地应力场研究

地应力场研究方法
地应力场研究方法
具体应用时需要根据实测地应力方向（θ）、最大水 平应力（σH ）、最小水平应力（σhቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ）求出相应的 应力分量σx 、σy 、τxy ，然后根据约束条件下n 维极值的复形调优法建立上述问题的求解方法，根据 确定的方法进行正演计算获得地应力场的分布。
地应力场研究方法
利用应力场模拟结果和盆地实际地质资料进行对比，并进行综合分析 验证
地应力场研究现状
1997年许才军根据弹性理论的叠加原理，研究了有限元分析中的单元 划分问题。通过有限元结点位移反演边界力系数与理论边界力系数进 行比较来判别断裂区单元划分是否合理，应用模拟数据定量分析了二 维和三维有限元法的单元划分，为有限元法在地质力学研究中的实际 应用提供参考依据。
地应力场研究现状
在油气开采过程中: 一方面，由于孔隙流体压力的变化，要引起岩石骨架应力的变化，由此导 致油气藏的物性参数，特别是孔隙度、渗透率的变化； 另一方面，这些变化又反过来影响孔隙流体的流动和孔隙流体的压力分布。 也就是说，在油气藏的开采过程中，存在着岩石的变形与其内部孔隙流体 的流动的相互作用。因此，在许多情况下必须考虑流体在多孔介质中流动 规律及其对岩石本身的变形或强度造成的影响，即应考虑岩体内应力场和 渗流场之间的相互耦合作用。因此，地应力的计算还有待进一步完善
地应力场研究现状
到目前为止，地应力的确定方法可以分为四大类：
利用资料进行定性分析，如火山喷道、断层类型、油井井眼稳定情况、 区域应力场、地形起伏、地质构造、震源机制等；
矿场应力测试，如水力压裂应力测试，井壁崩落地应力反演； 岩心测试，如差应变分析、波速各向异性测定、滞弹性应变分析、声
发射(Kaiser效应)测定等；
油气田地应力场研究
地应力场的提出
构造应力是因构造外力作用而产生的地质体内单位面积上的内力， 其空间分布即为构造应力场 （地应力场），从时间上分为古地应 力场和现今地应力场
水力压裂裂缝的形态受现今应力场的控制。
地应力在油藏开发中的应用
在油藏改造中的应用 在钻井工程中的应用 在定向井优化设计中的应用 在油藏出砂分析中的应用 在油田套损研究中的应用
地应力场研究现状
2001年乔向阳运用多种方法确定了巴喀油田现代最大主应力 的方向，利用水力压裂资料估算了3个方向主应力的大小及分布 规律，力图客观真实地反映出巴喀油田现今地应力的状况，并 简单阐述了裂缝与古今地应力的关系及在不同开发时期的作用。 在此基础上，结合巴喀油田的生产情况，提出了有关井网调整、 压裂改造和注水的一些看法 2002年王衍森根据应力解除法地应力测量的基本原理，提出 了可适用于非理想岩性岩体的基于岩体三维有限元模型的地应 力求解方法，避开了复杂的解析公式的推导，直接由数值试验 确定系数矩阵，因而可解决各向异性、非连续性等非理想性质 岩体地应力的测量求解问题；并采用ANSYS程序进行了数值模拟 实验，实验结果表明该方法是可行的
地应力场研究现状
对渗流中流固耦合的研究，最早来源于土固结理论的需要 1925年，Terzaghi提出了饱和土的一维固结理论，他首先将可变形、 饱和的多孔介质中流体作为流动--变形的耦合问题，提出了有效应力的概 念，并建立了一维固结模型，它在土力学中得到了广泛的应用。1943年 Terzaghi又将自己的一维固结理论推广到三维。
地应力计算，如地应力场有限元数值模拟、地应力测井解释、钻进参 数反演等
地应力场研究现状
定时
定向
多学科、多手段地获取含油气盆地及其外围地区构造应力场的有关数据
定量
岩石物性参数
通过对盆地和区域地质构造、发育历史进行系统的研究和综合分析，建立力学模型
以上述各种实测构造应力数据为约束条件，用边界载荷调整有限单元法对构造应力场进 行数值模拟，即通过对边界条件及各种物理参数的多次调试，使数值模拟结果逼近实测 的构造应力数据，从而实现对整个含油气盆地进行构造应力场数值模拟的结果
1997年蔡美峰应用三维有限元拟合方法，根据实测地应力资料，对某 金矿的地应力场分布规律进行了研究，提出了结构面结点偶对分析原 理和方法，用以正确模拟断层对地应力场分布的影响。分析表明，计 算结果与实测值接近程度非常好，说明通过三维有限元拟合方法建立 的矿区地应力场分布模型具有较高的精度，用有限元方法模拟计算地 应力场是可行的 。
主应力方向图(黄色为最大主应力，蓝色为最小主应力)
地应力场研究方法
地应力场研究方法
地应力场研究方法
地应力场研究方法
根据两相渗流与孔隙介质变形耦合理论，研究注采过 程中岩体与油、水的耦合作用机理通过实验和理论研 究，建立三维油水两相流固耦合计算地应力数学模型， 以油田地质和开发实际数据作为计算输入，通过三维 地应力场数值模拟系统计算得出油田注采开发时的应 力场在空间的分布和时间上的动态变化情况
地应力场研究现状
小结 国内外对地应力场做了大量的研究工作，取得了重要成果。到
目前为止，国内外的研究已开始综合考虑渗流、应力和温度场三者之 间的关系，并建立了相关的耦合模型。
但也存在一些问题，到目前为止，对三维流固耦合求解方法上还 有待进一步研究，选择合理的求解方法来解决地层尺寸和井口尺寸的 巨大差异造成的计算困难。
1990 年 ， Kelkar 和 Zyvoloskil 对 裂 缝 岩 体 中 的 流 固 耦 合 问 题 ， 用 Galerkin方法进行了数值模拟
地应力场研究现状
1994年刘从彪针对目前油藏应力场数学模型为二维模型，没有考虑岩 石重力对应力场的影响，计算温度时只考虑了地层中的热传导，而对油藏 开发过程中油、气、水三相压力变化对岩石应力的影响以及油、气、水在 多孔岩石中流动所导致的温度变化以及油藏温度变化对油藏应力场的影响 也未加考虑等问题。建立了油藏三维地应力场的数学模型。在此模型中， 岩石为弹塑性介质，模型考虑了油藏开发过程中温度变化和油、气、水三 相流体压力的变化以及岩石的自重对应力的影响。计算温度时考虑了热传 导以及流体在多孔介质中的对流换热。在计算流体压力时，考虑了油、气、 水三相压力。