分层地应力剖面分析软件

1、四、分层地应力剖面分析技术四、分层地应力剖面分析技术 五、分层地应力剖面分析软件（五、分层地应力剖面分析软件（MLSPMLSP）介绍）介绍 二、岩石的力学特性二、岩石的力学特性 前前 言言一、地应力理论研究进展一、地应力理论研究进展三、地应力计算模式三、地应力计算模式 低渗透油田开发始终是关系我国石油、天然气低渗透油田开发始终是关系我国石油、天然气工业发展水平的重要组成部分。在美国有近工业发展水平的重要组成部分。在美国有近30%的的原油产量是通过压裂获得的，国内低渗油气田的产原油产量是通过压裂获得的，国内低渗油气田的产量和通过水力压裂改造获得的产量都在逐年迅速增量和通过水力压裂改造获得的产量都

2、在逐年迅速增加。但是经过水力压裂后的油气水井，由于受当时加。但是经过水力压裂后的油气水井，由于受当时压裂工艺、材料、设备工具的限制，规模欠小，材压裂工艺、材料、设备工具的限制，规模欠小，材料选用不当，设备功率有限等原因会导致水力裂缝料选用不当，设备功率有限等原因会导致水力裂缝导流能力大幅降低而逐渐失去作用；有些井由于井导流能力大幅降低而逐渐失去作用；有些井由于井层选择不当或作业方面原因也未能有效，对这类油层选择不当或作业方面原因也未能有效，对这类油气井，为了获得高产和经济的开采效益，必须要进气井，为了获得高产和经济的开采效益，必须要进行重复压裂。行重复压裂。 地应力是油气藏工程、油气勘探与钻井

3、、采油地应力是油气藏工程、油气勘探与钻井、采油气工程方案设计的基础数据，在注采井网的布置、气工程方案设计的基础数据，在注采井网的布置、钻井过程井壁的稳定性、地层破裂压力的预测、定钻井过程井壁的稳定性、地层破裂压力的预测、定向井及水平井井身轨迹的设计与控制、油层改造措向井及水平井井身轨迹的设计与控制、油层改造措施中裂缝的方位与几何尺寸的预测、油气水井套管施中裂缝的方位与几何尺寸的预测、油气水井套管损坏的预测及预防、油气井防砂预测等都离不开地损坏的预测及预防、油气井防砂预测等都离不开地应力数据。应力数据。 开展压裂技术理论的研究，尤其是进行地应力开展压裂技术理论的研究，尤其是进行地应力的研究和岩石

4、力学的研究，加强压裂新裂缝造缝机的研究和岩石力学的研究，加强压裂新裂缝造缝机理、延伸规律的研究，对于指导大量的重复压裂施理、延伸规律的研究，对于指导大量的重复压裂施工，提高其工艺可行性和经济可行性，进一步提高工，提高其工艺可行性和经济可行性，进一步提高低渗透油气藏开发水平，具有重要的现实意义和长低渗透油气藏开发水平，具有重要的现实意义和长远意义。远意义。 地应力研究主要应用于如下方面：地应力研究主要应用于如下方面：1、研究地应力分量之间的关系确定水力压裂裂缝的形态。、研究地应力分量之间的关系确定水力压裂裂缝的形态。2、研究区域构造应力的变化更好的了解构造在不同地质时期、研究区域构造应力的变化更

5、好的了解构造在不同地质时期形成条件。形成条件。3、通过地应力方向测量，明确地应力与天然裂缝的关系、通过地应力方向测量，明确地应力与天然裂缝的关系,或或者说是天然裂缝与水力裂缝的关系者说是天然裂缝与水力裂缝的关系,为压裂方案优化设计提供为压裂方案优化设计提供了依据了依据.4、为压裂开发井网的优化布置提供依据、为压裂开发井网的优化布置提供依据.5、地应力数值为压裂施工参数的优选、裂缝参数的预测、压、地应力数值为压裂施工参数的优选、裂缝参数的预测、压裂材料的选择提供了依据。裂材料的选择提供了依据。6、分层地应力剖面的研究为压裂裂缝缝高的预测及控制提供、分层地应力剖面的研究为压裂裂缝缝高的预测及控制提

6、供了基础。了基础。7、地应力测量也为钻井和气井的生产管理提供了依据。、地应力测量也为钻井和气井的生产管理提供了依据。 本课题研究内容：本课题研究内容：（1）研究由测井资料进行地应力计算的方法。）研究由测井资料进行地应力计算的方法。（2）研究岩石力学参数的计算方法。）研究岩石力学参数的计算方法。（3）建立岩石力学参数计算模型。）建立岩石力学参数计算模型。（4）建立分层地应力剖面分析数学模型。）建立分层地应力剖面分析数学模型。（5）提供地应力剖面分析和计算方法。）提供地应力剖面分析和计算方法。四、分层地应力剖面分析技术四、分层地应力剖面分析技术 五、分层地应力剖面分析软件（五、分层地应力剖面分析软

7、件（MLSPMLSP）介绍）介绍 二、岩石的力学特性二、岩石的力学特性 前前 言言一、地应力理论研究进展一、地应力理论研究进展 三、地应力计算模式三、地应力计算模式 地应力是由上覆岩层压力和地质运动等因素产生地应力是由上覆岩层压力和地质运动等因素产生的，地应力数据可以通过测量或计算的方式获取。到目的，地应力数据可以通过测量或计算的方式获取。到目前为止，已发展了多种地应力测量技术，分前为止，已发展了多种地应力测量技术，分岩心测试岩心测试和和矿场测试矿场测试两类。但地应力测量需要专用设备，一般需要两类。但地应力测量需要专用设备，一般需要油井停产，费用高，难度大，不能大面积推广，而且不油井停产，费用

8、高，难度大，不能大面积推广，而且不能获得沿深度连续的剖面。地应力与岩石的弹性特性密能获得沿深度连续的剖面。地应力与岩石的弹性特性密切相关，可以利用声波测井资料等计算岩石弹性参数，切相关，可以利用声波测井资料等计算岩石弹性参数，这就为地应力剖面的连续计算创造了条件。这就为地应力剖面的连续计算创造了条件。 国外从八十年代初期便在低渗透油气田的开发国外从八十年代初期便在低渗透油气田的开发中加强地应力研究和应用，尤其是美国能源部在八中加强地应力研究和应用，尤其是美国能源部在八十年代进行的现场试验项目十年代进行的现场试验项目“对井试验场对井试验场MWXMWX”“阶段试验场阶段试验场SFESFE”，对地应

9、力的测量和应用，对地应力的测量和应用技术进行了系统的研究和应用；技术进行了系统的研究和应用； 国内从九十年代初期中国石油天然气总公司组国内从九十年代初期中国石油天然气总公司组织国内主要的研究应用单位开展了织国内主要的研究应用单位开展了“地应力测量及地应力测量及其在油气田开发中的应用其在油气田开发中的应用”攻关，推动了地应力测攻关，推动了地应力测量及应用技术在我国油气田开发中的应用。量及应用技术在我国油气田开发中的应用。 地应力模式为能反映地应力物理本质和实际规律的地应力模式为能反映地应力物理本质和实际规律的计算公式，大家习惯上称之为地应力模式或计算模型。计算公式，大家习惯上称之为地应力模式或计

10、算模型。到目前为止，人们已提出了一些地应力模式，取得了显到目前为止，人们已提出了一些地应力模式，取得了显著的进展。著的进展。 普遍采用以垂向应力为主应力且等干上覆岩层重量普遍采用以垂向应力为主应力且等干上覆岩层重量的假设，发展了多种计算模式。例如，莫尔库仑以莫的假设，发展了多种计算模式。例如，莫尔库仑以莫尔库仑破坏准则建立了尔库仑破坏准则建立了莫尔库仑地层破坏模式莫尔库仑地层破坏模式，即，即假设地层最大原地剪应力是由地层的抗剪强度决定的。假设地层最大原地剪应力是由地层的抗剪强度决定的。此模式适合于比较疏松的砂岩地层，但由于其假设条件，此模式适合于比较疏松的砂岩地层，但由于其假设条件，没有普遍的

11、意义。没有普遍的意义。发展最早的比较成熟的计算模式为发展最早的比较成熟的计算模式为单轴应变模式单轴应变模式，此模，此模式包含了金尼克模式、式包含了金尼克模式、MattewsMattews和和KeilyKeily模式、模式、AndersonAnderson模式。这类计算模式已经具备很大的实用性。模式。这类计算模式已经具备很大的实用性。19831983年石年石油大学黄荣樽教授在迸行地层破裂压力预测新方法的研油大学黄荣樽教授在迸行地层破裂压力预测新方法的研究中，提出了一个新的地应力计算模式，即究中，提出了一个新的地应力计算模式，即黄氏模式黄氏模式，可以解释我国常见的三向应力不等的现象，但该模式未可以

12、解释我国常见的三向应力不等的现象，但该模式未考虑岩石刚性对水平应力的影响。考虑岩石刚性对水平应力的影响。19881988年石油大学分析年石油大学分析了黄氏模式的不足提出了了黄氏模式的不足提出了组合弹簧模式组合弹簧模式，但此模式忽略，但此模式忽略岩石非线性特征，也未考虑热应力影响。岩石非线性特征，也未考虑热应力影响。 四、分层地应力剖面分析技术四、分层地应力剖面分析技术 五、分层地应力剖面分析软件（五、分层地应力剖面分析软件（MLSPMLSP）介绍）介绍 二、岩石的力学特性二、岩石的力学特性 前前 言言一、地应力理论研究进展一、地应力理论研究进展 三、地应力计算模式三、地应力计算模式 115 .

13、 02222pspstttt)1 (2 GEGtrocks2CKbulk12241()3rockpsKtt测得岩石的纵横波速度与岩石密度，计算岩石的相关力学特性参数。测得岩石的纵横波速度与岩石密度，计算岩石的相关力学特性参数。 剪切波速度与压缩波速度之比剪切波速度与压缩波速度之比: :这里这里 DTC DTC 和和 DTS DTS 分别指的是纵波传播时间和横波传播时间，分别指的是纵波传播时间和横波传播时间，单位是微秒单位是微秒/ /英尺。英尺。波松比波松比 (n) (n) 定义为定义为: :22DTCDTSR 222RR可直接计算杨氏模量可直接计算杨氏模量 (E),(E),单位是单位是1010

14、6 6psi:psi:2122R143134472RRDTCREb至少需要体积密度测井值至少需要体积密度测井值 (r(rb b) ) 及纵波传播时间值。及纵波传播时间值。 剪切模量剪切模量: G拉梅系数拉梅系数: l l综合模量综合模量: EsGE2 1lE11 2EGsl2剪切模量剪切模量拉梅系数拉梅系数杨氏模量杨氏模量泊松比泊松比体积模量体积模量已知参数特性已知参数特性计算参数特性计算参数特性 利用测井资料计算岩石力学参数是目前压裂利用测井资料计算岩石力学参数是目前压裂设计中岩石力学及应力剖面获取的通常做法，准设计中岩石力学及应力剖面获取的通常做法，准确计算需要三条曲线：确计算需要三条曲线

15、：ts, tc, b ， 而一般情况而一般情况具备横波资料的井有限，为了利用纵波资料计算具备横波资料的井有限，为了利用纵波资料计算分层应力剖面，需要建立纵波与波松比、杨氏模分层应力剖面，需要建立纵波与波松比、杨氏模量与纵波、岩石密度的相关关系，用于计算分层量与纵波、岩石密度的相关关系，用于计算分层岩石力学参数。岩石力学参数。四、分层地应力剖面分析技术四、分层地应力剖面分析技术 五、分层地应力剖面分析软件（五、分层地应力剖面分析软件（MLSPMLSP）介绍）介绍 二、岩石的力学特性二、岩石的力学特性 前前 言言一、地应力理论研究进展一、地应力理论研究进展三、地应力计算模式三、地应力计算模式 分层

16、应力是人工裂缝扩展的最关键的影响因素，它决定了裂缝在分层应力是人工裂缝扩展的最关键的影响因素，它决定了裂缝在纵向上的扩展。纵向上的扩展。11POBvHPP单轴应变模型单轴应变模型yyyxxxEExPOBHPP1构造应力构造应力/ /应变边界模型应变边界模型yxpOBHEPP211平面应变模型等平面应变模型等在理论分析和资料调研的基础上，提出了一新的在理论分析和资料调研的基础上，提出了一新的地应力模式。地应力模式。适用于水力压裂裂缝为垂直裂缝（最小地应力在水平适用于水力压裂裂缝为垂直裂缝（最小地应力在水平方向）的模式：方向）的模式：PTpvHPVHPTpvhPVhHVPTEPEKPPTEPEKP

17、gdhh11)()(111)()(1)(0适用于水力压裂裂缝为水平裂缝适用于水力压裂裂缝为水平裂缝( (最小地应力在垂直方最小地应力在垂直方向上向上) )的模式的模式 ：HPTpvHPVHhPTpvhPVhHVPTEPEKPPTEPEKPgdhh11)()(111)()(1)(0四、分层地应力剖面分析技术四、分层地应力剖面分析技术 五、分层地应力剖面分析软件（五、分层地应力剖面分析软件（MLSPMLSP）介绍）介绍 二、岩石的力学特性二、岩石的力学特性 前前 言言一、地应力理论研究进展一、地应力理论研究进展三、地应力计算模式三、地应力计算模式 许多低孔、低渗砂岩、砂砾岩、火成岩、变质许多低孔、

18、低渗砂岩、砂砾岩、火成岩、变质岩油气藏等，均需要靠水力或酸化压裂来提高油气岩油气藏等，均需要靠水力或酸化压裂来提高油气产量，但由于储层的复杂性，无法直接提供准确的产量，但由于储层的复杂性，无法直接提供准确的地层应力数据。特别是在全三维压裂设计软件广泛地层应力数据。特别是在全三维压裂设计软件广泛应用的今天，压裂设计往往是定性分析，缺乏准确应用的今天，压裂设计往往是定性分析，缺乏准确可靠的地应力分析结果，仅依靠现场判断，先进的可靠的地应力分析结果，仅依靠现场判断，先进的全三维压裂设计软件难以发挥其优势。全三维压裂设计软件难以发挥其优势。 地应力数据可以通过测量或计算的方式获取。地应力数据可以通过测

19、量或计算的方式获取。到目前为止，已发展了多种地应力测量技术，分岩到目前为止，已发展了多种地应力测量技术，分岩心测试和矿场测试两类。但地应力测量需要专用设心测试和矿场测试两类。但地应力测量需要专用设备，一般需要油井停产，费用高、难度大，不能大备，一般需要油井停产，费用高、难度大，不能大面积推广，而且不能获得沿深度连续的剖面。地应面积推广，而且不能获得沿深度连续的剖面。地应力与岩石的弹性特性密切相关，可以利用声波测井力与岩石的弹性特性密切相关，可以利用声波测井资料等计算岩石弹性参数，这就为地应力剖面的连资料等计算岩石弹性参数，这就为地应力剖面的连续计算创造了条件。续计算创造了条件。 四、分层地应力

20、剖面分析技术四、分层地应力剖面分析技术 五、分层地应力剖面分析软件（五、分层地应力剖面分析软件（MLSPMLSP）介绍）介绍 二、岩石的力学特性二、岩石的力学特性 前前 言言一、地应力理论研究进展一、地应力理论研究进展三、地应力计算模式三、地应力计算模式 根据油水井工程设计的需要，在理论研究的基础上根据油水井工程设计的需要，在理论研究的基础上开发出的分层地应力分析计算软件。使用该软件，可以开发出的分层地应力分析计算软件。使用该软件，可以直接提供准确可靠的地应力分析结果，为压裂设计、注直接提供准确可靠的地应力分析结果，为压裂设计、注水设计工程师提供岩石力学、裂缝延伸预测、极限注水水设计工程师提供

21、岩石力学、裂缝延伸预测、极限注水压力预测等决策依据。压力预测等决策依据。通过大量的试验测试和调研分析我们建立或筛选了通过大量的试验测试和调研分析我们建立或筛选了一些岩石力学与工程参数经验关系式，利用测井解释给一些岩石力学与工程参数经验关系式，利用测井解释给出的岩石弹性波速、孔隙度、泥质含量等参数可计算获出的岩石弹性波速、孔隙度、泥质含量等参数可计算获得地层岩石的力学与工程参数，如杨氏模量、泊松比、得地层岩石的力学与工程参数，如杨氏模量、泊松比、单轴抗压强度、抗拉强度、内聚力、内摩擦角、可钻性、单轴抗压强度、抗拉强度、内聚力、内摩擦角、可钻性、硬度等，在此基础上，进行地应力分析和井壁稳定性分硬度

22、等，在此基础上，进行地应力分析和井壁稳定性分析等工作。析等工作。 分层地应力分析计算软件集成了多年来岩石力学分层地应力分析计算软件集成了多年来岩石力学参数和地应力计算方面的研究成果，是适合油田开发参数和地应力计算方面的研究成果，是适合油田开发实际的一套实用性很强的软件。使用该软件，用户可实际的一套实用性很强的软件。使用该软件，用户可根据提供的测井数据文件绘制测井曲线图，从而确定根据提供的测井数据文件绘制测井曲线图，从而确定地应力及并壁稳定分析的井段范围，然后根据需要计地应力及并壁稳定分析的井段范围，然后根据需要计算岩石力学参数、工程参数以及破裂压力和坍塌压力算岩石力学参数、工程参数以及破裂压力

23、和坍塌压力等，最终绘制出地应力分析连续剖面图。等，最终绘制出地应力分析连续剖面图。该模块主要进行油气井数据的管理和该模块主要进行油气井数据的管理和测井曲线数据导入，软件支持各种测井文件。油气井数测井曲线数据导入，软件支持各种测井文件。油气井数据包括油气井基本数据、井位数据、岩性数据、井眼轨据包括油气井基本数据、井位数据、岩性数据、井眼轨迹数据等。迹数据等。该模块进行测井数据的预处理该模块进行测井数据的预处理和解释，主要包括深度和井径扩大校正、孔隙度、泥质和解释，主要包括深度和井径扩大校正、孔隙度、泥质含量和密度的计算等，并生成测井解释图，如下图含量和密度的计算等，并生成测井解释图，如下图1中中

24、所示。所示。 该模块主要进行计算地该模块主要进行计算地层岩石的力学与工程参数，如杨氏模量、泊松比、层岩石的力学与工程参数，如杨氏模量、泊松比、Biot系数、单轴抗压强度、抗拉强度、内聚力、内摩擦角、系数、单轴抗压强度、抗拉强度、内聚力、内摩擦角、可钻性、出砂指数等。可钻性、出砂指数等。 该模块进行分层地应力剖面分析计算，并绘制生成该模块进行分层地应力剖面分析计算，并绘制生成地应力剖面图。在分析评价之前，需要先选择合适的地地应力剖面图。在分析评价之前，需要先选择合适的地应力计算模式和破裂压力计算方法。在地应力计算模式应力计算模式和破裂压力计算方法。在地应力计算模式中，包含平面应变模型、构造应变模型、单轴应变模型中，包含平面应变模型、构造应变模型、单轴应变模型等。计算完成后，详细计算数据将输出到文本编辑软件等。计算完成后，详细计算数据将输出到文本编辑软件中，