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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流体压力地温梯度引
2、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=0.2-0.8,中国原地应力的分区性,西南
3、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
4、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，最小水平主应力方向170-350。井段826-839米，椭圆井眼长轴方向15-195，最
5、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2630-2633m：钻井诱导缝主要倾向345，走向为75-255。最大水平主应力方向7
6、5-255。,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/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，M
7、pa；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
8、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
9、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
10、，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
11、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
12、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！,
