第五章地应力分析

500 m
W
Ⅲ 3
T
剖面位置示意图
6
B5
5
T′
2308000
2308000
2307000 20°51′
20°51′ 2307000
278000 108°52′
涠洲12-1油田区块划分位置图
280000 108°53′
108°54′
282000
108°55′
284000
10地应力
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
声发射数
凯塞尔效应法测定地应力的原理图
凯塞尔效应点
压应力
凯塞尔效应测定地应力取芯方法
45 度 45 度
岩样尺寸 2550 mm
试验装置及试验步骤
微机
Locan AT 声发射仪
声发射探头
MTS 伺服 增压器
压力 排量 伺服控制
MTS 控制器
供液 反馈
MTS 液压源
海拔（m）
-2100
F10
-2200 -2300 -2400 -2500 -2600 -2700 -2800 -2900 -3000 -3100
Φ508mm ×150 m
Φ339.73mm ×1650m
Φ244.48mm ×3180m
Φ140mm ×3500m
N2d：582 N1t:1182 N1s:1612
E2-3a:3127 E1-2z:3500
-
2 管理上 0 0 3 1 技术上 5 0
全日制日费监督制
旋转导向垂直钻 井 – PowerV
椭圆长轴方位
N
最大水平主应 力方位
E
BZ25-1-5井地应力频率图 最大水平主地应力方位N70E
椭圆长轴方位
BZ25-1构造地应力方位与临近区域比较结果
井号 BZ25-1-2 BZ25-1-5 BZ25-1-3 BZ28-1-1 BZ34-2-P3 BZ34-2-P5 QK17-2 QHD32-6 渤海北
典型的水力压裂试验曲线
破裂漏失
井 口
出现剪切 裂缝
停泵
压
力
裂缝重张
裂缝闭合
时间
利用水力压裂试验数据计算地应力：
P
H min
FCP
H max 3 H min Pp Pf St
St Pf Pr
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
NDS-PERFORM钻井 系统
地应力测定方法
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
应用成像测井确定地应力的方位 应用水力压裂资料确定地应力大小 Kaiser 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
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
v
最大地应力方向
H
h
成像测井测定地应力方向
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
井眼坍塌破坏形状 σh
σH
σH
σh
地应力测定方法
上覆岩层压力由密度测井曲线经积 分求出。
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；
F3
日产气:28187m3
W2Ⅳ
W2Ⅴ W2Ⅵ
14mm 日产油:328m3 日产气:43166m3
W
Ⅳ 2
W
Ⅴ 2
W2Ⅵ
SSE
F2
-2700 -2800 -2900 -3000
W3Ⅲ （TVD:2812.57m）
图 例 正断层
油层 水层 干层
0
250
12mm 日产油:94m3 日产气:少量 （TVD:3031.10m）
9
8.8
W12-1-6井双井径测井C1-3臂井径方位
2480
W Z251802 - 1 - 6 井双井 268径 0 测井曲线 2780
斜深（米）
C1-3臂井径 C2-4臂井径 钻头直径
井径（英寸）
8.6
8.4
8.2
8 2380
2480
2580
2680
斜深（米）
2780
C2-4臂井径>钻头直径 C1-3臂井径<钻头直径
20°49′ 2303000
h
108°52′ 278000
南
块
0 0.5 1.0 km
最大水平主地应力方向N100E左右
108°53′ 280000
108°54′
282000
108°55′
284000
108°56′
286000
2302000
2302000
WZ12－1北油田地应力方向分析
非均匀地应力作用下井壁坍塌 WZ12-1-6井壁崩落椭
W3Ⅲ
W3Ⅲ (TVD:2812.57m)
(TVD:3120.00m)
例
？
0
500
1000 m
T
干 层 可能油层
正断层
剖面位置示意图
T′
6
B5
5
海拔（m）
-2200 F4
-2300
-2400
-2500
W2Ⅵ
-2600
涠洲12-1油田北块B5井~5井油藏剖面图
B5井
5井
F9
F82
10mm 日产油:211m3
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（PISIP）：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0.1～7MPa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。
椭圆井眼短轴方位（C1-3臂）：N30°E
2880
2880
2980
2980
键槽
C2-4 C1-3
井眼
井眼椭圆长轴方位 N120°E，与井眼 方位（N118°E） 一致，且短轴小于 钻头直径，键槽。
涠洲12－1－1井地层倾角测井数据统计表
井段（米） 1447－1462 1462－1486 1493－1500 1560－1567 1570－1574 1585－1675 1690－1790 1947－1950 1996－2000 2285－2295 2650－2675 2805－2890
地应力测量技术及分布规律
有关地应力的内容
地应力的概念 地应力的来源 地应力的测量方法 地应力区域分布规律的数值模拟 地应力纵向分布规律
地应力的概念:
地应力：地下某深度处岩石受到的周围岩体对它的 挤压力。
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。
F11
N3
N1
WZ12-1-6
F4
F9 N2
F82 N1b
WZ12-1-B5
F81
N1a
F3
WZ12-1-5
F2
v
中块3井区
H
F1
F5
最大水平
主地应力
FA 中块4井区
F2A
2306000
2306000
2305000 20°50′
20°50′ 2305000
2304000
2304000
2303000 20°49′
E2-3a:2858m E1-2z:3484m
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°
中完位置2442m
N2d:200m N1t:720m N1s:1398m E2-3a:2837m E1-2z:3876m K2d:4200m
测量深度 2013－2042 1575－1659 1800－2470 1495－3100 1968－3180 1789－1911 1815 1305 1000－2000
油层
NNW
图 水层
涠洲12-1油田北块6井~B5井油藏剖面图
6井
B5井
F5
F81
W
Ⅳ 2
12mm 日产油:175m3 日产气:3039m3
W
Ⅴ 2
19mm
日产油:675m3
F3
日产气:52722m3
10mm 日产油:211m3 日产气:28187m3
W2Ⅳ
W2Ⅴ
？ ？
？ ？
W2Ⅵ
F4
W2Ⅵ W3Ⅲ
F11
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
N2d:506m N1t:1250m N1s:1812m
E2-3a:3067m E1-2z:4128m
K2d:4360m
506-1854m倾角52-55゜，南倾
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
不同构造区域、不同性质地层地应力大小不同。
地应力大小表示方法
H
v
hmin
地表
hmax
地应力的来源：
上覆岩体的自重； 地质构造运动产生的构造应力； 地温梯度的不均匀性和地层中的水压梯
度。
N2d:502m N1t:1136m N1s:1820m
倾角测井界面1:1960-1980m 倾角测井界面2:2240-2290m
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
h
地应力相对大小：
v H h
最大水平地应力大致方位：N600-750E
H
N
最大水平主应 力方位
E
BZ25-1-2井地应力方位频率图 最大水平主地应力方位N65-70E
Kaiser 效应法测定W12-1油田地应力结果
井号
井 深 (m)
岩芯方向
围压(MPa) 凯塞尔点读数 当量梯度（g/cm3）
水平 0o 方向
10
0.25
1.65
W12-1-6 井
2531.46
水平 45o 方向
10
0.28
1.76
水平 90o 方向
10
0.32
2.00
水平 0o 方向
10
0.32
W12-1-1北油田地应力方位的初步确定
WZ12-1-6井双井径确定的最大地应力方向：N30E WZ12-1-1井1800米以上井段最大地应力方向：N50E
1800米以下井段最大地应力方向：N140E 根据断层走向确定的最大地应力方向：N100E左右 W12-1-1井地层倾角测井数据确定的主地应力方位， 数据比较完整、可靠。 在本阶段的涠二段坍塌压力分析中，我们采用了 W12-1-1井1800米以上的最大水平地应力方向N50E：
2.6
220－230
14.5
12.3
2.2
45－55
16.5
12.3
4.3
50－60
17.5
12.3
5.2
225－235
14.8
12.3
2.5
220－235
14.2
12.3
1.9
220－240
WZ12-1-1井 1800－2890米 井段水平主地应力方位图 （N140E）
H
H
WZ12-1-1 井1400－1800米井段 水平主地应力方位图（N50E）
本井1490米以上测量段，地层倾角因井眼等影响因素造成 5401490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。
1530-1632m，倾角55 ゜，倾向南偏东5゜ 1632-1642m，倾角54↘4゜，倾向南偏东5 ゜ 1676-1900m，倾角56-58 ゜，倾向南偏东4 ゜
一三臂井径（in） 二四臂井径（in） 井径差值（in） 一号臂方位（度）
12.3
14.5
2.3
230－240
12.3
13.8
1.5
230－250
12.3
14.2
1.9
240－250
12.3
14.1
1.8
230－235
12.3
14.1
1.8
230－250
12.3
15.2
2.9
225－235
12.2
14.8
将形成椭圆形井眼，椭圆井眼
圆长轴方位
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(MD:2380～2980m)
井眼椭圆长轴方位 N120°E
是由非均匀地应力造成的井壁 坍塌而形成的椭圆井眼吗？
C1-3臂井径方位角
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 2380
2.08
W12-1-6 井
2447.44
水平 45o 方向
10
0.28
1.86
水平 90o 方向
10
0.24
1.65
井号 W12-1-6 井 W12-1-6 井
井 深 (m) 最大水平主地应力（g/cm3） 最小水平主地应力（g/cm3）
2531.46
2.02
1.64
2447.44
2.08
1.65
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