• / 81
  • 下载费用:10 下载币  

06地应力测量及计算

关 键 词:
06 应力 测量 计算
资源描述:
1第 6章 田开发动态应力场的模拟方法2一、基本概念原地应力 (in :指钻井 ( 、 油气开采( 等活动进行之前 , 地层中地应力的原始大小 。 述3涉及到的一些重要概念:扰动应力:指钻井 、 油气开采等活动在地层中产生的地应力改变 。构造应力 (:由构造运动在岩体中引起的应力叫构造应力 。 在地质力学中常把构造应力叫做地应力 , 是指导致构造运动 、 形成各种构造形迹的那部分应力 。古地应力:古地应力指某一地质时期或某一重要地质事件以前的地应力 。现今地应力:现今地应力是目前存在的或正在活动的地应力 。 分析构造形迹形成机理主要涉及古地应力 , 而石油工程则主要关心现今地应力 。述4残余应力 ( :残余应力指除去外力作用以后 , 尚残存在岩石中的应力 。 这种残余应力很小 , 往往只有零点几兆帕 , 所以常忽略不计 。重力应力 ( :指由于上覆岩层 ( 的重量引起的地应力分量 , 特别指由于上覆岩层的重量产生的水平应力( 大小 。热应力: 热应力是指由于地层温度发生变化在其内部引起的内应力增量 , 热应力主要与温度的变化和岩石刚度和热学性质有关 。分层地应力 : 是指按地层分层分别给出不同层位的地应力值 , 非常重要的是给出相邻地层的应力差 。地应力场: 地应力在空间的分布情况 。述5二、地应力的分类1971年加拿大第七届岩石力学讨论会上,述6三 、 地应力的描述方法由于岩石经历了漫长的地质时期 , 并经受了多次复杂的构造运动 ( , 使得岩石的原地应力状态变得十分复杂 。为满足工程需要 , 一般认为原地应力状态由上覆岩层压力 ( 和两个水平方向的主应力( 组成 。述7假设构造运动不影响垂向原地应力,只产生水平方向的原地应力分量 ,则原应力状态可描述为:铅垂主应力(上覆岩层压力)最大水平主应力最小水平主应力其中, 为埋深为 (z gd (vH    11vh    21通常认为原地应力状态产生的原因有二:一是上覆岩层( 的重力;二是由构造运动( 产生的构造应力( 。述8考虑孔隙压力的影响,原地应力状态表示为: gd (  )(1 1   )(1 2 述9表 6地应力分类 (据李志明,张金珠 )分类依据 分 类 定 义地质年代古地应力 泛指燕山运动以前的地应力,有时也特指某一地质时期以前的地应力现今地应力 目前存在或正在变化的地应力成因原地应力重力应力 指由于上覆岩层的重力引起的地应力分量,特别指由于上覆岩层的重力所产生的应力构造应力在构造地质学研究中,构造应力是指导构造运动、产生构造变形、形成各种构造行迹的那部分应力;在油田应力场的研究中,构造应力常指由于构造运动引起的地应力的增量。 构造应力是导致水平方向两个主应力不相等的根本原因热应力 由于地层温度发生变化在其内部引起的内应力增量,热应力主要与温度的变化和岩石热学的性质有关扰动应力是指由于地表和地下加载或减载及开挖等,引起原地应力发生改变所产生的应力。在油田应力场的研究中,是指钻井、油气开采、注水、注气等在地层中产生的地应力增量应力方向垂向主应力 地壳中主要由重力应力构成、基本上呈垂直向的主应力水平主应力 主要由地壳中岩石侧向应力和水平向构造应力构成,述10一 ) 残余应力 ( 由于岩体的非均匀冷却 , 或者岩体虽然是均匀冷却的 , 但与其相邻的岩石单元的热膨胀系数却不相同 , 于是在岩体内部就会产生残余应力 ( 。岩石介质中各种局部的矿物变化也会引起残余应力的产生 。 岩体中的局部再结晶过程可能产生体积应变 。 矿物集合体含水量的变化 , 也会产生应变 ( 和残余应力 。要全面掌握岩层各组成部分的热力学历史和细微的地质进化过程,在目前实际是不可能的,因此残余应力问题仍然构成一种制约因素,使得基本力学原理或详尽的地质调查都无法对岩体中的应力状态做出准确预报。应力的成因及分布特点11二 ) 构造应力 (多次复杂的地壳运动 , 使地下产生了极其复杂的不同形态 、 不同方位 、不同性质 、 不同等级以及不同次序的构造形迹 , 就是说构造应力场实质上是随时间演化的 、 非稳定应力场 。按时期,构造应力场可划分为古构造应力场和现今构造应力场。就其研究范围而言,构造应力场又可分为局部构造应力场(某一构造单元的应力分布规律)、区域构造应力场(某一地区的应力分布规律)及全球构造应力场。由于构造应力的作用,使得原地应力状态发生很大的变化,最大水平地应力有可能超过上覆岩层压力。应力的成因及分布特点12构造应力的作用效果 应力的成因及分布特点13图 6构造应力的作用效果 应力的成因及分布特点14三 、 裂隙组及不连续面裂隙的存在影响着介质中应力的平衡状态,使得岩体的应力分布变得更加复杂。岩体断裂本质上是一种能量耗散与应力重新分布的过程。破碎后的应力状态可以由保持破裂面平衡条件的要求来确定,它与断裂前的应力状态( 没有什么关系。即从初始状态出发估计岩体周围应力状态是极其困难的。要成功地确定原地应力状态就必须有一个确定局部应力张量的方法。应力的成因及分布特点15二、 应力的成因及分布特点16地应力是在漫长的地质历史时期形成的 , 其影响因素较多 , 分布规律比较复杂 。 在我国 , 依据已积累的资料 , 对油田地应力的分布规律有以下认识 。一 ) 地质构造对地应力的影响1 、 局部应力场与区域构造应力场的关系中国大陆板块受到外部两个板块的推挤 , 即印度板块每年以 5 同时受到西伯利亚和菲律宾板块的约束 。 在这样的边界条件下 , 板块发生变形 。 据陈宗基的分析 , 可按行政区域划分 , 大致将我国分成三类地区:应力的成因及分布特点17① 强烈构造应力区:包括台湾 、 西藏 、 新疆 、 甘肃 、 青海 、 云南 、宁夏 、 四川西部等 。② 中等构造应力区:包括河北 、 山西 、 陕西关中地区 、 山东 、 辽宁南部 、 吉林延吉地区 、 安徽中部 、 福建 ─ 广东沿海地区及广西等 。③ 较弱构造应力区:包括江苏 、 浙江 、 湖南 、 湖北 、 河南 、 贵州 、四川东部 、 黑龙江 、 吉林及内蒙古的大部分地区 。根据李方全的分析 , 我国华北地区 , 以太行山为界 , 东西两个区域有较大的差别 。 太行山以东的华北平原及其周边地区 , 其主压应力轴方向为近东西向 , 太行山以西的山西地堑区 , 其主压应力方向则发生了急骤变化 , 表现为近南北向 。太行山以东的平原地区显然与太平洋板块向西俯冲有关 , 而太行山以西的山西地堑区虽地处华北 , 但看来受印度板块向北运动和青藏隆起的影响较大 , 可以说是东部与西部地区的过渡地带 。应力的成因及分布特点18太行山构造带 , 正是一条在其东西两侧深部地壳结构和组成上有显著差别的构造分界 。 秦岭东西构造带以南的华南地区 , 其主压应力方向相当一致 ,为北西西至北西向 。 地应力绝对值在我国东 、 西部是不同的 。 东部相对较小 ,而西部相对较大 。油田断块处于板块内部 , 其应力场受到板块构造运动的控制 , 这种由区域构造运动产生和控制的应力场称之为区域构造应力场 。 区域构造运动具有较强的方向性 , 并以产生水平附加应力为主 , 它使大范围的应力场的方向趋于一致并增大两水平应力之间的差值 。构造运动越强烈 , 平面应力场的分布规律性越强 , 方向越稳定 。 同时 ,局部地质构造可对区域构造应力场产生较大的改造作用 , 局部地质构造的作用越强 ,局部应力场与区域应力场之间的差异越大 , 方向变化也越大 。应力的成因及分布特点19二 ) 断层对地应力的影响断层的形成是地层在地应力作用下发生破裂和滑动的结果,在一定的应力场作用下,所形成的断层类型是基本固定的。假定:断层所在地点的主应力方向之一是垂直的;在断层形成之前,岩石是完整的,产生断层的岩石破裂过程遵循库伦准则,则可以由断层类型推断三向地应力的相对大小。正 断 层:垂向应力是最大主应力 ,断层走向即为中等主应力的方向。 逆 断 层:垂向应力是最小主应力 ,断层走向为中等主应力的方向 走向滑动断层:垂向应力是中等主应力 ,断层走向与最大 (水平 )主应力方向交角小于 45° 12 322应力的成因及分布特点20当然 , 仅对正在发生断裂或发生过微断裂的地区 , 滑移方向与主应力方向才有这种简单的关系 。 在统一的构造应力场作用下,引起平面上地应力方位变化的主要原因是地层力学性质的非均匀性,其中断层的存在影响最大。1 、 平均来看 , 断层上的绝对应力值比外围地层低 。岩体断裂本质是一种能量耗散和应力重新分布的过程 , 水平主应力和最大水平剪应力随离断层距离的增加而增加 , 断层上的绝对应力值比外围地层低 。2 、断层周围产生应力集中,使断层附加应力分布发生较大改变。每条断层不仅影响各自周围的应力分布 , 而且彼此还互相影响 。 断层汇交的方式对断层周围的应力有较大影响 , 断层汇而不交的地区和端点附近尤其是汇而不交的区域应力值较高 , 同时应力的大小及方向变化较大 。应力的成因及分布特点213、 断层有使最大水平地应力方向垂直于断层走向的趋势 。根据统计 , 断层的存在可使应力场方向发生转向 , 并有使最大水平地应力垂直于断层走向的趋势 。 这是由于断层面上不能承受大的剪应力 , 地应力在断层走向上的分力容易被释放 , 导致地应力与断层走向垂直 。这一认识对于结合区域构造应力方向和断层发育情况判断断块油气田内部最大水平地应力方向具有重要意义 。应力的成因及分布特点22三 ) 地应力与地质构造形态之间的关系高水平应力往往出现在区域平面图上的地壳隆升带;而在地壳沉降区 , 水平应力一般小于垂直应力 。通常 , 最大水平地应力在背斜轴部较低 , 向翼部逐渐升高 ,最大水平应力的变化是在背斜轴部较快 , 在翼部变化较为平缓 。而向斜的轴部 ( 低点部位 ) 则常常有较高应力 。 构造的陡带 、 倾伏端 、 鞍部或鼻状构造 , 往往产生应力集中 , 应力主方向随构造等高线的变化而发生扭转 。应力的成因及分布特点251 、 地应力随深度增大在地层倾角不大的情况下 , 岩体中有一个主应力基本上是垂直的 , 另外两个主应力是水平的 。 在倾斜地层中 ,垂直主应力往往与垂直方向呈一夹角 , 但夹角大小一般不超过 30° 。 在沉积岩中垂向应力与上覆岩层重量近似相等 ,尤其是东部油田按上覆岩层重量计算垂向应力 , 是可以普遍接受的 。 随深度的增加 ,构造应力不断加大 , 水平应力差增大 , 应力方向趋于一致 。应力的成因及分布特点272 、 三大类岩石中地应力的分布存在较大差异朱焕春 、 陶振宇对世界范围内的岩浆岩 、 沉积岩和变质岩中实测地应力资料进行了回归分析 , 得出:三大类岩石的比较 , ① 岩浆岩中水平应力一般都比较高 、 水平差应力大;② 在沉积岩石中 , 水平应力与深度之间具有良好的线性关系 ,且水平差应力是三大类岩石中最小的; ③ 变质岩中地应力分布的最大特点是最大和最小水平应力离散性较强 。应力的成因及分布特点283 、 软地层中三向地应力分量差别小 地实验井组 (海相沉积岩层进行的地应力测试结果,得到的最重要的结果是岩性对地应力有重要影响。砂岩和紧邻的高泥质岩层中的最小水平地应力差通常大于 7质中三向应力分量几乎相等,无明显的方向性,砂岩中两水平地应力差约为 同岩性地层中最小水平地应力梯度平均为:砂岩 岩 1.0 砂岩<粉砂岩<煤<泥岩。且最小水平地应力与地层岩石的泊松比呈正相关关系。应力的成因及分布特点294 、 硬地层中构造应力较大地质体在构造应力作用下,将发生运动或变形,当不同岩层的发生相同应变时,最大和最小水平应力均随杨氏模量的增大而增大。岩层中较高的地应力主要来源于构造应力 , 对于高构造应力地区 , 水平构造应力将主要由硬地层承担 。5 、 相邻岩层间地应力可存在较大差异不同深度处岩层的岩性、产状和力学性质可存在较大差别,并使得在同一区域应力场作用下具有不同的应力值。实测表明,相邻地层间的地应力差值最大可达 14此,地应力沿深度的分布并不是线性的,不同地层的地应力可相差很大。而当相邻岩层间的地应力差大于 3会对垂向裂缝的延伸起阻挡作用。因此,仅仅了解地应力沿深度的总体变化趋势是不够的,应充分认识地应力沿深度分布的非均匀性,建立分层的地应力剖面,指导石油工程设计与施工。应力的成因及分布特点30四 ) 油田开发活动可大大影响油藏的地应力场油田开发活动 , 如油气开采 。 注水 、 汽或气 、 火烧油层 、 大型压裂等将会引起地层孔隙压力和地层温度等的显著改变 , 影响其地应力状态 , 导致产层变形或破坏 ,并有可能使重复压裂裂缝转向 。挪威海域的北海白垩产层 , 生产多年来一直维持高的产量 , 据分析是与地层压力衰减导致产层破坏 , 大大提高了产层渗透率有关 。在美国 1993年 次重复压裂,压裂是从与首次压裂相同的射孔进行的 。所有 5次重复压裂裂缝倾角都发生了偏转,这 5次重复压裂产生的裂缝平均倾角为 45° ,大小相差在10° 以内。而在 00多口井平均裂缝倾角为 82° ,而且没有一口井落在 45°± 10° 内。在 001990年初始压裂时裂缝方位为 E, 1994年通过与初始压裂相同的射孔进行重复压裂。发现裂缝方位转为 E,裂缝倾角变化不大。应力的成因及分布特点311 、 地层孔隙压力的影响通常所说的地应力为总地应力,它包括了孔隙压力分量,地层孔隙压力在地应力总量中占有较大分量。如对油田地区,最小水平地应力梯度一般为 (Pa/m ,地层孔隙压力梯度一般在 (Pa/层孔隙压力占到地应力总量的 50%~ 70% ,显然,地层孔隙压力对地应力有较大影响,地层孔隙压力的改变将显著地影响地应力。据 1991) 报到 , 北海 0年来已导致产层压力下降了 21~ 24通过 32次水力压裂测试了最小水平地应力随地层压力的变化情况 , 得出油藏所受的总的水平应力随孔隙压力的减小而线性减少 ,最小水平应力的改变量大约为孔隙压力改变量的 而有效应力却随地层压力的衰减而线性增加了 。应力的成因及分布特点321997)统计了 6个油田油层地应力随地层压力衰减的情况 , 得出 , 所有油层最小水平地应力均随地层压力衰减产生较大的减小 (总应力 ), 并呈线性相关 ,应力减低的数值大部分在地层压力衰减值的 47%间 。2 、 地层温度变化的影响当地层温度发生改变时,地层有发生体积变形的趋势,而由于围岩的存在,其变形受到约束 ,因此产生了附加应力,使地应力发生改变。假定岩石为各向同性体,在温度改变时,地层能很快传递、消耗由于温度引起的垂向应力改变,使垂向主应力保持与上覆岩层重量的平衡。地层的刚性越大,温度引起的地应力改变量越大。油气田的开发活动将引起油田地应力的显著变化,包括其大小和方向,并大大增强地应力场的非均质性和各向异性,从而对油气生产产生较大影响。应力的成因及分布特点33由于确定原地应力状态是评价地下工程稳定与否的前提条件,所以,人们花费了大量精力研制应力测量设备并探讨应力测量的方法。地应力测量技术分岩心测试和矿场测试两种 。岩心测试主要有:差应变分析 (、 滞弹性应变分析 、 波速 (向异性 (析 、 声发射 ( 等 ,其中 , 声发射 (比较容易测试 , 应用的也比较广泛 。应力的测量方法34矿场测试以水力压裂为主 。 近些年利用井壁崩落(反演地应力呈现出良好的发展前景 。对深层地应力的求测 , 水力压裂 (测定技术是公认的最准确的和有效的方法 , 井壁崩落可给出较可靠的地应力方位;其它技术多为间接测定方法 。须要说明的是:要采用多种方法对比使用 , 才能给出比较可靠地应力的数据 。应力的测量方法35一、现场测量:对于现场测量方法,从测量方法的原理来看,可以分为截然不同的两种方法 : (这两种方法都是适用于矿山测量)A 采用钻孔来接近量测地点 , 确定钻孔壁的应变或钻孔其它变形;B 在钻孔壁上的特定位置测定环向正应力分量。(一 ) 、应变测试方法最常见的一组方法是确定钻孔壁的应变或钻孔其它变形,这些变形是由于套钻放置测量仪器的那部分钻孔而产生的。如果在这个应力解除过程中测得了足够多的应力和应变,那么,利用弹性理论的解法可以从实测数据直接求出场应力张量的六个应力分量。应力的测量方法36(二)、应力测试方法以压力枕量测和水力压裂为代表,在钻孔壁上的特定位置测定环向正应力分量。在每个位置,法向应力分量通过施加在测槽上的压力得到,这个压力与作用在与测槽垂直方向上的局部法向应力分量相平衡。每个测量位置的环向应力可能直接与测试现场在钻孔之前的应力状态有关。应力的测量方法37(三)、水力压裂 (地应力测试方法1、水力压裂的定义当井眼压力 (够高时,井壁 (劈开一条裂缝 (这一过程称为水力压裂 (。水力压裂法是目前最准确的地应力测试方法 (主要是指最小水平主应力和地应力方向 ),它的结果往往作为检验其他方法精度的标准。分析水力压裂 (过程可获得许多地层的力学信息,尤其是地应力 (in 的大小与方向。在利用油层压裂数据进行地应力分析时,可以用裂缝闭合压力( 给出较为准确的最小地应力数据,并根据裂缝扩展( 方位确定最大水平地应力方向。应力的测量方法382、水力压裂井壁受力模型图 6应力的测量方法39图 6应力的测量方法40图 6应力的测量方法413、水力压裂裂缝扩展规律裂缝 (是沿着最有利的方向扩展 (和传播,一般的情况下裂缝沿垂直于最小主地应力 (的方向扩展。由于最小主地应力一般都是水平方向,因此裂缝一般是垂直缝,对于直井,裂缝如图 6示。应力的测量方法434、现场压裂实验现场施工时,只要选择合适层位,利用低排量泵注设备、井下关闭装置和井下压力计;采用适当的施工方案;进行几个完整周期的压裂;利用多种裂缝闭合压力( 识别方法;就可提高水力压裂地应力测试和解释的精度。另外,大多数情况下井眼条件为套管井射孔而非裸眼。套管和水泥环的存在以及射孔方位对施工压力有较大影响,现有的水力压裂最大水平地应力计算公式是建立在裸眼井基础上的,因此,不能用套管井水力压裂数据计算最大水平主应力。压裂施工后,所获取的压力曲线示意图如图 6应力的测量方法44图 6应力的测量方法45t(时间)P) 封井 停 泵 P 封井图 6水压破裂时封闭段的压力 应力的测量方法46(et 1993)应力的测量方法48利用 pf,ps,可反算地层地应力:应力的测量方法49图 6应力的测量方法50( 1) 破裂压力 ( 压力最高点 , 反映液柱压力克服地层的强度使其破裂 , 形成裂缝 , 泥浆向裂缝 ( 充填 ,其后压力下降 。( 2) 传播压力 压力趋于稳定 , 使裂缝向远处延伸 。( 3) 瞬时停泵压力 当裂缝延伸到离开井壁应力集中 ( 区 , 即 6倍井眼半径以远时 ( 估计以破裂点起约经历 1分钟左右 ) , 进行瞬时停泵 。 记录下停泵时瞬时停泵压力 in 。 由于此时裂缝 ( 张开 ,应与最小地应力值相平衡 , 即 。 此时随着停泵时间的延长 , 泥浆向裂缝两壁渗滤 , 液压下降 。 由于地应力的作用 , 裂缝将闭合 。h应力的测量方法51( 4) 裂缝重张压力 瞬时停泵后启动注入泵 , 从而使闭合的裂缝重新张开 。 由于张开闭合裂缝 (需的压力 , 因此可以近似认为破裂层抗拉强度等于这两个压力的差 。 即:当地层存在大量微裂隙时 , 地层破裂压力 (并不比传播压力有明显升高 。水力压裂 (会在垂直于最小地应力 (的方向产生两个对称的裂缝翼 。 如果两个水平地应力(in 相等 , 裂缝 ( 向就很难确定 。P 应力的测量方法525、 水力压裂 (的其它作用( 1) 、 钻井 (程中的水力压裂在钻井过程中 , 虽然意想不到的水力压裂会导致井漏 (, 严重时会造成井眼失控而发生井下井喷 (。 但正常情况下 , 我们可以利用水力压裂原理 , 来获取地层破裂压力 , 这就是漏失试验 。漏失试验 (在钻井过程中最容易出现破裂的层位是套管鞋附近。因此漏失试验(是在下套管固井后,钻十几米后做,以确定地层的最小破裂压力梯度 (。漏失试验 (过程:关井,用水泥车通过钻杆泵入泥浆,记录压力和时间或泵入量。当压力偏离直线时,停泵。典型的漏失实验曲线如下图 (图 6示。应力的测量方法53图 6应力的测量方法54( 2)、开发 (过程中的水力压裂水力压裂 (作为一项增产措施自 50年代出现以来,得到了广泛的应用。概括起来水力压裂有如下四种基本用途。第一,克服近井地带污阻。目前的钻井技术不可避免的造成近井地带的污染,它包括钻井液的液相污染和固相污染,这些污染常使油气从地层流入井内的能力大为减弱。水力压裂 (可以改造污染带,提高其渗透性,建立良好的油流通道。水力压裂后的油气产量可增加几倍到几十倍。第二,协助二次采油。压裂对于二次采油的油田有两个重要作用:一是在一定压力下提高注水井的吸水量;二是为生产井提供高流通能力的流通通道,增大注气或注水效率。应力的测量方法55第三,排除油田盐水。油井大量产出盐水,严重限制了原油的生产。通过水力压裂 (便可以在任何一个地方打出低压高注入量得井,供回注盐水使用。第四,压开深远裂缝,提高井的产能。在生产过程中,为了扩大油藏与井眼的通道,要主动压裂地层,这是一项非常有效的增产措施,既水力压裂 (是开发生产过程中的重要增产措施。利用深穿透裂缝 (以从一般油层中采出更多的石油,使油井的控制面积增大。对于渗透性极低、能慢慢渗油的地层提供大的泄油面积,从而最大限度油井的控制面积增大。使原来被认为无开采价值的地区,现在也能进行有经济意义的开采。同时,深穿透裂缝能够恢复并延长油井寿命。应力的测量方法56图 6支撑的裂缝在流体压力 ( 作用下裂缝 ( 开 , 如果井眼压力减小裂缝会重新闭合 、 而利用裂缝来增加油流通道 , 就应该使裂缝保持张开 。 通常用泵泵入砂粒或其他支撑剂使裂缝张开 , 形成高渗透性的油流通道 , 如图 6应力的测量方法57(四)、井壁崩落法简介图 6应力的测量方法58图 6典型“井壁崩落”应力的测量方法59图 6应力的测量方法60图 6应力的测量方法61图 6应力的测量方法62图 6应力的测量方法63地层倾角测井确定地应力方位主地应力方向H泥浆密度低,应力的测量方法64二、实验室测量室内测量的主要方法有滞弹性应变恢复法 (差应变分析(法、声发射法等。1、滞弹性应变恢复法滞弹性应变恢复法是利用岩石的弹性后效,从现场取出岩心后,当岩心的恢复应变稳定后,测量岩心不同方位的应变释放量,这种应变增加可以延续几十个小时,被称为滞弹性应变恢复。根据滞弹性应变恢复曲线,可以反演地应力的大小和相对于岩心的地应力方向。应力的测量方法652、差应变分析 (法地层中的岩石处在三向地应力作用下,处于压缩状态。进行取心时,岩心脱离应力作用环境,产生弹性应力释放,伴随应力释放,在应力最大方向上变形最大,而在应力最小方向上变形最小。把已发生应力释放的岩心,在垂直平面和两个水平平面上贴上应变片,并放置于高压容器中,在三向应力相等的条件下,进行恢复性的加载。在加载过程中,三个方向的应变量出现差异。在原始应力最大的方向上应变量最大,在原始应力最小的方向上应变量最小。通过测试上述岩心各方向的应变之差,就可以知道这块岩心在地层中所受的应力状态。应力的测量方法663、声发射 (法声发射是一种岩石内部缺陷或潜在缺陷在外部条件作用下改变状态而自动发声的现象。岩石的声发射现象最重要的特征是其对受过的应力履历的一种“ 记忆 ” 效应,这种效应被称作岩心的凯塞尔效应。通过测量岩心的凯塞尔效应,来确定岩心的原地应力状态。这种测量方法不仅可以测得地应力的大小,而且还可以通过定向取心或用古地磁等方法对岩心进行定向来获取原地应力方向。应力的测量方法67图 6应力的测量方法68图 6应力的测量方法69图 6应力的测量方法71P  P  进行 量的地应力大小可以表示为 :应力的测量方法724 、 波速各向异性当岩心从地下取出时,应力释放会在岩石中产生许多微小的裂隙,由于在最大水平地应力方向上岩心的松弛变形最大,因此,这些小裂隙将趋向于垂直最大水平主应力方向。微小裂隙的存在使得声波在岩心的不同方向上传播的速度不同,有明显的各向异性特征。岩石在原地层中所受应力大的方向上声波传播速度慢,反之在所受应力较小的方向上,声波传播速度则较快,据此判定地应力方向。应力的测量方法73三、 用测井资料解释地层地应力1、测井资料解释地应力模型一对于构造平缓地区,其水平主地应力主要来自于上覆地层压力,另一部分来源于地质构造力,此时分层地应力计算模型为:P    )(1 1P    )(1 应力的测量方法74    22 111    22 1112、测井资料解释地应力模型二对于构造运动比较剧烈地区,水平主地应力的很大部分来源于地质构造运动产生的构造地应力,不同性质的地层由于其抵抗外力的变形特点不同,因而其承受的构造力也是不同的,根据组合弹簧的构造运动模型推导出的分层地应力计算模型为:应力的测量方法75    )c o s (s i n)(c o s)()1( 0    )s i n (s i n)(c )1( 03、测井资料解释地应力模型三对于大多数地层均为倾斜地层,其地层具有一定倾角和方位角。此时,考虑地层倾角和上倾方位角的地应力计算模型为:应力的测量方法76四、最大主地应力方向的确定1 、井壁崩落椭圆法确定地应力方向的基本原理目前确定构造水平主地应力方向的方法,主要是油田四臂井径测井得到的大量测井曲线,解释井壁崩落形成的椭圆井眼是目前常用且较准确的一种方法。2 、井壁崩落椭圆的识别标志根据形成井壁崩落椭圆力学机制的分析,得出井壁崩落椭圆具有以下特征:现代构造应力场导致井壁崩落椭圆具有明显的长轴方位。在地层倾角测井记录上,一条井径曲线比较平直或等于钻头直径,而另一条井径曲线则比钻头直径大得多,而非应力孔眼井径曲线上表现为钻头孔截面没有明显的长轴方向。应力的测量方法77现代应力场的研究,无论在基础学科的理论研究方面,还是在生产实践方面都具有重要的意义,油层的应力场研究可为注采井网布置和注采开发方案设计提供应力场的背景资料,因而储层应力场的研究在石油工业部门具有极其重要的意义。现代应力场的研究不能完全依靠理论分析,应力场的模拟还必须依赖于地应力的测量和对测试资料的强有力数学计算分析。一是有限元法计算出地层应力场,另外一种是借助于活动的最小二乘法直接插值得到应力场。应力场的模拟计算78图 6算模型及 隙压力的变化对对地应力的影响油田在长期开发过程中,采油过程使地层的孔隙压力降低,注水过程使地层的孔隙压力升高。这一过程反复进行,使地层压力系统变得异常复杂,储层段的孔隙压力由于注采制度的变化已不是原始的地层孔隙压力。许多地区的勘探开发经验表明,如对开发区块的地层孔隙压力剖面掌握不清或缺乏整个区块地层压力资料,往往会造成开发方案和措施的失误和不当,出现井涌、井喷、井漏及井壁失稳等井下事故和复杂情况,影响整个区块的勘探开发进程,而且还会污染油层。对于开发区块地层压力的预测,国外从 20世纪 80年代初,国内从 20世纪 90年代初进行了多种方法的尝试。国外主要采用两种方法:油藏数值模拟法和不稳定试井分析法;国内主要有三种方法:大庆油田的压力梯度剖面法、辽河油田的压降坡度法和中原油田的利用周围开发井的动态资料预测法。这些方法都没有解决地层孔隙压力变化是先引起地应力变化,再引起地层破裂压力、地层坍塌压力变化的问题。田开发动态应力场的模拟方法应用第一节地应力检测的方法,考虑孔隙压力的变化对对地应力的影响,利用滑动最小二乘法模拟计算地层压力,可以模拟计算油田开发动态应力场。考题1、 地应力的
展开阅读全文
  石油文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:06地应力测量及计算
链接地址:http://www.oilwenku.com/p-58554.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们
copyright@ 2016-2020 石油文库网站版权所有
经营许可证编号:川B2-20120048,ICP备案号:蜀ICP备11026253号-10号
收起
展开