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1、地应力测量及应用,主要内容,一、概述 二、原地应力分布的基本规律 三、原地应力的测量及计算 四、地应力研究在油田开发中的应用,基本概念,天然应力：在天然状态下，岩体内部存在的应力，又称初始地应力、原地应力。 次生应力：人类进行工程建设将会在一定范围内引起岩体初始应力的改变，工程建设扰动后的岩体应力称为次生应力、二次分布应力。 古地应力：指某一地质时期或某一重要地质事件之前的地应力。 现今地应力：指目前存着的、正在活动的地应力。 分析构造形态形成机理主要涉及古地应力。石油工程主要关心现今地应力。,地应力分类,地应力分类,原地应力的来源,上覆岩体的自重压力 地层构造运动产生的构造应力 地层中的孔隙
2、流体压力 地温梯度引起的地温应力,一般情况下，深度H处的地层所受到的地应力，可以用三个方向上的地应力表示。一个是垂直方向上的应力，两个水平方向上互相垂直的应力。,主要内容,一、概述 二、原地应力分布的基本规律 三、原地应力的测量及计算 四、地应力研究在油田开发中的应用,原地应力的分布基本规律,原地应力在时间、空间上是一个相对稳定的非稳定场。 在浅层地层，最大水平主应力H普遍大于垂直应力v 。 即，侧压力系数= H/ v1 原地应力的三个方向的主应力v、 H、h均随深度的增加而增大。,1、侧压力系数随深度增加而减小。100/H0.3 1500/H+0.5 2、两个水平主应力差异较大。 h / H
3、 = 0.2-0.8,中国原地应力的分区性,西南面受印度洋板块向NNE挤压 东面受太平洋板块向W俯冲 南面受菲律宾板块向N俯冲 北面受西伯利亚板块阻挡,以东经100-105为界，分东西两区 原地应力强度：西强东弱 最大水平主应力方向： 西区以NNESSW为主 东区以EW为主,主要内容,一、概述 二、原地应力分布的基本规律 三、原地应力的测量及计算 四、地应力研究在油田开发中的应用,原地应力的测量及计算,原地应力的确定,室内岩芯分析法，需要定向取芯，难度大、成本高。 水力压裂法，优点是设备简单、操作方便、测值直观， 缺点是只能单层测量，地应力方向测不准 测井资料评价法，连续测量，成本低，可分析地
4、应力大小 和方向。,水力压裂法,地应力方向的测井研究,利用地层倾角双井径测井资料 利用成像测井资料 利用偶极声波测井资料,井壁崩落法,在不同地质时期形成的各种岩石，都具有一定的强度，根据脆性破裂理论，当作用应力差超过该处岩石的破裂强度时，就会产生井壁崩落现象，形成井壁崩落椭圆，其长轴方向与最小水平主应力平行。,确定井壁崩落的基本准则： a）井眼崩落井段必须超过一定长度； b）两条井径中，其中较小的井径数值必须接近钻井的钻头尺寸； C）当井斜时，扩径的长轴方向不能与井眼的高边方位一致。,面14-12-斜35地层倾角资料地应力分析,井段788-806米，椭圆井眼长轴方向170-350，最小水平主应
5、力方向170-350。 井段826-839米，椭圆井眼长轴方向15-195，最小水平主应力方向15-195。,利用成像测井资料地应力分析,钻井井壁诱导缝法（应力释放缝） 钻井诱导缝系钻井过程中地层应力释放而产生的裂缝。诱导缝的最大特点是沿井壁的对称方向出现，呈羽状或雁列状。 钻井诱导缝在成像图上为一组平行且呈180对称的高角度裂缝。这组裂缝的走向即为现今最大水平主应力的方向。,面古3井钻井诱导缝发育特征图（2544-2550m）,井段2544-2550m：钻井诱导缝主要倾向5，走向为95-275。最大水平主应力方向95-275。,面古3井钻井诱导缝发育特征图（2630-2633m）,井段263
6、0-2633m：钻井诱导缝主要倾向345 ，走向为75-255。最大水平主应力方向75-255 。,XXX井钻井诱导缝发育特征图,利用偶极声波测井资料的各向异性判断地应力,地层构造应力的不均衡使横波发生分离现象，从而产生较强的各向异性。在成像测井图上出现明显的诱导裂缝或井壁崩落现象。这时，横波在传播过程中通常会分离成快横波、慢横波。质点平行于裂缝走向振动的速度较快为快横波，质点垂直于裂缝走向振动的速度较慢为慢横波。因此，可以用快横波的方向确定最大水平主应力的方向。,地应力大小的测井研究,地应力计算数学模型：,式中：v、h 、H 垂直应力、最小水平应力、最大水平应力，MPa； 地层岩石密度，g/
7、cm3 ；g重力加速度，m/s2；h深度变量，m； 地层岩石的泊松比；E地层岩石的杨氏模量，Mpa； 地层孔隙压力贡献系数；Pp计算深度处的地层孔隙压力，Mpa； Kh最小水平应力方向的构造应力系数； KH最大水平应力方向的构造应力系数；,地应力大小的测井研究,岩石力学参数计算：,横纵比：,泊松比：,岩石横向相对压缩与纵向相对伸长之比,杨氏模量：,岩石的拉伸应力与拉伸应变之比，代表岩石的抗拉伸能力，MPa,体积模量：,压力与体积相对变化之比，代表岩石的抗压能力，MPa,剪切模量：,剪切应力与剪切位移相对变化量之比，代表岩石的抗剪切能力，MPa,出砂指数：,代表岩石的强度，值越大，岩石越稳定，越
8、不易出砂。砂泥岩地层，BULK3,正常压力下生产不会出砂，2BULK3，少量出砂，BULK2，出砂较多。,斯伦贝尔比：,代表岩石的强度，值越大，岩石越稳定，越不易出砂。,裂缝指数：,代表岩石的裂缝发育程度，值越大，岩石裂缝越发育，越容易压裂。,式中：地层岩石密度，g/cm3 ；DTC、DTS地层纵、横波时差，s/ft,径向应力 切向应力 初始剪切 应力,杨氏模量 剪切模量 体积模量,纵、横、斯通利波时差,井径、GR,泊松比 速度比 破裂压力梯度,一、概述 二、原地应力分布的基本规律 三、原地应力的测量及计算 四、地应力研究在油田开发中的应用,主要内容,地应力研究在油田开发中的主要应用,1、优化
9、设计注采井网，提高采收率； 2、确定合适的油层套管，避免油水井生产过程 中发生套管变形，以致造成生产井报废； 3、优化钻井设计方案，降低钻井工程事故； 4、优化设计压裂施工方案，防止油井暴性水淹， 改善压裂效果； 5、确定最佳注水压力，提高注水效率，降低含 水上升率。,井网部署,优化井网设计,矩形井网,目前认为矩形井网更适合于低渗透油藏开发。,岩石机械力学特性和井眼稳定性分析,利用正交偶极声波测井资料计算地层岩石力学参数，估算地层机械强度，设计理想泥浆比重，达到最理想的油层保护。,优化钻井设计,优化压裂设计,地应力相对大小与压裂缝的关系： 压裂裂缝总是产生于强度最弱、阻力最小的方向，即岩石破裂
10、面总是在垂直于最小主应力的方向、平行于中间应力的方向、并延最大主应力方向延展。,1、当xyz或 yxz ，压裂产生水平裂缝。 2、当zxy，压裂产生垂直裂缝、主延展方向为垂向。 3、当xzy，压裂产生垂直裂缝、主延展方向为最大水平应力方向。 4、当xyz，压裂时，可能产生水平裂缝或垂直裂缝。,八面河油田地应力测井分析应用,另有：面古5、面138-19、面120-6进行了交叉偶极测井，做了岩石力学参数计算。,面14-12-斜35地层倾角资料地应力分析,井段788-806米，椭圆井眼长轴方向170-350，最小水平主应力方向170-350。 井段826-839米，椭圆井眼长轴方向15-195，最小
11、水平主应力方向15-195。,面14-12-斜35地层倾角资料地应力分析,井段911-1024米，椭圆井眼长轴方向160-340，最小水平主应力方向160-340。,面14-12-斜35地层倾角资料地应力分析,井段1052-1156米，椭圆井眼长轴方向170-350，最小水平主应力方向170-350。,面古3井电成像测井资料井眼崩落法地应力分析,井段2080-2190米，椭圆井眼长轴方向25-205，最小水平主应力方向25-205。,面古3井钻井诱导缝发育特征图（2544-2550m）,井段2544-2550m：钻井诱导缝主要倾向5，走向为95-275。最大水平主应力方向95-275。,面古5
12、井电成像测井资料井眼崩落法地应力分析,井段850-946米、980-1018米，椭圆井眼长轴方向30-210，最小水平主应力方向30-210。 井段1020-1082米，椭圆井眼长轴方向45-225，最小水平主应力方向45-225。,面4-15井地层倾角资料地应力分析,井段1210-1260米椭圆井眼长轴方向135-315，最小水平主应力方向135-315。 井段1260-1302米，椭圆井眼长轴方向5-185，最小水平主应力方向8-185。,面4-15井地层倾角资料地应力分析,地层倾角6-8，倾向280。 1280-1285米有一构造现象。,面4-15井地层倾角资料构造分析,地层倾角3-4，倾向280。,面4-15井地层倾角资料构造分析,面4-15井 S41砂组沉积微相解释,滨浅湖滩坝 自然伽马呈漏斗型，反韵律 古水流方向（兰模式）： 南西西向 砂体加厚方向（滩坝中心）与其相反 滩坝走向与其垂直,面4-15井 S421砂组沉积微相解释,滨浅湖滩坝 自然伽马呈漏斗型，反韵律 古水流方向（兰模式）： 北西西向 砂体加厚方向（滩坝中心）与其相反 滩坝走向与其垂直,敬请领导和专家 提出宝贵意见！,