地应力测量及有效应用

1、地应力测量及有效应用地应力测量及有效应用一、概述一、概述二、原地应力分布的基本规律二、原地应力分布的基本规律三、原地应力的测量及计算三、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四、地应力研究在油田开发中的应用基本概念基本概念天然应力：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。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，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。工程建设扰动后的岩体应力称为次生应力、二

2、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。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。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。 总分类依据总分类依据分类分类定义定义地质年代地质年代古地应力泛指燕山运动前，或某一地质时期以前的地应力现地应力目前变化或正在变化的应力成成因因原地应力重力上覆岩层重力引起的地应力分量（或产生）的应力构造应力由构造运动产生的变形形成的各种构造行迹等热应力

3、由温度变化在岩体内部引起的内应力增量扰动应力由于地表地下开采引起原地应力改变所产生的应力应力应力方向方向垂向主应力由重力应力构成、基本上呈垂直向的主应力水平主应力由地壳中岩石侧向应力和水平构造应力构成、基本上呈水平向的主应力地应力分类地应力分类地应力分类地应力分类原地应力的来源原地应力的来源上覆岩体的自重压力上覆岩体的自重压力地层构造运动产生的构造应力地层构造运动产生的构造应力地层中的孔隙流体压力地层中的孔隙流体压力地温梯度引起的地温应力地温梯度引起的地温应力一、概述一、概述二、原地应力分布的基本规律二、原地应力分布的基本规律三、原地应力的测量及计算三、原地应力的测量及计算四、地应力研究在油田

4、开发中的应用四、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的分布基本规律中国原地应力的分区性中国原地应力的分区性 西南面受印度洋板块向西南面受印度洋板块向NNENNE挤压挤压 东面受太平洋板块向东面受太平洋板块向WW俯冲俯冲 南面受菲律宾板块向南面受菲律宾板块向N N俯冲俯冲 北面受西伯利亚板块阻挡北面受西伯利亚板块阻挡一、概述一、概述二、原地应力分布的基本规律二、原地应力分布的基本规律三、原地应力的测量及计算三、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测量及计算原地应力的确定原地应力的确定水力压裂法水力

5、压裂法shprpstpfhHpppSpp33rftppS地应力方向的测井研究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地层倾角双井径测井资料 利用成像测井资料利用成像测井资料 利用偶极声波测井资料利用偶极声波测井资料井壁崩落法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。井壁崩落椭圆，其长轴方向与最小水平主应力平行。确

6、定井壁崩落的基本准则：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；）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；）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。）当井斜时，扩径的长轴方向不能与井眼的高边方位一致。面面14-12-斜斜35地层倾角资料地应力分析地层倾角资料地应力分析井段井段788-806788-806米，椭圆井眼长米，椭圆井眼长轴方向轴方向170-350170-350，最小水平主，最小水平主应力方向应力方向170-350170-350。井段井段826-83982

7、6-839米，椭圆井眼长米，椭圆井眼长轴方向轴方向15-19515-195，最小水平主，最小水平主应力方向应力方向15-19515-195。利用成像测井资料地应力分析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。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钻井诱导缝在成像图上为一组平行且呈180180 对称的高角度裂缝。这对称的高角度裂缝。这组裂缝的走向即

8、为现今最大水平主应力的方向。组裂缝的走向即为现今最大水平主应力的方向。面古面古3 3井钻井诱导缝发育特征图（井钻井诱导缝发育特征图（2544-25502544-2550 ） 井段井段2544-2550m2544-2550m：钻井：钻井诱导缝主要倾向诱导缝主要倾向5 5，走向，走向为为9595-275-275。最大水平主。最大水平主应力方向应力方向9595-275-275。面古面古3 3井钻井诱导缝发育特征图（井钻井诱导缝发育特征图（2630-26332630-2633 ） 井段井段2630-2633m2630-2633m：钻井：钻井诱导缝主要倾向诱导缝主要倾向34345 5 ，走，走向为向为7

9、575- -25255 5。最大水平。最大水平主应力方向主应力方向7 75 5- -25255 5 。XXXXXX井钻井诱导缝发育特征图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横波。质

10、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。大水平主应力的方向。地应力大小的测井研究地应力大小的测井研究地应力计算数学模型：地应力计算数学模型：ppvHHppvhhHvPPEKPPEKgdhh1111)(0式中：式中：v v、h h 、H H 垂直应力、最小水平应力、最大水平应力，垂直应力、最小水平应力、最大水平应力，MPaMPa； 地层岩石密度，地层岩石密度，g/cmg/cm3 3 ；g g重力加速度，重力加速度，m/sm/s

11、2 2；h h深度变量，深度变量，m m； 地层岩石的泊松比；地层岩石的泊松比；E E地层岩石的杨氏模量，地层岩石的杨氏模量，MpaMpa； 地层孔隙压力贡献系数；地层孔隙压力贡献系数；P Pp p计算深度处的地层孔隙压力，计算深度处的地层孔隙压力，MpaMpa； K Kh h最小水平应力方向的构造应力系数；最小水平应力方向的构造应力系数； K KH H最大水平应力方向的构造应力系数；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地应力大小的测井研究岩石力学参数计算：岩石力学参数计算：DTCDTSa/)143(222aaDTSE134002DTCBULK横纵比：横纵比：泊松比：泊松比：岩

12、石横向相对压缩与纵向相对伸长之比岩石横向相对压缩与纵向相对伸长之比杨氏模量：杨氏模量：)21 ( 3EK) 1(2) 2(22aa岩石的拉伸应力与拉伸应变之比，代表岩石的抗拉伸能岩石的拉伸应力与拉伸应变之比，代表岩石的抗拉伸能力，力，MPaMPa体积模量：体积模量：压力与体积相对变化之比，代表岩石的抗压能力，压力与体积相对变化之比，代表岩石的抗压能力，MPaMPa剪切模量：剪切模量：)1 ( 2EG剪切应力与剪切位移相对变化量之比，代表岩石的抗剪切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，能力，MPaMPa出砂指数：出砂指数：GKR代表岩石的强度，值越大，岩石越稳定，越不易出砂。

13、砂泥代表岩石的强度，值越大，岩石越稳定，越不易出砂。砂泥岩地层，岩地层，BULK3,BULK3,正常压力下生产不会出砂，正常压力下生产不会出砂，2BULK32BULK3，少量，少量出砂，出砂，BULK2BULKy yz z或或 y yx xz z ，压裂产生水平裂缝。，压裂产生水平裂缝。2 2、当、当z zx xy y，压裂产生垂直裂缝、主延展方向为垂向。，压裂产生垂直裂缝、主延展方向为垂向。3 3、当、当x xz zy y，压裂产生垂直裂缝、主延展方向为最大水平应力方向。，压裂产生垂直裂缝、主延展方向为最大水平应力方向。4 4、当、当xyzxyz，压裂时，可能产生水平裂缝或垂直裂缝。，压裂时

14、，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八面河油田地应力测井分析应用序号序号井名井名测井项目测井项目测量井段测量井段m m椭圆井眼长椭圆井眼长轴方向轴方向最小水平主应最小水平主应力方向力方向备注备注1面古3电成像1994279325-20525-2052面古5电成像550-119430210302103面137-斜9地层倾角890-144045-22545-2254角斜30地层倾角1560-2596110-290110-2905面14-12-斜35地层倾角800-1340170-350170-3506面4-15地层倾角1200-15395-1855-185椭圆井眼不明显另有：

15、面古另有：面古5 5、面、面138-19138-19、面、面120-6120-6进行了交叉偶极测井，做了岩石力学参数计算。进行了交叉偶极测井，做了岩石力学参数计算。面面14-12-斜斜35地层倾角资料地应力分析地层倾角资料地应力分析井段井段788-806788-806米，椭圆井眼长米，椭圆井眼长轴方向轴方向170-350170-350，最小水平主，最小水平主应力方向应力方向170-350170-350。井段井段826-839826-839米，椭圆井眼长米，椭圆井眼长轴方向轴方向15-19515-195，最小水平主，最小水平主应力方向应力方向15-19515-195。面面14-12-斜斜35地层

16、倾角资料地应力分析地层倾角资料地应力分析井段井段911-1024911-1024米，椭圆井眼米，椭圆井眼长轴方向长轴方向160-340160-340，最小，最小水平主应力方向水平主应力方向160-340160-340。面面14-12-斜斜35地层倾角资料地应力分析地层倾角资料地应力分析井段井段1052-11561052-1156米，椭圆井米，椭圆井眼长轴方向眼长轴方向170-350170-350，最，最小水平主应力方向小水平主应力方向170-170-350350。面古面古3井电成像测井资料井眼崩落法地应力分析井电成像测井资料井眼崩落法地应力分析井段井段2080-21902080-2190米，椭

17、圆井眼米，椭圆井眼长轴方向长轴方向25-20525-205，最小水，最小水平主应力方向平主应力方向25-20525-205。面古面古3 3井钻井诱导缝发育特征图（井钻井诱导缝发育特征图（2544-25502544-2550 ） 井段井段2544-2550m2544-2550m：钻井：钻井诱导缝主要倾向诱导缝主要倾向5 5，走向，走向为为9595-275-275。最大水平主。最大水平主应力方向应力方向9595-275-275。面古面古5井电成像测井资料井眼崩落法地应力分析井电成像测井资料井眼崩落法地应力分析井段井段850-946850-946米、米、980-1018980-1018米，椭圆井米，

18、椭圆井眼长轴方向眼长轴方向30-21030-210，最小水平主应力方，最小水平主应力方向向30-21030-210。井段井段1020-10821020-1082米米，椭圆井眼长轴方，椭圆井眼长轴方向向45-22545-225，最小，最小水平主应力方向水平主应力方向45-22545-225。面面4-15井地层倾角资料地应力分析井地层倾角资料地应力分析井段井段1210-12601210-1260米椭米椭圆井眼长轴方向圆井眼长轴方向135-135-315315，最小水平主，最小水平主应力方向应力方向135-315135-315。井段井段1260-13021260-1302米米，椭圆井眼长轴方，椭圆井眼长轴方向向5-1855-185，最小，最小水平主应力方向水平主应力方向8-8-185185。面面4-15井地层倾角资料地应力分析井地层倾角资料地