断层区域地应力场预测方法研究

含断层区域地应力分布研究是一个具有多解性的复杂问题,由于边界条件和地质构造的力学性质等均属未知,因此,在资料缺乏的情况下,很难采用数值方法进行计算,一个可行的途径是借助于适当的力学模型来模拟分析,尝试应用非连续趋势面分析法,从几何变形的角度出发,应用小挠度薄板理论,根据非连续趋势面主曲率分析断层区域的地形趋势面和构造应力场的分布开展应力场预测方法研究,并将其应用于现场取得到了较好的预测效果,对断层区域的构造地应力研究具有很好的指导意义。     

断层对地应力场影响的有限元研究

断层应力场研究是油气田开发等工程领域的难题之一.应用有限元方法研究了断层对地应力场的影响规律,考虑的因素包括断层两侧围岩的力学性质(弹性模量、泊松比等)、断层介质的力学性质、断层的几何形态及边界条件.研究表明,这些因素对断层附近的地应力场分布有不同程度的影响,其改变均能使地应力大小和方向发生变化,研究结果为油田断层发育区地应力的研究提供了参考依据.     

现今地应力与断层封闭效应

简要介绍了断层封闭性研究现状和主要研究方法 ,阐述了油田现今地应力作用方向、大小对断层封闭性的影响 ,即在某一应力大小的条件下 ,现今水平主压应力方向与断层走向的交角越大 ,断层封堵油气的可能性越大 ,反之则越小 ;在某一断层产状条件下 ,作用于断层面的联合压应力大于或等于岩石抗压强度 ,有利于增强断层封闭作用 ,反之不利于断层封闭。以辽河坳陷西部凹陷笔架岭油田为例 ,选取该地区 4口井4 6个层段 ,计算了钻孔井壁崩落的优选方位及相应的现今最大水平主压应力作用方向 ,分析认为最大水平主压应力方向总体为北西向 ,与主干断层走向呈大角度相交或近于垂直 ,据此评价 4条主干断层总体上对油气的封闭性在沙河街组一段和东营组三段好 ,向浅部变差。采用声发射法测量了该区 10口井 4个层位现今最大水平主压应力数值和岩石抗压强度 ,据计算所得联合压应力评价了其中 3条主干断层的封闭性 ,总的变化趋势是深部好而浅部差。笔架岭油田的油气藏实际分布证实了评价结果是可靠的 ,这对于该区井位选择、区块评价、储量计算及制订正确开发方案有极重要的地质意义和现实意义     

在地质断层构造中地应力状态演变研究

在国内86个断块油气田近千口钻井中进行了水压致裂试验。试验结果表明,无论是在发育正断层还是发育逆断层的地层中,最小主应力均为水平应力,且其方向往往平行于断层走向。这与传统观点所认为的最小主应力方向垂直于断层走向(正断层)或最小主应力为垂直应力(逆断层)相矛盾。指出传统观点所解释的是断层开始发生时的应力状态和主应力与不同断层构造的关系,而压裂试验所测得的应力是断裂活动停止之后的应力状态。在正断层发生过程中,垂直于断层走向的水平应力(最小主应力)不断增大,直到足以阻止正断层的继续发展。因此断裂活动终止时此水平应力往往会超过平行于断层走向的水平应力(断裂发生前的中间主应力),成为中间主应力,平行于断层走向的水平应力则成为最小主应力。在逆断层发生过程中,垂直于断层走向的水平应力(最大主应力)不断减小,直到不能推动断层继续移动;平行于断层走向的水平应力在此过程中亦随之减小,且始终小于垂直于断层走向的水平应力,到断裂活动终止时必然成为最小主应力。图5参2(梁大新摘)     

地应力方向对椭圆套管强度的影响规律分析

在考虑套管初始椭圆度和非均匀水平地应力作用位置的基础上,通过建立套管-水泥环-地层受力模型,采用弹塑性有限元方法对具有初始椭圆度套管的抗挤毁强度与非均匀水平地应力作用位置的关系进行分析,并与绝对圆形套管数值分析结果进行对比。研究结果表明,套管抗挤毁强度与非均匀地应力的作用方向有关。当最大水平地应力作用方向与套管长轴方向平行时,初始椭圆度将增大套管的抗挤毁强度;当最大水平地应力作用方向与套管长轴方向垂直时,初始椭圆度将降低套管的抗挤毁强度。可以通过合理正确地利用地应力的作用位置来提高套管的抗挤毁强度,进而延长套管的使用寿命。     

构造变形对现今地应力方向的影响

现今地应力场方向是油气藏开发方案编制、储层改造、注水开发等需要考虑的关键因素之一,针对构造变形对局部应力场方向的影响进行了研究.首先利用反映区域现今地应力场方向的各种资料确定了盐井沟构造沙溪庙组所在区域的现今地应力方向;利用钻井岩心进行了岩心古地磁定向、波速各向异性等实验,分析了构造核部钻井中现今地应力方向,对比发现井点处现今地应力方向与区域地应力方向不吻合,发生明显偏转;通过计算构造变形派生应力并与区域现今地应力场进行矢量叠加计算,认为现今地应力方向的偏转主要受构造变形所致.研究表明局部构造变形是造成现今地应力方向变化的一个重要因素,研究必须考虑大幅度变形构造上现今地应力方向.     

地应力与断层封闭性之间的定量关系

通过建立数学模型,推导出了三向地应力状态下断面正应力和剪应力的计算公式,并选取断层封闭系数、断层紧闭指数和断层剪切指数3个参数作为断层封闭性的定量评价指标。其中,断层封闭系数和断层紧闭指数越大,断层封闭性越强,而断层剪切指数与断层封闭性的关系与断层面所受正应力性质有关。当正应力为压应力时,断层剪切指数越大,断层封闭性越好;当正应力为张应力时,断层剪切指数越大则断层开启程度越高。最后分析了地应力大小和方向对断层封闭性的影响。结果表明,断层走向与最大水平主应力之间的夹角发生改变时,断面正应力和剪应力的变化趋势及其对断层封闭性的影响均是相反的。因此,在实际应用时,应对正应力和剪应力对断层封闭性的影响进行综合考虑。分析结果还表明,压性和压扭性断层的封闭性优于张性和张扭性断层的封闭性。饶阳凹陷中北部第三系构造应力场数值模拟及断层封闭性分析结果显示,沙二段和沙三段应为重点勘探层位,其次为沙一段和东营组。这与饶阳凹陷的勘探开发实际相一致。     

地应力对气藏开发的影响

深埋于地下几千米的油气藏受岩石上覆压力与围压作用。钻井后,井眼周围应力将重新分布。在气藏开发过程中,井眼周围形成压力漏斗,岩石应力状况发生变化。作者应用渗流力学理论,深入研究了地应力对气藏开发状况(产量、稳产期、采收率)的影响。研究结果表明,影响程度因储层的性质及应力作用的不同而不同,尤其是当应力作用强时地应力明显影响气藏的开发。     

克拉美丽气田地应力场研究

克拉美丽气田是准噶尔盆地的重点天然气勘探区带和新疆油田的重点产能建设区块。地应力场的研究将为该气田开发方案制定、开发井网部署、储层改造、井壁稳定性分析等地质与工程难题的解决提供指导和依据。选取关键井测井资料，利用钻井诱导缝推断法和井径测量法确定了地应力方向；运用美国斯坦福大学的地应力模型和图版解释法计算出地应力大小，具有较高的精度和较好的连续性，计算值与实测值符合程度高。     

油藏三维地应力场数学模型的建立

本文建立了油藏三维地应力场的数学模型。在此模型中，岩石为弹塑性介质，模型考虑了油藏开发过程中温度变化和油，气，水三相流体压力的变化以及岩石的自重对应力的影响。计算温度时考虑了热传导以及流体在多孔介质中的对流换热，在计算流体压力时，考虑了油，气，水三相压力。     

渤中19-6复杂断块构造地应力分布规律试验研究

渤中凹陷19-6复杂断块构造同时受到走滑断裂与次级断裂切割的影响,难以通过对区域主控构造来判断地应力大小关系和方向。为提高区域钻井作业安全与效率,落实区域主控构造类型及地应力分布规律,对渤中19-6构造北部的2口探井开展了地层破裂试验,并对3口井进行了井下电成像测井。试验结果分析表明:渤中19-6构造区域内地应力表现为水平最大地应力>上覆岩层压力>水平最小地应力的分布特征,与区域内走滑断层为主控构造、正断层为次级构造的地质认识相符。井下电成像测井分析表明:受走滑断层影响,与周边油气构造地应力方向不同,构造区域内水平最大地应力方向在NE90°~110°。根据试验结果分析得出区域构造应力系数,并建立了渤中19-6构造北部沿深度的地应力剖面,具有较高的精度,为井位与钻井轨道优化、开展井壁稳定分析提供了可靠依据。     

临汾区块上主力煤层地应力场特征

文中对临汾区块33口煤层气探井主力煤层水力压裂获得的地应力数据进行了分析,认为该煤层储层压力、破裂压力和闭合压力均与煤层埋藏深度呈线性正相关关系。1 070 m以上,煤层地应力状态以垂直应力(σv)大于水平最大主应力(σH)大于水平最小主应力(σh)为主,最小主应力小于15 MPa,煤层处于伸张状态;1 070~1 200 m,煤层地应力状态转化为水平最大主应力,约等于垂直应力,约等于水平最小主应力,最小主应力15~20 MPa,煤层由伸张状态向挤压状态过渡;1200~1 500 m,煤层地应力状态转化为水平最大主应力,约等于垂直应力大于水平最小主应力,最小主应力大于20 MPa,煤层处于挤压状态。随着煤层最小地应力的不断增大,煤层的渗透性不断下降,裂缝逐渐减小,趋于闭合;煤层最大水平主应力方向主要为NEE方向。     

复杂断块地应力场数值模拟方法研究

有限元法在三维应力场的计算中具有成熟的理论基础和广泛的应用,但采用有限元软件无法精确描述诸如断层、微构造、隔夹层及严重非均质性等复杂油藏的特殊地质现象.专业地质建模软件可以建立复杂的地质模型,但建立的三维地质模型输入到油藏数值模拟软件中无法进行地应力数值模拟分析,且地质建模软件和有限元软件没有良好的数据接口.因此,要实...     

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。     

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。     

基于套变数据的盐岩地层非均匀地应力反演

非均匀地应力是直接造成套管承受非均匀载荷和间接造成套管挤毁损坏的主要原因之一,而套管变形数据与地应力变化密切相关。基于套管变形数据,利用最小二乘法建立非均匀地应力优化反演模型。将套管内壁观测点实际变形量与计算变形量差值的平方作为目标优化函数,非均匀地应力作为设计变量,采用零阶函数最小二乘逼进优化方法,对满足套管内径变形量条件下的非均匀地应力进行有限元数值优化反演分析。并基于全井段测井资料的岩石力学参数解释,对川东北某气田HY1井不同套损段的非均匀地应力进行反演计算。计算结果为该区块后续钻井设计、套管强度设计及修井作业等提供依据,该方法为盐岩地层非均匀地应力的获取提供了新途径。     

用Mohr-Coulomb破坏准则预测最小水平主应力的实验方法

通过岩石力学实验，测定岩样的内聚力、摩擦系数和单轴抗压强度等岩石力学参数，可以用常规的Mohr-Coulomb破坏准则确定最小主应力。采用长庆油田、二连油田、吉林油田和四川盆地、塔里木盆地以及委内瑞拉将要进行水力压裂施工的砂岩地层的岩样，用该方法测定最小主应力，将测定结果与长源距声波测井和微压裂测定结果对比，误差一般为2～3MPa，证实这是一种经济可靠的方法。图1表1参12