页岩油储层现今地应力场与裂缝有效性评价——以鄂尔多斯盆地延长组长7油层组为例

鄂尔多斯盆地是我国重要的非常规油气产区,其内延长组长7储层页岩油富集,勘探开发潜力巨大.查明延长组长7储层现今地应力特征,并分析在其作用下的天然裂缝有效性,对鄂尔多斯盆地页岩油勘探开发极为必要.本文综合利用多种方法分析延长组长7页岩油储层现今地应力状态及其影响下的裂缝有效性,认为延长组长7页岩油储层现今地应力场以正断机制为主,其内天然裂缝的有效性受地应力影响显著,裂缝开启压力与埋藏深度、裂缝产状以及现今地应力方向和大小等因素密切相关.研究结果表明:长7页岩油储层现今地应力方向呈现ENE-WSW—NE-SW的优势方位;现今地应力大小随埋藏深度的增加而增大,二者具有明显的线性关系.垂向主应力(S_v)、水平最大(S_(Hmax))和最小主应力(S_(hmin))之间遵循S_vS_(Hmax)S_(hmin)的规律.在现今地应力状态下,鄂尔多斯盆地延长组长7页岩油储层内的天然裂缝均为无效裂缝,随着流体注入,与现今水平最大主应力方向夹角较小、倾角较大的天然裂缝率先成为有效裂缝,其临界压力增值为14.1～36.5 MPa.延长组长7页岩油储层内天然裂缝的开启压力介于29.7～77.2 MPa,平均值为49.9 MPa.     

基于岩相-断层破碎带耦合约束的构造裂缝预测研究——以博兴洼陷大芦湖油田沙三中亚段为例

致密砂岩储层广泛发育构造裂缝,严重影响储层非均质性与后期井位部署.本文以博兴洼陷大芦湖油田樊162、樊3区块沙三中亚段致密砂岩储层为例,从影响构造应力的地质材料体不均一性与构造强度的差异性入手,将沉积相控制下的岩相展布模型与断层内部结构模型进行耦合,进行岩相-断层破碎带耦合约束下的构造应力场数值模拟,通过建立应力场与裂缝参数间关系,构建裂缝密度空间展布模型进行裂缝分布预测,认为构造裂缝的发育受断层结构和岩相差异的耦合控制.研究结果表明:研究区断层核部最大主应力在50～60 MPa之间,水平应力差在58～79 MPa之间,属应力中低值区域,裂缝密度集中在1.2～2.7条/m.在断层上盘的砂砾岩相部位最大主应力在41～52 MPa,水平应力差在78～91 MPa,属应力低值区域,裂缝密度集中在1.0～1.7条/m;在断层上盘的细砂岩相部位,最大主应力在73～76 MPa,水平应力差在90～95 MPa,属应力中高值区域,裂缝密度在3.5～4.0条/m.在断层破碎带上盘部位、河道前缘砂坝的中粗砂岩相与朵叶体的粉砂岩相交互处,最大主应力在73～80 MPa之间,水平应力差在106～110 MPa,属应力高值区域,裂缝密度集中在3.5～5.0条/m.总体呈现出伴随距断层核部距离的增加,裂缝密度先增加后减小的规律;距断层越近,构造应力对裂缝发育影响权重越大,距断层越远,岩相类型对裂缝发育影响权重越大.     

南堡3号构造水平井安全密度窗口敏感性研究

钻探情况显示南堡3号构造储层裂缝发育,易发生井漏和溢流,井控难度大,风险高,导致钻井事故复杂和成本高,制约了该区块整体勘探与开发进程,为解决这种“喷漏同层”钻井难题,从南堡油田3号构造潜山油气藏钻井提速提效为出发点,开展了储层井壁坍塌压力和破裂压力分析,对安全密度窗口敏感性进行研究,得出岩石内聚强度、抗张强度、水平地应力随井斜角变化对井壁稳定的变化规律,考虑到碳酸盐岩储层特性,建议开展微流量控压钻井技术。     

四川省大凉山腹地当前地应力状态分析

在四川省大凉山腹地深度分别为190.15 m和364.10 m的两个钻孔中进行水压致裂地应力测量,以获得当前浅部地壳应力的状态.测量结果表明,在测试段深度内,实测最大水平主应力最高值为14.68MPa,与该区域内已有近似深度地应力测量结果(20 MPa)相比,此次测值有所降低;3个主应力之间的关系为:最大水平主应力最小水平主应力垂直应力,表明大凉山地区地壳浅部构造应力场以水平应力为主导;最大水平主应力方向为北西至北西西向,与区域活动构造的性质和震源机制解得出的主压应力方向基本符合;最后,利用库伦摩擦滑动准则,讨论了当断层摩擦因数μ为0.6~1.0时,测区内主要断裂在该应力状态下的稳定性,认为测区内现今最大水平主应力值暂时没有达到使区域逆断层发生瞬间摩擦滑动的临界值.     

射孔对致密砂岩气藏水力压裂裂缝起裂与扩展的影响

为降低致密砂岩气藏偏高的地层破裂压力及增加储层改造体积,设计小型水力压裂实验装置,通过鄂尔多斯致密砂岩气藏钻井取心,研究不同射孔数量﹑射孔间距﹑射孔深度及水平应力差条件下水力压裂裂缝起裂与扩展规律.结果表明,射孔可以有效地降低致密砂岩气藏的破裂压力;增加射孔数量可以增加裂缝条数,并且裂缝沿射孔的方向扩展,有利于均匀布缝,提高储层的改造体积;低水平应力差和较小的射孔间距产生的缝间干扰导致裂缝在扩展的过程中发生偏转,缝间干扰随着射孔间距的增加及水平应力差的增大而减弱;射孔深度对于裂缝起裂也有一定的影响,裂缝更容易从射孔较深的区域起裂,为致密砂岩气藏压裂井射孔参数优化提供依据.     

裂缝面及井眼附近的应力分析

从力学角度出发,建立了川西致密气层井眼,裂缝面及地层的有限元模型,应用ANSYS软件仿真模拟了裂缝面与水平面面夹角的变化引起裂缝面上及井眼附近的应力变化,重点研究了水平裂缝面上及井眼附近的主应力和等效应力的应力等值线变化规律,随着地层裂缝倾角的增加,裂缝面上井眼附近的最大等效应力逐渐转移到井眼椭圆截在的短轴两端附近,研究结果对进一步研究井眼稳定,井壁崩落方向或裂缝面上的应力敏感性具有指导意义。     

南堡凹陷现今地应力特征及影响因素

为了明确影响南堡凹陷现今地应力分布的各个因素并确定主控因素,基于80余组实测地应力数据,并结合测井计算、数值模拟及理论推导的手段,建立了埋藏深度、岩性、断层、构造形态、孔隙流体、温度及压裂裂缝与现今地应力之间的关系,定量分析了各个因素对地应力大小及方向的影响程度,认为南堡凹陷现今地应力分布的差异是动静态因素共同作用的结果.研究结果表明:埋深直接影响地应力的大小,其分量及应力系数随埋深增大呈规律性变化,且地应力状态发生2次转换;岩性的非均质性是地应力大小离散分布的重要原因,对地应力方向造成不超过10°的微弱偏转;断层引起周围一定范围内地应力大小显著变化并造成地应力方向杂乱分布,应力集中程度最高可达10余倍;构造形态对水平应力的影响尤其显著;孔隙流体通过改变岩石力学性质和孔隙压力影响了地应力,其大小变化幅度约18～30 MPa,方向最大变化约10°;地温引起地应力微弱且均匀变化,而注水导致的温度变化能够造成地应力大小和方向的突变,应力大小最高可达15 MPa,方向偏转超过10°,但是影响范围仅限于井筒周围;压裂裂缝引起井筒周围局部应力场的明显扰动.静态因素的影响方式具有一定规律性,而动态因素往往引起井筒周围局部应力场的突变,导致地应力的离散分布.     

谢凤桥油田红花套组定向井钻井方位确定研究

定向井钻井方位的确定是定向井钻井成败的关键。通过对定向井井壁周围应力的分布情况分析,依据库伦-摩尔强度准则和最大拉应力破裂准则,建立定向井井壁坍塌压力和破裂压力计算模型,并据此编制了定向井井壁稳定性分析软件。通过对谢凤桥油田地质、钻完井和测井资料的分析,确定了红花套组地应力大小及方向,并利用所编制的软件对不同钻井方位、不同井斜情况下定向井井眼稳定规律进行了模拟研究,最终确定沿最小水平主地应力方位钻井安全系数最高。     

注入流体诱导应力场模拟计算

对油气井压裂改造时,向井眼内注入大量流体,井筒周围应力场重新分布,主要通过积分形式求解,过程繁杂,且对应力场的影响因素分析较少.利用拉氏变换,以流固耦合控制方程和应力平衡方程等为基础,结合注入流体诱导应力场的积分形式解,在定压条件下推导内、外边界拉氏变换解;利用Stephfest拉氏数值反演方法对变换解进行数值求解.数值模拟结果表明,切向应力场在最小水平主应力方向上变化较大,距离井壁越近,注入流体诱导的切向应力场值越大,随着距离增加,其值变小;在一定条件下(如地应力差较小),切向应力场发生反转,使得压裂裂缝转向.切向应力场与注入时间、流体黏度和地层渗透率等因素有关:延长注入时间、增加注入体积、较低的液体黏度和较高地层渗透率有利于使切向应力场增加,诱导切向应力场发生反转,有利于人工裂缝转向.     

沁水南部柿庄南区块3号煤层现今地应力特征及其与渗透率的关系研究

为了研究沁水盆地柿庄南区块3号煤层地应力特征,揭示地应力对渗透率的影响规律,根据研究区3号煤层形成后的古构造应力场特征,划分出煤层褶皱不同部位叠加区,采用水压致裂法和声波测井互相印证法计算出煤储层地应力,应用实测和地质强度指标(geological strength index,GSI)相结合的方法得出煤储层渗透率,对煤层现今地应力与埋深的关系进行回归分析,查明了地应力随埋深的变化特征,在此基础上总结了地应力对煤储层渗透率的影响规律。结果表明:研究区煤层地应力随埋深增加呈线性增大;在700 m以浅地区,σVσHσh,现今地应力状态为大地静力场; 700～900 m,σH≈σV≈σh,为准静水压力场; 900 m以深,σHσVσh,最大水平主应力起主导作用,具有大地动力场特征。对于同一构造部位,煤储层地应力与埋深相关性较好,呈负指数关系;不考虑多期构造叠加时,应力差与渗透率关系不明显,考虑构造分期后,同一叠加区其应力差与渗透率符合指数关系。     

复杂断层构造区地应力分布规律及其影响因素

准噶尔盆地西部车排子地区石炭系火成岩储层断层多,且走向多变,复杂程度高,亟需开展地应力分布规律及其影响因素研究.本文以苏13井三维区石炭系火成岩储层为例,基于盒维数法,用分维值D对研究区构造复杂程度进行了表征;基于BP神经网络方法,通过MATLAB实现了边界约束的优化反演;利用COMSOL Multiphyics软件模拟分析了渗流-应力耦合作用下地应力分布规律及其影响因素,认为研究区地应力分布受断层数量、断层走向和石油开采的影响较大;考虑渗流-应力耦合作用后,地应力值增大,而地应力方向基本保持不变或发生微小偏转.研究结果表明:研究区发育三级、四级、五级及五级以下逆断层,断层相互切割,断层分布的分维值为1.811 1,分维值较大,研究区整体构造复杂.随着断层数量的增加,地应力值呈减小趋势;走向与荷载作用方向平行的断层内部最大水平主应力值较其余走向断层小,对附近应力场影响作用也较小;走向与荷载作用方向垂直的断层对附近应力场影响范围最大;考虑石油开采的影响后,最大水平主应力值增大;随着石油开采的深入,井口附近的地应力持续增大,但单井开采对地应力的影响范围有限.未考虑渗流-应力耦合作用,研究区...     

南堡凹陷高深北区三维非均质应力场精细预测

为了明确南堡凹陷高深油藏现今地应力三维分布特征,通过井壁崩落法与声发射法确定了井点现今地应力方向与数值,基于"岩心-测井-地震"相结合,构建了南堡凹陷高深北区三维非均质岩石力学场,采用Petrel与Ansys联合建模技术,开展了高深北区三维应力场的精细预测,认为断层与岩性是复杂断块油藏地应力分布的主要影响因素.研究结果表明:高深北区现今地应力方向总体为NEE向,变化范围为NE58°～86°,断块内、断块间的现今地应力方向变化明显;现今地应力数值呈西低东高的分布趋势,在平面上和剖面上离散性较强,为Ia类地应力,层间地应力差异明显,划分了5种地应力剖面类型.断层是导致高深北区应力场分布差异大的最主要因素,对其数值和方向均有显著影响,应力方向在断层附近发生约5°～10°的偏转,应力数值降低约30%,其次是储层岩石力学参数,对地应力数值影响较大,埋深与地应力数值具有较高的线性相关;Petrel与Ansys联合建模技术实现了三维模型及非均质岩石力学场的构建,形成了一套针对复杂断块非均质油藏的现今地应力三维空间分布综合预测技术,为类似复杂断块区地应力精细预测提供参考.     

阳江抽水蓄能电站地应力场回归分析

采用基于三维有限元正演分析、应力实测资料及将岩体自重和构造应力作为地应力的主要构成因素的多元线性回归方法,对阳江抽水蓄能电站的地应力场进行回归分析.通过拟合实测地应力资料获得对应于地应力构成因素的回归系数,进一步获得了整个工程区特别是重要工程部位的岩体应力分布.回归结果表明:工程部位岩体属中等应力水平,最大水平主应力方位随埋深的增加由EW方向至NWW方向偏转.文章最后揭示了工程局部应力场与区域应力场构造的关系.     

低渗透油藏重复压裂裂缝转向数值模拟研究

为研究重复压裂裂缝转向的扩展机理,利用有限元软件COMSOL对储层原始水平地应力差、初始人工裂缝缝长进行研究分析。研究结果表明:初始储层水平地应力差越大,重复压裂新裂缝的转向距离及半径越小;初始人工裂缝缝长越大,产生的诱导应力对井筒周围应力场分布影响越强,重复压裂裂缝的转向半径越大。     

构造成岩作用对裂缝有效性的影响——以库车前陆盆地白垩系致密砂岩储层为例

构造成岩作用是控制天然裂缝形成、分布及其有效性演化规律的主要因素,对预测有效裂缝分布规律具有重要意义.为了阐明构造成岩作用对有效裂缝的控制作用,根据野外露头、岩心以及薄片等资料,对库车前陆盆地白垩系致密砂岩储层裂缝的成因类型、有效性及其分布规律进行了分析,结合研究区构造演化和成岩作用分析,讨论了构造成岩作用对裂缝发育程度和有效性的影响.认为研究区发育有构造裂缝和成岩裂缝,以构造裂缝为主,裂缝发育程度主要受沉积微相、构造变形强度和成岩相控制.结果表明:研究区从北部的克拉苏构造带向南至前缘隆起带,裂缝的发育程度逐渐降低,但有效性却逐渐变好,说明裂缝发育程度和其有效性是受不同因素控制的,构造变形时间、后期构造抬升剥蚀作用、现今应力场方向、胶结作用以及溶蚀作用等是影响裂缝有效性的主要因素.     

深井复杂地层钻前地应力不确定性的置信度分析

利用测井约束地震反演方法构建待钻井测井曲线,结合组合弹簧模型分析其水平主应力,并引入概率统计方法,提出了一定置信度水平下的深井复杂地层钻前地应力不确定性分析方法.以待钻深井MS1井为例进行复杂地层地应力的不确定性分析.结果表明:置信度水平为90%时的MS1井最大,最小水平主应力梯度区间为[2.89,3.05]MPa/100 m,[2.38,2.45]MPa/100m;MS1井4 000 m处的主应力实测值在置信度水平为90%的主应力分布区间内;置信度水平越高,地应力分布区间越大,其不确定范围越大;反之,地应力不确定范围缩小,其可信程度也随之降低.     

采场地应力分布规律及对巷道围岩稳定性影响分析

采用空芯包体应力法对桃园煤矿二水平地应力大小和方向进行了现场测试,由实测结果可知,二水平岩体地应力场宏观上属于水平构造应力场,最大和最小主应力倾角均值小于10°,最大主应力是最小主应力的1.58～1.84倍,中间主应力与垂直应力较为接近,随埋深的增加垂直应力相应增大。依据巷道轴向与最大水平主应力方向倾斜程度,对二水平采区主要巷道进行了稳定性分析,26.8%的主要大巷和66.7%的采区巷道受最大水平主应力影响为3级,表明主要大巷布置较为理想,而采区巷道矿压显现剧烈,还有较大的优化空间。     

水平井分段压裂射孔间距对煤储层压裂缝延伸的影响

水平井分段压裂射孔间距对煤储层渗透性能影响显著,为了探讨不同射孔间距下煤储层压裂缝延伸规律,以鄂尔多斯大宁-吉县矿区为例,采用扩展有限元法模拟射孔间距对压裂缝起裂压力、几何特征和延伸形态的影响。结果表明：当射孔间距较小时,裂缝起裂压力较高,高度与宽度较小,且延伸形态较为复杂,裂缝偏向最小水平主应力方向延伸;随着射孔间距增大,裂缝起裂压力降低,高度与宽度增加,裂缝延伸逐渐回归到最大水平主应力方向;射孔间距达到105 m时,裂缝起裂压力与几何形态基本不再发生变化,所有裂缝不再偏转,压裂效果最佳。现场验证表明,模拟结果与实测数据吻合度较高,各项参数误差仅2%～5%,从而证明所建数值模型的正确性。研究结果可为水平井分段压裂施工设计提供理论依据。     

细观损伤力学在气体钻井井壁稳定性研究中的应用

用RFPA2D软件建立气体钻井井眼稳定的损伤力学模型,通过跟踪声发射信号研究井壁围岩在应力下的损伤演化,从细观损伤力学的角度探讨气体钻井时井壁围岩的损伤演化,以及转换介质后井壁失稳的原因。研究发现,气体钻井时井眼周围一定范围内出现损伤区,损伤区内形成微裂纹和裂缝,转换介质后由于泥浆渗入、压力波动而导致损伤区坍塌。     

宜昌地区五峰-龙马溪组页岩气水平井钻井复杂情况地质原因分析

宜昌地区上奥陶五峰组-下志留系龙马溪组页岩气为下步勘探开发潜力区,第一口水平井XX2HF井在钻井过程中发生多次井垮、卡钻,多次打捞未果导致提前完钻。为了厘清发生钻井复杂情况的地质原因,从构造、裂缝、岩石、地应力、井眼轨迹等多方面进行了地质特征分析,认为钻遇地层破碎带是本井卡钻的主要原因,观音桥段易垮塌、地应力差异大、层间裂缝发育等多种因素综合导致多次井垮、卡钻。结合区域地质特征分析结果,强化地震资料精细化解释、井眼轨迹优化等改进,可有效降低区域内复杂故障发生。