生产压差预测模型

在水平井近井地带地应力分布研究基础上,首次提出破坏特征半径的概念,以特征半径处作为地层破坏出砂的判断位置,分别使用Mohr-Coulomb准则、Drucker-Prager准则、Hoek-Brown准则建立相应的水平井出砂临界生产压差预测模型,并对水平井出砂临界生产压差计算结果进行敏感性分析。结果表明:水平井出砂临界生产压差与井斜角有关,其具体变化规律与原始主应力中垂向主应力与最大水平主应力的关系有关;在同一地区,水平井水平段方位的选取会明显影响其生产中的出砂程度;水平井出砂临界生产压差与特征位置半径的选取有直接关系。     

基于“地质-工程”耦合平台的顺北断溶体储层地应力分布规律分析

顺北油田是一种碳酸盐岩断控裂缝-洞穴型储层,该类型油田通常采用水力压裂改造的方式进行开采,以提高储集体的连通性能。在水力压裂过程中,三维地应力场是影响裂缝扩展轨迹的重要因素之一。因此,研究三维地应力场的精细空间分布是水力压裂工艺需要解决的首要问题。针对裂缝-洞穴型碳酸盐岩储集体的水力压裂改造过程地应力场空间分布模拟不精细的问题,本文开发了“地质-工程”耦合平台。该平台可将地质模型转换为适用于AiFrac数值仿真软件的模型,实现了对储层三维地应力场的精细刻画。基于角点网格建立的三维地质模型,采用数值仿真软件进行三维地应力场的模拟,既可以保留储层的复杂地质构造特征,又可以利用数值仿真软件强大的计算能力,实现了地质模型和数值仿真一体化。为了验证本研究方法的有效性,本文基于前期已有的地应力测量数据,对顺北油田三维地应力场进行了分析计算。研究结果表明,断裂带对地应力场的大小和方向有显著的影响,主要表现在断裂带的规模、倾角、走向以及形态等因素在不同程度上均对地应力状态产生影响。本文提出的三维地应力场精细模拟方法可有效研究断溶体储层区域及内部、不同断裂带交汇区三维地应力场分布规律,从而为现场施工工艺参数的选择提供了重要依据。     

元坝地区中部珍珠冲段储层裂缝特征及主控因素

为探讨元坝地区中部珍珠冲段砂砾岩储层构造裂缝的发育特征、有效性和主控因素,综合运用岩心、测井、试气以及野外露头裂缝调查等资料,对元坝地区中部珍珠冲段储层裂缝进行了研究。研究结果表明：元坝地区中部珍珠冲段储层裂缝发育的主要方位为近EW向（85氨10?）、近SN向（360氨5?）、NE向（35氨5?）、NW向（310?0?）以及NWW向（290氨5?）,其中,近EW向和NWW向裂缝为优势方位,其次是近SN向和NE向;优势方位的裂缝走向与现今最大水平主应力方向大致一致,且高角度构造缝的充填程度较低,说明工区裂缝的有效性较好;同时,断裂构造是控制裂缝发育程度的外部因素,储层岩性和岩层厚度是控制裂缝发育的内部因素。裂缝综合预测结果表明：构造裂缝发育的有利区主要位于工区中部断裂带和东南部断裂带的多组断裂带的交汇部位、转折端、夹持部位以及断裂带尾端,呈现近南北向的条带状分布。     

水平井压裂裂缝监测与分析

水平井可以在不太厚的油层中增大钻井过油层范围,实现高速注、采,提高产量 。有些水平井需要压裂,因此常常需要了解并控制人工裂缝形态、方位。通过微地震人工裂缝监测,研究已有的水平井压裂结果,特别是钻井水平段大体沿最大水平主应力方向的水平井压裂,了解压裂裂缝形成的机制及控制方式。通过比较,进一步提高水平井钻井水平及控缝理论。     

砂砾岩地层三维地应力场研究

以西部某地区砂砾岩储层为研究对象,基于丰富的压裂改造资料、地球物理测井资料,分析深部地层实测地应力的大小与方向,建立了适用于砂砾岩储层的地应力评价模型并计算地应力单井剖面.在此基础上,利用地震构造模型构建合理的三维空间数值模型,以单井地应力为基本约束,利用有限元法对工区现今三维地应力场进行反演.研究结果表明:工区地应力整体处于压应力作用下,表现为西北向东南方向逐渐增大的趋势.受断裂发育及次级构造影响,断裂带内3个主应力显著降低,断裂边缘和端部存在应力激增带.地应力方位整体近E-W,受断裂和局部构造发育的影响,局部地应力方向发生偏转.     

塔中地区中-下奥陶统古构造应力场模拟与裂缝储层有利区预测

依据塔中地区地震资料解释的断裂体系、中-下奥陶统顶底界面古构造图和40多口井裂缝特征统计等成果,在对塔中地区中-下奥陶统碳酸盐岩声发射地应力测量、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中-下奥陶统加里东中期裂缝形成期的古构造应力场进行模拟.结果表明:裂缝形成期地应力的最大主应力有效值为51.8～62.4 MPa,平均值为57.0 MPa,抗张强度为4.13～8.02 MPa,平均值为5.75 MPa;有效张应力高值区是构造裂缝储层发育的有利区和较有利区,主要分布在大的断裂带交汇处和断裂带的部分区段内,与实际钻井统计的中-下奥陶统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.     

金口岭矿区地应力测试分析

为了优化金口岭铜矿矿区开采顺序和巷道设计,采用三维套孔应力解除测量计和空心包体应变计,结合现场围压试验,根据弹性理论计算出矿区原岩应力,得到矿区原岩应力大小、方向等参数及其分布规律。结果表明,每个测点最大主应力方向均接近水平方向,与区域构造应力场最大主应力的方向基本一致;最小主应力接近于垂直方向,三个主应力均为压应力,没有出现拉应力,与我国地应力实测得到的普遍规律相同,该方法可以为其他类似工程的地应力测试提供参考依据。