内容简介
《致密砂岩储层裂缝评价方法及其应用》以鄂尔多斯盆地三叠系上统延长组致密低渗透砂岩储层为例，从地表露头、岩心、薄片、成像测井及实验等实际资料入手，采用地质、地球物理、动静态相结合的方法，对不同尺度裂缝发育特征、主控因素与成因机制、关键参数分布规律进行系统的论述，并提出一套储层地质力学非均质建模方法，形成裂缝性储层双孔双渗建模新思路；此外，基于有限元与离散元理论，分析裂缝性储层的多尺度力学行为。采用数值模拟方法，分析致密储层开发过程中裂缝孔渗参数的变化规律，*终形成裂缝应力敏感性指数的定量预测方法，揭示压裂裂缝非对称扩展机制。
目录
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第1章绪论1
1.1研究进展2
1.1.1油气藏地应力场研究进展2
1.1.2储层裂缝表征参数研究进展10
1.2存在问题21
1.2.1储层裂缝发育主控因素21
1.2.2储层裂缝预测方法24
1.2.3拟解决问题26
1.3本书内容及技术路线29
1.3.1本书内容29
1.3.2技术路线30
第2章油气地质背景32
2.1地理位置及油气地质条件32
2.2地层发育特征与沉积背景34
2.3沉积特征35
2.4成岩特征40
2.5构造应力场演化特征42
2.6油藏特征与开发现状43
2.6.1储层的非均质性43
2.6.2研究区基本生产情况45
第3章天然裂缝发育特征及测井识别47
3.1不同尺度裂缝发育特征48
3.1.1野外裂缝观测描述48
3.1.2岩心裂缝发育特征50
3.1.3微裂缝发育特征51
3.1.4成像测井裂缝发育特征52
3.1.5裂缝产状52
3.1.5裂缝的充填性55
3.1.6裂缝间距与长度的关系55
3.1.7裂缝的形成时期56
3.2裂缝发育主控因素58
3.2.1岩层厚度58
3.2.2结构面59
3.2.3岩性61
3.2.4岩石力学参数61
3.2.5岩层的非均质性67
3.3轨迹寻踪法测井识别裂缝69
3.3.1软件设计原理与技术路线69
3.3.2可靠性分析72
3.3.3裂缝发育段识别72
第4章裂缝性储层多尺度力学行为75
4.1裂缝性储层多尺度力学行为简介75
4.1.1不同尺度岩石力学层概述75
4.1.2鄂尔多斯盆地不同尺度裂缝发育特征76
4.2岩心尺度与测井尺度力学参数分析77
4.2.1岩石三轴力学实验77
4.2.2岩石力学参数测井解释79
4.3储层多尺度力学行为分析83
4.3.1储层多尺度力学行为模拟方案83
4.3.2裂缝性储层力学参数的尺寸效应86
4.3.3裂缝性储层力学参数的各向异性88
4.4岩石力学参数影响因素数值模拟及演化规律89
4.4.1等效力学参数影响因素数值模拟89
4.4.2不同时期岩石力学参数演化规律91
第5章储层地质力学非均质建模与应力场模拟95
5.1储层地质力学非均质建模简介95
5.1.1有限元数值模拟原理及流程95
5.1.2地质力学建模表征单元体大小96
5.1.3地质力学“非均质建模”的内涵98
5.2古应力场数值模拟101
5.2.1地质力学非均质模型101
5.2.2古应力方向与大小102
5.2.3燕山期应力场数值模拟104
5.2.4喜马拉雅期应力场数值模拟104
5.3现今应力场数值模拟107
5.3.1井中微地震监测资料采集107
5.3.2现今水平主应力的方向和大小110
5.3.3现今应力场数值模拟结果115
5.3.4数值模拟结果可靠性分析118
5.4现今地应力影响因素121
5.4.1储层特征121
5.4.2岩石声速121
5.4.3岩石力学参数123
第6章储层裂缝静态参数评价124
6.1裂缝密度与产状评价方法124
6.1.1裂缝密度与产状理论预测模型125
6.1.2裂缝密度分布规律128
6.1.3裂缝产状分布规律130
6.2油藏裂缝开度评价131
6.2.1裂缝开度研究的重要性131
6.2.2裂缝开度评价方法研究进展132
6.2.3裂缝开度影响因素研究进展133
6.2.4油藏裂缝开度有限元模拟134
6.2.5裂缝面功率粗糙度指数141
6.2.6油藏裂缝开度多因素数值模拟143
6.2.7裂缝开度分布预测151
6.3裂缝尺度评价152
6.3.1吸水剖面分类方案154
6.3.2裂缝尺度预测模型建立158
6.3.3裂缝尺度（吸水剖面波动系数）的分布预测162
6.4裂缝性储层双孔双渗建模164
6.4.1裂缝孔渗参数计算模型165
6.4.2储层双孔双渗建模结果169
6.5模拟结果对比验证175
6.5.1储层物性特征与裂缝线密度关系175
6.5.2泥质含量与裂缝线密度关系176
6.5.3裂缝静态资料对比验证176
6.5.4裂缝动态资料对比验证177
第7章裂缝动态参数与压裂裂缝扩展规律分析180
7.1开发过程中岩石力学与物理参数变化规律分析180
7.1.1实验方案181
7.1.2实验结果182
7.1.3实验数据分析183
7.2裂缝性储层破裂压力预测185
7.2.1储层破裂压力预测数学模型185
7.2.2不同层位的模拟结果185
7.2.3模拟结果可靠性分析187
7.3裂缝开启压力预测188
7.3.1裂缝开启压力预测模型188
7.3.2裂缝开启压力预测结果188
7.4储层破裂压力主控因素分析190
7.4.1储层物性特征与破裂压力相关性190
7.4.2储层力学特征与破裂压力相关性192
7.4.3裂缝参数与破裂压力相关性193
7.5开发过程中裂缝参数预测194
7.5.1开发过程中有效应力变化特征194
试读
第1章绪论
随着我国油气勘探开发的逐步推进，低渗透油气、致密油气、页岩油气及煤层气在我国的能源结构中扮演着越来越重要的角色。目前，我国油气开发逐渐转向深层、复杂储层及非常规储层，油气开发难度进一步增大；储层天然裂缝在地质甜点与工程甜点评价中扮演着越来越重要的角色，裂缝的表征与预测经历了定性—半定量—定量的过程，并逐渐形成了一套储层裂缝系统综合表征、预测的技术。低渗透储层脆性大，厚度、岩相及物性变化大，储层内部裂缝系统分布规律复杂（丁文龙等，2024；刘敬寿等，2023，2019；Zeng et al.，2023，2022，2009；李理等，2017；王秀娟等，2004；Nelson，2001）；裂缝的高渗性与基质的低渗性导致了油气藏注水开发过程中的矛盾（Liu et al.，2023a，b；曾联波等，2020，2019；吕文雅等，2016；曾联波，2004），因此，裂缝的研究应当贯穿于油田勘探与开发的整个过程（刘敬寿等，2023，2015a；曾联波等，2023，2022；穆龙新，2009；Narr et al.，2006）。
在地应力研究方面，从全球来看，目前油田应力场研究整体处于起步阶段，还未形成以储层应力为核心的地应力场研究方法体系，对油藏开发过程中应力的变化、断层或岩性接触界面附近应力的转向规律等多个方面还缺乏深入的研究；尽管目前油田、煤田及地震监测部门采用多种方法进行了上万次的地应力测量工作，但在地应力平面非均质性及垂向分层性的精细刻画方面还远远不足。
在裂缝识别表征方面，测井识别与预测裂缝仅是一孔之见，如何综合运用多种方法实现井间裂缝的精细刻画是裂缝表征面临的实际难题。利用叠前、叠后地震资料可以预测不同尺度的裂缝，但地震预测多解性强、纵向分辨率低，在水平井轨迹设计中难以实际应用，并且利用地震预测的裂缝分布在垂向上可能不符合地质规律，预测结果可能与裂缝成因机理不一致。基于地质力学原理预测裂缝的方法常用于勘探程度低、地震资料品质差及地层均质性弱的油气区块（Liu et al.，2022a，b，2021；Guo et al.，2016；Ju et al.，2015），这种方法的出发点就是有限元或离散元方法，所采用的属性单元也基本上是横向各向同性的材料（Liu et al.，2024a；Wu et al.，2017，2016），实际上盆地沉积的地层不仅具有纵向上的异性特征，横向上也具有异性特征，不仅岩层的接触界面对应力有集中和卸载的作用，而且地层产状和岩性的组合方式同样能够改变应力、应变的分布。从更小的尺度上看，岩石的孔隙结构、成分及颗粒粒径也在一定程度上改变着裂缝的形成方式及产状。此外，在识别裂缝发育区方面，如何准确建立裂缝的尺度参数评价数学模型，识别不同尺度的裂缝发育区同样也是裂缝预测面临的另一大难题（Liu et al.，2024a；曾联波等，2022）。
在研究区鄂尔多斯盆地华庆地区的元284先导试验区，低渗透储层的非均质性强、地应力与天然裂缝系统复杂，目前该区块油气开发整体进入了水平井压裂转采阶段，前人对该区块地应力、裂缝等方面的研究工作较少，只有精细刻画该类低渗透储层的地应力三维展布，准确预测天然裂缝的动静态参数，解决压裂开发过程中水窜、水淹及压裂裂缝沟通储层不明确的问题，才能进一步挖掘低渗透储层的油气潜力。本书利用地质学、力学、数学及计算机科学理论，研制储层地质力学非均质建模的软件系统，以鄂尔多斯盆地裂缝性低渗透储层为例，阐述储层地质力学非均质建模方法具体的实施方案；结合邻区的勘探开发资料，解剖研究区地应力系统、裂缝系统，以期为低渗透储层、致密砂岩及页岩等储层中的裂缝、地应力研究及压裂参数优选提供技术支撑及理论参考。
1.1研究进展
1.1.1油气藏地应力场研究进展
1.油气藏现今地应力评价方法
地应力的研究已有百余年的历史，目前研究正朝向系统化和多方法相互印证的方向发展（Liu et al.，2022c；Zoback，2019；Rajabi et al.，2017a；王成虎，2014；Lehtonen et al.，2012；周文等，2007）；在当前技术条件下，地应力大小是无法直接测量的，主要通过间接方法测量（Zang and Stephansson，2010）。Gephart1990年*次采用震源机制方法确定现今地应力的方向，经过二十余年的发展，目前普遍采用差应变法、震源机制解、小震综合断面解及P轴参数分析等方法确定现今*大主应力方向。差应变法测量现今地应力方向的基本原理为：地下岩石处在三向挤压的地应力作用下，当岩样从地下取出后，为了消除地下应力作用引发岩石卸载，应力卸载的方向和强度与地下主应力方向密切相关（何建华等，2023；周新桂等，2009a，b；周文等，2007）。水力压裂法是目前均质岩石地应力测量中*直接也是*可靠的方法，它代表了地下较大范围的现今地应力测量方向，利用压力-时间*线可以确定水平*小主应力的值，结合岩石抗拉强度、裂缝破裂压力同样可以确定水平*大主应力的值（Sun and Wang，2024；Chen et al.，2021；Mou et al.，2021；Ma and Zoback，2017）。地应力评价方法依据测量
