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。     

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.     

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°.     

页岩气藏水力压裂中应力-流压耦合效应及人工裂缝扩展规律

为探究页岩储层水力压裂作业过程中地层应力和流体压力之间的耦合作用及人工裂缝扩展规律,根据有效应力原理和格里菲斯-库伦破裂准则,建立颗粒流应力-流压耦合数值模型,开展基于离散元方法的孔隙超压和水力压裂数值模拟研究。结果表明:孔隙流体压力与水平应力场之间存在耦合作用,孔隙超压能够降低固相介质的有效水平差异应力,增加岩石的抗破坏能力,存在孔隙超压的岩石的刚度和剪切破坏峰值强度均有提高;水平应力场与水力压裂流体之间也存在耦合作用,初始水平主应力的大小及方向直接影响压裂流体的扩展方式,水力裂缝会以细小裂纹的形式向最大周向应力方向延伸,最小周向应力方向的裂缝延展被抑制;应力-流压耦合作用下,流体生成的裂缝能够改变岩石介质所受最小水平主应力的大小及分布,最小水平主应力在裂缝尖端处弱化,在与裂缝垂直的方向增强。     

燃爆压裂井井周诱导应力分布规律

燃爆诱导压裂可在井周形成多条受应力差异控制小的径向裂缝,借助Sneddon线弹性诱导应力模型,结合带压井筒周围径向应力、周向应力模型,通过坐标转化和应力叠加,推导建立预存任意角度多条燃爆诱导裂缝的井周水平地应力分布计算模型,据此分析存在单条或任意多条组合裂缝对水平主应力差的影响,定量评价裂缝长度、裂缝条数及其相位组合、裂缝内净压力、储层原始主应力差异系数对水平主应力分布的影响敏感性。结果表明:由于预存燃爆裂缝的诱导作用,井周水平主应力存在差异反转区、差异减小区和差异增益区3个区域;应力差反转区面积随裂缝长度的增加、裂缝内压力增高、原始水平主应力差异系数的减小而逐渐增大;低角度相位裂缝的诱导应力差异反转发生在裂缝尖端两侧,而高角度相位裂缝应力反转发生在沿裂缝两侧区域,且高角度诱导裂缝的应力干扰强于低角度诱导裂缝,同时多条不同相位裂缝存在应力干扰;综合分析存在平行于最大主应力和最小主应力两条诱导裂缝时对应力差异的平衡作用最好。     

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。     

川西彭州地区雷四段地层区域应力场分布规律及应用

由于对川西彭州地区雷四段地应力分布规律认识不足，井壁失稳问题频发。基于地震解释成果建立了区域三维地质模型，采用室内实验和测井资料确定了模型的岩石力学参数，运用有限元方法模拟了研究区目的层地应力场。结果表明，最小水平主应力为87.30~136.43MPa，最大水平主应力为122~190.57MPa；高应力主要集中在研究区西南部和背斜两翼，由于断层应力得到释放，应力最小，而断层周围因岩石变形但未破碎，表现为应力集中；断层区域的地应力方向发生了偏转，断层走向越接近地应力方向，应力方向偏转程度越小。以7-1D井为例，结合地应力预测结果，绘制了该井坍塌压力方位变化图，为井壁稳定性评价提供参考。研究成果能为川西彭州地区雷四段地层的井壁失稳防治和施工提供有效指导。     

寿阳区块地应力场规律

为了研究山西省沁水煤田阳泉矿区寿阳区块15~#煤层顶板的地应力场分布规律,从而有效指导压裂方案设计,在前期地质勘探工作的基础上,建立宏观地质模型;运用综合判定法处理Kaiser声发射测试结果,并结合古地磁实验,测定取样处主应力方向;基于边界荷载反分析法,运用数值拟合及线性回归方法,使用ABAQUS有限元软件反演得出寿阳区块地应力场的分布。研究结果表明:寿阳区块15#煤层顶板最大地应力在11~15 MPa之间,最大地应力东北部、北部偏高,西南部、西北部偏小,中部变化稳定,呈东西走向的倾斜式断层带主要影响区块南部的地应力分布与大小。     

陕北安塞地区地应力的初步研究

以实测资料为基础．利用液压一时间关系曲线估算地应力值，给出了最小水平主应力、最大水平主应力及委向应力的计算公式，分析了安塞地区地应力方向，论述了３个主应力之间的关系，指出本区存在一对共轭垂直裂缝，以北东向占优势；应用有关文献介绍的方法和计算公式，结合本区裂缝方向，分析了水平并最佳方位的确定，给出了一水平并最佳方位的计算结果．     

中国大陆金属矿区实测地应力分析及应用

以迄今为止查阅到的中国大陆金属矿区实测地应力数据为基础,经优化处理后最终采用165组数据,基本覆盖了我国大陆主要金属矿山分布地区.采用回归分析法给出了中国大陆金属矿区测量埋深范围内的地应力场特征,并尝试从地应力的角度对中国大陆金属矿区断层的稳定性进行了讨论.结果显示,中国大陆金属矿区垂直主应力、最大与最小水平主应力总体上随埋深呈线性增加;最大与最小水平主应力之差Δσ随埋深的增加有增大的趋势,但规律性不显著;最大水平主应力与垂直主应力之比Kh,max主要集中在1.00~2.50之间,最小水平主应力与垂直主应力之比Kh,min主要集中在0.50~1.50之间,平均水平主应力与垂直主应力之比Kh,av主要集中在1.00~2.00之间,随着埋深的增加,3个侧压系数的变化幅度逐渐减小,Kh,max趋向于1.83,Kh,min趋向于0.80,Kh,av趋向于1.31;最大与最小水平主应力之比与埋深没有显著的关系,主要集中在1.5~2.0之间,近似服从正态分布;断层在埋深小于500 m范围内有滑动的可能,埋深超过500 m时,逆断层有滑动的可能,走滑断层处于相对稳定状态.     

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.     

老井开发对加密井水力压裂裂缝扩展的影响规律

随着页岩气的开发,对已有水平井井网加密将会是后期开发的关键。老井的持续开采会引起地层孔隙压力和地应力的重新分布,地应力的重新分布对裂缝扩展行为和路径造成显著影响。为了探究地应力的重新布对裂缝扩展行为的影响机制,本文基于块体离散元数值模拟方法,针对老井开采后地应力场变化对加密井水力裂缝扩展的影响特征开展研究。本研究综合考虑了注液速率,压裂液粘度、地应力梯度和初始地应力场等因素对水力裂缝扩展的影响。结果表明,老井引起的地应力降低会导致新井水力裂缝向老井偏移。提高注液速率,增大压裂液粘度可以有效降低地应力非均匀导致的水力裂缝偏移问题。地应力梯度越大、初始地应力越高,水力裂缝的偏移率越高。本研究对页岩气水平井加密方案制定具有一定的理论指导意义。     

牛35块沙河街组三段Es_3~中现今地应力研究

牛庄油田牛35块位于牛庄洼陷西北坡,现今地应力对油田的开发有着重要的影响.综合采用了声速法、井壁崩落法、井斜统计法、声发射法和水力压裂法对关键井点的水平主应力方向和大小进行计算,在此基础上运用有限单元法对牛35断块沙河街组三段Es3中现今地应力进行了数值模拟.研究结果表明:牛35块最大水平主应力方向近东西,在断块内部最大水平主应力65MPa左右,最小水平主应力60MPa左右,分布较稳定.     

超深层走滑断裂带应力场模拟及其开发意义: 以顺北5号断裂带南段为例

为了分析顺北5号断裂带南段应力场平面分布及其开发意义，选取一间房组为研究对象，在岩石力学实验基础上，通过ANSYS软件进行应力场数值模拟，结合地应力驱油理论，对应力场进行了平面分布预测。结果表明：顺北地区一间房组地应力受断裂带控制，最大水平主应力方向为北东-南西向为主，断裂带周围地应力方向变化快，断裂带内最大主应力方向趋向于与断层走向向平行。地应力分布与流体势分布具有一致性，断裂带对应低流体势分布区，为油气有利聚集带。结合一间房组储层发育类型，井轨优化方位根据储层的差异而变化，天然裂缝性储层、基质低渗透性薄储层油气藏水平井的钻井方位应平行于最小主应力方位，基质低渗透性厚储层水平井的钻井方位应与最大主应力方向平行。     

低渗透油藏注水开发中地应力方向变化的研究分析

摘要 基于油田开发过程中对地应力方向变化及其影响机制认识不足的现状, 对鄂尔多斯盆地安塞油田某区块长6 油层组4 口取芯井各向异性钻柱, 分别在干样与地层原位条件下进行现今地应力方向相对油田开发初期地应力方向偏转值的测定, 并对其影响机制进行分析。结果表明: 干样与地层原位条件下测试的地应力方向变化存在较大差异, 因此对于油田储层地应力进行地层原位条件下的测试具有重要的意义; 在油田注水开发过程中最大主应力方向相对偏转值在 4.65°~8.73°之间, 平均值约为 7°, 从储层物性特征、岩石破裂机理等方面进行分析, 认为“天然水道”对地应力方向的偏转具有重要的控制作用; 根据油田开发初期地应力方向(NE65°), 确定研究区现今地应力方向约为 NE58°。研究结果对油田开发过程中水力压裂、加密布井以及井网调整等实际问题有重要指示意义。     

Kingfisher区块过断层地应力变化规律及井壁稳定性

 Kingfisher区块断层发育,钻穿断层时井壁坍塌、钻井液漏失等复杂情况频发。根据孔隙弹性理论及Mohr-Coulomb强度准则,分析了正断层对地应力的影响规律,结合断层对地层力学性质的影响建立过断层时井壁稳定预测模型。结果表明,过正断层后垂直断层迹线水平应力明显增加;断层附近发育断层破碎带,使地层强度降低、坍塌压力升高;过断层时的安全泥浆密度窗口大大减小,为防止断层破碎带发生漏失,应以最小水平主应力作为安全泥浆密度窗口的上限;合理的钻井液密度及优良的封堵性是保证安全钻井的关键。研究结果与Kingfisher区块实钻情况吻合,对Kingfisher区块过断层时的钻井安全具有指导意义。     

渤南油田义176区块三维应力场智能预测

为提高应力场数值模拟的运算效率，基于ANSYS中的APDL语言编译自适应边界程序，将边界条件的人为调整过程自动化，并借助Petrel与ANSYS的联合建模技术以及三维非均质岩石力学场的构建技术，开展了渤南油田176区块三维应力场的智能预测。结果表明，自适应边界程序大幅且有效地缩短了人工反复尝试边界条件的时间，提高了应力场模拟的效率，且保证了预测精度。义176区块现今最大水平主应力方向总体呈近EW-SEE向，边界断层对应力方向影响较为显著，引起了约5 °~10 °的偏转。现今地应力数值变化较大，离散性高，平面上呈带状展布，具有北高南低的分布趋势，在目的层范围内属于I_a类地应力，岩石的非均质性是造成应力数值差异的主要原因。在义176区块中部存在一片条带状展布的“应力甜点”，可以作为井位部署和压裂作业的优势区域。