油气井工程中地应力场反演研究的发展

在石油勘探开发中,地应力研究区块较大,而测量的已知参数信息量少,直接用有限元数值模拟所得的结果往往与实际情况有较大的偏差,这些问题成为地应力理论分析和数值模拟的“瓶颈”。为此提出将反演理论引入油气勘探开发的“深部”复杂地层地应力研究,并详细论述了地应力场反演研究在油气井工程中的应用和发展。将岩土工程反演理论和有限元数值模拟相结合,引入油气井工程深部地层中地应力分布与勘探井、开发井准确定井位以及生产井中套管损坏机理的研究中,将在该领域突破理论和方法上的研究“瓶颈”。最后对于推动地应力场反演理论在油气井工程深部地层中的应用与发展,提出了研究中应解决的关键技术问题。     

合水地区庄19井区长8_2储层现今地应力场有限元模拟

以长庆油田合水地区庄19井区长82储层作为研究对象,根据其地层及岩石力学性质特征,建立了研究区地质及力学模型,选取实测地应力大小和方向作为反演准则,利用有限元方法计算了该区现今地应力场分布,并将模拟结果与储层参数及生产特征进行了对比,总结了三者之间的对应关系并探讨了内在联系。现今地应力场模拟结果可为该地区井网部署、优化及整体压裂规划等工作提供科学参考。     

有限元分析方法在现今地应力场模拟中的应用

在综合考虑模拟区几何模型的形状及大小、区域构造格架、边界条件的情况下,选择与地质构造相适应的力学模型,并以实测地应力(压裂法、声发射法)为约束条件,利用有限元现今地应力场模拟方法计算了模拟区地应力场的平面和剖面展布及其特征,模拟结果可为生产单位科学开发管理油气藏提供参考.     

川西凹陷新场气田三维地应力场反演分析

根据川西凹陷新场地区及邻区已有的地层岩性、地质构造及其演化等资料,结合深部岩体钻井岩心裂缝发育特征编录、完井报告、录井测井地应力和裂缝分析成果,建立了研究区的地质模型。利用已有的井孔崩落、钻井诱导缝分析、水压致裂曲线分析、岩石Kaiser效应测试等技术所获得的地应力资料,作为计算模型的应力边界条件和地应力场反演的井段现今地应力参考值,采用三维数值模拟技术对川西凹陷新场气田进行了三维地应力场反演分析。研究结果表明,总体上最大水平主应力以近NEESWW向为主,但在断层附近主应力方向发生明显偏转,主体方位与区域构造应力作用主方向一致。各主地应力值总体上随深度的增加而变大,与深度之间有较好的线性相关关系,由于新场须二段各目的层均发育较多断裂构造,因此其应力场表现出明显的不连续性,使地应力值和方向发生局部变化,在断层端部和转折部位表现出较明显的最大主应力和剪应力集中现象,而在断层两盘部位则出现应力消散特点。     

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。     

利用测井信息定量研究库车坳陷山前地区地应力

研究我国西部地区山前挤压区的地应力分布,对油气勘探和开发有重要意义.利用电阻率、声波测井等测井信息间接地定量分析地应力的基本方法是先用统计方法建立稳定构造区测井信息与最大地应力之间的关系,求得垂向地应力正常分布;建立电阻率、声波时差与正常地应力关系的定量统计模型;根据山前挤压区井的电阻率、声波时差分布特征选择统计模型;应用模型和测井信息定量分析井筒方向的地应力分布;将计算结果与实测地应力进行对比,相互检验.在塔里木盆地地应力研究中,轮南构造稳定区地应力的计算结果与声发射实验结果非常接近,山前地区二者一致性较好,表明该方法是可靠的.根据不同条件采用适当的地应力统计模型,应用测井信息进行单井剖面地应力分析,有可能获得连续的地应力纵向分布信息,确定井筒方向的地应力分布规律,为油气勘探和开发提供依据.图7表2参7(王孝陵摘)     

赵凹油田地应力分布与套管损坏关系研究

复杂的地应力条件是导致套管损坏的根本诱因之一。研究不同区域套损的主导因素，可以从设计施工方面采取措施防范于未然。应用有限元数值模拟的方法，建立了赵凹油田三维地应力模型，得到了与真实应力场最为接近的地应力空间分布，确立了地应力分布与套损的关系。研究结果表明，套损井分布在鼻状构造的“鼻梁”上，而且是在地应力从高变低的“台阶”上。为赵凹油田套损的防治提供了理论支持。     

玛湖凹陷致密砾岩油藏四维地应力场模拟研究与应用

玛湖凹陷砾岩储层具有非均质性强、地应力状态复杂等特点,为水平井压裂优化和提高采收率方案设计带来巨大挑战。基于玛湖砾岩油藏地震叠前弹性参数反演成果,建立了四维地应力场流固耦合模拟方法,实现了从全区到单井不同尺度上四维地应力场的描述和地质力学参数的动态更新。结合压裂水平井合理分段分簇原则,形成了水平井压裂变密度分段分簇优化设计技术,有效增大缝控储量,矿场应用表明,优化后的布孔方案单井效益提升20%~30%。通过四维地应力场模拟技术,突破了储层“渗流场—应力场”动态耦合描述技术难题,实现了水平井压裂开发动态地应力场表征和加密井压裂缝网预测,可为后期钻完井设计和补充能量时机/方式优化提供支撑。研究成果对玛湖砾岩油藏全生命周期开发、实现提质增效具有重要指导意义。     

地应力对爆炸压裂影响规律的数值模拟研究

为了揭示地应力场对井内爆炸压裂作用下裂缝形成及分布的影响规律,进行了井内爆炸压裂室内模拟试验。基于弹塑性损伤理论建立了井内爆炸压裂数值计算模型,在借助试验结果验证模型准确性的基础上,研究探讨了地应力场对爆炸压裂作用下裂缝扩展规律的影响。研究结果表明:试验条件下,炮眼内炸药爆炸后并未对炮眼造成粉碎性破坏,且裂缝沿曲线扩展;爆炸压裂作用下井壁围岩中将产生长而宽的主裂缝和短而细的次裂缝;主裂缝扩展方向受地应力场控制,垂直于最小水平地应力方向;不同地应力场条件下,裂缝扩展范围及密度亦随之发生改变。 研究表明,准确掌握地应力大小及方位,有利于控制主裂缝的扩展及分布形态。      

低渗透油藏水力压裂井应力场转向定量评价

基于多孔介质流-固耦合理论和有效应力定律,建立了孔隙压力与地应力相互作用的低渗透油藏水力压裂井应力场转向评价模型,采用有限元数值模拟技术并开发相应程序对耦合模型进行求解,定量分析了低渗透油藏开发过程中水力裂缝附近区域地应力场的变化特征。计算结果表明:水力裂缝导致近裂缝区域地应力场分布特征大幅度改变,沿裂缝与垂直裂缝方向应力场大小变化各向异性,应力场转向范围随初始水力裂缝长度增加而动态变化。     

构造应力场有限元数值模拟在裂缝预测中的应用

裂缝系统的形成常常受到构造运动及其作用强度的影响.裂缝的产生同构造应力场分布密切相关,构造应力场的作用效果又依赖于地层的岩石物性特征.本文从裂逢形成的外因--裂缝形成的古构造应力场出发,根据弹性力学理论,利用连续介质有限元数值模拟法和岩石破裂准则,研究某古潜山储层裂缝的方位、密度分布.运用该技术较为成功地预测了研究区内裂逢发育带的宏观平面分布.     

预测裂隙发育带的构造应力场数值模拟技术

地壳岩体的变形和裂缝系统的形成常常受到构造运动及其作用强度的影响 ,裂隙的产生同构造应力场分布密切相关 ,构造应力场的作用效果又依赖于地层的岩石物性特征。本文针对特定的地震层位使用连续介质线弹性有限元模型 ,计算了研究区内主应力和剪切应力的分布。基于这种理论的计算结果既同该地层的地震数据分析相关也与其岩石物性特征紧密联系 ,我们运用该技术较为成功地预测了研究区内裂隙发育带的宏观平面分布。因此 ,该技术在油气藏资源评价领域的应用具有良好的前景。     

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...     

逆冲构造带精细地应力和井壁稳定性研究及应用

逆冲构造区的构造应力强,层理、裂隙发育,井壁失稳是一个一直困扰着这一地区钻井工程的难题。认识此类构造地应力分布规律是井壁应力状态分析以及井壁稳定性研究的基础。提出了一套逆冲构造带精细地应力场研究方法,该方法以地应力测量为基础,采用基于有限元法及数学优化理论的有限元约束优化反演法对逆冲构造带三维地应力场进行模拟,并利用现场地漏实验等资料进行验证。通过泥页岩水化实验,分析了泥页岩水化特性以及岩石力学性质与含水量的关系,在此基础上,建立了分析水敏性泥页岩井壁围岩应力状态的基本模型,并结合岩石强度准则,编制了井壁稳定分析程序,用于分析坍塌压力、破裂压力、安全钻井液密度窗口以及泥页岩坍塌周期等。这一研究成果对于认识逆冲推覆带泥页岩井壁失稳内在机理以及相关对策的制定具有指导意义。     

有限元构造应力场研究在苏里格气田水平井开发中的应用

建立了苏里格气田的地质构造模型,利用有限元分析方法,对苏里格气田进行了地应力场有限元反演和三维构造应力场的数值模拟,模拟出区域最大主应力、最小主应力、最大剪应力和岩石应变能的分布规律,进而预测区域天然裂缝的分布规律,同时分析了构造应力场在水平井压裂中对水力裂缝启裂方位、裂缝规模的控制作用等,为气田水平井整体开发井网部署及压裂设计提供借鉴。     

商741火成岩区构造应力场模拟及裂缝预测

构造应力场是岩石变形和断裂的直接作用因素.传统的构造应力场模拟研究,是依据少数几个井点的岩石力学试验数据,将地层粗略地看作岩石力学参数处处相同的、均一的地质体,得出的结果往往与地下地质情况相距甚远,在实际应用中的效果较差.以惠民凹陷商741火成岩区××层段为例,根据常规测井资料识别火成岩岩性并求取其岩石力学参数,采用一...     

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。     

鄂尔多斯古构造应力场与中部大气田的联系

各原型盆地的地层顶面高程趋势面剩余分析,与相应的沉积基底形态分析结果证实,鄂尔多斯盆地中部加里东期侵蚀面附近存在大型平缓隆起。将盆地基底的同沉积构造变形史分析和区域大地构造运动史分析结合起来,拟定了早、晚燕山期的盆地构造应力作用方式和方向;然后利用有限单元法分别模拟了盆地这两个演化阶段的古构造应力场和应变场特征,进而探讨它们与盆地中部大型平缓隆起及大气田的成因联系。可能是下古生界的泥岩和膏盐层在挤压应力场中的垂向膨胀,促成盆地中部的加里东期侵蚀面附近出现大型平缓构造圈闭;低挤压应力与其他因素的叠合,导致低压、负压环境的出现,使中部隆起区既成为天然气运移指向区也成为天然气藏封存箱。     

富台潜山凤山组现今地应力场数值模拟及 有效裂缝分布预测

为明确富台潜山凤山组现今地应力特征,根据钻井诱导缝走向及井壁崩落方向对其现今地应力方向进行判断,并通过测井资料及经验公式计算得出关键井现今地应力。通过确定岩石力学参数并建立有限元模型,以关键井地应力为约束条件,对研究区凤山组现今地应力场进行数值模拟,分析现今地应力场对裂缝有效性的影响,进而预测有效裂缝分布。研究结果表明,富台潜山凤山组水平最大主应力为90.6~181 MPa,为北东东—南西西方向;水平最小主应力为61.9~110 MPa,为北北西—南南东方向。断裂带为应力低值区,东、西两侧低洼地带为应力高值区,背斜核部为应力分布稳定区,背斜两翼存在应力变化梯度带。北东东—南西西方向为研究区凤山组有效裂缝优势走向,有效裂缝发育最有利地区为背斜核部,其次为背斜两翼,东、西两侧低洼地带则不利于有效裂缝的保存。     

川西大邑构造须3段气藏裂缝预测

从川西大邑构造现今构造形迹特征入手,利用有限元数值分析技术,模拟工区须3段气藏岩体的古构造应力场和破裂接近程度系数(り)；将り与实际资料和野外观测结果对比,确定不同裂缝发育级别及其对应的り值；结合岩石力学与构造地质学理论、野外裂缝观测结果以及实际生产资料,对大邑构造须3段裂缝发育程度、裂缝类型及产状进行预测,结果表明:...