页岩储层地应力研究进展
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摘要
对于低孔、低渗致密性页岩储层,其有效开发手段是进行水力压裂改造,而地应力是水力压裂改造的核心参数,直接影响水力压裂的最终效果。在对国内外地应力研究成果全面调研和深入分析的基础上,总结了页岩储层地应力的测量方法,探索了储层岩石力学关键参数对地应力的影响,介绍了储层应力场模拟的有限元方法。页岩储层地应力测量方法主要有水压致裂法、应力解除法、井壁崩落法和声发射法;水平最小主应力和最大主应力与杨氏模量和Biot系数存在正相关关系,而与泊松比基本无关;有限元构造应力场模拟通过构建研究区的几何模型、地质模型、力学模型和数学模型,进行数值模拟,从而获得研究区构造应力场分布,预测构造裂缝的平面展布,对页岩气勘探开发优选有利区,选定钻探井位,制定合适的压裂方案等工作具有重要的研究意义。
For the low porosity and low permeability dense shale reservoir,the effective development method is the hydraulic fracturing transformation,and the geostress is the core parameter of hydraulic fracturing transformation,which directly affects the final effect of hydraulic fracturing. Based on the comprehensive investigation and analysis of the geostress research at home and abroad, the paper summarizes the measurement method of the geostress of shale reservoir,explores the influence of the key parameters of reservoir rock mechanics on the geostress,and introduces the simulation of reservoir stress field Finite element method. Shale reservoir geostress measurement methods mainly include the hydraulicfracturing method、stress relief method、borehole breakout and acoustic emission method; There is a positive correlation between the minimum principal stress and the maximum principal stress and the Young's modulus and the Biot coefficient,which is not related to the Poisson' s ratio. The finite element tectonic stress field simulation is used to simulate the geometric model,geological model,mechanical model and mathematical model of the study area to obtain the distribution of tectonic stress field in the study area,to predict the distribution of structural fractures,It is important to study the advantages of favorable areas,selected drilling wells,and the development of appropriate fracturing schemes.
For the low porosity and low permeability dense shale reservoir,the effective development method is the hydraulic fracturing transformation,and the geostress is the core parameter of hydraulic fracturing transformation,which directly affects the final effect of hydraulic fracturing. Based on the comprehensive investigation and analysis of the geostress research at home and abroad, the paper summarizes the measurement method of the geostress of shale reservoir,explores the influence of the key parameters of reservoir rock mechanics on the geostress,and introduces the simulation of reservoir stress field Finite element method. Shale reservoir geostress measurement methods mainly include the hydraulicfracturing method、stress relief method、borehole breakout and acoustic emission method; There is a positive correlation between the minimum principal stress and the maximum principal stress and the Young's modulus and the Biot coefficient,which is not related to the Poisson' s ratio. The finite element tectonic stress field simulation is used to simulate the geometric model,geological model,mechanical model and mathematical model of the study area to obtain the distribution of tectonic stress field in the study area,to predict the distribution of structural fractures,It is important to study the advantages of favorable areas,selected drilling wells,and the development of appropriate fracturing schemes.
引文
[1]金衍,陈勉,郭凯俊,等.复杂泥页岩地层地应力的确定方法研究[J].岩石力学与工程学报,2006,11:2287-2291.
[2]邓金根,陈峥嵘,耿亚楠,等.页岩储层地应力预测模型的建立和求解[J].中国石油大学学报(自然科学版),2013,06:59-64.
[3]陈乔,谭彦虎,王莉莎,等.渝东南龙马溪组页岩气储层物性特征[J].科技导报,2013,36:15-19.
[4]李明耀,贺甲元,苏业旺.页岩油气水力压裂的关键力学问题和数值计算方法[J].科技导报,2016,23:32-42.
[5]盛秋红,李文成.泥页岩可压性评价方法及其在焦石坝地区的应用[J].地球物理学进展,2016,04:1473-1479.
[6]张斌,杨佳玲,解琪,等.地应力分析在鄂西渝东地区页岩气开发中的应用[J].天然气勘探与开发,2012,03:33-36+83-84.
[7]王丽忱.页岩气藏岩石力学性质的测井评价方法与应用[D].北京:中国地质大学(北京),2013.
[8]刘新,张玉玮,钟显东,等.美国典型页岩油气藏水平井压裂技术[J].大庆石油地质与开发,2014,06:160-164.
[9]时贤,程远方,常鑫,等.缺失声波条件下的页岩储层地应力测井解释方法[J].天然气工业,2014,12:55-62.
[10]张博.延长陆相页岩气储层体积压裂缝网形成机理研究[D].西安石油大学,2014.
[11]曾维特,丁文龙,张金川,等.渝东南-黔北地区下寒武统牛蹄塘组页岩裂缝有效性研究[J].地学前缘,2016,01:96-106.
[12]王伯军,张士诚,李莉.基于地应力场的井网优化设计方法研究[J].大庆石油地质与开发,2007,03:55-59.
[13]雷群,胥云,蒋廷学,等.用于提高低-特低渗透油气藏改造效果的缝网压裂技术[J].石油学报,2009,02:237-241.
[14]刘立峰,张士诚.通过改变近井地应力场实现页岩储层缝网压裂[J].石油钻采工艺,2011,04:71-74.
[15]曾青冬,姚军.基于扩展有限元的页岩水力压裂数值模拟[J].应用数学和力学,2014,11:1239-1248.
[16]吕俊丰,刘鹏,林庆祥,等.地应力分析解释技术在压裂中的应用[J].大庆石油地质与开发,2005,02:64-66+108.
[17]何建华,丁文龙,王哲,等.页岩储层体积压裂缝网形成的主控因素及评价方法[J].地质科技情报,2015,04:108-118.
[18]周文.川西致密储层现今地应力场特征及石油工程地质应用研究[D].成都理工大学,2006.
[19]景锋,梁合成,边智华,等.地应力测量方法研究综述[J].华北水利水电学院学报,2008,(2):71-75.
[20]ET Brown,E Hoek.Technical note trends in relationships between measured in-situ stress and depth[J].Int.J.Rock Mech.Min.Sci.&Geomech.Abstr,1978,15:211-215.
[21]蔡美峰.地应力测量原理和技术[M].北京:科学出版社,2000:21-30.
[22]张重远,吴满路,陈群策,等.地应力测量方法综述[J].河南理工大学学报(自然科学版),2012,03:305-310.
[23]马凤良,何绍勇,尹向阳.水压致裂法测量地应力[J].西部探矿工程,2009,01:86-88.
[24]景锋.原生裂隙水压致裂法三维地应力测量研究[J].岩土工程学报,2009,31(11):1692-1696.
[25]吴捷.水力压裂法在地应力测量中的应用[J].广东化工,2012,(13):124-125.
[26]解东亮.地应力测量方法综述[J].科技资讯,2013,06:150-153.
[27]李志明,张金珠.地应力与油气勘探开发[M].北京:石油工业出版社,1997,09.
[28]景锋,盛谦,张勇慧,等.我国原位地应力测量与地应力场分析研究进展[J].岩土力学,2011,S2:51-58.
[29]赵亚军,孟楠楠.地应力测量方法综述[J].内蒙古煤炭经济,2015,05:209-210.
[30]刘允芳,朱杰兵,刘元坤.空心包体式钻孔三向应变计地应力测量研究[J].岩石力学与工程学报,2001,20(4):448-453.
[31]白金朋,彭华,马秀敏,等.深孔空心包体法地应力测量仪及其应用实例[J].岩石力学与工程学报,2013,05:902-908.
[32]李立球,吕悦军,关伟沂,等.单孔压磁全应力测量法[J].岩石力学与工程学报,1996,01:32-39.
[33]胡斌,章光,李光煜.一次套钻确定三维地应力的新型钻孔变形计[J].岩土力学,2006,05:816-822.
[34]于不凡.用三维孔底应变法测量突出煤层围岩地应力的研究[J].煤炭工程师,1989,(4):1-5.
[35]曲国胜,张华,叶洪.黄骅坳陷井壁崩落法现代构造应力场测量[J].华北地震科学,1993,03:9-18.
[36]屈春燕,陈国光,徐杰.辽河油田大民屯凹陷井壁崩落法地应力测量[J].地震地质,2004,02:318-324.
[37]左松林,鹿立卿,肖洪伟,等.新站油田地应力研究与应用[J].大庆石油地质与开发,2008,01:93-96.
[38]丁建民,梁国平,郭启良,等.根据钻孔崩落椭圆确定地壳应力方向[J].地震学报,1987,9(2):143-154.
[39]叶葱林.金湖凹陷构造应力场模拟[D].山东:中国石油大学(华东),2011.
[40]韩军.煤矿区域岩体应力状态研究[D].辽宁:辽宁工程技术大学,2005.
[41]路保平,鲍洪志.岩石力学参数求取方法进展[J].石油钻探技术,2005,05:47-50.
[42]冉利民.镇泾油田地应力研究及其应用[D].湖北:中国地质大学(武汉),2014.
[43]孙秋明,贾俊.利用测井资料计算基于三轴实验的岩石力学参数[J].内蒙古石油化工,2011,19:154-156.
[44]王江.渤南5区低渗透油田应力场特征及影响因素研究[D].广州:中国科学院研究生院(广州地球化学研究所),2015.
[45]张明利,万天丰.含油气盆地构造应力场研究新进展[J].北京地球科学进展,1998,13(1):38-43.
[46]张熙,单钰铭,冉令波,等.有限元法在地应力研究中的应用[J].石油规划设计,2011,03:14-17+52.
[47]谭成轩,王连捷,孙宝珊,等.含油气盆地三维构造应力场数值模拟方法[J].地质力学学报,1997,3(1):71-80.
[48]李理,戴俊生.埕岛地区中生界和古生界构造应力场数值模拟及裂缝分析[J].石油大学学报(自然科学版),2000,24(1):6-9.
[49]丁文龙,曾维特,王濡岳,等,页岩储层构造应力场模拟与裂缝分布预测方法及应用[J].地学前缘,2016,02:63-74.
[50]陈艳丽.贝尔凹陷基岩潜山裂缝发育规律与油气分布关系研究[D].大庆:东北石油大学,2013.
[51]沈海超,程远方,王京印,等.断层对地应力场影响的有限元研究[J].大庆石油地质与开发,2007,02:34-37.
[52]Jiu Kai,Ding Weng Long,Huang Wen Hui.Simulation of paleotectonic stress fields within Paleogene shale reservoirs and prediction of favorable zones for fracture development within the Zhanhua Depression,Bohai Bay Basin,east China[J].Journal of Petroleum Science and Engineering,2013,100:119-131.
[53]付晓龙,戴俊生,张丹丹,等.沁水盆地柿庄北区块3号煤层裂缝预测[J].煤田地质与勘探,2017,01:1-6.
[54]郭建春,周鑫浩,邓燕.页岩气水平井组拉链压裂过程中地应力的分布规律[J].天然气工业,2015,07:44-48.
[55]王濡岳,丁文龙,龚大建,等.渝东南—黔北地区下寒武统牛蹄塘组页岩裂缝发育特征与主控因素[J].石油学报,2016,07:832-845+877.
[56]张广明,熊春明,刘合,等.复杂断块地应力场数值模拟方法研究[J].断块油气田,2011,06:710-713.
[2]邓金根,陈峥嵘,耿亚楠,等.页岩储层地应力预测模型的建立和求解[J].中国石油大学学报(自然科学版),2013,06:59-64.
[3]陈乔,谭彦虎,王莉莎,等.渝东南龙马溪组页岩气储层物性特征[J].科技导报,2013,36:15-19.
[4]李明耀,贺甲元,苏业旺.页岩油气水力压裂的关键力学问题和数值计算方法[J].科技导报,2016,23:32-42.
[5]盛秋红,李文成.泥页岩可压性评价方法及其在焦石坝地区的应用[J].地球物理学进展,2016,04:1473-1479.
[6]张斌,杨佳玲,解琪,等.地应力分析在鄂西渝东地区页岩气开发中的应用[J].天然气勘探与开发,2012,03:33-36+83-84.
[7]王丽忱.页岩气藏岩石力学性质的测井评价方法与应用[D].北京:中国地质大学(北京),2013.
[8]刘新,张玉玮,钟显东,等.美国典型页岩油气藏水平井压裂技术[J].大庆石油地质与开发,2014,06:160-164.
[9]时贤,程远方,常鑫,等.缺失声波条件下的页岩储层地应力测井解释方法[J].天然气工业,2014,12:55-62.
[10]张博.延长陆相页岩气储层体积压裂缝网形成机理研究[D].西安石油大学,2014.
[11]曾维特,丁文龙,张金川,等.渝东南-黔北地区下寒武统牛蹄塘组页岩裂缝有效性研究[J].地学前缘,2016,01:96-106.
[12]王伯军,张士诚,李莉.基于地应力场的井网优化设计方法研究[J].大庆石油地质与开发,2007,03:55-59.
[13]雷群,胥云,蒋廷学,等.用于提高低-特低渗透油气藏改造效果的缝网压裂技术[J].石油学报,2009,02:237-241.
[14]刘立峰,张士诚.通过改变近井地应力场实现页岩储层缝网压裂[J].石油钻采工艺,2011,04:71-74.
[15]曾青冬,姚军.基于扩展有限元的页岩水力压裂数值模拟[J].应用数学和力学,2014,11:1239-1248.
[16]吕俊丰,刘鹏,林庆祥,等.地应力分析解释技术在压裂中的应用[J].大庆石油地质与开发,2005,02:64-66+108.
[17]何建华,丁文龙,王哲,等.页岩储层体积压裂缝网形成的主控因素及评价方法[J].地质科技情报,2015,04:108-118.
[18]周文.川西致密储层现今地应力场特征及石油工程地质应用研究[D].成都理工大学,2006.
[19]景锋,梁合成,边智华,等.地应力测量方法研究综述[J].华北水利水电学院学报,2008,(2):71-75.
[20]ET Brown,E Hoek.Technical note trends in relationships between measured in-situ stress and depth[J].Int.J.Rock Mech.Min.Sci.&Geomech.Abstr,1978,15:211-215.
[21]蔡美峰.地应力测量原理和技术[M].北京:科学出版社,2000:21-30.
[22]张重远,吴满路,陈群策,等.地应力测量方法综述[J].河南理工大学学报(自然科学版),2012,03:305-310.
[23]马凤良,何绍勇,尹向阳.水压致裂法测量地应力[J].西部探矿工程,2009,01:86-88.
[24]景锋.原生裂隙水压致裂法三维地应力测量研究[J].岩土工程学报,2009,31(11):1692-1696.
[25]吴捷.水力压裂法在地应力测量中的应用[J].广东化工,2012,(13):124-125.
[26]解东亮.地应力测量方法综述[J].科技资讯,2013,06:150-153.
[27]李志明,张金珠.地应力与油气勘探开发[M].北京:石油工业出版社,1997,09.
[28]景锋,盛谦,张勇慧,等.我国原位地应力测量与地应力场分析研究进展[J].岩土力学,2011,S2:51-58.
[29]赵亚军,孟楠楠.地应力测量方法综述[J].内蒙古煤炭经济,2015,05:209-210.
[30]刘允芳,朱杰兵,刘元坤.空心包体式钻孔三向应变计地应力测量研究[J].岩石力学与工程学报,2001,20(4):448-453.
[31]白金朋,彭华,马秀敏,等.深孔空心包体法地应力测量仪及其应用实例[J].岩石力学与工程学报,2013,05:902-908.
[32]李立球,吕悦军,关伟沂,等.单孔压磁全应力测量法[J].岩石力学与工程学报,1996,01:32-39.
[33]胡斌,章光,李光煜.一次套钻确定三维地应力的新型钻孔变形计[J].岩土力学,2006,05:816-822.
[34]于不凡.用三维孔底应变法测量突出煤层围岩地应力的研究[J].煤炭工程师,1989,(4):1-5.
[35]曲国胜,张华,叶洪.黄骅坳陷井壁崩落法现代构造应力场测量[J].华北地震科学,1993,03:9-18.
[36]屈春燕,陈国光,徐杰.辽河油田大民屯凹陷井壁崩落法地应力测量[J].地震地质,2004,02:318-324.
[37]左松林,鹿立卿,肖洪伟,等.新站油田地应力研究与应用[J].大庆石油地质与开发,2008,01:93-96.
[38]丁建民,梁国平,郭启良,等.根据钻孔崩落椭圆确定地壳应力方向[J].地震学报,1987,9(2):143-154.
[39]叶葱林.金湖凹陷构造应力场模拟[D].山东:中国石油大学(华东),2011.
[40]韩军.煤矿区域岩体应力状态研究[D].辽宁:辽宁工程技术大学,2005.
[41]路保平,鲍洪志.岩石力学参数求取方法进展[J].石油钻探技术,2005,05:47-50.
[42]冉利民.镇泾油田地应力研究及其应用[D].湖北:中国地质大学(武汉),2014.
[43]孙秋明,贾俊.利用测井资料计算基于三轴实验的岩石力学参数[J].内蒙古石油化工,2011,19:154-156.
[44]王江.渤南5区低渗透油田应力场特征及影响因素研究[D].广州:中国科学院研究生院(广州地球化学研究所),2015.
[45]张明利,万天丰.含油气盆地构造应力场研究新进展[J].北京地球科学进展,1998,13(1):38-43.
[46]张熙,单钰铭,冉令波,等.有限元法在地应力研究中的应用[J].石油规划设计,2011,03:14-17+52.
[47]谭成轩,王连捷,孙宝珊,等.含油气盆地三维构造应力场数值模拟方法[J].地质力学学报,1997,3(1):71-80.
[48]李理,戴俊生.埕岛地区中生界和古生界构造应力场数值模拟及裂缝分析[J].石油大学学报(自然科学版),2000,24(1):6-9.
[49]丁文龙,曾维特,王濡岳,等,页岩储层构造应力场模拟与裂缝分布预测方法及应用[J].地学前缘,2016,02:63-74.
[50]陈艳丽.贝尔凹陷基岩潜山裂缝发育规律与油气分布关系研究[D].大庆:东北石油大学,2013.
[51]沈海超,程远方,王京印,等.断层对地应力场影响的有限元研究[J].大庆石油地质与开发,2007,02:34-37.
[52]Jiu Kai,Ding Weng Long,Huang Wen Hui.Simulation of paleotectonic stress fields within Paleogene shale reservoirs and prediction of favorable zones for fracture development within the Zhanhua Depression,Bohai Bay Basin,east China[J].Journal of Petroleum Science and Engineering,2013,100:119-131.
[53]付晓龙,戴俊生,张丹丹,等.沁水盆地柿庄北区块3号煤层裂缝预测[J].煤田地质与勘探,2017,01:1-6.
[54]郭建春,周鑫浩,邓燕.页岩气水平井组拉链压裂过程中地应力的分布规律[J].天然气工业,2015,07:44-48.
[55]王濡岳,丁文龙,龚大建,等.渝东南—黔北地区下寒武统牛蹄塘组页岩裂缝发育特征与主控因素[J].石油学报,2016,07:832-845+877.
[56]张广明,熊春明,刘合,等.复杂断块地应力场数值模拟方法研究[J].断块油气田,2011,06:710-713.