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.     

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,研究区最大水平主应力为21.4～30.8 MPa,最小水平主应力为14.5～20.1 MPa;考虑渗流-应力耦合作用后,最大水平主应力为22.7～32.3 MPa,最小水平主应力为15.3～21.8 MPa.研究区最大水平主应力方向在东北区域为北东东-南西西向,经过F1断层后地应力方向发生偏转,变为北东-南西向;在走向与荷载作用方向平行的断层内部和附近,地应力方向发生较大偏转.     

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。     

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.     

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.     

裸眼完井下的大位移井裂缝起裂研究

随着大位移井数量的增加，大位移井压裂逐渐成为油气藏的一种重要增产技术手段，大位移井水力压裂裂缝起裂与直井，普通定向井有显差别，其起裂模式不仅与井眼轨迹（井斜角，方位角等）有关，而且还与地应力方位密切相关，以往的斜井裂缝起裂模式已经不能满足大位移井压裂设计的需要。考虑作业条件，压裂液渗滤效应和孔隙压力的影响，建立了大位移井井筒周围应力场分布模型，提出了裂缝起裂压力和起到方位预测模型，并分析了不同构造应力范围对大位移井压裂裂缝起裂的影响，计算结果表明，建立的模型完全适用于大位移井压裂设计的需要。     

基于地应力场的复压造新缝力学条件

重复压裂裂缝的延伸轨迹主要受地层应力场的控制,对于重复压裂地层当前应力场是决定裂缝起裂和延伸的关键条件.本文建立了原始地应力场、初次裂缝诱导应力场、孔隙压力诱导应力场模型,并运用叠加原理,建立重复压裂应力场,给出了裂缝转向的力学条件,通过对实际井的计算得出裂缝的周围应力场分布和裂缝的延伸轨迹.     

考虑主应力偏转的采动诱发断层活化机理研究

为探讨采动诱发应力场偏转活化断层机理,采用库仑破裂应力增量为断层单元活化判据,引入损伤因子评价断层面活化滑移破坏程度,模拟分析了主应力偏转对不同倾角断层面上应力分布及断层滑移量的影响.研究表明:采动诱发主应力偏转使得沿断层面剪应力增加,而垂直于断层的正应力又受开采卸压和应力偏转影响而减小;断层倾角越大,断层面上剪应力增量对主应力偏转响应越明显;逆断层下盘工作面向断层方向回采时,断层面附近区域底板主应力最先发生偏转,顶板处主应力偏转滞后于煤层和底板,然而顶板中主应力偏转量最大.不同断层倾角断层损伤因子随主应力偏转角变化呈倒"S"型变化.对于倾角分别为15°,30°,45°和60°断层,当最大主应力偏转至垂直断层时,断层面库仑破裂应力和损伤因子均最小;而偏转至平行断层时,断层库仑破裂应力和损伤因子最大,损伤因子最大值约为最小值的8.5~9.2倍.     

重复压裂前储层几种应力场计算模型研究

考虑初次裂缝和注采生产诱导应力对重复压裂应力场重定向的影响,根据势的叠加原则,建立重复压裂井周围孔隙压力诱导模型;引入流体影响因子系数,建立初次人工裂缝诱导应力场模型．对重复压裂前诱导应力应力的计算提供了可靠的理论计算依据．     

砂岩储层流固耦合下复压井围岩应力场研究

根据势的叠加原则,确定了重复压裂井周围注/采孔隙压力分布,建立垂直裂缝井孔隙压力变化的耦合数学模型;引入初次人工裂缝内流体压缩系数,建立了初次人工裂缝诱导应力场模型;根据线性叠加原理,计算了重复压裂前总的应力场,为重复压裂应力场重定向提供理论依据.     

煤层断层构造演化应力场分布特征数值模拟研究

采用有限元数值模拟软件ADINA,模拟了一次构造作用下煤层断层构造的形成过程以及煤层断层形成后受现代构造应力场作用下煤层的破坏情况及地应力的分布规律.模拟结果表明,一次构造作用下煤层断层构造的形成过程中,在接近断层面的下盘煤层底部和接近断层面的上盘顶部,煤体容易遭到破坏;断层构造形成后在不同的铅直应力和水平应力组合情况下,正逆断层的下盘断层面附近区域均存在应力集中现象,逆断层的应力场方向主要由最大应力的方向决定,而正断层仅在水平应力与铅直应力比较接近时,应力场方向主要由铅直应力决定.     

深层致密砂岩储层现今地应力场预测及应用——以塔里木盆地克拉苏构造带克深10气藏为例

为建立一套适用于塔里木盆地复杂地质条件下深层致密砂岩储层的现今地应力预测方法,基于"单井地应力测井解释+三维地应力场模拟"开展三维非均质应力场研究,并将研究成果应用于勘探方面的井位部署、钻井工程中的井眼轨迹优化及完井工程的储层改造方式优选.本文以克拉苏构造带克深气田的克深10气藏为例开展研究,认为较宽的泥浆窗口(不低于0.3 MPa/hm)是钻井提速的安全保障,优选天然裂缝发育(裂缝密度大于0.3条/m)、水平应力低于平均值2～3 MPa、力-缝夹角小于45°且裂缝开启压力低(一般低于2.05 MPa/hm)的层位射孔是提产的关键.研究结果表明:克拉苏构造带深层致密砂岩储层现今应力场普遍属于走滑型(S_(Hmax)S_VS_(hmin),III类),现今地应力数值高,最小水平主应力普遍高于110 MPa,水平应力差多大于35 MPa,且分布离散;现今最大水平主应力(S_(Hmax))方向总体为近NS向,局部为NW或NE向;受强烈且持续的构造挤压和巨厚盐层的影响,库车山前现今地应力状态在纵向上可能发生4次转变,这种复杂应力环境、复杂构造和岩性对钻井的井壁稳定带来极大挑战;基于现今地应力研究评价井壁稳定性从而优化井眼轨迹减少了20%的钻井复杂事故,至少节约了15%的钻进时间,直接促进了钻井提速;考虑地应力因素优选射孔层位,为确定钻井揭开位置和最优储层改造方式提供直接参考.     

地应力对玻璃钢套管抗挤强度影响的分析

在煤层气开发活动(如注水、压裂)的过程中,当套管穿过复杂的地质构造时,任何一层地质结构发生变化,都会使得区域构造发生小范围变化,这些变化会引起局部构造应力场发生较大的改变,导致套管所受的应力发生变化.鉴于此,本文基于地应力作用下套管的力学模型,利用有限元数值模拟软件,分析均匀地应力与非均匀地应力对玻璃钢套管强度的影响.分别研究这两种情况下套管失效的过程,重点分析均匀地应力下套管内部Mises应力分布规律,以及非均匀地应力对套管抗挤强度影响的规律.并编制了计算均匀地应力及非均匀地应力条件下套管抗挤强度计算的程序.     

重复压裂技术在江汉低渗透油田的应用

初次支撑裂缝和天然裂缝的应力场分布,以及生产活动引起的孔隙压力变化,导致了井眼附近应力的变化,决定了重复压裂裂缝是否能重新定向。重复压裂选井选层至关重要,其中剩余可采储量和地层能量是重复压裂取得增油效果的前提。适合于江汉低渗透油田重复压裂主要工艺措施有:加大施工规模、提高施工砂比,选用比初次压裂强度高、导流能力好的支撑剂等。     

页岩气水平井压裂影响因素分析

从水平井多级压裂技术入手,在考虑原始井筒周围地应力分布状态的基础上,结合弹性力学理论和岩石拉伸破裂理论,分析压裂过程中裂缝的形态、裂缝参数优化等问题。     

基于XFEM的水力压裂裂缝扩展形态研究

基于ABAQUS有限元软件建立水力压裂三维实体模型,模拟岩石物性、射孔方位角、地应力、排量等多项参数对水力裂缝扩展形态的影响,应用扩展有限元法对裂缝偏转的主控因素进行灰色关联分析.研究结果表明:泊松比黏度对裂缝偏转的影响较小;杨氏模量、射孔、地应力和排量对裂缝形态有较大影响;地应力对裂缝偏转的影响最大,对射孔和杨氏模量的影响次之,对排量的影响最小;裂缝偏转程度与地应力、射孔方位角、杨氏模量成正相关,与排量成负相关;在高排量条件下,裂缝偏转程度与排量呈线性负相关.     

影响断层再活动的一些因素的研究

本文论述了断层活动引起地震的机制和影响断层活动的因素,利用建立在一能模拟断层岩石的粘弹塑性力学性质的模型的基础上的数值分析方法,着重研究了区域应力场、断层岩石的力学性质及其规模对断层活动的影响。结果表明,区域应力场的主压应力方向对断层的活动影响最为显著。     

煤层钻孔周围应力场的分析与模拟

煤矿瓦斯灾害一直是世界采矿业中的重大灾害之一,瓦斯抽采是积极防治的有效措施.为了研究地应力等因素对煤层钻孔周围应力的影响,从理论上分析了煤层钻孔周围的应力情况,并利用UDEC数值模拟软件对晋煤集团寺河矿工作面埋深370 m直径为95 mm的钻孔进行数值模拟,通过研究其周围应力场的变化规律,分析了钻孔周围的地应力等各种因素对煤层钻孔周围应力场的影响.     

砂岩储层重复压裂前井眼围岩地应力模型研究

根据势的叠加原则,确定了重复压裂井周围注,采孔隙压力模型;考虑注／采生产初次人工裂缝内充满弱可压缩流体,引入流体弹性系数,建立含弱可压缩流体的初次裂缝诱导应力场模型;根据线性叠加原理,建立重复压裂前井眼围岩的总应力计算模型,并计算实际1口生产井的应力分布．     

浅谈通海口断层的封堵性

通海口断层是江汉盆地潜江凹陷潜东南地区的一条重要的断层。通过对该断层的岩性配置、构造应力大小和方向、断层的活动等因素的分析认为,断层周缘的邹新湾南断鼻埋深-1700m左右,封闭性中等,邹新湾断块埋深约-2000m,封闭性较好,已有工业油流的马49井所属新沟嘴组下段埋深-2400m,封闭性最好。