超深層走滑斷裂帶應(yīng)力場模擬及其開發(fā)意義:以順北5號斷裂帶南段為例

鮑典, 曹飛*, 張娟, 王時林, 喻宸, 盧志強

(1.中石化西北油田分公司勘探開發(fā)研究院, 烏魯木齊 830011; 2.西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 成都 630500; 3.中國石化石油勘探開發(fā)研究院, 北京 102200)

地應(yīng)力分析貫穿于油氣運移、成藏的整個過程,同時對水平井軌布置及開發(fā)方式都具有重要的指示意義[1]。常規(guī)油氣藏運移中,應(yīng)力場作為油氣驅(qū)動的主要動力之一[2],應(yīng)力場與斷裂對應(yīng)關(guān)系是進(jìn)行蓋層斷層封閉性評價的重要指標(biāo)[3-4],層內(nèi)裂縫的發(fā)育是儲層滲透率增加的重要因素[5]。構(gòu)造運動中天然裂縫通常沿著最大水平主應(yīng)力方向雁行排列,并沿最小水平主應(yīng)力方向張開[6-7],對裂縫性儲層而言,通常采用大斜度井及水平井進(jìn)行開發(fā),井位鉆進(jìn)方向力求以與最大水平主應(yīng)力垂直時可以鉆遇更多的天然裂縫,增加鉆進(jìn)效果。地應(yīng)力場的大小及平面分布成為油氣勘探的重要環(huán)節(jié),有限元模擬由于其運用簡便及可操作性強的特點,在地質(zhì)研究過程中應(yīng)用愈加廣泛[8]。

順北地區(qū)是塔里木盆地重要的油氣產(chǎn)區(qū)[9-10],奧陶系一間房組碳酸鹽巖作為主要油氣儲集巖類,儲層具有超大埋深、超高壓力及超高溫度的“三超高”特點[11-12]。前人針對順北地區(qū)油氣運移成藏及儲層做過大量研究。云露[13]認(rèn)為順北地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲層成藏條件優(yōu)越;王昱翔等[14]認(rèn)為順北地區(qū)存在加里東晚期和海西晚期-印支期兩期油氣充注;張煜等[15]研究認(rèn)為一間房組碳酸鹽斷溶體儲層非均質(zhì)強,多期斷層破碎帶對優(yōu)質(zhì)儲層及油氣的分布具有控制作用;順北地區(qū)深層走滑斷裂對油氣藏的形成具有控制作用[16],走滑斷裂不同段在活動方式及控藏等方面存在明顯的差異,具有“一段一油藏”特點[17];吳鮮等[18]通過對順北地區(qū)奧陶系油氣運移研究認(rèn)為地溫場對烴源巖熱演化控制是造成油氣藏分異的重要原因。主要儲集空間為溶蝕孔洞,溶蝕孔洞的發(fā)育受斷層展布的直接控制,為典型“斷溶體”儲層[19],斷裂帶控制下發(fā)育多個億噸級油氣區(qū),其中順北44X井突破標(biāo)志著順北4號斷裂帶控制下的新的億噸級油氣區(qū),為塔里木盆地新的勘探熱點地區(qū)。

前期針對地應(yīng)力研究主要針對壓裂開發(fā)方式及井壁穩(wěn)定性,而針對應(yīng)力場平面分布模擬、與有氣運移關(guān)系及鉆井井軌布置等方面的研究略顯匱乏?，F(xiàn)以順北5號斷裂南段為研究對象,在現(xiàn)今地應(yīng)力分析的基礎(chǔ)上,利用ANSYS有限元模擬軟件對現(xiàn)今地應(yīng)力場進(jìn)行預(yù)測,分析應(yīng)力場大小及平面方向,為尋找順北地區(qū)及其他深層碳酸鹽巖斷溶體儲層油氣運移規(guī)律及有利聚集區(qū),針對不同類型儲層水平井井軌跡布置方案,以期為順北地區(qū)下階段油氣井軌部署及油氣的高效開發(fā)提供一定的理論指導(dǎo)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

塔里木盆地夾持于天山與昆侖山褶皺之間,是中國內(nèi)陸最大的疊加復(fù)合型含油氣盆地[20-21],順北地區(qū)位于塔里木盆地中北部地區(qū),區(qū)域構(gòu)造背景與塔里木盆地具有一致性[22-23]。奧陶系一間房組與上覆吐木休克組紅色灰?guī)r及下伏鷹山組均呈整合接觸[24]。一間房組主要為開闊臺地相沉積,包括臺內(nèi)灘及灘間海兩個亞相[25],以發(fā)育淺灰色灰?guī)r為主,同時發(fā)育礫屑灰?guī)r、砂屑灰?guī)r及含生物灰?guī)r,其中碎屑顆粒主要為生物碎屑及砂屑,發(fā)育少量藻粘結(jié)灰?guī)r,生物碎屑類型多樣,主要包括棘皮類、藻類、腕足類、三葉蟲、苔蘚蟲及介形蟲等[26-27],一間房組地層埋深普遍在7 200 m以下,地層厚度介于168 ～220 m,平均厚度為197 m。儲集空間主要為溶蝕孔-縫,在斷裂疊置區(qū)縫洞體集中發(fā)育,為典型的“斷控儲集體”[28-29]。

順北5號斷裂位于順托果勒低隆的東部與阿瓦提凹陷的結(jié)合部位[30],整體呈南北向展布,具有明顯的走滑性質(zhì),斷裂向北至塔北隆起輪臺斷裂,向南至塔中隆起吐木休克斷裂(圖1)。根據(jù)走向差異,可以將順北5號斷裂分為北段(NW20°)、中段(NE10°)及南段(NE20°)。

2 斷裂特征

2.1 順北5號斷裂南段特征

2.2 順北5號斷裂帶演化模式

順北5號斷裂帶存在左行走滑及右行走滑斷裂體系兩類解釋模式,進(jìn)一步細(xì)分為“菱形”破碎模式、羽狀破碎模式、馬尾破碎模式。結(jié)合主走滑斷裂分布及小型走滑斷層的平面組合特點,走滑斷裂的解釋模式分別為:線性走滑斷層呈“X”形交錯展布,斷層簡單,為處于破裂快速增加早期走滑斷裂階段,平面上發(fā)育雁列式展布的里德爾剪裂走滑斷裂[圖3(a)];雁列式斷裂帶發(fā)育羽狀及雁列狀斷層,形成大型拉分地塹、馬尾斷裂帶,北東向走滑斷裂多發(fā)育馬尾破碎帶或羽狀斷裂,建立為處于最為破碎且壓剪裂走滑斷裂發(fā)育趨于成熟后期階段的解釋模式[圖3(b)、圖3(c)]。

圖1 順北地區(qū)構(gòu)造及斷裂特征Fig.1 Structure and fault characteristics of Shunbei area

根據(jù)上述斷裂帶解釋模式理論,分析結(jié)果顯示順北5號斷裂帶走滑斷裂具有早期右旋走滑、晚期左旋走滑的運動特點,在線性走滑位移帶,包括左行左階及左行右階兩種走滑模式,控制斷裂帶線性構(gòu)造發(fā)育;順北5號斷裂主要為馬尾狀或羽狀斷裂發(fā)育區(qū)與線性走滑疊加的斷裂解釋模式,其中線性位移帶至馬尾狀或羽狀斷裂發(fā)育區(qū)的破裂范圍也隨之增加,張性應(yīng)力區(qū)的破裂范圍大于壓扭應(yīng)力區(qū)(圖3)。

3 現(xiàn)今地應(yīng)力

3.1 現(xiàn)今地應(yīng)力大小

深部巖體現(xiàn)今地應(yīng)力大小可以通過水力壓裂及巖石聲發(fā)射實驗獲取。基于巖石應(yīng)力-應(yīng)變原則,水壓致裂過程中裂縫總是沿著最小主應(yīng)力張開,因此,壓裂縫閉合壓力即為最小主應(yīng)力[31],聲發(fā)射實驗利用巖石聲應(yīng)力記憶性進(jìn)行,由于一間房組埋深大,采用水力壓裂的方式求取地應(yīng)力成本過高,而巖石聲發(fā)射實驗法由于操作簡便、可操作性強及成本低的特點,在地應(yīng)力求取中的應(yīng)用廣泛,本次研究過程中采用聲發(fā)射實驗求取地應(yīng)力大小。

采用RTR-1000型巖石三軸力學(xué)實驗儀進(jìn)行巖石聲發(fā)射實驗,采用SWAES聲發(fā)射儀數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行聲發(fā)射信號記錄。實驗前,垂直于全直徑巖心鉆取小巖心,尺寸為25 mm×50 mm,利用磨光機對小巖心的上下端口磨平處理。分別對四口井巖心聲發(fā)射實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計,明確垂向應(yīng)力(δv)、水平最大主應(yīng)力(δH)、水平最小主應(yīng)力(δh)大小,其中順北501井垂向應(yīng)力(δv)為189.91 MPa,水平最大主應(yīng)力(δH)為191.52 MPa,水平最小主應(yīng)力(δh)為141.25 MPa;順北5-1X井垂向應(yīng)力(δv)為191 MPa,水平最大主應(yīng)力(δH)為175 MPa,水平最小主應(yīng)力(δh)為140 MPa;順北51X井垂向應(yīng)力(δv)為186 MPa,水平最大主應(yīng)力(δH)為170 MPa,水平最小主應(yīng)力(δh)為142 MPa;順北評2H井三組樣品垂向應(yīng)力(δv)平均值為182.4 MPa,δH平均值為174.6 MPa,δh平均值為133.2 MPa。

a～h表示斷裂南段由北至南地震解釋剖面圖2 順北5號斷裂帶南段典型剖面斷層解釋成果Fig.2 Fault interpretation results of typical profiles in the southern segment of the Shunbei No. 5 fault zone

圖3 順北5號斷裂帶走滑斷裂帶兩類三種解釋模式Fig.3 Two types of three interpretation modes for the strike-slip fault zone of the Shunbei No. 5 fault zone

3.2 現(xiàn)今地應(yīng)力方向

現(xiàn)今地應(yīng)力方位對于井筒穩(wěn)定性、水平井鉆進(jìn)方位等都具有重要作用。在進(jìn)行地應(yīng)力分布模擬中,地應(yīng)力方向的確定是模型應(yīng)力邊界及加載方式確定的重要依據(jù)。地應(yīng)力方向可以通過鉆井過程中形成的誘導(dǎo)縫、井壁崩落等進(jìn)行確定,鉆井誘導(dǎo)縫通常指示最大水平主應(yīng)力方向,井壁崩落與最小水平主應(yīng)力方向一致。

結(jié)合不同單井成像測井解釋成果,蓬1井及順北5-5H井的井壁崩落及鉆井誘導(dǎo)縫發(fā)育明顯(圖4),通過對不同深度段井壁崩落及鉆井誘導(dǎo)縫方位統(tǒng)計結(jié)果,順北蓬1井及順北5-5H井地應(yīng)力方位北東-南西向(45°±5°),順北7井最大水平主應(yīng)力方向為北東-南西向(25°±5°),結(jié)合鉆井位置及多井地應(yīng)力方位統(tǒng)計結(jié)果,確定研究區(qū)地應(yīng)力方位主要為NE47.5°(圖4)。

4 有限元應(yīng)力場模擬

有限元模擬是常用的應(yīng)力場平面分布預(yù)測方法,在地質(zhì)理論研究及實驗測試數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,采用鑲嵌基礎(chǔ)算法的大型有限元模擬軟件獲取地應(yīng)力平面分布的同時可以提高模擬精度。本次研究采用ANSYS數(shù)值模擬軟件進(jìn)行,主要步驟包括確定模擬范圍、模型建立、單元劃分、力學(xué)參數(shù)賦值、確定模型邊界類型、應(yīng)力加載及分析等步驟,計算流程如圖5所示。

圖4 成像測井鉆井誘導(dǎo)縫及井壁崩落Fig.4 Imaging logging induced fracture and wall collapse

圖5 構(gòu)造應(yīng)力場數(shù)值模擬流程Fig.5 Numerical simulation flow of the tectonic stress field

4.1 地質(zhì)模型的建立

地質(zhì)模型為反映地質(zhì)體所經(jīng)歷的各種地質(zhì)過程的準(zhǔn)確認(rèn)識而產(chǎn)生的理想模型。地質(zhì)模型的建立需要充分考慮多期構(gòu)造運動中形成的褶皺、斷層及巖性的差異,實際建模過程中需要進(jìn)行相應(yīng)的合并處理,以實現(xiàn)不同構(gòu)造部位應(yīng)力場方向、大小等的歷史變化特征。

建模過程中首先根據(jù)順北地區(qū)5號斷裂帶構(gòu)造形態(tài)設(shè)置關(guān)鍵點的坐標(biāo),在劃分不同巖性介質(zhì)的基礎(chǔ)上,根據(jù)構(gòu)造部位差異劃分不同的構(gòu)造區(qū)域。本次分析認(rèn)為構(gòu)造位置、巖性是控制斷裂發(fā)育的重要因素,因此,對模型不同位置的單元材料主要結(jié)合構(gòu)造位置、巖性分布來綜合確定,對斷裂的不同部位賦予相應(yīng)的材料值,其他不同巖性及構(gòu)造部位根據(jù)其具體特征賦予對應(yīng)的力學(xué)參數(shù)。

順北地區(qū)構(gòu)造以斷裂發(fā)育為主,本次研究過程中地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型主要分為斷裂帶及非斷裂帶兩大區(qū)域。針對巖性差異,在一間房組區(qū)域巖性平面分布基礎(chǔ)上,對不同巖性單元給予合理的巖石力學(xué)參數(shù)。根據(jù)沉積相及巖性分析結(jié)果,一間房組以灰坪沉積為主。因此,本次模擬分析結(jié)果中,巖石的物理力學(xué)參數(shù)主要考慮灰坪沉積所對應(yīng)的巖性。

基于上述構(gòu)造及巖性分析結(jié)果,抽象出順北地區(qū)5號斷裂帶南段地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型如圖6所示。

在抽象出順北5號斷裂的地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型之后,在ANSYS軟件中采用八節(jié)點四邊形單元分割模型區(qū)域,采用六結(jié)點三邊形單元對不能完全采用八階段四面體分割的區(qū)域進(jìn)行分割,以實現(xiàn)對整體區(qū)域的分割劃分,在完成區(qū)域模型的離散化之后,順北5號斷裂帶南段計算模型的單元數(shù)為9 304、結(jié)點數(shù)為27 899[圖7(a)]。

4.2 邊界及應(yīng)力加載方式

邊界條件的確定需結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化,在明確構(gòu)造期次及演化階段的前提下確定構(gòu)造應(yīng)力的大小及方向。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)及構(gòu)造演化,順北地區(qū)主要受塔北和塔中兩大變形體系控制,區(qū)域應(yīng)力方向主要為北西向。模擬過程中對模型施加北東方向的應(yīng)力,同時,為了防止應(yīng)力施加過程中地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的形變,分別對模型北西、北東及南東三個方向進(jìn)行單向約束(圖6)。施加單向應(yīng)力的大小參考巖石力學(xué)實驗過程中獲取的最大水平主應(yīng)力。

根據(jù)順北地區(qū)SBH501井、SHB5-1X井、SBH51X井及SHPB2H等四口井巖心樣品Kaiser效應(yīng)聲發(fā)射應(yīng)力分析結(jié)果,一間房組垂向應(yīng)力(δv)、水平最大主應(yīng)力(δH)、水平最小主應(yīng)力(δh)大小分別為187、177及139 MPa(表1)。

圖6 應(yīng)力場模擬邊界條件Fig.6 Structural stress field simulated boundary conditions

表1 模型應(yīng)力大小分布表Table 1 Model stress size distribution table

4.3 力學(xué)模型及參數(shù)設(shè)置

對不同構(gòu)造區(qū)巖體力學(xué)參數(shù)的合理賦值是模型計算成功的關(guān)鍵步驟,決定了整個模型的成敗。主要的巖石力學(xué)參數(shù)包括巖石彈性模量、泊松比、內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角、巖體抗拉強度等。本次研究中通過對SHB501井及SHBP2H井15塊一間房組共樣品進(jìn)行單軸及三軸抗壓強度實驗,實驗過程中分別設(shè)置圍壓為30 MPa及60 MPa,分析結(jié)果見表2。

表2 巖心巖石力學(xué)參數(shù)Table 2 Rock mechanics parameters of core

巖石力學(xué)結(jié)果顯示SHB501井一間房組單軸抗壓強度介于70.16～75.74 MPa,平均72.67 MPa;楊氏彈性模量介于36 832～43 432 MPa,平均39 314 MPa;泊松比介于0.204～0.252,平均為0.227。當(dāng)圍壓條件為30 MPa時,巖樣抗壓強度介于249.73～279.06 MPa,平均為267.76 MPa,楊氏模量介于2 631～56 857 MPa,平均49 744 MPa,泊松比介于0.235～0.314,平均0.275。60 MPa圍壓下,巖樣抗壓強度310.2 MPa,楊氏模量為608 91 MPa,泊松比0.338,巖樣的內(nèi)聚力17.6 MPa,內(nèi)摩擦角為41.6°。SHBP2H井:巖樣單軸抗壓強度介于53.57～87.74 MPa,平均81.31MPa;楊氏模量介于35 950～46 063 MPa,平均42 153 MPa;泊松比0.214～0.245,平均0.223。60 MPa圍壓下,巖樣抗壓強度介于278.5～373.61 MPa,楊氏模量介于54 426～68 840 MPa,泊松比介于0.289～0.329,巖樣的內(nèi)聚力20.6 MPa,內(nèi)摩擦角40.93°。

根據(jù)實驗測試結(jié)果,單軸條件與不同圍壓下巖石力學(xué)參數(shù)存在明顯差異。隨著圍壓增大,巖石抗壓強度、彈性模量與泊松比基本呈增大趨勢。

根據(jù)前期研究結(jié)果,一間房組以灰坪相沉積為主,平面差異小。因此,在模型材料參數(shù)賦值過程中主要考慮斷裂發(fā)育的影響。選取SHB501井和SHBP2H井在60 MPa圍壓條件下所測實驗結(jié)果作為巖石力學(xué)參數(shù)開展有限元模擬。

結(jié)合取樣井所處構(gòu)造位置差異,SHB501井位于斷裂帶內(nèi),SHBP2H井遠(yuǎn)離斷裂帶,處于非斷裂發(fā)育區(qū),因此,在對模型不同構(gòu)造區(qū)進(jìn)行的力學(xué)參數(shù)賦值過程中,斷裂帶內(nèi)巖石力學(xué)參數(shù)參考SHB501井實驗結(jié)果,非斷裂帶內(nèi)巖石力學(xué)參數(shù)參考SHBP2H井(表3)。

表3 不同單元類型巖石力學(xué)參數(shù)Table 3 Rock mechanical parameters of different element types

4.4 應(yīng)力場平面分布及驗證

通過上述地質(zhì)模型離散化、應(yīng)力加載、邊界條件確定,結(jié)合地應(yīng)力及力學(xué)參數(shù)測試結(jié)果,對模型斷層所處區(qū)域材料采用非連續(xù)介質(zhì)力學(xué)模型處理,建立研究區(qū)地應(yīng)力場有限元分析力學(xué)模型[圖7(a)]。

在模擬計算過程中,以單井地應(yīng)力方向作為控制及參照,對5號斷裂帶南段進(jìn)行有限元數(shù)值模擬分析,得到不同構(gòu)造單元地應(yīng)力方向分布圖[圖7(b)]。順北5號斷裂帶南段現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場整體呈北東向,局部地區(qū)應(yīng)力場發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn),地應(yīng)力方向為近東西向及北北東向,結(jié)合前文順北蓬1井、順北5-5H井及順北55X井單井地應(yīng)力方位分析,本次模擬結(jié)果地應(yīng)力方向與井周實測地應(yīng)力方位一致。局部構(gòu)造位置地應(yīng)力方向偏轉(zhuǎn)在10°左右,其中斷裂帶及周圍地應(yīng)力方向變化加快,斷裂帶內(nèi)部地應(yīng)力方向沒有明顯變化規(guī)律,分析是由于斷裂帶內(nèi)部巖石破碎嚴(yán)重,應(yīng)力場得以釋放,加大了應(yīng)力場參數(shù)的求取難度,加大了模擬結(jié)果與實際應(yīng)力場方向誤差。

5 有利區(qū)帶及井軌優(yōu)化指示

5.1 地應(yīng)力對有利區(qū)帶的指示

地應(yīng)力作為油氣運移的重要驅(qū)動力,平面上在烴源及儲集條件優(yōu)越的情況下,由于地應(yīng)力差異,油氣總是趨向于從“高流體勢區(qū)”向“低流體勢區(qū)”運移,流體勢大小與儲層孔隙流體壓力直接相關(guān),從應(yīng)力場角度分析,自不考慮上覆地層自重的情況下,儲層孔隙流體壓力大小受地層平均地應(yīng)力大小直接控制,因此,通常情況下,地應(yīng)力值較大的地區(qū)對應(yīng)了儲層“高流體勢區(qū)”。

在儲層疏導(dǎo)系統(tǒng)良好的情況下,儲層流體勢大小決定儲層內(nèi)油氣運移強度,單位體質(zhì)量流體勢(Φ)計算公式為

(1)

式(1)中:g為重力加速度,取9.18 m/s2;h為相對基準(zhǔn)面的高度,m;ρ為流體的密度,kg/m3;p為流體所受外界壓力或孔隙壓力,Pa;v為流體的流速,m/s。

從地應(yīng)力驅(qū)動油氣運移的理論出發(fā),孔隙壓力主要受平均應(yīng)力σ0的控制,采用三維地應(yīng)力有限元模擬可以得到任意空間點的平均應(yīng)力,同時,儲層內(nèi)油氣的橫縱向運移速度均較小,因此,對流體勢而言,其大小主要與孔隙壓力相關(guān),當(dāng)油氣流速極緩時,流體勢的計算公式為

(2)

根據(jù)有限元地應(yīng)力模擬平面分布,得到順北5號斷裂帶南段地應(yīng)力云圖[圖7(c)],根據(jù)前文分析結(jié)果,油氣運移勢的分布與地應(yīng)力分布具有一致性,斷裂帶發(fā)育區(qū)域及影響范圍內(nèi)表現(xiàn)應(yīng)力值較低,為低流體勢區(qū),在烴源及儲集條件相似情況下,這些低勢區(qū)是油氣運移聚集的有利區(qū)域。結(jié)合順北地區(qū)現(xiàn)有油氣井測試及分析結(jié)果,分布于斷裂帶的單井的油氣顯示良好,單井產(chǎn)能高。對比分析研究區(qū)一間房組斷層平面分布及斷層縱向切穿層位,5號斷裂帶南部西北部及南部發(fā)育多條斷裂,其中南部斷層向下切穿層位更古老,向上與晚期斷層相互切割,三維分布的斷裂組成良好的疏導(dǎo)體系,同時,多斷層發(fā)育形成低流體勢區(qū)域,一間房組具有良好的封蓋系統(tǒng),是油氣的有利聚集區(qū),將會是下一階段油氣勘探與開發(fā)的有利區(qū)域[圖7(c)]。

5.2 井軌跡優(yōu)化

天然裂縫性油氣藏開發(fā)過程中油氣的滲流主要依賴儲層基質(zhì)滲透率。因此,大斜度井及水平井鉆進(jìn)過程中,井筒力求與儲層高滲透性方向垂直,有利于油氣向井眼滲流,加大油氣產(chǎn)能。5號斷裂帶南段發(fā)育三類油氣藏,分別為天然裂縫性油藏、基質(zhì)低滲透性薄儲層油藏及基質(zhì)低滲透性厚儲層油氣藏,不同油藏類型由于地應(yīng)力的影響,在井眼軌跡選擇上存在一定的差異。

對于天然裂縫性油藏而言,斷裂的發(fā)育造成儲層沿斷層發(fā)育分布,同時儲層孔滲性較高,這類儲層通常采用大斜度井及水平井進(jìn)行開發(fā),鉆井軌跡力求鉆遇更多開啟的裂縫,儲層裂縫面沿著最大水平主應(yīng)力方向雁行排列,且裂縫面沿最小水平主應(yīng)力方向張開的。當(dāng)大斜度井或水平井的鉆井方位平行于最小水平主應(yīng)力方向時,井筒方位將橫穿和鉆割了這些雁行排列的張開的天然裂縫面。這種水平井就將得到最大的排油面積和產(chǎn)量。因此,對于天然裂縫性油藏,水平井的鉆井方位力求與最小主應(yīng)力方向平行。

基質(zhì)低滲透性薄儲層油藏的采用水力壓裂方式進(jìn)行開發(fā),壓裂過程中形成復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)有助于油氣的聚集,巖石力學(xué)實驗顯示一間房組垂向地應(yīng)力較大,水力壓裂過程中,裂縫網(wǎng)絡(luò)主要為垂直裂縫,井筒與儲層接觸的長度增大促使產(chǎn)能增加;壓裂可以產(chǎn)生多條垂直于水平井筒的正交裂縫,多條裂縫增加和擴(kuò)大了儲層的排油面積。結(jié)合實際鉆井分析,SBH55X井鉆遇儲層分析,該井儲層規(guī)模有限,具有低滲透性薄儲層油藏特征。SHB55X(原)的閉合方位為NE-SW向,儲層含氣1層共0.64 m,弱含氣6層共10.43 m,熒光1層共0.08 m,共8層共11.5 m,整體儲層欠發(fā)育,SHB55X(側(cè))的閉合方位為北西-南東向,儲層弱含氣11層共23.5 m,油跡1層共1.9 m,熒光1層共0.81 m,共13層共26.21 m,整體儲層欠發(fā)育,盡管SHB55X(原)與SHB55X(側(cè))兩井儲層均欠發(fā)育,但近平行于最小主應(yīng)力方向鉆進(jìn)的順北55X(側(cè))較垂直于最小主應(yīng)力方向鉆進(jìn)的順北55X(原)儲層更發(fā)育。因此,對于該類儲層上水平井及大斜度井的鉆井方位力求與最小水平主應(yīng)力平行,以在壓裂開發(fā)中裂縫溝通更多的含油面積,獲得高產(chǎn)能。

基質(zhì)低滲透性厚儲層油氣藏儲層采用水力壓裂開發(fā),大斜度井及水平井的鉆井方位平行最大水平主應(yīng)力方向時,壓裂形成的裂縫平行于井筒方向的縱向裂縫,這些壓裂縫擴(kuò)大了儲層排油面積,從而提高了水平井的產(chǎn)量。以SHB53-1H井與SHB57X井為例子進(jìn)行說明,兩口井一間房組儲層均具有縫洞發(fā)育且連通性好的特征,其中SHB53-1H井閉合方為73.32°,發(fā)育含氣層1層共15m,弱含氣層2層共6 m,Ⅰ類儲層1層共3 m,Ⅱ類儲層4層共36.5 m,Ⅲ類儲層12層共95.5 m,SHB57X井閉合方為80.34°,弱含氣4層共7 m,Ⅱ類儲層2層共2 m層,Ⅲ類儲層4層共148 m。SHB53-1H井與SHB57X井閉合方位均為北東東向,與軌跡最優(yōu)方案大致相同。

6 結(jié)論

(1)順北5號斷裂南段一間房組地應(yīng)力分布具有較強的非均質(zhì)性,受控于斷裂規(guī)模與方位,最大水平主應(yīng)力方向為北東-南西向為主,斷裂帶周圍地應(yīng)力方向變化明顯,斷層附近最大主應(yīng)力方向趨向于與斷層方向平行。

(2)地應(yīng)力分布與流體勢分布具有一致性,斷裂帶發(fā)育分布區(qū)對應(yīng)低流體勢分布區(qū),為有利的油氣聚集帶。井軌優(yōu)化方位根據(jù)儲層的差異而變化,天然裂縫性儲層、高滲透性儲層及基質(zhì)低滲透性薄儲層油氣藏水平井的鉆井方位應(yīng)平行于最小主應(yīng)力方位,基質(zhì)低滲透性厚儲層水平井的鉆井方位應(yīng)與最大主應(yīng)力方向平行。