SK高陡构造地层地应力的测井解释及应用研究.pdf

36 国外测井技术 2013年l2月 力的影响此外，楼一珊 、郑琦怡 j曾分别提出了 结合区域地质情况并考虑地层倾角和构造运动剧 烈程度的地应力计算模型，但是这两种模型过于复 杂，参数较多，对构造应力系数的校正量过大，且没 有考虑裂缝存在对地应力的影响，适用性不强 SK地区受古构造运动的影响，地层倾角较大， 天然裂缝发育，因此在计算工区的地应力时不能忽 略地层倾角对地应力的影响本文充分考虑5K地 区地层倾角较大、高角度裂缝发育、地层异常高压、 地应力强的实际情况，以及应力分布的几何空间三 角函数关系，以地应力实验、压裂试采实测等数据 为刻度基准，利用地层倾角测井和声电成像测井解 释得到的地层倾角和裂缝倾角等数据，引入地层倾 角DIPF1及裂缝倾角DIPF2对地应力的影响系数 c1、C2，建立适合于SK地区高陡地层的地应力计算 模型，如式(1)所示 f Crh=(· +A+cl2) ( 一 )+ {％=(- + + ) (P0一 )+ … l c王：—Sin．(D—IPFi)：C2：·Sin(DIPFj~；C12 c1一C2 、 2 Z 式中：A、B分别为地层在最小、最大水平应力方 向的构造应力系数，利用实验和实测数据反算出A= 0．452，B=0．891；Po为上覆岩层压力，MPa；Pp为孔隙 压力(利用伊顿法计算)，MPa。

当地层倾角小于l0 度，则不考虑地层倾角和裂缝倾角对地应力的影 响，令参数C=0，式(1)就变成了黄荣樽地应力模型 (即黄氏模型是其特例) 根据工区的地质构造和地应力分布状态，采用 式(1)计算水平主应力与实测值的误差较小，结果 如表1所示 2地应力与储层有效性的关系 工区受古构造应力的影响，导致地层倾角较 大、天然裂缝发育，而现今地应力会影响天然裂缝 的保存状态及渗流特征，控制孔隙和天然裂缝在地 下的有效性(裂缝的开启和连通情况)研地应力状 态对岩石的微观孔隙结构影响很大，从而影响储层 流体的渗流能力和储层有效性(地应力对孔隙和喉 道的大小、分布和几何形状及裂缝产状都有较大的 影响)SK工区基质孔隙度较低、微裂缝发育为 此可计算水平应力差值和裂缝方位与最大主应力 夹角p余弦之积SH12"COS p，分析其与裂缝宽度 Wf、裂缝孔隙度 f、裂缝指数FI的关系来研究地应 力与储层有效性的关系 裂缝方位指天然裂缝或压裂裂缝的延伸方 向裂缝延伸方向始终垂直于最小主应力方向，但 此方向常受断层、压裂层的适时压力和压裂井在构 造上所处位置不同有一定的改变，故裂缝方位会因 此改变对大多数低渗透储层而言，多存在天然裂 缝系统。

在控制裂缝发育程度的因素中，对裂缝的 形成起主要作用的是构造运动，当现今构造最大水 平主应力与古构造裂缝夹角B小于45将有利于 裂缝张开，裂缝宽度与裂缝孔隙度增加，而形成有 效裂缝，便于流体流动，储层渗透率增高；反之，当 夹角B大于45时，易使裂缝闭合，裂缝宽度和裂 缝孔隙度下降，而成为无效裂缝，流体不易流动，储 层渗透率降低，如图2所示所以，在古构造裂缝发 育部位且在裂缝走向与现今构造最大水平主应力方 向夹角小于45的方向上，就是有效裂缝宏观分布 的区块和方向综合考虑裂缝与水平方向两个主应 表1 SK地区部分井计算地应力值与实测地应力值误差统计 顶深 底深 地层 实测值 改进黄氏模型计算值 黄氏模型计算值 井名 倾角 (m) (Ⅲ) Smm(~aa) Stimx( a) 绝对／相对误差 sIImi【鲍对／桕对误差 跚m 绝对／相对误差sHⅡ 绝对／相对误差 () 5783 8 53 R 0 ／ 1 ， i i‘g， ：％ 0 一 i b 0 ． i63 73 +3 02 5 4s／：5 6 0 2 6， j溉 2：∞- 2 59／2：鼹 155 27 ￡ 69 5踹 5765 i52 80 162．3 0 5'7， 23％ 58 2t =自 ／3 52"16 觚i02 542i 30 0 l 2 2l 52 87 1 Ed 0 68／0 6％ ：52．26 0 62／0，4≈ 114 98 2．77／2．45％ 154 98 2 2／ 7 } 5507 i12 77 1 0 93 1 84／ 63％ 5 78 3 01／2 67％ SK103 5832 i 5855 50—70 111 44 ：,93 27 8 i6，7 32％ Ii0 91 2 47／2 22％0 sK104 1 5922 l 5949 30 0 124 47 i20 75 3 71／2 98％ 1 27 8i 3 34／2 59％ - SK201-5932 I 5145 l0-15 12i 23 24：0 2 87t2 37％ 124 03 2 S／2．31* 『 SK202 571i 1 5845 1 20 0 1i0 88 114 4 3 88／3 48：6 14．79 1 3 91／3 53％{ SK2O4 59 7 6038 30 0 i：6 85 ：24：8 7 32／5 27％ 1 8 01 1 i5／0 98％ 。

：；9 75 ：、·=；： 0： ／ll ≯ 50： 一4j q： {， ：8，：53％ 一■曩： 一一 ji．一 ～： ___ ～— ：j 一—王_『一五 2013年第6期 王成龙，等：SK高陡构造地层地应力的测井解释及应用研究 37 成像资料的地层倾角解释图 力的差值SH12、现今构造最大水平主应力与古构造裂 缝夹角B的关系，构造一个新的评价指标SH12*COS 8，研究裂缝宽度、裂缝孔隙度和裂缝指数与这个变 量的关系，实现利用应力差和裂缝走向夹角等参数 全面评价储层有效性研究发现，随着SH12*COS 13 增大，裂缝孔隙度增加，裂缝宽度增大 通过STC法可以提取地层的纵波、横波和斯通 利波时差，利用纵横波时差比可以判断地层是否发 育裂缝当地层存在裂缝时，尤其是低角度裂缝时， 纵波时差将有明显增高，而横波时差则基本不受影 响，因此在低角度裂缝发育的层段，纵横波时差比相 对较高is]，泊松比PR增大，根据这个特性可以判断裂 缝的存在 ：2G(1+PR)： ± !! 二 2 r7 ～ △f (1一歙) 一 由杨氏弹性模量计算式(2)可知，实际地层E越 大，则其越致密，天然裂缝越不发育，裂缝开度也越小， 即E可以反映地层裂缝的开度，为此定义裂缝指数FI： FI=(Ema—E)／Ema*100 (3) 式中：FI为裂缝指数，％；Ema、E分别为致密岩 块的弹性模量和实际岩体的动弹性模量(MPa)；△ 为纵波时差(us／ft)，B=9．290304×10 。

相对于致密层段，储层段裂缝发育使纵横波时 差比明显增大，杨氏模量E明显减小，从式(3)知裂 缝指数增大通常，致密层、泥岩层和干层的FI值 趋近于0，由此可以通过FI判断地层的裂缝发育程 度，进而判断储层的好坏 在没有井壁成像测井资料的情况下，可采用井 壁应力崩落的椭圆井眼法确定地应力方向利用地 层倾角测井的双井径资料，统计椭圆井眼长轴方向 (最好为泥岩或其它致密层)，其垂直方向为最大水 平地应力方向，如图3所示 图3利用诱导裂缝和椭圆井眼研究地应力方向 3应用实例分析 基于上述方法，利用测井曲线计算上覆岩层压 力、孔隙压力、地应力和水平应力差SH12及裂缝指 数FI，结合成像测井解释结果，获得裂缝宽度、裂缝 孔隙度、水平主应力差值乘以最大水平主应力与裂 缝走向之间的夹角的余弦值(SH12*COS B)等参数， 见表2 从图4裂缝指数FI与SH12*COSB的关系可以 看出，考虑水平主应力差值与裂缝走向后，随着 SH12*COS B的增加，裂缝发育，裂缝宽度、裂缝孔隙 表2 8K102井SH12*COS B与裂缝宽度、裂缝孔隙度和 裂缝指数的关系 井段深度 SHt—SH2 夹角 12虻0S 13 盯 裂缝孔隙度 FI(％) (m) fMPa) ( ) (班’B) (衄] ) 5315 0-5317．8 36 366 l5 35．128 0．48 O．18 51．7 5318 6—53l9 1 44 782 25 4o．5∞ 0．2g O 05 25．2 53l9 6-5326 8 37．865 25 34．32t 0．21 o．∞ l5．8 5329 3—5334．5 37 962 70 13 006 0．18 0．09 22 1 5336 2—5337．8 乱270 20 38．两4 O．63 O．1l l8．6 5339 3—5340．8 43．O64 65 18 222 0．11 0．01 8．9 5341 6 341．9 48．047 70 16 461 0．19 0．n 5．7 5343．4-5344．3 40．745 65 l7．241 O．15 0．02 l3 6 5344，9-5347 5 38 416 65 16．255 0．28 0．08 21．4 5349，l一5349．7 4t 178 25 37 324 0．48 O．1l l4 4 5376．0—537吼i 42．879 75 1l l25 0．16 O．D6 9．g 5380 4 5387．4 43．058 70 14．752 0．14 O．。

3 3．7 5387．9—5391．9 41 849 80 7．296 0．22 O．03 5 7 5404．2-5404．8 43 903 65 t8 577 0．25 0．05 2l 7 5418 0—541．8 4O 127 70 l3．748 0．08 o_∞ 2．0 5422．8—5423．1 44．2∞ 70 l5 1；6 0．05 n D2 7 0 5424．8—5428．5 41．798 65 l7．686 0．3O O．【l 5．g 60 50 40 藤 器30 2O O 0 I o2gE} 蛾Pf舾盱sHt (=sp|I一 (N 17． 羽对 } t l1／ ： *； f ／e ： 母 — 自一 ：．— 隧 母呻 O 5 10 l5 20 25 30 35 {0 45 sHn cOs8《MPaI 图4水平应力差SH12*COS B与裂缝指数FI关系图 。