第五章地应力分析

《第五章地应力分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第五章地应力分析（73页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、地应力测量技术及分布规律地应力测量技术及分布规律 有关地应力的内容 n地应力的概念 n地应力的来源 n地应力的测量方法 n地应力区域分布规律的数值模拟 n地应力纵向分布规律 l地应力：地下某深度处岩石受到的周围岩体对它的 挤压力。 l一般在深度H处和岩体所受到的地应力可用三个主地 应力来表示，一个为垂直向主地应力；另二个为相 互垂直的二个水平主地应力。大多数情况下三个主 地应力值是不相等的。 l不同构造区域、不同性质地层地应力大小不同。 地应力的概念地应力的概念: : v hmax hmin H 地表 地应力大小表示方法地应力大小表示方法 地应力的来源： v上覆岩体的自重； v地质构造运动产生

2、的构造应力； v地温梯度的不均匀性和地层中的水压梯 度。 N1s:1820m N1t:1136m 中完位置2442m 倾角测井界面1:1960-1980m 倾角测井界面2:2240-2290m 倾角:1700-1820m，60 倾角:1820-1980m,50-55 倾角:1980-2240m,50 倾角:2240-2390m,40 倾角:2390m以下,30-40 E2-3a:2858m E1-2z:3484m N2d:502m 1530-1632m，倾角55 ，倾向南偏东5 N2d:200m N1t:720m N1s:1398m E2-3a:2837m E1-2z:3876m 1632-1

3、642m，倾角544，倾向南偏东5 1676-1900m，倾角56-58 ，倾向南偏东4 1900-2350m，倾角56 ，倾向南 2350-2444m，倾角18-20 ，倾向南偏东45 2444-2500m，倾角40 ，南偏东25 2500-2849m，倾角6-8 ，南偏东25 断点位置：1632m、2350m、2444m 本井1490米以上测量段，地层倾角因井眼等影响因素造成 540- 1490米 层段,基本为空白点， 370-540米段也仅有极零星资料点 （倾角60度/南倾180度），且可信度很低。 K2d:4200m N2d:506m N1t:1250m N1s:1812m E2-3a

4、:3067m E1-2z:4128m 1854-2170m倾角50-60，南倾 2170-2200m倾角40，南偏北 2200-2440m倾角40-50，南倾 2440-2470m倾角50-60，南倾 2470-2636m倾角50-60，南倾 506-1854m倾角52-55，南倾 K2d:4360m N1t:1182 N1s:1612 E2-3a:3127 E1-2z:3500 N2d：582 管理上管理上 旋转导向垂直钻 井 PowerV NDS-PERFORM钻井 系统 技术上技术上 全日制日费监督制 2 0 0-3 1 5 0 508mm 150 m 339.73mm 1650m 24

5、4.48mm 3180m 140mm 3500m 地应力测定方法 v应用构造地质力学方法研究地应力的相对大 小及大致方位 v应用成像测井确定地应力的方位 v应用水力压裂资料确定地应力大小 vKaiser 效应试验测定地应力大小 根据断层特点及走向确定地应力的大小及方向 h v H 根据断层特点确定地应力分布规律及地应力方向： 最大水平主地应力方向平行断层延伸方向 上覆地层压力v 最大水平主地应力H 最小水平主地应力h 最大地应力方向 n椭圆形井眼的长轴方向即为最小水平主地应力方向 最小水平主 地应力方向 最大水平主地应力方向 成像测井测定地应力方向 H h H h 井眼坍塌破坏形状 地应力测定

6、方法地应力测定方法 H上覆岩层压力由密度测井曲线经积 分求出。 H H 水平主地应力测定方法主要有：水平主地应力测定方法主要有： 1、现场水力压裂试验法； 2、室内凯塞尔效应法 3、岩芯差应变试验法； 典型的水力压裂试验曲线 出现剪切 裂缝 破裂漏失 停泵 裂缝闭合 裂缝重张 时间 井口压力 利用水力压裂试验数据计算地应力： 地层破裂压力（Pf）：地层破裂产生流体漏失时的井底压力 裂缝延伸压力（Pr）：使一个已存在的裂缝延伸扩展时的井底压力 裂缝闭合压力（PFcp）：使一个存在的裂缝保持张开时的最小井底压力， 它等于作用在岩体上垂直裂缝面的法向应力，即最小水平主地应力。 瞬时停泵压力（PISI

7、P）：关泵瞬间的裂缝中的压力。它一般大于PFcp，两 者之间的差别一般在0.17MPa之间变化，它取决压裂工艺及岩石性质 。 在低渗透性地层，两者近似相等。 水力压裂法测定地应力 l裂缝闭合点（B点）确定方法： 利用裂缝闭合前后压力降低速度不同来确 定。主要确定方法为：作出曲线的切线 ，其交点即为裂缝的开始闭合点。此外 还有其它方法。 如：（1）最大曲率点法 （2）P-Log（t）图 （3）Log（P）-Log（t）图 凯塞尔效应法测定地应力的原理图 声发射数 压应力 凯塞尔效应点 凯塞尔效应测定地应力取芯方法凯塞尔效应测定地应力取芯方法 岩样尺寸 2550 mm 试验装置及试验步骤 6井B5

8、井 -2100 -2200 -2300 -2400 -2500 -2600 -2700 -2800 -2900 -3000 -3100 F10 F11 F3 F81 F5海拔（m） W2 W2 W2 W2 W3 F4 12mm 日产油:175m3 日产气:3039m3 ？ 图 例 油 层水 层干 层可能油层 ？ (TVD:3120.00m) (TVD:2812.57m) ？ NNW 10mm 日产油:211m3 日产气:28187m3 B5 6 5 剖面位置示意图 T T 涠洲12-1油田北块6井B5井油藏剖面图 W2 W2 W3 19mm 日产油:675m3 日产气:52722m3 W3 ？

9、 ？ 05001000 m 正断层 涠洲12-1油田北块B5井5井油藏剖面图 -2200 -2300 -2400 -2500 -2600 -2700 -2800 -2900 -3000 海拔（m） B5井5井 SSE W2 W2 W2 W2 W2 W2 W3 W3 W2 W2 W2 W2 W2 W2 F4 F9 F82 F3 F2 10mm 日产油:211m3 日产气:28187m3 14mm 日产油:328m3 日产气:43166m3 图 例 油 层水 层干 层 （TVD:3031.10m） （TVD:2812.57m） 16mm 日产油:557m3 日产气:91347m3 6mm 日产油:

10、26m3 日产气:少量 12mm 日产油:94m3 日产气:少量 B5 6 5 剖面位置示意图 T T 0500 m 250 正断层 涠洲12-1油田区块划分位置图 00.51.0 km 278000280000282000284000286000 1085610852108531085410855 205120492050 2304000230600023080002302000230300023050002307000 205120492050 2304000230600023080002302000230300023050002307000 108521085310854 10856 2

11、78000280000282000284000286000 10855 WZ12-1-6 WZ12-1-5 中块3井区 南 块 中块4井区 北 ILN2490 XLN1955 F2 F82 F4 F5 F1 F3 N3 N1 N N2 F9 F81 F10 块 F11 F2A FA WZ12-1-B5 N1a N1b 最大水平主地应力方向N100E左右 h v H 最大水平 主地应力 WZ12-1-6井壁崩落椭 圆长轴方位 WZ121北油田地应力方向分析 非均匀地应力作用下井壁坍塌 将形成椭圆形井眼，椭圆井眼 长轴为最小水平主地应力方向 双井径测井数据: WZ12-1-6井下部8.5井 眼段(

12、MD:23802980m) 井眼椭圆长轴方位 N120E 是由非均匀地应力造成的井壁 坍塌而形成的椭圆井眼吗？ C2-4臂井径钻头直径 C1-3臂井径 最大水平主地应力最大水平主地应力 H H 最小水平主地应力最小水平主地应力 h h BZ25-1构造地震剖面图 BZ25-1构造断层特征：重力正断层 BZ25-1构造油藏预测剖面图 BZ25-1构造断层特征：重力正断层 地质力学方法研究结果 地应力相对大小： 最大水平地应力大致方位：N600-750E BZ25-1-2井地应力方位频率图 最大水平主地应力方位N65-70E N E 最大水平主应 力方位 椭圆长轴方位 BZ25-1-5井地应力频率

13、图 最大水平主地应力方位N70E N 椭圆长轴方位 E 最大水平主应 力方位 BZ25-1构造地应力方位与临近区域比较结果 BZ25-1构造地应力大小与临近区域比较结果 准噶尔盆地区域应力场示意图准噶尔盆地区域应力场示意图 井眼形状法确定地应力方向 -水平主应力方向的玫瑰图 井眼形状法确定南缘地区主地应力方向井眼形状法确定南缘地区主地应力方向 第三系底最大地应力方位分布 声发射声发射KaisirKaisir效应法测定地应力实验结果效应法测定地应力实验结果 准噶尔盆地南缘地应力大小测定结果准噶尔盆地南缘地应力大小测定结果 H准噶尔盆地南缘地应力值为： 最大水平主地应力：2.3-2.85 MPa

14、最小水平主地应力：1.7-2.10 MPa 上 覆 地 层 压力：2.3-2.45 MPa M地应力分布规律： 最大水平主地应力最大水平主地应力 上覆地层压力上覆地层压力 最小水平主地应力最小水平主地应力 区域地应力场横向分布规律计算 板壳法计算地应力场： 板受力 弯曲变形曲率变化 地层受力地应力 板壳法计算地应力场计算公式： 板壳法预测地应力场横向分布计算实例 板壳法研究区域 板壳法预测地应力场横向分布计算实例 板壳法下第三系底最大地应力分布 板壳法下第三系底最大地应力方位分布 地应力纵向分布规律计算 n不同深度，不同性质的地层其地应力大 小及非均匀性不同，即地应力不是随井 深增加而线性增大

15、，对不同地层要分层 计算地应力。 n地应力主要来自于上覆岩层的自重及地 质构造运动产生的构造应力，用公式表 示为： 地应力纵向分布规律计算 由上覆地层产生的水平地应力，可根据弹 性变形力学理论，假设在水平方向的变 形受到限制，即（x）V=（y）V =0， 由此可得到： 该部分地应力在水平方向相同，为均匀分布的 地应力纵向分布规律计算模式 由构造运动产生的地应力，由于构造运动的方向性，使 得在水平方向产生的地应力不同。假设构造运动可分 解为沿相互垂直的两个主方向（H方向和h方向）的向 前平推运动，在两个方向的构造运动变形量分别为H 、h；并假设在构造运动过程中各地层保持连续（不 产生相互错动），根据广义虎克定律有： 地应力纵向分布规律计算模式 H 水平构造应力 地应力纵向分布规律计算模式 不同深度地层的分层地应力计算模式： H、h表示构造运动激烈程度的构造应力系