主方向差应变地应力测量方法

常规差应变法测量地应力的实验难度较大。针对这一难题, 在常规差应变分析法的基础上, 首次将岩石波速各向异性特征与地应力方向相关原理引入到差应变分析实验中, 提出了一套简易可行的室内地应力测量新方法——主方向差应变分析法。该方法利用岩心波速各向异性特性确定水平主应力的方向, 按照该方向来制备差应变实验岩样并进行实验。将该方法的测量结果与目前广泛使用的精度较高的水压致裂法的测量结果进行比较, 二者吻合较好。实践证明: 主方向差应变分析法测量精度较高, 并较之常规差应变分析法降低了实验难度及工作量。     

镇泾油田地应力状态研究

本文以镇泾油田为例,通过波速各向异性法及粘滞剩磁法对其地应力方向进行确定,同时,利用差应变分析法对研究区地应力大小进行测量。研究结果表明:镇泾油田平均水平最大主地应力为北东81.6°,梯度为0.0198MPa/m;平均水平最小主应力方向为北东171.6°,梯度为0.0161MPa/m。     

渤南油田五区沙三段现今地应力场数值模拟及影响因素分析

渤南油田发育大型低渗透油藏,由于其储层物性差、部署井网时未考虑现今地应力影响,导致压裂改造后发生严重水淹水窜。随着开发的不断深入,须对研究区现今地应力的分布进行系统研究。以渤南油田五区沙三段为例,利用差应变法、声发射法和波速各向异性法等岩心室内实验方法以及测井资料计算,确定渤南油田五区沙三段现今地应力的大小和方向;通过测井资料计算,建立岩石的动、静态力学参数转化关系,求取准确的岩石力学参数并建立地质模型,进而利用有限元数值模拟方法分析现今地应力的分布特征及影响因素。研究结果表明,渤南油田五区现今地应力方向具有明显的分区特征,东部水平最大主应力方向平均为北东61.4°,西部平均为南东58°;水平最大主应力表现为中部低、四周高、环带状分布的特征;水平最小主应力整体具有北高南低的特征,且在研究区中心的局部区域应力值较大。造成现今地应力方向异常主要是研究区东西两侧呈"V"字形分布的断裂系统在近东西向挤压应力作用下派生出对称侧向剪切应力所导致,而剖面应力展布则主要受埋深和岩石力学参数的影响。     

准噶尔盆地储集层各向异性特征及破裂压力预测研究

水力压裂设计需要对地层岩石力学性质有充分的认识。对准噶尔盆地中1区块的地层岩石开展了差应变和古地磁实验、抗拉强度测试实验及三轴力学实验,获取了岩石力学参数和地层主应力大小及方向,对储集层各向异性特征、地应力分布及破裂压力进行了研究。结果表明,该区块地层主应力较大且具有横观各向同性特征,断层类型属于走滑断层体系。在考虑地层各向异性的基础之上预测的破裂压力与现场实际情况吻合程度较高,因此,对区块内的储集层改造有一定的指导意义。     

碳酸盐岩储层地应力及裂缝测试技术——以塔河油田奥陶系碳酸盐储层为例

储层改造中地应力场的分布决定着水力压裂裂缝的方向和高度,最大水平主应力方向是压裂裂缝的延伸方向。因此,地应力大小及方向的测量就显得尤为重要。介绍了声波各向异性、差应变及偶极声波测量地应力的原理及方法,并分别对塔河油田碳酸盐岩储层岩心测量结果进行了比较,结果证明3种测量方法结果比较一致,最后用嵌入式地面裂缝监测技术的测试结果（73口井）进行了验证,说明塔河油田奥陶系碳酸盐岩储层地应力分布遵循一定的规律,不同的区块、不同的井位,地应力分布虽稍有不同,但最大地应力方向主要分布在北偏东0～90°的范围内。     

海拉尔盆地凝灰质储层地应力确定及应用

根据黏滞剩磁法、井筒崩落及热弹性应变恢复方法来确定储层地应方向,确定出海拉尔盆地凝灰质储层水平最大主应力方向在NE91°～106°,水平最小主应力方向在NE1°～16°.综合运用差应变法与小型压裂测量确定地应力大小,着重分析了水力压裂时裂缝和地应力的关系,确定了凝灰质储层水力压裂缝为垂直裂缝;继而探讨了地应力在油田注水...     

提高大庆外围油田重复压裂井效果方法探讨

通过分析重复转向压裂机理及适应的油层特征,结合现场应用,认识到重复转向压裂效果比普通压裂要好,但实现转向需要一定的地质条件,即水平最大和最小主应力差值小于4MP。应用波速各向异性、黏滞剩磁、差应变、地应力场有限元数值模拟等方法研究了大庆外围油田15个区块的地应力特征。指出不同地应力特征的区块采取不同的重复压裂技术,可提高压裂工艺技术的适应性,提高油井重复压裂效果。该技术对开发低渗透油蔵具有一定的借鉴和指导意义。     

徐深气田A区块岩石力学参数及地应力分析

松辽盆地徐深气田A区块下白垩统营城组火山岩储层非均质性强,单井自然产能低,储层的岩石力学性质、地应力特征与储层中裂缝的分布情况有着密切关系,是油田后期开发井网部署、水平井优化设计、压裂方案制定的重要依据。通过岩石力学参数测试分析了工区营城组火山岩的岩石力学参数特征,找出了动、静态岩石力学参数之间相关关系;通过波速各向异性结合测井解释确定了工区水平最大主应力方向,并利用声发射效应计算了水平最大、最小主应力值及应力梯度。结果表明:①营城组火山岩的岩石力学参数明显高于沉积岩,且火山岩中不同岩性之间岩石力学参数存在差异性;②动静态岩石力学参数相关关系表现为静态弹性模量和动态弹性模量相关性一般,静态泊松比和动态泊松比相关性较差;③火山岩水平最大主应力方向在NE83.4～129.6°,多集中在NE106.1°附近;④火山岩主应力随深度增加而增大,水平最大主应力介于83.8～96.1MPa,水平最小主应力介于63.9～79.9 MPa。结论认为,该区水平井轨迹延伸方向为SN向且施工压裂大于87 MPa时,更易形成纵横交错的裂缝网络。     

玛湖油田致密砂砾岩储层岩心差应变实验北大核心CSCD

为了获得新疆玛湖油田百口泉组致密砂砾岩储层地应力大小数据并指导压裂设计和施工,利用该储层段钻井中获取的砂砾岩和泥岩岩心进行了室内差应变实验,并依据实验数据对储层三向主应力大小进行了分析。实验结果表明,百口泉组储层段水平最大主应力与垂向主应力大小相近,砂砾岩储层水平最大主应力平均为71.8 MPa,水平最小主应力平均为51.1 MPa;泥岩隔层水平最大主应力平均为72.9 MPa,水平最小主应力平均为56.1 MPa。同时,利用压裂、成像测井等工程数据对水平最大、最小主应力进行评价,验证了差应变实验数据解释地应力大小的可靠性,表明通过差应变实验得出的主应力数值能够反映玛湖油田百口泉组致密砂砾岩储层现今地应力状态,可用于钻井、压裂等工程设计。     

焉耆盆地宝浪油田地应力的测定与研究

运用声发射凯塞尔效应法,对宝中、宝北三口井4组岩样的地应力进行了测试,并对宝浪油田地应力大小以及最大主应力方向进行了计算和分析。根据破裂理论和大量岩石力学实验以及实测对比结果表明,钻孔崩落的方向与最小水平主应力方向一致,最大水平主应力方向总的趋势是:宝中区块为NE60±5度左右,宝北区块为NE50±10度左右。     

套管-水泥环-地层系统应力分布规律研究

在推导非均匀地应力下套管抗挤强度的解析解时,国内外许多学者采用将其分解为均匀地应力和偏差地应力两个子问题求解的方法,使问题复杂化;又因为在推导套管载荷的解析解过程中省略了小量值,还影响到求解的精度。为此,以弹性力学为基础,推导出了计算套管-水泥环-地层系统应力的线性方程组,并利用matlab7.0编制了相应的计算机程序求解。该方法推导过程简单、求解精度高,所得结果与有限元结果相比,相对误差小于0.3%。实例分析结果表明:在非均匀地应力下套管径向压力的最大值方向指向原地应力场中最小主应力,而水泥环径向压力的最大值方向指向原地应力场中最大主应力。     

基于流变模型的地应力剖面预测——以贵州黔北地区安页1井为例

地应力是非常规油气勘探开发中"甜点"评价、水平井部署和压裂设计的重要基础参数。目前国内外主要将基于弹性模型的常规储层地应力评价技术应用于泥页岩储层,未考虑流变特性对泥页岩储层地应力分布规律的影响,导致泥页岩储层地应力评价结果误差较大。为了提高地应力参数评价计算的准确性,提出了一种基于流变模型的地应力评价新方法(以下简称新方法),利用偶极声波测井数据获取的岩石力学参数,参考相关试验结果确定岩石流变参数随深度变化的规律,结合盆地埋藏史和地壳应变率,建立了贵州黔北地区安页1井地应力剖面。新方法评价得到的地应力值与小型压裂实测和应力多边形法确定的地应力值的对比分析结果表明:新方法预测的安页1井地应力剖面与实测结果吻合较好,并且其地应力评价结果与伽马测井结果也具有较好的对应关系,即随着黏土矿物或有机质含量的升高,水平主应力差变小。结论认为,采用新方法得到的地应力评价结果更加符合于真实的地应力分布规律。     

玛北地区砂砾岩储层地应力方向测井识别及主控因素

准噶尔盆地玛北地区发育致密砂砾岩储层,现今地应力场方向是这类储层压裂改造等需要考虑的关键因素之一,因此开展现今应力场方位分布特征及其主控因素研究具有重要的意义。首先利用地层倾角测井仪极板位置以及微电阻率测井图像信息异常识别井轴形状,其长轴方向代表现今最小水平主应力方向,进而识别出地应力方向;其次,通过微电阻率扫描成像测井识别地应力各向异性引起的诱导缝方位,从而判断地应力方向;最后,利用偶极横波成像测井通过快慢横波速度和方位的拾取,有效识别现今水平地应力方向。在此基础上开展了研究区地应力平面分布特征及主控因素分析,结果表明,玛北地区现今最大水平主应力方向整体表现为东西向;应力场方位主要受控于古构造运动,而局部地区受到断裂活动的影响,现今水平应力场方位会发生不同程度的变化,变化程度与断裂性质、断裂规模等有关。     

定向井套管应力随地应力条件的变化规律研究

基于坐标变换方法建立了适用于任意井眼轨迹的定向井套管应力三维有限元计算模型.以室内岩心试验结果和现场常用套管尺寸为基础,研究了三种不同地应力条件下软、硬地层内套管最大有效应力随井斜角、方位角的变化规律.地应力条件包括:上覆岩层压力为最大主应力且水平地应力均匀、上覆岩层压力为最大主应力且水平地应力非均匀,上覆岩层压力为中间主应力.计算结果表明,复杂的原地应力场、井眼轨迹及地层性质对定向井套管的受力状态有重要影响,各种组合条件下均存在井眼轨迹优选值.在油井设计时,应充分考虑这些特点,合理确定井眼轨迹.     

非均匀地应力下井壁Von Mises应力及稳定性分析

为分析非均匀地应力作用下井壁Von Mises(米塞斯)应力及其对井壁稳定性的影响,建立了非均匀地应力作用下井壁附近岩石的力学分析模型。根据弹性力学中应力与应力函数之间的关系,应用叠加原理,导出了非均匀地应力下井壁径向应力、环向应力和剪切应力计算公式,分析了非均匀地应力对井壁稳定性的影响,确定了以钻井液密度为自变量的井壁Von Mises应力的二次拟合公式。采用拟合公式计算的井壁Von Mises应力误差小于2.5%,利用该公式可以确定井壁岩石不会破裂的钻井液密度。     

基于裂缝柔度和地应力模型的声电测井正、反演方法及应用

电阻率成像探测深度通常为几厘米,超声波成像数据也只能提供井壁的声幅或到时图像。因此,很难评估井壁张开裂缝在地层中的分布情况。声波测井一般应用弹性各向异性表征地应力场和裂缝特性等,通常岩石的固有各向异性、高角度地层层面、裂缝或不平衡应力挤压等都可以导致弹性波表观各向异性,因此往往难以判断各向异性的成因。前人针对单一方位二维裂缝模型进行了声波正演模拟,但不适用于井筒含多组任意方位裂缝介质的弹性波模拟。为此,首先拾取井壁成像测井中导致声波表观各向异性的三类结构特征(天然裂缝、层面缝(或薄层)和钻井应力诱导缝)信息,同时定量化层理结构信息(如倾向、方位等),并将裂缝分层、分组;然后从声波全波列中提取地层的快、慢横波慢度及各向异性方位;接着在岩石和裂缝信息井壁成像建模基础上,通过裂缝附加柔度模型、层面伪裂缝模型和非线性应力场弹性波动理论正演模拟岩石的声波属性;最后通过对比声波速度及各向异性方位等信息的模型预测结果与实测结果,利用最小误差拟合反演确定井壁图像表征的裂缝类型与各向异性的成因,并对比、分析了频散曲线特征。将所提方法应用于花岗岩潜山裂缝型气田生产测试井以验证方法合理性,实际模拟结果表明：...     

断层对地应力场方向的影响机理

断层附近区域地应力方向相对于远离断层区域存在明显变化。前人利用实验及有限元模拟等手段研究了断层对其附近区域地应力方向的影响规律,但是缺少从力学机理角度解释这些规律的研究。研究总结了单一断层附近最大水平主应力方向变化规律,利用孔口问题弹性力学解析解揭示了这种规律的力学机理,并以某单元为例,研究了多断层区域最大主应力方向沿断层走向上的变化。结果表明,断层端部区域最大水平主应力朝着断层走向偏转,应用孔口问题弹性力学求解可以获得理论证明,塔河某单元的地应力计算结果也验证了这种规律。     

局部地应力对地层速度及构造解释的影响

地应力是地层压实作用的主控因素之一,应力变化必然引起压实作用的变化,进而影响地层速度及基于地震资料的构造解释。迄今未见地应力横向变化对地层速度及构造解释影响的定量分析文献。为此,基于测井数据,参考了土木工程、固体矿产、钻井工程等领域的研究成果,采用有限差分法模拟应力场,分析局部地应力对地层速度的影响机理。得到以下认识：1局部范围内的速度变化主要受局部应力场变化的影响,且对勘探初期的油气田储量评估影响较大;2披覆背斜构造高点至翼部垂向地应力减小,且埋深越大变化越快;3滚动背斜垂向地应力向断层方向增大,而且距断层越近、埋深越大变化越快;4在地应力影响下,上述两类构造高部位的层速度及平均速度较翼部高,且埋深越大变化越快。油田钻探实例证实了上述认识,可见,地应力场是地层速度变化的重要影响因素之一,在地震勘探中有必要予以关注。     

基于应力反演的页岩可压性评价方法

地应力求取及可压性评价是进行页岩压裂设计的基础,由于页岩构造和组分的特殊性,目前尚未建立统一的页岩可压性评价方法.为此,以川东南某页岩气区块为研究对象,基于该页岩气区块十余口压裂井196段施工数据,在建立井口压力与井底压力实时转换模型的基础上,反演了该区块储层的破裂压力和水平主应力,反演结果与岩心测试结果相对误差低于1...