構(gòu)造應(yīng)力-流體壓力耦合研究進(jìn)展及其在頁(yè)巖中的特殊性

康冬菊，安生婷

(1.廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局 國(guó)土資源部海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510075；2.青海省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，青海 西寧，810008)

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構(gòu)造應(yīng)力-流體壓力耦合研究進(jìn)展及其在頁(yè)巖中的特殊性

康冬菊1，安生婷2

(1.廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局 國(guó)土資源部海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510075；2.青海省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，青海 西寧，810008)

構(gòu)造應(yīng)力-流體壓力耦合(應(yīng)-壓耦合)是影響超壓地層天然裂縫發(fā)育的重要因素，也是頁(yè)巖油藏儲(chǔ)層裂縫研究的重要內(nèi)容。本文圍繞裂縫發(fā)育的應(yīng)力場(chǎng)因素，總結(jié)了目前應(yīng)-壓耦合的理論研究進(jìn)展及其在裂縫研究中的應(yīng)用現(xiàn)狀，并分析了頁(yè)巖油藏中超壓成因多樣性造成的應(yīng)-壓耦合關(guān)系的特殊性。分析認(rèn)為，應(yīng)-壓耦合的理論研究在耦合要素特征及相應(yīng)的耦合微觀機(jī)理等方面還有待加強(qiáng)，其在頁(yè)巖油藏儲(chǔ)層裂縫研究中的應(yīng)用還處于初期探索階段。并且頁(yè)巖油藏中超壓成因的多樣性和復(fù)合性，決定了該類(lèi)油藏儲(chǔ)層裂縫研究中的應(yīng)-壓耦合需要考慮超壓成因相關(guān)的差異性和復(fù)合性特征，準(zhǔn)確把握與超壓演化相關(guān)的應(yīng)-壓耦合變化。

構(gòu)造應(yīng)力-流體壓力耦合；儲(chǔ)層裂縫；頁(yè)巖油藏；復(fù)合超壓

1　引　言

通常認(rèn)為，流體超壓以降低有效應(yīng)力的方式促進(jìn)地層的裂縫發(fā)育，而不會(huì)通過(guò)改變差異應(yīng)力來(lái)影響裂縫發(fā)育的類(lèi)型[1,2]。但近年來(lái)越來(lái)越多的事實(shí)表明，流體壓力可以在一定程度上改變構(gòu)造應(yīng)力的相對(duì)大小[3,4]，從而影響裂縫發(fā)育特征。例如，超壓在降低地層有效應(yīng)力的同時(shí)也減小了差異應(yīng)力，從而在促進(jìn)裂縫發(fā)育的過(guò)程中，使裂縫發(fā)育類(lèi)型由剪裂縫向張裂縫轉(zhuǎn)變。流體壓力對(duì)構(gòu)造應(yīng)力的這種影響，使人們認(rèn)識(shí)到兩者之間的變化存在耦合關(guān)系，即應(yīng)-壓耦合。目前，這種耦合關(guān)系已逐漸引起人們的關(guān)注[5,6]，并被應(yīng)用于裂縫特征分析[7-10]等多方面研究中，并且超壓預(yù)測(cè)技術(shù)[11,12]的進(jìn)步也為其深入研究提供了基礎(chǔ)。

頁(yè)巖油藏已成為國(guó)內(nèi)外非常規(guī)油氣勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的重點(diǎn)，裂縫發(fā)育是其具有工業(yè)產(chǎn)能的一項(xiàng)重要條件[13,14]。但是，頁(yè)巖油藏中的裂縫發(fā)育有其特殊性。與砂巖等油藏相比，頁(yè)巖油藏大多具有流體超壓[14-16]，其裂縫發(fā)育不僅受構(gòu)造應(yīng)力控制，還受流體超壓的強(qiáng)烈影響。應(yīng)-壓耦合的影響必然存在于頁(yè)巖地層的裂縫發(fā)育過(guò)程中，并隨著超壓程度的增強(qiáng)而更加顯著。這便造成了頁(yè)巖油藏裂縫發(fā)育規(guī)律研究的特殊性，有必要重視應(yīng)-壓耦合的影響，但目前國(guó)內(nèi)對(duì)這方面的關(guān)注較少。

本文圍繞頁(yè)巖地層天然裂縫發(fā)育中的應(yīng)力場(chǎng)因素，在介紹應(yīng)-壓耦合概念的基礎(chǔ)上，旨在總結(jié)國(guó)內(nèi)外應(yīng)-壓耦合理論的研究進(jìn)展及在裂縫研究中的應(yīng)用現(xiàn)狀，并從超壓成因的角度分析了頁(yè)巖油藏中應(yīng)-壓耦合研究的特殊性，提出了頁(yè)巖油藏中應(yīng)-壓耦合特征的差異性和相關(guān)研究中的復(fù)合性。

2　應(yīng)-壓耦合的提出及理論研究進(jìn)展

2.1應(yīng)-壓耦合的提出

對(duì)構(gòu)造應(yīng)力和流體壓力關(guān)系的認(rèn)識(shí)，最早來(lái)自于Terzaghi提出的有效應(yīng)力概念[17]。根據(jù)其定義，流體壓力變化會(huì)引起最大和最小有效主應(yīng)力的等量變化，假設(shè)差異應(yīng)力保持不變，以莫爾圓方式表示(圖1a)，則當(dāng)流體壓力增加，有效應(yīng)力降低時(shí)，莫爾圓向左平移，且大小不變，反之亦然[1]。這可以解釋超壓地層的巖石破裂及水力壓裂等現(xiàn)象[18]，但難以解釋油氣田中常見(jiàn)的生產(chǎn)誘發(fā)的地震現(xiàn)象[19,20]，油氣田中最小主應(yīng)力隨流體壓力變化的問(wèn)題及儲(chǔ)層中應(yīng)力路徑存在的原因[3]。

Yassir等分析認(rèn)為，傳統(tǒng)有效應(yīng)力認(rèn)識(shí)的前提條件是各方向邊界可通過(guò)形變保持總應(yīng)力不變，但是在實(shí)際地層條件下，巖石在各方向被限制，孔隙壓力的變化同樣會(huì)影響總應(yīng)力[21]。對(duì)此，Hillis[20]和Goulty[22]進(jìn)一步發(fā)展了Terzaghi的有效應(yīng)力的定義，提出了孔隙流體壓力和(總)應(yīng)力耦合的概念，認(rèn)為孔隙流體壓力和地層最小水平應(yīng)力之間因巖石的孔隙彈性響應(yīng)而存在耦合。Rozhko等[9]則提出，孔隙流體壓力在分布不均勻時(shí)，還可以通過(guò)超靜水壓力梯度產(chǎn)生的滲透力影響構(gòu)造應(yīng)力。Altmann等在前人的基礎(chǔ)上明確提出了應(yīng)-壓耦合概念，將其定義為孔隙流體壓力變化引起的最小水平主應(yīng)力的變化[23]。隨后將其推廣到了三維空間，提出了三向主應(yīng)力與孔隙流體壓力的耦合關(guān)系[19]。

總體上，孔隙流體壓力可通過(guò)巖石的孔隙彈性響應(yīng)和流體的滲透力影響地層的構(gòu)造應(yīng)力特征，即應(yīng)-壓耦合[10]。據(jù)此，有效應(yīng)力的變化不僅取決于孔隙流體壓力的變化，還與孔隙流體壓力變化導(dǎo)致的(總)構(gòu)造應(yīng)力變化有關(guān)。其簡(jiǎn)單耦合關(guān)系可通過(guò)Engelder和Fischer[24]提出的公式說(shuō)明，公式為

(1)

圖1　孔隙壓力對(duì)差異應(yīng)力的影響示意圖Fig.1　Schematic illustration of the effect of pore pressure on differential stress

應(yīng)-壓耦合與油氣開(kāi)采中通常所指的流-固耦合(Fluid-Solid Interaction/Coupling、Seepage-Rock Mass Coupling)在本質(zhì)上是一樣的，都是流體-固體變形(Fluid-Solid Deformation)的耦合[25]，基礎(chǔ)都是由Terzaghi[17]提出、Biot[26]發(fā)展的有效應(yīng)力理論。但是，前者側(cè)重于孔隙流體壓力變化對(duì)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的影響，后者則更側(cè)重于固體變形對(duì)流體滲流的影響，兩者的研究方法和應(yīng)用領(lǐng)域也有較大差異。

2.2應(yīng)-壓耦合理論研究進(jìn)展

應(yīng)-壓耦合研究的發(fā)展在真正意義上始于20世紀(jì)90年代，近十余年內(nèi)才開(kāi)始快速發(fā)展。經(jīng)過(guò)近二十年的發(fā)展，該理論的研究進(jìn)展主要集中在四個(gè)方面：

1)理論模型向三維化發(fā)展。在應(yīng)-壓耦合理論發(fā)展早期，主要將其用于單井孔隙流體壓力和最小水平主應(yīng)力預(yù)測(cè)[24,27]；隨后，該理論開(kāi)始廣泛地采用二維模型，并利用數(shù)學(xué)推導(dǎo)或數(shù)值/比例物理模擬方法，考慮斷層和孔隙流體壓力分布等因素，分析耦合的應(yīng)力場(chǎng)特征或直接模擬解決實(shí)際地質(zhì)問(wèn)題[5,7,27-32]；近些年，應(yīng)-壓耦合理論則有向三維空間發(fā)展的趨勢(shì)[4,33]，但是，目前其三維理論研究尚且較少，仍以二維研究為主導(dǎo)。

2)影響因素向多元化發(fā)展。早期，應(yīng)-壓耦合理論模型主要考慮儲(chǔ)層側(cè)向邊界是否可自由變形或移動(dòng)[24]；隨后，開(kāi)始考慮不同構(gòu)造環(huán)境(主要是斷層性質(zhì)不同)對(duì)應(yīng)-壓耦合的影響[21,27]；緊接著，儲(chǔ)層的形狀及其與圍巖的巖石力學(xué)性質(zhì)差異也被納入了應(yīng)-壓耦合的考慮范圍[4,5,34]；近些年，該理論則開(kāi)始廣泛考慮與孔隙流體壓力分布相關(guān)的非均質(zhì)性[7,9,32]和滲透力[35,36]?？傮w看，雖然這些工作考慮了儲(chǔ)層形狀、巖石力學(xué)性質(zhì)、孔隙流體壓力分布等多方面因素的影響，但尚未涉及流體超壓的不同成因，這方面有待進(jìn)行進(jìn)一步的深化研究。

3)研究方法由數(shù)據(jù)分析和理論推導(dǎo)向比例物理模擬和數(shù)值模擬發(fā)展。早期，應(yīng)-壓耦合的相關(guān)研究主要基于有效應(yīng)力的理論公式、解釋或應(yīng)用于油田的實(shí)際數(shù)據(jù)[6,24,27]；隨后，采用數(shù)學(xué)推導(dǎo)的方式，分析斷層、儲(chǔ)層形狀及巖石力學(xué)性質(zhì)等因素對(duì)應(yīng)-壓耦合的影響[5，27]；繼而，物理實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬方法被大量采用，用于模擬實(shí)際地質(zhì)問(wèn)題(如儲(chǔ)層巖石力學(xué)性質(zhì)及其與圍巖差異、孔隙流體壓力分布非均質(zhì)性等)[7,31,32]，或者分析應(yīng)-壓耦合對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響[37]。并且隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和流體-固體變形微觀機(jī)理研究的進(jìn)步，數(shù)值模擬已成為當(dāng)前的主要研究方法之一，被越來(lái)越廣泛地用于分析應(yīng)-壓耦合的影響因素或仿真模擬實(shí)際地質(zhì)問(wèn)題等復(fù)雜模型。

4)耦合機(jī)理分析向復(fù)合化發(fā)展。早期，應(yīng)-壓耦合的解釋主要有孔隙彈性、壓實(shí)固化及斷層摩擦力限制等方式[22,38]，其中以孔隙彈性理論應(yīng)用最為廣泛，對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)的解釋也較為合理。近些年，隨著相關(guān)研究的深入和物理實(shí)驗(yàn)?zāi)M的發(fā)展，不少學(xué)者提出應(yīng)-壓耦合分析需要考慮滲透力的作用[29,30,36,39]。對(duì)比眾多數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)、物理實(shí)驗(yàn)和解析方法所對(duì)應(yīng)的邊界條件及求得的結(jié)論可知，孔隙彈性對(duì)應(yīng)-壓耦合的貢獻(xiàn)是普遍的，而滲透力的存在及其對(duì)應(yīng)-壓耦合的貢獻(xiàn)則主要發(fā)生于孔隙流體壓力分布不均勻的條件下。雖然應(yīng)-壓耦合機(jī)理分析中考慮的因素越來(lái)越全面，但目前仍然主要停留在宏觀層面，對(duì)微觀層面的相應(yīng)分析較少。

綜上所述，縱觀國(guó)內(nèi)外相關(guān)成果，雖然現(xiàn)今應(yīng)-壓耦合的理論研究有了較大的發(fā)展，但其研究程度還不夠深入，特別是在耦合要素特征(如流體壓力和固體介質(zhì)非均質(zhì)性)及相應(yīng)的耦合微觀機(jī)理等方面均有待加強(qiáng)。

3　應(yīng)-壓耦合在裂縫發(fā)育研究中的應(yīng)用現(xiàn)狀

在應(yīng)用方面，隨著相關(guān)理論及技術(shù)的進(jìn)步，應(yīng)-壓耦合已逐漸引起人們的重視，并被廣泛地應(yīng)用于石油地質(zhì)研究中。目前，該理論除了應(yīng)用于裂縫類(lèi)型解釋及預(yù)測(cè)外，還被廣泛地用于蓋層完整性分析[32]、斷層穩(wěn)定性分析[33]、沉積體運(yùn)移模擬[31,40]和儲(chǔ)層各向異性[4,37,41]等方面。本節(jié)重點(diǎn)介紹并總結(jié)其在地層天然裂縫研究應(yīng)用中的現(xiàn)狀。

根據(jù)應(yīng)-壓耦合概念，流體壓力和構(gòu)造應(yīng)力將通過(guò)耦合下的差異應(yīng)力變化共同控制裂縫發(fā)生的條件及破裂特征[9,32,42]，這與傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)是有差別的。

以超壓條件下最大主應(yīng)力為垂向應(yīng)力的地層為例，依據(jù)格里菲斯-庫(kù)倫破裂準(zhǔn)則，當(dāng)莫爾圓與破裂包絡(luò)線相切時(shí)，巖石破裂，此時(shí)若差異應(yīng)力(莫爾圓直徑)小于4T(T，巖石抗張強(qiáng)度)，則發(fā)生張破裂，否則發(fā)生剪破裂。根據(jù)對(duì)構(gòu)造應(yīng)力和流體壓力關(guān)系的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，流體超壓可以降低有效應(yīng)力，使莫爾圓向左靠近破裂包絡(luò)線(圖1a)，促進(jìn)裂縫發(fā)育，但由于差異應(yīng)力未改變，所以裂縫發(fā)育類(lèi)型不變，如圖2(a)所示。而在應(yīng)-壓耦合情況下，流體超壓引起最小水平應(yīng)力變大，莫爾圓左移的同時(shí)也逐漸變小(圖1b)，與傳統(tǒng)的有效應(yīng)力變化條件相比，增加了其與破裂包絡(luò)線相切的難度，且破裂類(lèi)型可能由剪破裂變?yōu)閺埰屏?，如圖2(b)所示。此外，滲透力對(duì)主應(yīng)力大小及方向的復(fù)雜作用[30]，也會(huì)影響裂縫發(fā)育的產(chǎn)狀。

圖2　超壓對(duì)巖石破裂的影響示意圖Fig.2　Schematic illustration of the impact of overpressure on rock failure

目前，對(duì)應(yīng)-壓耦合情況下的裂縫發(fā)育特征研究主要集中于蓋層裂縫類(lèi)型和產(chǎn)狀等方面。Hillis[42]提出巖石破裂的模式不能由傳統(tǒng)的穩(wěn)定性差異應(yīng)力判斷，應(yīng)-壓耦合可以使地層破裂由剪破裂向張破裂轉(zhuǎn)變。Lash等[8]、Cobbold等[36]解釋了超壓地層中水平裂縫形成的原因。隨后，Rozhko等[9]通過(guò)數(shù)值模擬方法分析了局部超壓導(dǎo)致的巖石破裂樣式。Mourgues等[32]推導(dǎo)并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了非均勻分布超壓地層中的應(yīng)-壓耦合關(guān)系，分析了相應(yīng)的地層破裂模式，并提出了其對(duì)蓋層完整性評(píng)價(jià)的意義，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出了對(duì)地層錐形破裂的解釋[7]。

雖然應(yīng)-壓耦合已開(kāi)始較多地應(yīng)用于泥頁(yè)巖等蓋層封蓋性的相關(guān)研究，但是其在頁(yè)巖油藏儲(chǔ)層裂縫研究中的應(yīng)用還處于初期階段，僅有少量探索性研究[10]。由于頁(yè)巖地層中超壓發(fā)育的普遍性，其與構(gòu)造應(yīng)力耦合對(duì)天然裂縫發(fā)育的影響必將是頁(yè)巖油藏儲(chǔ)層裂縫研究中需要重視的研究?jī)?nèi)容。

4　頁(yè)巖油藏中應(yīng)-壓耦合的特殊性

頁(yè)巖油藏在現(xiàn)今或地史時(shí)期普遍發(fā)育流體超壓，應(yīng)-壓耦合直接影響其儲(chǔ)層裂縫的發(fā)育，進(jìn)而影響頁(yè)巖油藏的富集和高產(chǎn)規(guī)律。但是，頁(yè)巖油藏中的流體超壓一般具有多種成因，不同成因超壓的應(yīng)-壓耦合也存在差別，從而使得頁(yè)巖油藏中的應(yīng)-壓耦合具有其特殊性。

4.1超壓成因的多樣性

在沉積盆地形成演化過(guò)程中，多種物理、化學(xué)機(jī)理均可以形成流體超壓[43]，根據(jù)超壓產(chǎn)生的過(guò)程可以大致劃分為三類(lèi)[44]：①不均衡壓實(shí)型，包括埋藏和構(gòu)造擠壓造成的壓實(shí)不均衡；②流體膨脹型，包括水熱增壓、黏土礦物脫水、生烴增壓等；③超壓傳遞型，包括側(cè)向、垂向壓力傳遞等。

根據(jù)頁(yè)巖油藏的地質(zhì)條件分析，其超壓形成的過(guò)程以前兩類(lèi)為主。另外，除強(qiáng)構(gòu)造擠壓背景外，快速埋藏造成的欠壓實(shí)和與生烴有關(guān)的增壓是獨(dú)立產(chǎn)生大規(guī)模超壓的兩種主要機(jī)制[45]。因此，對(duì)頁(yè)巖油藏中應(yīng)-壓耦合的研究，需重點(diǎn)關(guān)注以這兩種機(jī)制為代表的不均衡壓實(shí)型和流體膨脹型兩類(lèi)超壓。這兩類(lèi)超壓，前者表現(xiàn)為孔隙體積減小而增壓，后者表現(xiàn)為流體體積膨脹而增壓，增壓方式的不同，造成了應(yīng)-壓耦合特征的差異。

4.2不同超壓成因?qū)е碌膽?yīng)-壓耦合差異性

目前，對(duì)不同超壓成因的應(yīng)-壓耦合特征對(duì)比問(wèn)題，雖然已有少量公開(kāi)文獻(xiàn)涉及[46]，但考慮的超壓成因僅限于生氣作用。根據(jù)現(xiàn)有理論和研究成果推斷，不均衡壓實(shí)型和流體膨脹型兩大類(lèi)超壓地層的應(yīng)-壓耦合特征應(yīng)該也具有差異性。本節(jié)以?xún)深?lèi)超壓成因中具有代表性的欠壓實(shí)和生烴增壓兩種機(jī)制為例說(shuō)明存在這種差異性的原因。

首先，應(yīng)-壓耦合的本質(zhì)是地層巖石骨架對(duì)孔隙流體壓力變化的巖石力學(xué)響應(yīng)，存在受流體超壓成因影響的可能性。根據(jù)公式(1)，這種巖石力學(xué)響應(yīng)關(guān)系主要與泊松比(巖石力學(xué)性質(zhì))和流體壓力大小(滲透力作用中還涉及流體壓力分布)有關(guān)，而流體壓力的大小(和分布)與超壓的成因有密切關(guān)系。

其次，欠壓實(shí)和生烴增壓兩類(lèi)超壓表現(xiàn)為不同的流體壓力變化特征(圖3)，對(duì)地層的有效應(yīng)力變化也有不同的影響，具有差異影響應(yīng)-壓耦合的基礎(chǔ)。兩類(lèi)超壓具有不同的增壓方式[44]，即前者通過(guò)增加外部的上覆巖層重力而超壓，后者通過(guò)孔隙內(nèi)部的流體體積膨脹而超壓(圖3a和圖3b)。這不僅使他們?cè)趬毫Υ笮?和分布)方面存在差異，還使在他們影響下的地層有效應(yīng)力呈現(xiàn)出不同的變化特征：

1)兩者超壓程度一般不同[47]，與欠壓實(shí)相比，生烴增壓成因更容易出現(xiàn)超高壓，見(jiàn)圖3(c)；

2)兩者的壓力空間分布特征不同[32,43]，欠壓實(shí)通常具有較大的分布范圍，生烴增壓則因受有機(jī)質(zhì)分布非均質(zhì)性和熱演化程度的影響而具有局限的分布范圍；

3)兩者遵循的應(yīng)力變化曲線不同[44]，欠壓實(shí)超壓發(fā)育中始終遵循加載曲線，而生烴增壓過(guò)程中則遵循卸載曲線，見(jiàn)圖3(d)和圖3(e)；

4)垂向有效應(yīng)力變化不同，欠壓實(shí)超壓發(fā)育中垂向有效應(yīng)力通常保持不變，即在加載曲線上表現(xiàn)為“停滯”，生烴增壓中垂向有效應(yīng)力則沿卸載曲線顯著減小[48]，見(jiàn)圖3(d)和圖3(e)。

通過(guò)上述兩方面分析可見(jiàn)：欠壓實(shí)和生烴增壓地層中的應(yīng)-壓耦合存在差異性。另外，Bowers等[47]、Shi等[49]分別通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了不均衡壓實(shí)型和流體膨脹型(包括生烴增壓)兩類(lèi)超壓對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響不同。根據(jù)公式(1)，這說(shuō)明兩類(lèi)超壓的應(yīng)-壓耦合差異性也具有現(xiàn)實(shí)依據(jù)。Mourgues等[32]通過(guò)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)指出孔隙流體壓力的分布對(duì)應(yīng)-壓耦合具有直接影響，他們的研究成果則從滲透力作用方面為兩種類(lèi)型超壓的應(yīng)-壓耦合差異性提供了實(shí)際證據(jù)。因此，欠壓實(shí)和生烴增壓為代表的兩類(lèi)成因超壓的地層中，應(yīng)-壓耦合必然存在差異。

圖3　欠壓實(shí)和生烴增壓兩類(lèi)超壓的特征對(duì)比Fig.3　Contrast between two kinds of overpressures caused by under-compaction and hydrocarbon generation

Yassir等[50]曾分析了超壓成因?qū)?yīng)-壓耦合的影響，指出不同成因的超壓導(dǎo)致不同的地層孔隙度和垂向有效應(yīng)力變化(圖3b和3d)，對(duì)地下應(yīng)力狀態(tài)的影響也不同，但他們僅僅進(jìn)行了初步的現(xiàn)象解釋和單井分析。其后至今，對(duì)應(yīng)-壓耦合影響因素方面的研究，僅有少量真正涉及流體超壓的成因[46]。這一方面是由于應(yīng)-壓耦合在石油工業(yè)上引起重視的時(shí)間尚短而研究不足，另一方面也是由于其應(yīng)用多在常規(guī)砂巖儲(chǔ)層的石油開(kāi)發(fā)領(lǐng)域而不涉及超壓成因。

正是由于頁(yè)巖油藏中的超壓可以具有多種成因，因此，超壓成因?qū)е碌膽?yīng)-壓耦合差異性需要在頁(yè)巖油藏裂縫研究中加以考慮。

4.3超壓成因?qū)е碌膽?yīng)-壓耦合特征復(fù)合性

超壓成因的多樣性導(dǎo)致地層中超壓的發(fā)育通常具有復(fù)合成因，這種復(fù)合成因使得相應(yīng)的應(yīng)-壓耦合特征也具有一定的復(fù)合性。

眾多研究表明，沉積盆地的超壓成因大多具有復(fù)合性，在不同的地史時(shí)期以不同的超壓成因?yàn)橹鱗51]。這就造成頁(yè)巖油藏中現(xiàn)今分布的多期裂縫，可能是與多種超壓成因有關(guān)的不同應(yīng)-壓耦合下的裂縫發(fā)育結(jié)果的組合。正確認(rèn)識(shí)這些裂縫的發(fā)育規(guī)律，就需要深入分析與超壓演化密切相關(guān)的應(yīng)-壓耦合變化。這便突顯了頁(yè)巖油藏中應(yīng)-壓耦合特征的復(fù)合性和研究的難度，也顯示了超壓頁(yè)巖油藏中裂縫發(fā)育規(guī)律分析的特殊性。目前，這方面的研究較少。

在頁(yè)巖油藏的勘探和開(kāi)發(fā)中，復(fù)合成因超壓影響下的裂縫分析通常是不可避免的研究?jī)?nèi)容。因此，深入理解不同超壓成因的應(yīng)-壓耦合差異性，準(zhǔn)確把握與超壓演化相關(guān)的應(yīng)-壓耦合變化，才能輕松區(qū)分各個(gè)地質(zhì)時(shí)期不同超壓成因影響下的裂縫發(fā)育特征，從而進(jìn)一步研究裂縫發(fā)育規(guī)律。

5　結(jié)　論

1)構(gòu)造應(yīng)力-流體壓力耦合可以使超壓在減小有效應(yīng)力的同時(shí)改變差異應(yīng)力，這種耦合與流-固耦合具有相同的本質(zhì)，但研究的側(cè)重點(diǎn)不同。

2)應(yīng)-壓耦合理論在理論模型、影響因素、研究方法及耦合機(jī)理四個(gè)方面有較大發(fā)展，但在耦合要素特征及相應(yīng)的耦合微觀機(jī)理等方面還有待加強(qiáng)。

3)應(yīng)-壓耦合已經(jīng)廣泛應(yīng)用于蓋層破裂等封蓋性研究中，但在頁(yè)巖油藏儲(chǔ)層裂縫研究中的應(yīng)用還處于初期探索階段。

4)頁(yè)巖油藏中超壓通常具有復(fù)合成因，而應(yīng)-壓耦合則與超壓成因的類(lèi)型密切相關(guān)，這導(dǎo)致頁(yè)巖儲(chǔ)層裂縫分析時(shí)需要考慮超壓發(fā)育過(guò)程中成因的多樣性及變化對(duì)應(yīng)-壓耦合的影響。

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Pore Pressure/Stress Coupling Progress and Its Specificity in Shale-oil Reservoir

Kang Dongju1，An Shengting2

(1.MLRKeyLaboratoryofMarineMineralResources,GuangzhouMarineGeologicalSurvey,GuangzhouGuangdong510075,China；2.TheFourthInstituteGeologicalandMineralSurveyofQinghai,XiningQinghai810008,China)

The pore pressure/stress coupling is not only the important factor that affects the natural fracture development of overpressure formation, and also the important studying content of the shale reservoir fracture. Concentrating on the stress field factors of fracture development, this paper summarizes the theoretical research progress and application status to fracture of the pore pressure/stress coupling at present, and analyzes the particularity of the pore pressure/stress coupling caused by different overpressure mechanism. The analysis shows that the theoretical research of the pore pressure/stress coupling about the coupling element characteristic and the corresponding coupling microscopic mechanism remains to be strengthened, and its application in shale reservoir fracture is still in the initial exploratory stage. The diversity and complexity causes for overpressure in shale reservoir determine the diversity and complexity of the pore pressure/stress coupling characteristics, which should be considered in the study of shale reservoir fracture, and accurately grasp the change of the pore pressure/stress coupling related to the overpressures evolution.

pore pressure/stress coupling; reservoir fracture; shale-oil reservoir; composite overpressure

1672—7940(2016)04—0538—08

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.04.023

國(guó)家自然科學(xué)基金(編號(hào)：41402117)

康冬菊(1987-)，女，碩士，主要從事測(cè)井、儲(chǔ)量計(jì)算評(píng)價(jià)等方面的研究。E-mail：262865837@qq.com

P555

A

2016-03-21