四維動(dòng)態(tài)地應(yīng)力建模方法及其在壽陽區(qū)塊煤層氣開發(fā)中的應(yīng)用*

張濱海 陳崢嶸 艾傳志 李瑩瑩 彭成勇 朱海燕 唐煊赫

（1.中海油研究總院有限責(zé)任公司 北京 100028； 2.西南石油大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 四川成都 610500）

我國煤層氣地質(zhì)儲(chǔ)量豐富，以沁水盆地為煤層氣主要產(chǎn)區(qū)，但該區(qū)域煤層氣開發(fā)單井產(chǎn)量長期處于較低水平。沁水盆地北部的壽陽區(qū)塊主要產(chǎn)氣層分別為3＃、9＃和15＃煤層，均采用水力壓裂開發(fā)，2014年開發(fā)至今大部分開發(fā)井單井產(chǎn)氣量不足200 m3／d，而產(chǎn)水量多高于10 m3／d。為了評(píng)估前期開發(fā)過程中壓裂施工的合理性，同時(shí)為調(diào)整開發(fā)方案與二次壓裂設(shè)計(jì)提供依據(jù)，需要對(duì)生產(chǎn)過程中地應(yīng)力變化情況及當(dāng)前地應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行分析。

一般情況下，三維靜態(tài)模型能夠較為準(zhǔn)確地反映當(dāng)前地應(yīng)力的狀態(tài)，因此，目前常規(guī)油氣藏開發(fā)過程中的儲(chǔ)層應(yīng)力狀態(tài)分析多使用三維靜態(tài)地應(yīng)力模型。然而，一旦地層呈現(xiàn)強(qiáng)非均質(zhì)性、儲(chǔ)層巖石呈現(xiàn)各向異性、生產(chǎn)或注入過程中地應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生應(yīng)力偏轉(zhuǎn)甚至產(chǎn)生大量斷層，若仍使用靜態(tài)地應(yīng)力分析方法，將必然出現(xiàn)分析誤差。不僅如此，由于應(yīng)力狀態(tài)變化易出現(xiàn)非線性和不規(guī)律等特征，靜態(tài)地應(yīng)力分析方法將無法預(yù)測(cè)強(qiáng)非均質(zhì)性儲(chǔ)層在生產(chǎn)過程中的地應(yīng)力變化情況，無法準(zhǔn)確獲取當(dāng)前地應(yīng)力狀態(tài)。因此，針對(duì)上述情況，需要利用油藏模擬器和地質(zhì)力學(xué)模擬器進(jìn)行耦合，建立考慮時(shí)間效應(yīng)的四維地應(yīng)力分析預(yù)測(cè)模型。

Biot［1］最早在Terzaghi的一維流動(dòng)-應(yīng)力耦合理論中率先提出了三維地應(yīng)力模型，而后Geertsma［2］提出了孔隙和巖石體積變化理論，并討論了地應(yīng)力變化對(duì)巖石彈性和孔隙體積的影響。從20世紀(jì)90年代開始，由于水力壓裂的推廣應(yīng)用、油氣藏長效開采過程中需要考慮壓實(shí)沉降等原因，在油藏模擬過程中考慮地應(yīng)力變化得出了大量的研究成果，先后出現(xiàn)了大量滲流-應(yīng)力耦合模型［3-9］。其中，有限元方法較其他方法如有限差分、離散元等具有更好的適應(yīng)性，先后發(fā)展出了Teufel等［10-11］和Chen等［13-14］提出的單孔隙和雙孔隙滲流-應(yīng)力耦合模型，Cuisiat等［15］、Gutierrex等［16-17］提出的全耦合有限元模型，Settari等［18］、Tran等［19］為解決全耦合收斂性差而提出的部分耦合有限元模型，Onaisi等［20］、Samier等［21-22］提出的顯示積分耦合模型等。在此基礎(chǔ)上，Hatchell等［23］、Herwanger等［24］、Onaisi等［25］發(fā)展出了考慮生產(chǎn)或注入過程時(shí)間效應(yīng)的四維動(dòng)態(tài)地應(yīng)力模型，并且不斷發(fā)展出各向異性地層分析和滲透率應(yīng)力敏感性分析等應(yīng)用。近年來，商業(yè)軟件逐漸在滲流-應(yīng)力耦合中發(fā)揮出強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，其中應(yīng)用較廣、認(rèn)可度較高的耦合系統(tǒng)主要有以CodeBright［26］、COMSOL［27］等為代表的有限差分法全耦合，以TOUGH和FLAC3D耦合［28］、ECLIPSE與ABAQUS耦合［29］等為代表的有限元法部分耦合，以ECLIPSE與VISAGE耦合［30］、ATHOS與ABAQUS耦合［31］為代表的有限元法單向耦合。然而，上述基于商業(yè)軟件的多場(chǎng)耦合方法存在2個(gè)方面不足：一是耦合計(jì)算過程中多假設(shè)理想產(chǎn)量，并未基于煤層氣的真實(shí)排采情況，無法反映實(shí)際生產(chǎn)過程中煤層氣藏地應(yīng)力的變化；二是未考慮儲(chǔ)層各向異性和非均質(zhì)性影響。

因此，本文基于有限差分算法油藏?cái)?shù)值模擬器CMG和非線性有限元模擬器ABAQUS，提出了滲流-應(yīng)力耦合四維動(dòng)態(tài)地應(yīng)力建模分析方法，并結(jié)合沁水盆地壽陽煤層氣區(qū)塊地質(zhì)儲(chǔ)層及巖石力學(xué)特征，以壽陽區(qū)塊15＃煤層為研究對(duì)象，建立壽陽南燕竹A2區(qū)塊地應(yīng)力模型，分析該區(qū)塊15＃煤層排水采氣過程中地應(yīng)力的變化情況，以期為煤層氣排采制度調(diào)整、加密井井壁穩(wěn)定性分析、重復(fù)壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 四維地應(yīng)力耦合建模方法

本文提出的四維地應(yīng)力耦合建模方法，其流程是：首先在地質(zhì)建模軟件中進(jìn)行地質(zhì)建模及相關(guān)處理；然后利用CMG作為油藏模擬器，選擇ABAQUS作為考慮時(shí)間效應(yīng)的四維動(dòng)態(tài)地應(yīng)力有限元模擬器，利用自編程接口程序使得CMG和ABAQUS能夠進(jìn)行耦合計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)以CMG＋ABAQUS為平臺(tái)進(jìn)行四維動(dòng)態(tài)地應(yīng)力聯(lián)合建模。

1.1 地質(zhì)及油藏模型準(zhǔn)備

在進(jìn)行油藏模型和地應(yīng)力模型耦合之前，首先需要地質(zhì)建模，即建立含有地層孔滲參數(shù)（孔隙度、滲透率、孔隙壓力、沉積相、巖性等）和巖石力學(xué)參數(shù)（彈性模量、泊松比等）的地質(zhì)模型；然后將地質(zhì)模型導(dǎo)入到油藏模擬器CMG中建立油藏模型，并根據(jù)目標(biāo)地層的生產(chǎn)或注入數(shù)據(jù)及油藏滲流特性進(jìn)行油藏動(dòng)態(tài)模擬；最后分別將三維靜態(tài)油藏模型和三維動(dòng)態(tài)孔隙壓力場(chǎng)以通用文件格式輸出，即完成地質(zhì)及油藏模型準(zhǔn)備工作。

1.2 幾何建模與網(wǎng)格處理

CMG油藏模型通常使用六面體（笛卡爾）網(wǎng)格，因此CMG中油藏模型的幾何節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)格可直接轉(zhuǎn)換為有限元網(wǎng)格。利用油藏網(wǎng)格直接建立有限元網(wǎng)格的方法已經(jīng)得到了應(yīng)用，但該方法存在致命的缺陷，即當(dāng)模型中存在斷層或巖性尖滅時(shí)，必須通過降低網(wǎng)格尺寸來合理描述斷層或巖性尖滅等地質(zhì)特征，這勢(shì)必使得網(wǎng)格密度迅速增加或出現(xiàn)畸形網(wǎng)格，最終導(dǎo)致計(jì)算難以收斂。此外，為了精確分析井筒附近的應(yīng)力變化情況，必須要增大網(wǎng)格密度，而油藏模擬器無法提供井筒附近網(wǎng)格加密功能，因此就必須增大整體網(wǎng)格的密度，從而增大了計(jì)算收斂的難度。圖1a為油藏模型網(wǎng)格及直接導(dǎo)入ABAQUS建立有限元模型中斷層處理方法，由于斷層處的不連續(xù)，將會(huì)導(dǎo)致ABAQUS計(jì)算難以收斂；圖2a為巖性尖滅處的處理方法，油藏模型中的通常做法為不斷加密網(wǎng)格，直至無限逼近尖滅，但這一處理方法也會(huì)造成計(jì)算量急劇增大或難以收斂。

圖1 斷層處網(wǎng)格處理方法Fig.1 Grid treatment of faults

圖2 巖性尖滅處網(wǎng)格處理方法Fig.2 Grid treatment of pinch-outs

為了解決上述收斂問題，本文采用四面體網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格劃分處理，如圖1b、2b所示，即利用四面體網(wǎng)格的幾何特性，使得在斷層處各節(jié)點(diǎn)能夠共享，在巖性尖滅處用數(shù)個(gè)網(wǎng)格就能逼近尖滅。由于油藏模型網(wǎng)格和有限元模型網(wǎng)格在幾何形狀上的差異，因此無法直接將油藏網(wǎng)格模型直接轉(zhuǎn)換為有限元網(wǎng)格模型。針對(duì)這一情況，本文利用自編程接口程序?qū)崿F(xiàn)2種幾何模型的轉(zhuǎn)換：首先利用接口程序識(shí)別CMG導(dǎo)出文件中的不同層位的多個(gè)幾何模型，并且轉(zhuǎn)換為Pro-E模型格式文件，然后導(dǎo)入到ABAQUS中建立地層整體幾何模型，同時(shí)利用掃描方式在各個(gè)層面之間建立十節(jié)點(diǎn)的四面體網(wǎng)格模型，最后根據(jù)CMG中導(dǎo)入的井眼軌跡點(diǎn)，對(duì)井筒附近網(wǎng)格進(jìn)行加密處理。需要特別注意的是，由于四面體網(wǎng)格本身在劃分時(shí)比六面體網(wǎng)格更容易形成畸形網(wǎng)格，因此可能需要采取多次網(wǎng)格質(zhì)量檢查和重劃分的方式完善模型網(wǎng)格。

1.3 地應(yīng)力有限元模型屬性賦值

由于油藏模型網(wǎng)格和有限元模型網(wǎng)格的差異，使得油藏屬性難以從網(wǎng)格中心計(jì)算點(diǎn)直接賦值到有限元網(wǎng)格的積分點(diǎn)中。針對(duì)這一情況，本文在接口程序中開發(fā)了屬性轉(zhuǎn)換功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)有限元地應(yīng)力模型進(jìn)行屬性賦值。該功能利用鄰近點(diǎn)法搜索離油藏網(wǎng)格中心計(jì)算點(diǎn)距離最接近的地應(yīng)力模型有限元網(wǎng)格積分點(diǎn)，然后將屬性賦值到該積分點(diǎn)中。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于不需要進(jìn)行額外的運(yùn)算，僅通過不同點(diǎn)的距離對(duì)比即可快速賦值，大大節(jié)約了運(yùn)算成本。

1.4 ABAQUS計(jì)算模型完善

完成幾何模型建立及屬性賦值后，為方便后期模型的調(diào)整與修正，本文采用ABAQUS Input文件快速建模，并嚴(yán)格按照ABAQUS Input文件格式進(jìn)行處理。同時(shí)，為了提高建模及分析效率，模型幾何參數(shù)（包括節(jié)點(diǎn)、單元、節(jié)點(diǎn)集和單元集等）均以獨(dú)立文件的形式存儲(chǔ)和調(diào)用。

1）材料修正與完善。對(duì)于CMG，儲(chǔ)層的巖石力學(xué)特性參數(shù)往往只能描述為各向同性彈性材料，而對(duì)于大多數(shù)油氣藏，其儲(chǔ)層巖石多表現(xiàn)為一定程度或一定方向上的各向異性，因此在ABAQUS中需要通過修改合理的彈性材料模型進(jìn)行描述，同時(shí)根據(jù)已有的材料來適當(dāng)?shù)孛枋鏊苄圆牧稀?/p>

2）接觸控制。對(duì)于各個(gè)層位之間的接觸或是斷層接觸在應(yīng)力狀態(tài)改變而產(chǎn)生的滑移，必須通過Slip Tolerance控制在相對(duì)小并且合理的范圍內(nèi)。

3）初始條件及應(yīng)力初始化。將CMG三維靜態(tài)模型轉(zhuǎn)化到ABAQUS中的各項(xiàng)孔滲參數(shù)、初始孔隙壓力以及地應(yīng)力預(yù)估梯度作為初始條件，在ABAQUS進(jìn)行初始化地應(yīng)力平衡，得到初始化地應(yīng)力，然后根據(jù)單井地應(yīng)力分析結(jié)果進(jìn)行校正。

4）外邊界條件。在施加模型外邊界條件時(shí)，本文采用的是對(duì)模型底面和側(cè)面進(jìn)行位移和旋轉(zhuǎn)約束。

5）內(nèi)邊界條件。在每一時(shí)間步中，以變化的孔隙壓力作為內(nèi)邊界條件。

2 壽陽區(qū)塊動(dòng)態(tài)地應(yīng)力分析

2.1 區(qū)域及地質(zhì)概況

壽陽南燕竹區(qū)位于山西省中部沁水煤田北端，地處太行山脈西麓太原東山背斜之東南翼，地勢(shì)西高東低，北高南低，海拔標(biāo)高為980.00～1342.10 m；但相對(duì)高差不大，一般在100～200 m。本區(qū)構(gòu)造簡(jiǎn)單，斷層稀少，煤層氣資源豐富，含氣飽和度較好，具有廣闊的商業(yè)開發(fā)前景。目前，需要針對(duì)壽陽南燕竹A2區(qū)塊加密井、開發(fā)井二次壓裂等進(jìn)行開發(fā)方案設(shè)計(jì)。

南燕竹A2區(qū)塊主產(chǎn)氣層位為3＃、9＃和15＃煤層，其中3＃和9＃煤層厚度小，孔滲條件差，因此15＃煤層為重點(diǎn)開發(fā)層位，其儲(chǔ)量豐度和含氣面積均具有明顯優(yōu)勢(shì)。15＃煤層位于太原組下部，其K2下灰?guī)r層位頂板含水層充水，底板以泥巖、砂質(zhì)泥巖為主，局部為細(xì)砂巖和炭質(zhì)泥巖。南燕竹A2區(qū)塊目前共鉆井150口，其中壓裂井127口，47口排井中產(chǎn)氣井僅23口。

目前A2區(qū)塊主要存在前期壓裂完成投產(chǎn)后產(chǎn)氣不足和大量產(chǎn)水的問題，主要表現(xiàn)為：①相似地質(zhì)條件下，壓裂排量越大，產(chǎn)水量越大；②壓裂強(qiáng)度過大，易導(dǎo)致壓裂裂縫過長，形成T字縫，造成煤層溝通含水層；③壓裂段煤層薄，15＃煤層部分厚度不足2 m，氣井大量產(chǎn)水。因此，需要對(duì)該區(qū)塊在生產(chǎn)過程中的地應(yīng)力變化情況進(jìn)行研究，同時(shí)準(zhǔn)確評(píng)估該區(qū)塊當(dāng)前地應(yīng)力狀態(tài)，為后期開發(fā)方案調(diào)整及重復(fù)壓裂設(shè)計(jì)提供建議。

2.2 模型的建立及應(yīng)力初始化驗(yàn)證

為了獲得壽陽南燕竹A2區(qū)塊當(dāng)前地應(yīng)力狀態(tài)，并對(duì)地應(yīng)力的變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，利用本文提出的四維地應(yīng)力建模方法，以Petrel中導(dǎo)出的地質(zhì)模型為原始數(shù)據(jù)，在CMG中建立了A2區(qū)塊三維油藏模型，并根據(jù)該區(qū)塊47口在排井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)完成了油藏?cái)?shù)值分析，得到該區(qū)塊不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)的孔隙壓力變化情況，同時(shí)利用接口程序耦合建立了A2區(qū)塊有限元地應(yīng)力模型。為了避免模型邊緣不規(guī)則導(dǎo)致的收斂性問題，有限元模型包含了A2區(qū)塊全部和部分A1區(qū)塊。圖3為壽陽南燕竹A2區(qū)塊地應(yīng)力分析有限元幾何模型的網(wǎng)格劃分示意圖。

圖3 壽陽南燕竹A2區(qū)塊地應(yīng)力分析有限元幾何模型的網(wǎng)格劃分示意圖Fig.3 Grid division diagram of FE geomechanical model of NYZ-A2 block in Shouyang

利用接口程序?qū)τ邢拊Ｐ瓦M(jìn)行屬性賦值，并且結(jié)合多口井的地漏實(shí)驗(yàn)結(jié)果在ABAQUS地應(yīng)力平衡步中進(jìn)行地應(yīng)力初始化反演，得到A2區(qū)塊的三維初始地應(yīng)力場(chǎng)。圖4為A2區(qū)塊15＃煤層初始最小水平主應(yīng)力σh反演結(jié)果，可以看出初始最小水平主應(yīng)力整體呈現(xiàn)由東北方向向西南方向逐漸增大的趨勢(shì)，與該區(qū)塊15＃煤層埋深的走勢(shì)相似。

圖4 壽陽南燕竹A2區(qū)塊15＃煤層最小水平主應(yīng)力初始化反演結(jié)果Fig.4 Minimum horizontal principal stress initialization of NYZ-A2 15＃coalbed in Shouyang

為了驗(yàn)證利用本文四維地應(yīng)力建模分析方法反演得到的A2區(qū)塊15＃煤層最小水平主應(yīng)力σh、最大水平主應(yīng)力σH結(jié)果的準(zhǔn)確性，選取A2區(qū)塊SYNY-101井的初始地應(yīng)力在一定深度范圍內(nèi)的反演結(jié)果，并與利用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試（測(cè)井資料＋地破試驗(yàn)）得到的地應(yīng)力縱向剖面進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖5所示。由圖5可以看出，A2區(qū)塊SYNY-101井井深450 m以上地層為走滑斷層機(jī)制，450 m以下地層為正斷層機(jī)制；地應(yīng)力反演結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果整體吻合度較高，誤差小于10%，說明該地應(yīng)力建模方法及初始地應(yīng)力反演結(jié)果合理、可靠。

圖5 壽陽南燕竹A2區(qū)塊SYNY-101井地應(yīng)力現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試分析結(jié)果與模擬結(jié)果對(duì)比Fig.5 Comparison between stress field test and simulation result of Well SYNY-101 in NYZ-A2 block in Shouyang

2.3 動(dòng)態(tài)地應(yīng)力計(jì)算結(jié)果分析

分別篩選A2區(qū)塊地質(zhì)條件較好的9口在排井進(jìn)行井筒儲(chǔ)層段附近地應(yīng)力的變化情況分析，其中SYNY-125、SYNY-136、SYNY-150、SYNY-161、SYNY-173、SYNY-185、SYNY-187等7口井產(chǎn)氣量相對(duì)較高、產(chǎn)水量較低，SYNY-135、SYNY-190等2口井無產(chǎn)氣且產(chǎn)水量較高。

1）單井地應(yīng)力變化過程對(duì)比分析。

首先選取兩相鄰開發(fā)井SYNY-136井和SYNY-135井，兩口開發(fā)井儲(chǔ)層埋深相近，地層孔滲條件相似，但排采情況完全不同。SYNY-136井排采情況良好，230 d內(nèi)的產(chǎn)氣量大于300 m3／d，產(chǎn)水量小于5 m3／d；而SYNY-135井排采狀況較差，230 d內(nèi)的產(chǎn)氣量始終為0，且早已完成了排水降壓階段，而產(chǎn)水量大于10 m3／d。

圖6、7分別為SYNY-136井井筒最大水平主應(yīng)力、最小水平主應(yīng)力隨孔隙壓力的變化情況，該井井筒附近儲(chǔ)層沉降情況如圖8所示。由圖6、7可知，隨著孔隙壓力的降低，該井井筒水平主應(yīng)力均上升，其中最大水平主應(yīng)力變化量ΔσH＝0.197 6 MPa，變化率為1.34%；最小水平主應(yīng)力變化量Δσh＝0.222 5 MPa，變化率2.04%。由圖8可以看出，孔隙壓力降低0.317 2 MPa，該井儲(chǔ)層段沉降達(dá)到0.113 4 m。

圖9、10分別為SYNY-135井井筒最大水平主應(yīng)力、最小水平主應(yīng)力隨孔隙壓力的變化情況，該井井筒附近儲(chǔ)層沉降情況如圖11所示。由圖9、10可知，隨著孔隙壓力的降低，該井井筒水平主應(yīng)力均上升，其中最大水平主應(yīng)力變化量ΔσH＝0.162 9 MPa，變化率為1.07%；最小水平主應(yīng)力變化量Δσh＝0.169 5 MPa，變化率1.46%。由圖11可以看出，孔隙壓力降低0.334 75 MPa，該井儲(chǔ)層段沉降達(dá)到0.030 3 m。

對(duì)比SYNY-136井和SYNY-135井的地應(yīng)力及沉降分析結(jié)果可知，對(duì)于南燕竹A2區(qū)塊，兩相鄰井孔隙壓力下降情況接近，說明該區(qū)塊儲(chǔ)層連通性較好；同時(shí)由于SYNY-136井處于良好的排采階段，而SYNY-135井在230 d內(nèi)始終未產(chǎn)氣，因此SYNY-136井儲(chǔ)層段地應(yīng)力變化幅度要明顯大于SYNY-135井，這一特征也同樣反映在儲(chǔ)層沉降幅度的差異上。

圖6 壽陽南燕竹A2區(qū)塊SYNY-136井最大水平主應(yīng)力隨孔隙壓力變化Fig.6 The maximum horizontal principal stress change with pore pressure of Well SYNY-136 in NYZ-A2 block in Shouyang

圖7 壽陽南燕竹A2區(qū)塊SYNY-136井最小水平主應(yīng)力隨孔隙壓力變化Fig.7 The minimum horizontal principal stress change with pore pressure of Well SYNY-136 in NYZ-A2 block in Shouyang

圖8 壽陽南燕竹A2區(qū)塊SYNY-136井儲(chǔ)層沉降情況Fig.8 The subsidence of Well SYNY-136 in NYZ-A2 block in Shouyang

圖9 壽陽南燕竹A2區(qū)塊SYNY-135井最大水平主應(yīng)力隨孔隙壓力變化Fig.9 The maximum horizontal principal stress change with pore pressure of Well SYNY-135 in NYZ-A2 block in Shouyang

圖10 壽陽南燕竹A2區(qū)塊SYNY-135井最小水平主應(yīng)力隨孔隙壓力變化Fig.10 The minimum horizontal principal stress change with pore pressure of Well SYNY-135 in NYZ-A2 block in Shouyang

圖11 壽陽南燕竹A2區(qū)塊SYNY-135井儲(chǔ)層沉降情況Fig.11 The subsidence of Well SYNY-135 in NYZ-A2 block in Shouyang

2）地應(yīng)力變化強(qiáng)弱對(duì)比及重復(fù)壓裂井優(yōu)選。

將SYNY-125、SYNY-135、SYNY-136、SYNY-150、SYNY-161、SYNY-173、SYNY-185、SYNY-187和SYNY-190等9口井的最小水平主應(yīng)力變化量與最大水平主應(yīng)力變化量之差、最小水平主應(yīng)力變化率與最大水平主應(yīng)力變化率之差分別繪制在圖12中。對(duì)于壽陽區(qū)塊，進(jìn)行重復(fù)壓裂的主要目的是為了壓開新的裂縫，這就需要水平應(yīng)力發(fā)生一定程度的偏轉(zhuǎn)，使之與原地應(yīng)力間具有一定的夾角。當(dāng)目標(biāo)井最大水平主應(yīng)力的增長量或增長率大于等于最小水平主應(yīng)力時(shí)，該井水平地應(yīng)力不會(huì)產(chǎn)生足夠的偏轉(zhuǎn)，可暫時(shí)將這類井排除，需要優(yōu)選最小水平主應(yīng)力增長率與最大水平主應(yīng)力增長率較大的井。由圖12可以看出，Δσh／σh－ΔσH／σH的大小順序?yàn)椋篠YNY-136＞SYNY-161＞SYNY-187＞SYNY-125＞SYNY-135＞SYNY-185＞SYNY-150＞SYNY-190＞SYNY-173。由此可見，SYNY-136井地應(yīng)力偏轉(zhuǎn)程度最高，二次壓裂時(shí)容易產(chǎn)生新裂縫；而SYNY-173井地應(yīng)力偏轉(zhuǎn)程度最低，二次壓裂時(shí)不易產(chǎn)生新裂縫。

圖12 壽陽南燕竹A2區(qū)塊9口井地應(yīng)力變化結(jié)果Fig.12 Stress change results of nine wells in NYZ-A2 block in Shouyang

3 結(jié)論

1）利用CMG和ABAQUS建立了滲流-應(yīng)力耦合四維動(dòng)態(tài)地應(yīng)力模型，并用該模型反演得到的壽陽南燕竹A2區(qū)塊初始地應(yīng)力場(chǎng)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)吻合度較高，表明該四維地應(yīng)力建模分析方法可用于煤層氣開采過程中的動(dòng)態(tài)地應(yīng)力分析。

2）通過對(duì)壽陽南燕竹A2區(qū)塊單井地應(yīng)力變化對(duì)比分析結(jié)果可以得到，相鄰兩井之間地應(yīng)力變化趨勢(shì)相近，表明該區(qū)塊15＃煤層儲(chǔ)層連通性較好，但產(chǎn)量或孔隙壓力的變化分布強(qiáng)弱對(duì)地應(yīng)力變化和儲(chǔ)層沉降仍有一定影響。

3）A2區(qū)塊9口在排井地應(yīng)力變化強(qiáng)弱對(duì)比結(jié)果表明，SYNY-136井地應(yīng)力偏轉(zhuǎn)程度最高，二次壓裂時(shí)容易產(chǎn)生新裂縫，而SYNY-173井地應(yīng)力偏轉(zhuǎn)程度最低，二次壓裂時(shí)不易產(chǎn)生新裂縫。上述認(rèn)識(shí)可為煤層氣排采制度調(diào)整、加密井井壁穩(wěn)定性分析、二次壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)等提供參考。