文古4井地區(qū)地應(yīng)力分布規(guī)律研究

朱海默，范柱國(guó)，朱珊珊，李 淼

1昆明理工大學(xué)國(guó)土資源工程學(xué)院，云南 昆明

2中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司，廣東 湛江

1. 區(qū)域地質(zhì)概況

文古地區(qū)位于東濮凹陷文衛(wèi)潛山構(gòu)造。東濮凹陷及鄰區(qū)地處河南、山東、河北三省交界處，構(gòu)造上位于渤海灣盆地南部，主要包括東濮凹陷、臨清坳陷、中牟凹陷、魯西隆起、內(nèi)黃隆起等構(gòu)造單元。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育寒武系-奧陶系、石炭系-二疊系、三疊系中-下統(tǒng)、侏羅系上統(tǒng)-白堊系、古近系、新近系、第四系7套沉積巖系，其中古近系和上古生界煤系為主要烴源巖，并在東濮凹陷發(fā)現(xiàn)文留、濮城等新近系油氣田和文23等煤成氣田。

2. 試驗(yàn)步驟

1) 將取自現(xiàn)場(chǎng)的鉆井巖心按要求制備試驗(yàn)巖樣。每組樣品至少包括4個(gè)試樣，其中1個(gè)取自垂直方向(平行井眼軸線)，另外3個(gè)取自水平面內(nèi)互成45?的3個(gè)方向。為了確保測(cè)試結(jié)果更為準(zhǔn)確可靠，可同時(shí)在同一油田區(qū)塊取幾組試樣進(jìn)行試驗(yàn)。為了不破壞巖心，也可在大巖樣上鑲嵌四向聲波探頭。

2) 試驗(yàn)時(shí)，在樣品端面與上下墊塊間有一個(gè)直徑25 mm、厚約2 mm的橡膠片，以減少端面摩擦和機(jī)械噪音，并保證巖樣端面與墊塊接觸良好。保持巖樣兩端面平行。

3) 根據(jù)埋深初步估算地層的上覆巖層壓力，并與巖石單軸抗壓強(qiáng)度的70%進(jìn)行比較。若上覆巖層壓力大于該值，進(jìn)行三軸條件下的聲發(fā)射試驗(yàn)；若低于該值，進(jìn)行單軸聲發(fā)射試驗(yàn)[1][2]。

4) 將加工好的試樣在室內(nèi)進(jìn)行重復(fù)加載試驗(yàn)，測(cè)出巖樣受載過(guò)程中的聲發(fā)射信號(hào)隨載荷的變化曲線。

5) 在第2次加載聲發(fā)射載荷變化曲線上，找出聲發(fā)射抹錄不盡點(diǎn)，參照該點(diǎn)載荷值，在第1次曲線中確定出Kaiser點(diǎn)[3]。

6) 取Kaiser點(diǎn)和抹錄不盡點(diǎn)載荷的平均值，即為巖心在地下所受的最大正應(yīng)力。將測(cè)得的3個(gè)水平方向的正應(yīng)力值代入計(jì)算式，即可求得巖樣在井下所受的最大、最小水平主地應(yīng)力[4][5]。上覆地層壓力即為垂直方向的Kaiser點(diǎn)應(yīng)力。

3. 試驗(yàn)結(jié)果

表1為通過(guò)聲發(fā)射Kaiser試驗(yàn)得到的文古4井區(qū)塊的地應(yīng)力值。結(jié)合地應(yīng)力分布圖和Kaiser試驗(yàn)，確定最大水平主應(yīng)力方向?yàn)镹E45?。

巖心取自文古4井3426.63～3426.70 m沙河街組三段中亞段，為褐灰色薄層含鹽含灰質(zhì)泥巖，模擬地層圍壓條件，進(jìn)行巖樣單周軸向載荷破壞測(cè)試，獲得三軸抗壓強(qiáng)度，計(jì)算彈性模量、泊松比等參數(shù)(表2)。

利用試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果、地層的孔隙壓力、上覆巖層壓力及巖石的泊松比，計(jì)算了文古4井區(qū)塊的分層構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)，同時(shí)，結(jié)合測(cè)井資料和地應(yīng)力解釋軟件，分別計(jì)算了文古4井和衛(wèi)383-FP2井的巖石力學(xué)參數(shù)值和地應(yīng)力值。根據(jù)地應(yīng)力值，回歸出不同井的地應(yīng)力梯度方程(表3)。

Table 1. The data of acoustic emission of Well Wengu 4 Area under the confining pressure表1. 文古4井區(qū)塊圍壓下聲發(fā)射試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)

Table 2. The data of rock mechanical parameter test of shale in Well Wengu 4表2. 文古4井泥頁(yè)巖巖石力學(xué)參數(shù)測(cè)試結(jié)果

Table 3. The crustal stress gradient equation in Well Wengu 4表3. 文古4井區(qū)塊地應(yīng)力梯度方程

4. 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)Kaiser試驗(yàn)，計(jì)算了文古4井區(qū)塊構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)0.6304和0.3095，確定了最大水平主應(yīng)力方向?yàn)镹E45?。綜合分析該井的數(shù)據(jù)，得到了文古4井處于正斷層地帶，地應(yīng)力分布為上覆巖層壓力 ＞ 最大水平地應(yīng)力 ＞ 最小水平主應(yīng)力。