地应力预测方法在川南地区大寨页岩气田的应用

针对川南大寨地区页岩气储层三维地应力预测的需求,建立基于横向各向同性介质的Suárez-Rivera地应力计算模型,进行三维空间地应力预测。计算结果表明：Suárez- Rivera横向各向同性介质地应力模型计算结果与单井地应力评价结果高度吻合,模型预测的最小水平主应力与压裂施工地层瞬时闭合压力一致,证实了该方法在川南大寨地区页岩地应力预测中的可靠性。该方法的成功应用,为川南地区页岩气地应力评价提供了理论支持,预测结果对后续页岩气的井位部署和压裂参数设计具有一定的指导意义。     

缺失声波条件下的页岩储层地应力测井解释方法

针对页岩储层各向异性和现场双极测井数据有限的实际情况,提出了基于加权平均思想,通过中子、密度、伽马等测井资料回归声波数据,并利用横观各向同性模型来提高页岩储层地应力解释精度的方法。利用该方法以美国某页岩区块为例进行了现场地应力计算应用,并结合QEMSCAN技术对地层各向异性程度进行了对比分析。结果表明,该地区各向异性参数Eh/Ev值在1.4~1.9,水平杨氏模量的大小比垂直弹性模量高,且垂直弹性模量更符合垂向的岩性解释结果,垂向泊松比则比水平泊松比要略大,受各向异性影响较小。应用横观各向同性模型地应力值较常规模型偏大,且Blanton法比Higgins法要高,两者同小型压裂数据吻合度较高,也更能反映岩性差异引起的构造应力改变和带来的地应力差异,证明了在各向异性页岩储层中更好的适用性,同时也侧面反映了通过综合测井数据和临井声波资料在回归声波结果上也具有较好的解释精度。     

鄂尔多斯盆地Z区长8超低渗透率储层地应力特征研究

基于大量的文献调研分析,归纳总结了基于测井信息的地应力预测方法,结合研究区资料开展了鄂尔多斯盆地Z区长8储层地应力剖面的建立及地应力平面分布特征研究。地应力预测的关键在于地层孔隙压力、垂向应力及水平应力的估算。地层孔隙压力的估算方法包括等效深度法等3种方法;垂向应力的估算方法是基于瑞士地质学家Heim提出的方法;水平应力估算根据单轴应变模型等4种模型。研究区垂向应力估算采用了Heim法;最小水平应力估算采用了单轴应变模型中的Newberry模型;最大水平应力估算利用双井径测井资料的方法进行计算,最终建立该区长8超低渗透率储层地应力剖面。基于单井地应力数据统计分析,研究揭示了长8超低渗透率储层地应力平面特征;依据研究区地应力平面等值线特征,该区开发井的井排方向设计应选择西西北—东东南方向。由于目的层垂向应力平面分布呈现非均匀性特征,注水压力设计也应参考实际的地应力非均质性特点。     

陆相页岩储层横观各向同性地应力测井预测——以新疆MH凹陷F组陆相页岩油储层为例

以新疆MH凹陷F组陆相页岩油储层为研究对象,开展了不同角度岩样声波波速测试以及单三轴压缩测试,分析并计算了研究区页岩油储层地层压力及构造应变系数,对比了使用均质体地应力模型（黄氏模型及组合弹簧模型）与横观各向同性地应力模型计算水平地应力效果。结果表明：0°、45°及90°方向岩样声波波速差异明显,体现出较强的各向异性特征;岩样破坏形态以脆性破坏为主,90°方向岩样抗压强度、弹性模量以及泊松比明显大于0°方向岩样力学参数值;横观各向同性地应力模型计算水平最小、最大地应力结果与实测地应力相对误差仅为1.79%、5.00%,相对于均质地层的组合弹簧模型和黄氏模型而言精度更高。因此,使用横观各向同性地应力模型计算陆相页岩油储层地应力有更好的效果,对于压裂层段优选、钻井安全钻进等均具有重要意义。     

陆相页岩储层横观各向同性地应力测井预测

以新疆MH凹陷F组陆相页岩油储层为研究对象,开展了不同角度岩样声波波速测试以及单三轴压缩测试,分析并计算了研究区页岩油储层地层压力及构造应变系数,对比了使用均质体地应力模型（黄氏模型及组合弹簧模型）与横观各向同性地应力模型计算水平地应力效果。结果表明：0°、45°及90°方向岩样声波波速差异明显,体现出较强的各向异性特征;岩样破坏形态以脆性破坏为主,90°方向岩样抗压强度、弹性模量以及泊松比明显大于0°方向岩样力学参数值;横观各向同性地应力模型计算水平最小、最大地应力结果与实测地应力相对误差仅为1.79%、5.00%,相对于均质地层的组合弹簧模型和黄氏模型而言精度更高。因此,使用横观各向同性地应力模型计算陆相页岩油储层地应力有更好的效果,对于压裂层段优选、钻井安全钻进等均具有重要意义。     

复杂地质构造条件下地应力模型与图版解释法

由于传统水平地应力模型中的构造系数很难准确求取,无法获得计算水平主地应力的数学式.借助已钻井的测井资料、采用钻井地破试验或水力压裂试验法可较精确地测定最小水平主地应力;在测井数据反演地层岩石参数的基础上,利用复杂构造条件下主地应力力学模型,建立目标井水平地应力的数学关系并绘制解释图版,由此求取最大水平主地应力值.该图版解释新方法充分考虑了上覆岩体的自重、地质构造应力及地层孔隙压力,可较准确的预测勘探目标区块水平主地应力.     

基于横向各向同性模型的致密砂岩地应力测井评价方法

中国致密砂岩储层属陆相成因,在成岩过程中不但存在组成矿物定向引起的内在各向异性,也存在板状层理、交错层理或成分层等引起的各向异性。常规基于各向同性模型的地应力计算方法已不适用,需要建立适用于致密砂岩性质的新模型。通过对松辽盆地全直径致密砂岩进行不同方向取心,测量了不同岩心不同方向的纵、横波速度,实验结果表明,致密砂岩具有横向各向同性性质,进一步建立了基于横向各向同性特征的弹性系数表征方法。将岩心应力应变实验与声波实验相结合,建立了适用于目标区的动、静态模量转换模型,并将其应用于基于横向各向同性模型的致密砂岩地应力测井评价中。应用结果表明该模型与压裂结果一致,能更好地反映实际地层情况。     

利用测井资料求取地应力及压裂控制研究

通过常规测井资料求取岩石力学参数的方法研究、地应力的现场求取方法研究、地层孔隙压力的计算和地层破裂压力的计算方法研究，为现场进行压裂施工提供依据。在方法研究的基础上，自主开发了利用常规测井资料求取地应力剖面和压裂控制的解释平台，对实际测井资料进行处理解释，取得了满意的效果。     

横向各向同性地层地应力的研究

根据岩石的沉积特点,将地层岩石假设为横向各向同性体,推导了横向各向同性地层地应力的计算式,给出了倾斜地层岩石弹性参数的转换公式和横向各向同性地层破裂压力的计算式及破裂压力的计算实例,并将其与各向同性计算值进行了比较。结果表明,考虑各向异性对地应力的影响,其计算值与地层实际更接近。     

斜井测井声波检测孔隙压力校正方法研究

针对斜井地层压力检测中的重要因素——泥页岩声波各向异性,提出测井声波各向异性因子计算模型及斜井测井声波校正方法,并利用其进行斜井地层压力计算。首先,在大量分析国内外实验数据和理论分析的基础上,提出泥页岩在地层应力条件下声波各向异性因子的线性-指数计算模型,指出声波各向异性因子的大小与泥页岩中泥质含量呈正相关关系,得到声波各向异性因子的计算模型;然后,在Hornby B.E.椭圆方程理论基础上,进行斜井声波数据校正;最后,对某油田一口大斜度井,利用其测井声波数据,进行地层孔隙压力检测。结果表明:校正后,部分井段测井声波校正量高达20%,地层压力计算精度平均提高了10%。与传统方法相比,该模型计算简捷,且考虑了泥质含量、地应力对泥页岩声波各向异性因子影响,斜井地层压力计算精度得到提高。     

利用邻层反演水平层理页岩地应力方法

水平层理页岩垂直和平行层理方向岩石力学特性的强差异及岩石的破碎性,造成现有地应力计算方法精度不够及地应力室内岩心试验困难。为了有效地指导钻井和压裂设计,开展了页岩地应力评价方法研究。利用单轴压缩试验,获得了不同层理面方向的页岩弹性参数,岩石呈现明显的横观各向同性特征。基于横观各向同性材料的本构关系、并假设在沉积和后期地质构造运动过程中地层和地层之间不发生相对位移,建立了利用邻层砂泥岩地应力反演水平层理页岩地应力的模型,并分析了地应力的敏感性因素及其影响规律。结果表明,页岩地应力受控于邻层砂泥岩的弹性模量、泊松比、地应力值和页岩自身的弹性参数,利用该方法计算的最大和最小水平主应力值比Terzaghi和Newberry模式高,处于黄荣樽模式的上、下限范围内。研究结果为评价水平层理页岩地应力提供了新的方法。      

利用地震资料约束反演预测地层压力

以往利用地震资料预测地层压力时所用的速度参数由速度谱拾取,密度参数由经验公式计算获取.这样求取的密度参数不能反映地层岩性的横向变化.尤其是此法只限于单井预测,因此,预测的地层压力精度受到限制.本文利用地震资料反演方法,通过给定的初始地层岩性模型,将测井数据作为反演约束条件,求取地层物性参数,然后作出预测地层压力剖面.应用实例表明,用该方法预测的地层压力精度较高,而且沿横向可以对比、追踪地层压力的变化情况.     

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。     

利用测井、压裂资料求取储层地应力的方法

地应力和破裂压力是十分重要的工程基础参数.文中利用声波、密度和自然伽马等测井资料计算出地层岩石动态力学参数;由于实际工程中采用的是岩石静态力学参数,故通过拟合的动静态参数转换关系式计算出了岩石力学静态参数;实际工程应用必须考虑构造应力,结合典型井段的压裂资料和测井资料反算出地层构造应力系数,结合地应力计算模型和破裂压力计算模型,使用VB6.0编程计算地应力.以×井3 590～3 920 m层段为例,计算出岩石力学参数、地应力和破裂压力连续剖面.该层段构造应力系数为0.462和0.586;最小水平主应力62.417～84.565MPa;最大水平主应力67.651～94.474 MPa;破裂压力75.346～93.241MPa.文中所使用的方法计算结果精度高、实用性强.     

水平井各向异性地层双侧向测井响应数值模拟

利用三维有限元法对水平井中各向异性地层的双侧向测井响应进行了数值模拟,分别分析了地层各向异性系数、围岩层厚、泥浆侵入对各向异性地层双侧向测井响应的影响。结果表明：水平井中各向异性地层双侧向测井响应主要受到岩层垂向电阻率影响;目的层高阻时各向异性地层受围岩层厚影响大,目的层低阻时各向同性地层受围岩层厚影响大;与各向同性地层相比,泥浆侵入对各向异性地层双侧向测井响应影响更加明显和复杂。     

页岩储层各向异性对裂缝起裂压力的影响

页岩储层水平方向上的层理性结构导致了页岩较强的非均质性和各向异性。基于岩石横向各向同性本构关系以及渗流与变形耦合数值方法,建立了页岩水平井裂缝起裂的三维有限元数值模型,对射孔方位角、弹性力学各向异性以及地应力各向异性对水力裂缝起裂压力的敏感性进行了研究。研究结果表明：随射孔方位角的增加,起裂压力增大,起裂压力应力分布云图呈部分“椭圆状”且倾向于最大水平主应力方向;弹性模量各向异性较大和泊松比各向异性较小时,岩石表现出在水平方向上较强的刚性特征,裂缝起裂的可能性较大;弹性模量各向异性较小和泊松比各向异性较大时,岩石表现出在垂向方向上较强的刚性特征,岩石不易起     

具线性速度的横向各向同性介质中的倾角时差误差

Levin(1990)模拟了均匀横向各向同性介质之下倾斜平反射层产生的反射波在 CMP 道集内的时差。对于某些介质,如果各向异性的对称轴是垂向的,则据基于各向同性介质的倾角余弦校正的预测,就可求出叠加速度中的偏差。文中,我们再次用具垂向对称轴的横向各向同性模型做了类似的试验,但是介质的速度是随深度而呈线性变化的。与 Levin 所论相同的四种各向异性介质的研究结果表明,对于研究的所有速度梯度,倾角校正后的叠加速度与反射层倾角的关系特性,与相应的均匀介质的情况稍有不同。正如各向同性介质一样,非均匀横向各向同性介质中的旅行时,可用垂向速度等于非均匀介质垂向 rms 速度的均匀模型进行正确模拟。实际上,倾角时差校正(DMO)是建立在介质是均匀的或其速度是随深度变化的基础上的,但这两种情况都假设为各向同性。本文所研究的横向各向同性介质中,只有一种页岩-灰岩介质用基于各向同性的 v(z)DMO 不能在 CMP 内给出恰当的校正量。而对于这种页岩-灰岩介质,用常速 DMO 都偶尔可提供出优于 v(z)DMO 所提供的时差校正值。     

基于随钻测井资料的地层孔隙压力预测方法研究

以往针对直井的地层孔隙压力的计算方法在大位移井、水平井和分支井中由于井斜和井水平的特殊性及复杂性会产生较大误差.等效深度法等传统方法大多是针对砂泥岩地层建立的模型,对碳酸盐岩地层不大适用.利用随钻测量(MWD)资料和随钻测井(LWD)资料,研究把斜深校正成垂深,计算出与垂深相对应的测井值及上覆地层压力,综合考虑地层岩性、孔隙度、孔隙流体类型等因素的影响,采用层速度-有效应力法建立适用于斜井段和水平井段的地层孔隙压力计算模型,实现基于随钻测井资料的地层孔隙压力预测,避免了传统方法因建立泥岩正常压实趋势线所带来的误差.将该方法应用于实际随钻地层孔隙压力预测中,处理结果与实测结果符合率高,可靠性好.随钻测井资料预测孔隙压力具有实时性,对于提高钻速、防止井喷井漏等恶性事故有非常重要的现实意义.     

复杂地层地层孔隙压力求取新技术

在分析异常高压形成机理及国外地层压力求取方法研究进展的基础上，介绍了适于泥岩欠压实成因及适于砂泥岩地层不同成因的地层孔隙压力求取新方法，其理论基础是有效应力定理，通过建立声波速度和垂直有效应力等因素的关系模型，利用测井等资料求取地层的垂直有效应力，从而求取地层孔隙压力。其中，利用适于砂泥岩地层不同成因的孔隙压力求取方法，可以获得真正连续的孔隙压力剖面。根据国内外地层压力计算最新方法，编制了地层压力分析应用软件，多年来在国内多个油田的应用表明，该软件具有先进性和很好的实用性。     

大北地区高陡构造异常高压地层地应力测井计算方法

塔里木盆地库车坳陷大北地区是异常高压发育地带,高孔隙压力和强烈的构造运动使得地应力的大小及分布变得较为复杂。针对大北地区地层倾角较大、地层异常高压、地应力强的实际情况,基于应力分布的几何空间三角函数关系,以地应力实验和压裂试采实测值为刻度基准,利用地层倾角测井和声电成像测井解释得到的地层倾角数据,引入地层倾角DIP对地应力的影响系数,建立适合于大北地区高陡地层地应力的测井计算方法。处理了工区多口井的测井资料,其地应力计算值与实测值较为一致,能满足工程应用要求,值得推广应用。