油气场深部多期地应力场反演及裂缝预测研究

The research predicted and evaluated the fracture by applying the theory of traditional structural geology and modern rock mechanics, the stress testing technology, large-scale physical modeling and numerical simulation technology, and through the inversion of stress field in different period in research area. The Tahe Oilfield in Xinjiang and oil-gas field in east Sichuan basin were setted as the test areas, based on the field results from drilling cores, stress tests, testing wells, Researchers experimented the 'Kaiser Effect' in Lab and estimated its application in paleotectonic stress. Meanwhile, in order to evaluate the structural evolution, researchers remodeled the original structure of reservoirs in different geological history, and used the methods of large-scale three-dimensional physical modeling, structure recovery and numerical analysis to inversely evaluated the distribution characteristics of the both historic and present stress field in deep lithosphere. Consequently, rock constitutive model(RCM) was established, interaction mechanism and break boundary of fractures was determined. By Adding these results to field and experimental materials, researchers concluded the prediction and estimation of the fractures.

本项研究旨在将传统的构造地质学与现代岩石力学、地应力测试技术、大型物理模拟和数值模拟技术相结合，进行油气藏深部多期地应力场反演,并将之应用于裂缝预测评价。以新疆塔河油田和四川盆地川东油气田为试验区，分析研究区的构造发育特征，建立研究区油气藏在不同构造时期构造演化的地质原型；在已有地应力测试、钻井岩心、测井等资料的基础上，应用试验方法研究岩石多期Kaiser效应作用机理及其在古构造应力分析中的应用；利用构造恢复、大型三维物理模拟以及数值计算等方法反演研究区深部岩体的古地应力场及现今地应力场分布特征；建立深部岩体的力学性质和本构模型、破裂判据；研究应力场与断裂、裂缝分布的相互作用关系，为预测裂缝有利发育区提供技术支撑，结合地面调查、岩芯观察、测井资料分析，进行深部裂缝的预测与评价。

以新疆塔河油田和四川盆地川东油气田为试验区，根据研究区已有的地层岩性、地质构造及其演化等资料，同时结合深部岩体钻井岩芯裂缝发育特征编录、录井测井地应力和裂缝分析成果、完井报告资料的对比研究，建立了研究区的地质模型。结合已有的井孔崩落、钻井诱导缝分析、水压致裂曲线分析、岩石Kaiser效应测试等技术所获得的地应力资料，综合分析了研究区各运动期次的构造应力。分析研究区地应力场特征，预测研究深部岩体结构面的特征及其发育分布规律。通过4年的研究，取得的主要研究成果如下：.（1）将传统的构造地质学与现代岩石力学、地应力测试技术、大型物理模拟和数值模拟技术相结合，构建了一套深部地应力场分析及裂缝预测评价的方法体系。.（2）建立了利用多期Kaiser试验提取古地应力的思路和初步方法。试验结果初步表明新场气田研究区地层在历史上至少经历过四期构造运动作用，塔河油田地层在历史上至少经历过四期构造运动作用，提取了的各期主应力方向、大小，其结果与区域资料较为吻合。.（3）采集研究区在地表出露的岩样和岩心，进行了室内单轴、三轴物理力学试验，获得了相应物理力学参数，并统计了区内各地层的物理力学参数相应资料。.（4）对须二段致密石英砂岩进行温度-围压耦合作用下的岩石单轴、三轴试验结果表明：在同一温度条件下，岩石的峰值强度随着围压的增大逐渐增大，对应的应变也随之增大。相同围压下，岩石的峰值强度随着温度增加呈小幅度增长。在相同围压下，温度对岩石强度的影响逐渐增大。围压越大，温度对岩石强度的影响也明显。弹性模量随温度及围压变化呈波动变化。围压对岩石强度的影响比温度对其影响程度大。在此基础上，建立了深部岩体的力学性质和本构模型、破裂判据。.（5）通过数值模拟，获得了研究区多期三维地应力场特征；根据三维物理模拟和数值模拟的结果，参考研究区现有岩芯观察、测井分析等资料，确定出研究区裂缝发育分布的预测标准，对研究区目的层裂缝发育特征进行了预测。