大牛地氣田馬五1-2致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層平緩構(gòu)造帶裂縫預(yù)測(cè)

張 沖，周 文，2，謝潤(rùn)成，2，朱 濤，楊秀堃

（1.成都理工大學(xué) 能源學(xué)院，四川 成都 610059； 2.成都理工大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610059； 3.中法渤海地質(zhì)服務(wù)有限公司，廣東 湛江 504057）

0 引言

天然裂縫普遍存在于致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層中，其裂縫系統(tǒng)發(fā)育程度對(duì)油氣成藏及后續(xù)開發(fā)評(píng)價(jià)具有重要作用[1］.人們認(rèn)為不同沉積盆地儲(chǔ)層的裂縫預(yù)測(cè)方法和思路存在較大差異[2］.致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間主要為裂縫和溶蝕孔洞，裂縫的延伸和發(fā)育規(guī)律影響儲(chǔ)層中天然氣的流動(dòng)能力[3］.近年來，鄂爾多斯盆地在碳酸鹽巖儲(chǔ)層中的勘探開發(fā)取得重大突破，發(fā)現(xiàn)下古生界奧陶系巖溶風(fēng)化殼儲(chǔ)集層[4］，并獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流，裂縫在這些儲(chǔ)層中起重要作用.由于致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層裂縫發(fā)育規(guī)律具有復(fù)雜性，對(duì)其進(jìn)行裂縫預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)較為困難.

目前，對(duì)裂縫預(yù)測(cè)和分布規(guī)律的研究已取得進(jìn)展[5］.20世紀(jì)80年代以來，裂縫預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)方法在物探、數(shù)學(xué)、地震相分析、構(gòu)造曲率和區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)模擬等方面得到發(fā)展[6-7］，Pollard D D等基于測(cè)井資料運(yùn)用分形理論開展裂縫研究，認(rèn)為構(gòu)造裂縫屬于裂縫成因類型最為常見的一種類型[8］.黃光玉等對(duì)構(gòu)造變形較大的地區(qū)進(jìn)行構(gòu)造主曲率預(yù)測(cè)，但預(yù)測(cè)方法在不同沉積盆地、不同構(gòu)造形態(tài)應(yīng)用效果存在差異[9］.近年來，將變形的巖層作為屈曲薄板，采用彈性應(yīng)力應(yīng)變方程，模擬水平狀態(tài)至發(fā)生一定撓度時(shí)的應(yīng)力場(chǎng)，進(jìn)行裂縫評(píng)價(jià)[10］，并在鄂爾多斯盆地麻黃山等區(qū)塊低滲透砂巖儲(chǔ)層中獲得較好應(yīng)用效果[11］，但是缺乏對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層的應(yīng)用實(shí)踐.郭鵬等利用線彈性的有限元應(yīng)力場(chǎng)模擬方法對(duì)鄂爾多斯盆地進(jìn)行裂縫預(yù)測(cè)，認(rèn)為地應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬可以有效解決低滲透油氣藏儲(chǔ)集應(yīng)力分布[12］.周文等利用有限元法古構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)模擬技術(shù)，對(duì)鄂爾多斯盆地上古生界砂巖儲(chǔ)層裂縫的評(píng)價(jià)取得突破，推動(dòng)上古生界油氣的開發(fā)進(jìn)程[13］.由于碳酸鹽巖儲(chǔ)層的彈性參數(shù)獲取困難和孔隙縫洞情況復(fù)雜，應(yīng)力應(yīng)變曲線常不出現(xiàn)線彈性階段，因此不適宜利用線彈性有限元應(yīng)力模擬方法研究裂縫規(guī)律.

大牛地氣田下古生界奧陶系風(fēng)化殼地層是中石化華北石油局重點(diǎn)勘探開發(fā)層位，目前已進(jìn)入水平井開發(fā)階段，獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流.水平井的高效開發(fā)離不開對(duì)地下天然裂縫的發(fā)育模式和分布規(guī)律的研究，現(xiàn)階段的勘探開發(fā)實(shí)踐也表明裂縫對(duì)大牛地氣田下古生界奧陶系風(fēng)化殼地層的開發(fā)起關(guān)鍵作用；但是因?yàn)榇笈５貧馓飿?gòu)造平緩，裂縫研究基礎(chǔ)薄弱，對(duì)于平緩構(gòu)造帶和致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層尚缺乏有效預(yù)測(cè)模型.因此，基于大牛地氣田馬五1-2致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層的力學(xué)特征差異，結(jié)合巖心觀察、裂縫測(cè)井識(shí)別和巖石力學(xué)測(cè)試等研究，進(jìn)行非線性彈塑性力學(xué)模型的應(yīng)力模擬裂縫預(yù)測(cè)，為該地區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層開發(fā)評(píng)價(jià)和其他平緩構(gòu)造帶碳酸鹽巖儲(chǔ)層裂縫評(píng)價(jià)提供參考.

1 區(qū)域地質(zhì)概況

大牛地氣田北臨伊金霍洛旗古鼻隆帶和烏審旗北鼻隆，西為烏審旗—鹽池鼻隆帶，南接榆林橫山鼻隆帶，斷裂不發(fā)育，整體為北東偏高、西南略低的平緩單斜，坡降不超過9m／km，地層傾角為0.2°～0.7°（見圖1）.馬家溝組在沉積末期遭受加里東長(zhǎng)達(dá)1.0～1.4億年的風(fēng)化和侵蝕，形成現(xiàn)今準(zhǔn)平原化的巖溶地貌和奧陶系頂部巖溶風(fēng)化殼[14］，因此大牛地氣田馬五1-2儲(chǔ)層受到嚴(yán)重的風(fēng)化剝蝕，其中馬五1主要分布在研究區(qū)中部；馬五2未被完全剝蝕，在氣田大部分地區(qū)發(fā)育.

圖1 大牛地氣田區(qū)域構(gòu)造位置（據(jù)文獻(xiàn)[13］修改）Fig.1 The regional tectonic position of Daniudi gas field

2 儲(chǔ)層及裂縫特征

2.1 儲(chǔ)層

馬五1-2儲(chǔ)層是大牛地氣田具有開發(fā)潛力的白云巖儲(chǔ)層，白云巖夾薄層含云質(zhì)灰?guī)r和角礫云巖是馬五1-2儲(chǔ)層主要巖性特征.馬五1平均孔隙度為2.90%，平均滲透率為0.35×10-3μm2；馬五2平均孔隙度為2.80%，平均滲透率為0.65×10-3μm2，屬于致密低孔低滲白云巖儲(chǔ)層.根據(jù)巖石力學(xué)性質(zhì)、儲(chǔ)層巖性和物性特征，可以將馬五1-2儲(chǔ)層看作是一個(gè)巖石破裂單元，對(duì)它采用非線性彈塑性模型進(jìn)行應(yīng)力模擬.

2.2 裂縫

大牛地氣田下古生界10口取心井共觀察到170條天然裂縫（其中馬五1占54.7%），平均傾角約為55°，巖心上多呈斜交型和垂直型展布.馬五1巖心平均裂縫線密度為1.87條／m，較馬五2的1.49條／m略為發(fā)育，表明靠近不整合面的地層受到強(qiáng)烈剝蝕而巖石更易發(fā)生破裂.馬五1-2儲(chǔ)層主要為微—細(xì)粉晶云巖夾泥云巖，局部含薄層的角礫云巖；角礫云巖是受表生期風(fēng)化淋濾即巖溶作用形成的，在大牛地氣田部分井中有分布.這種巖性存在許多力學(xué)結(jié)構(gòu)面，在構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈時(shí)期易發(fā)生破裂，巖心上可見切割巖溶角礫現(xiàn)象；但是該類破裂多呈網(wǎng)狀，通常為方解石、泥質(zhì)等填充，對(duì)天然氣地下縱橫向流動(dòng)無意義[15］.

研究區(qū)鉆井巖心上以構(gòu)造破裂相關(guān)的裂縫類型為主，其中構(gòu)造壓剪力學(xué)成因的破裂主要在微—細(xì)粉晶白云巖中分布，且較為主要；其他巖石破裂形式相對(duì)較為少見（見圖2）.根據(jù)巖心上觀察到的縫面力學(xué)性質(zhì)及巖石力學(xué)強(qiáng)度測(cè)試時(shí)發(fā)生的破裂形式，認(rèn)為馬五1-2儲(chǔ)層裂縫成因主要在壓剪應(yīng)力環(huán)境下形成.鄧虎成等認(rèn)為構(gòu)造變形曲率僅適于對(duì)構(gòu)造拉張環(huán)境下形成的裂縫進(jìn)行分布評(píng)價(jià)，因此馬五1-2儲(chǔ)層不再適于利用構(gòu)造曲率進(jìn)行裂縫評(píng)價(jià)[11］.馬五1-2儲(chǔ)層鏡下薄片裂縫多為構(gòu)造破裂，裂縫有效寬度一般為3～40 μm，明顯低于巖心的0.1～1.0mm（見圖2），更為客觀地反映地下裂縫的閉合程度.根據(jù)地下天然氣流體動(dòng)力學(xué)，馬五1-2儲(chǔ)層構(gòu)造裂縫有效性高，裂縫有效比例達(dá)到85%，在油氣運(yùn)移成藏過程中對(duì)上古生界氣源到下古生界成藏起積極的疏導(dǎo)作用，也可為天然氣開發(fā)提供通道.大牛地氣田馬五1-2儲(chǔ)層電阻率成像測(cè)井資料解釋顯示，地下天然裂縫為NW-SE和近東西（NWW-SEE）向兩個(gè)組系裂縫發(fā)育，與奧陶系頂部構(gòu)造幾排壓性鼻隆受力分析確定的最大主壓應(yīng)力方向保持一致，為大牛地氣田奧陶系頂面的應(yīng)力場(chǎng)模擬提供地質(zhì)依據(jù)[16］.

圖2 大牛地氣田馬五1-2儲(chǔ)層裂縫特征Fig.2 The fracture characteristics of Ma51-2in Daniudi gas field

3 地質(zhì)環(huán)境及裂縫期次

3.1 地質(zhì)環(huán)境

馬五1-2儲(chǔ)層經(jīng)歷加里東時(shí)期抬升剝蝕后，在隨后的印支、燕山和喜山期受到強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，其中印支期持續(xù)時(shí)間短，對(duì)大牛地地區(qū)地層變形影響較弱；燕山期包括大牛地氣田的整個(gè)鄂爾多斯盆地，構(gòu)造活動(dòng)劇烈、影響時(shí)間長(zhǎng)，使整個(gè)盆地變?yōu)橄蛭鲀A斜的構(gòu)造新格局；到燕山中后期—喜山期基本塑造大牛地氣田鼻隆構(gòu)造形態(tài)，地層構(gòu)造變形最大，燕山期對(duì)大牛地馬五1-2儲(chǔ)層巖石破裂起重要作用.由于加里東時(shí)期存在地層剝蝕和巖溶作用，巖石的力學(xué)強(qiáng)度受到極大削弱，在隨后的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中，表層的馬五1-2儲(chǔ)層更易發(fā)生破裂.

3.2 裂縫期次

地下巖體經(jīng)受不同構(gòu)造運(yùn)動(dòng)期作用，對(duì)它所經(jīng)歷的構(gòu)造應(yīng)力存在記憶；地下巖石中聲發(fā)射的不可逆現(xiàn)象是研究?jī)?chǔ)層巖石破裂期次的判斷依據(jù).對(duì)3個(gè)方向巖樣（1組9個(gè)，每個(gè)方向3個(gè)）進(jìn)行應(yīng)力加載，巖石樣品內(nèi)部存在早期構(gòu)造作用產(chǎn)生的微裂隙，在應(yīng)力加載時(shí)造成應(yīng)力集中，進(jìn)一步失穩(wěn)擴(kuò)展，巖石內(nèi)部的彈性能量迅速釋放，其中一部分能量將轉(zhuǎn)換為聲波或是聲發(fā)射信號(hào)，可通過儀器接收并記錄信號(hào)所經(jīng)歷的應(yīng)力加載時(shí)間和聲發(fā)射事件的累計(jì)頻數(shù)關(guān)系曲線.當(dāng)施加應(yīng)力超過巖石形成微裂隙的應(yīng)力時(shí)，巖石產(chǎn)生失穩(wěn)和擴(kuò)展的不可逆現(xiàn)象稱為“Kaiser”效應(yīng)，聲發(fā)射曲線上的“Kaiser”效應(yīng)點(diǎn)數(shù)反映巖石所經(jīng)歷的構(gòu)造應(yīng)力歷史[17-18］.

采集一組馬五2巖石聲發(fā)射樣品，所測(cè)試的聲發(fā)射曲線顯示該段地層經(jīng)歷多期應(yīng)力受力史.由聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線（見圖3）可以看出：絕大多數(shù)試件出現(xiàn)3個(gè)特征點(diǎn)，即3級(jí)“Kaiser”效應(yīng)點(diǎn).巖石聲發(fā)射曲線的三級(jí)效應(yīng)點(diǎn)是巖石在單一方向上施加載荷，在某一加載時(shí)間不同時(shí)期構(gòu)造應(yīng)力產(chǎn)生的微裂隙發(fā)生能量集體釋放，一般為3～5s（實(shí)驗(yàn)室加載速度為15kN／min）.由于逐漸施加荷載，因此樣品破壞前的“Kaiser”效應(yīng)點(diǎn)數(shù)反映巖石的受力歷史期次，即顯示裂縫形成期次至少為3期（見圖3），第二個(gè)Kaiser點(diǎn)聲發(fā)射效應(yīng)最為明顯，是燕山構(gòu)造期.這是因?yàn)檠嗌綐?gòu)造期馬五1-2儲(chǔ)層受到的應(yīng)力強(qiáng)度最大，巖石在遭受某一期高應(yīng)力后，巖石內(nèi)部產(chǎn)生新的裂隙，應(yīng)力較小的前一期存在巖石中的應(yīng)力記憶被消除或減弱.因此，聲發(fā)射曲線可用于確定燕山期應(yīng)力大小，用于后續(xù)的非線性彈塑性應(yīng)力模擬結(jié)果的驗(yàn)證和分析.大牛地氣田馬五2巖石聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1.表1顯示巖石聲發(fā)射測(cè)試計(jì)算的三級(jí)應(yīng)力值，反映馬五1-2儲(chǔ)層曾處于61.37～120.75MPa的應(yīng)力環(huán)境，因此在地質(zhì)歷史時(shí)期，巖石受到構(gòu)造應(yīng)力作用發(fā)生破裂時(shí)應(yīng)力應(yīng)大于聲發(fā)射測(cè)試得到的一級(jí)最小應(yīng)力值，為非線性彈塑性模型應(yīng)力模擬裂縫預(yù)測(cè)提供應(yīng)力參考.

圖3 聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)曲線Fig.3 The curve of acoustic emission test

表1 大牛地氣田馬五2巖石聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)結(jié)果（大24井）Table1 Acoustic emission test results of Ma52in Daniudi gas field（well D24） MPa

此外，由于裂縫的形成過程屬于“真空擴(kuò)容”過程，飽和地層水在第一時(shí)間進(jìn)入裂隙中，必然或多或少在縫壁富集.因此，采集馬五1-2儲(chǔ)層充填或半充填裂縫壁方解石充填物進(jìn)行穩(wěn)定同位素測(cè)試分析，δ18O PDB（‰）值相差較大，可分為3個(gè)區(qū)，反映裂縫產(chǎn)生多期性.結(jié)合研究區(qū)典型井埋藏史，根據(jù)氧同位素測(cè)溫方程[11］，可確定3個(gè)同位素分區(qū)的裂縫形成期次為加里東期（1個(gè)測(cè)點(diǎn)，氧同位素大于-10‰，折算形成溫度小于40℃）、印支期（2個(gè)測(cè)點(diǎn)，氧同位素為-10‰～-12‰，折算形成溫度為90～100℃）、燕山期（8個(gè)測(cè)點(diǎn)，氧同位素為-12‰～-15‰，折算形成溫度為100～120℃）.因此，綜合聲發(fā)射和同位素測(cè)試結(jié)果，可以確定燕山期是馬五1-2儲(chǔ)層裂縫的主要形成期，形成環(huán)境屬于高溫環(huán)境.

4 裂縫預(yù)測(cè)與分布規(guī)律

馬五1-2儲(chǔ)層特征和地質(zhì)背景相似，巖石抗張和抗壓強(qiáng)度測(cè)試也表明力學(xué)強(qiáng)度基本相當(dāng)，平均厚度為15～20m，因此在進(jìn)行裂縫評(píng)價(jià)時(shí)可以將馬五1-2儲(chǔ)層作為整體進(jìn)行預(yù)測(cè).由于大牛地地區(qū)構(gòu)造屬于平緩單斜，僅有幾排鼻隆發(fā)育，對(duì)這類平緩構(gòu)造進(jìn)行應(yīng)力模擬研究較少.這是因?yàn)闆]有較為準(zhǔn)確的巖層變形形態(tài)可以當(dāng)作模擬的參照標(biāo)準(zhǔn)，在此背景下采用彈塑性變形有限元方法進(jìn)行應(yīng)力場(chǎng)模擬.

4.1 彈塑性模型力學(xué)地質(zhì)適應(yīng)性

基于線彈性有限元應(yīng)力模擬裂縫預(yù)測(cè)方法，是基于巖石應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系呈現(xiàn)線彈性特征的.對(duì)大牛地氣田馬五1-2儲(chǔ)層巖石力學(xué)測(cè)試分析表明，該地區(qū)白云巖儲(chǔ)層巖石應(yīng)力—應(yīng)變曲線無線彈性階段（見圖4）.非線性彈塑性特征是馬五1-2儲(chǔ)層巖體介質(zhì)力學(xué)特征的重要表現(xiàn)形式.當(dāng)作用在白云巖儲(chǔ)層巖石上的荷載超過一定量時(shí)，產(chǎn)生一定量的不可恢復(fù)的非線性塑性變形，是由碳酸鹽巖儲(chǔ)層后期溶蝕、白云巖化等改造作用導(dǎo)致的.地層經(jīng)歷加里東時(shí)期強(qiáng)烈的抬升剝蝕，受到強(qiáng)烈的巖溶作用，巖石內(nèi)部孔隙縫洞關(guān)系復(fù)雜，因此巖石力學(xué)性質(zhì)也與砂巖儲(chǔ)層具有顯著差別，應(yīng)力—應(yīng)變曲線不再出現(xiàn)線彈性階段.因此，利用非線性彈塑性力學(xué)模型進(jìn)行應(yīng)力模擬裂縫預(yù)測(cè)是可行的，能反映大牛地氣田馬五1-2儲(chǔ)層基本力學(xué)特征.

圖4 大牛地氣田馬五1-2儲(chǔ)層白云巖應(yīng)力（σ）—應(yīng)變（εa）關(guān)系曲線Fig.4 The stress（σ）—strain（εa）relationship curve of dolomite in Ma51-2Daniudi gas field

4.2 非線性彈塑性模型預(yù)測(cè)方法

4.2.1 非線性彈塑性模型

大牛地氣田深埋于地下的馬五1-2儲(chǔ)層經(jīng)歷燕山構(gòu)造期劇烈的構(gòu)造活動(dòng)，在燕山中期的構(gòu)造反轉(zhuǎn)及燕山期強(qiáng)烈的左旋擠壓應(yīng)力作用下處于高溫、高壓環(huán)境中，長(zhǎng)時(shí)期受到構(gòu)造變形應(yīng)力作用，產(chǎn)生塑性變形不可恢復(fù)現(xiàn)象；由于發(fā)生地下巖層塑性變形，使地層的應(yīng)力（σ）—應(yīng)變（εa）曲線呈現(xiàn)非線性關(guān)系.為建立和模擬非線性的彈塑性應(yīng)力場(chǎng)，可進(jìn)行簡(jiǎn)化：

（1）當(dāng)強(qiáng)度進(jìn)入峰值后，應(yīng)力（σ）—應(yīng)變（εa）關(guān)系進(jìn)入理想化的塑性狀態(tài)，令地下巖體的軟硬化參數(shù)趨于0.

（2）根據(jù)塑性勢(shì)函數(shù)與屈服函數(shù)關(guān)聯(lián)的流動(dòng)法則，巖體彈塑性相應(yīng)本構(gòu)關(guān)系[19-21］為

其中，彈塑性矩陣Dep表示為

其中，

式（1-4）中：De為巖體彈性矩陣；Dep為彈塑性矩陣；ν為巖石泊松比；E為彈性模量；f為采用應(yīng)力張量代表莫爾庫(kù)侖屈服準(zhǔn)則的屈服函數(shù)；I1、J2分別為應(yīng)力張量和應(yīng)力偏量的第一和第二不變量；a、k為常數(shù)，根據(jù) Druck-Prager準(zhǔn)則[22］，a、k分別表示為

式中：στ、φ分別為實(shí)驗(yàn)測(cè)試的抗壓強(qiáng)度和巖石內(nèi)摩擦角.

（3）采用有限元方法構(gòu)建巖石總體平衡函數(shù)方程：

式中：K（δ）為結(jié)構(gòu)剛度矩陣；δ為結(jié)構(gòu)位移；R為荷載列陣.

（4）應(yīng)用增量—初應(yīng)力法，反復(fù)進(jìn)行總體平衡函數(shù)式的迭代，每次迭代結(jié)果進(jìn)行趨勢(shì)面擬合分析，并與大牛地氣田奧陶系頂面構(gòu)造趨勢(shì)面結(jié)果對(duì)比，關(guān)聯(lián)度高于80%以上模擬結(jié)果為可靠.

4.2.2 介質(zhì)模型和邊界

根據(jù)厚度統(tǒng)計(jì)和巖石力學(xué)測(cè)試分析，將馬五1-2儲(chǔ)層視為厚度為15m、巖性為純白云巖、分布特征均勻的理想地層，且形變特征與大牛地氣田奧陶系頂面一致.模型的邊界條件要考慮構(gòu)造應(yīng)力的來源，區(qū)別主動(dòng)邊界和被動(dòng)邊界，分別用不同的情況施加，主應(yīng)力方向根據(jù)聲發(fā)射測(cè)試結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，施加應(yīng)力參考聲發(fā)射測(cè)試的燕山期應(yīng)力計(jì)算結(jié)果[23-24］，將研究區(qū)北部和西部作為被動(dòng)邊界，南部作為約束邊界，施加約束力50MPa，東部邊界作為主動(dòng)邊界，施加北東方向擠壓應(yīng)力100MPa；根據(jù)包裹體測(cè)溫推演古時(shí)地層埋深，在垂向施加相當(dāng)于埋深3km的垂直應(yīng)力，與大牛地氣田研究區(qū)應(yīng)力狀態(tài)較為接近[25］.

4.2.3 馬五1-2儲(chǔ)層應(yīng)力計(jì)算方法

以非線性彈塑性模型預(yù)測(cè)方法為基礎(chǔ)，利用大牛地氣田奧陶系頂面構(gòu)造，基于有限元單元?jiǎng)澐衷瓌t，對(duì)大牛地氣田研究區(qū)進(jìn)行網(wǎng)格劃分[26-28］，網(wǎng)格精度為100m×80m；利用3D-σ軟件，設(shè)定約束和加載條件，生成大牛地氣田奧陶系頂面應(yīng)力分析的計(jì)算網(wǎng)格；最后采用軟件的彈塑性模塊，結(jié)合馬五1-2儲(chǔ)層實(shí)驗(yàn)測(cè)試的巖石力學(xué)參數(shù)進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算（見表2）.

表2 大牛地氣田巖石力學(xué)參數(shù)Table 2The rock mechanics parameters in Daniudi gas field

4.3 應(yīng)用效果

根據(jù)非線性彈塑性應(yīng)力模型預(yù)測(cè)方法，模擬大牛地氣田奧陶系頂部平緩構(gòu)造帶最大主應(yīng)力平面分布（見圖5）.井下巖石力學(xué)測(cè)試馬五1-2儲(chǔ)層古應(yīng)力環(huán)境在61.37～120.75MPa之間，與應(yīng)力模擬結(jié)果較為接近.模擬高值應(yīng)力區(qū)沿構(gòu)造鼻隆呈條帶分布，應(yīng)力一般在70MPa以上，實(shí)驗(yàn)測(cè)試巖石平均抗壓強(qiáng)度為67.39MPa，因此構(gòu)造鼻隆帶和構(gòu)造變形較強(qiáng)的區(qū)域是馬五1-2儲(chǔ)層巖石的主要破裂區(qū).D98、D13井處于應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度較高的區(qū)域，巖心裂縫也較為發(fā)育，尤其是D98井在馬五2獲得較高的工業(yè)氣流量；D24井應(yīng)力較弱，達(dá)不到巖石破裂所需條件，巖心裂縫相對(duì)不發(fā)育.

根據(jù)應(yīng)力模擬計(jì)算結(jié)果，拾取單井應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度，與大牛地氣田馬五1-2儲(chǔ)層當(dāng)前測(cè)試產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（見圖6），馬五1-2儲(chǔ)層巖石構(gòu)造破裂受到構(gòu)造應(yīng)力強(qiáng)度制約較為明顯，單井產(chǎn)能隨構(gòu)造應(yīng)力增大而增大.基于逐步判別和R／S分形裂縫常規(guī)識(shí)別方法，對(duì)大牛地氣田單井進(jìn)行常規(guī)測(cè)井裂縫識(shí)別，對(duì)馬五1-2儲(chǔ)層單井進(jìn)行裂縫發(fā)育指數(shù)統(tǒng)計(jì)，單井裂縫發(fā)育指數(shù)越高，對(duì)應(yīng)的構(gòu)造應(yīng)力模擬值也越大（見表3）.綜合應(yīng)力模擬結(jié)果、裂縫識(shí)別和產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)，大牛地氣田馬五1-2儲(chǔ)層構(gòu)造應(yīng)力反映研究區(qū)裂縫發(fā)育程度，同時(shí)通過裂縫發(fā)育規(guī)律控制白云巖儲(chǔ)層的產(chǎn)能，模擬應(yīng)力越大，裂縫越發(fā)育，測(cè)試產(chǎn)能也越高，表明裂縫預(yù)測(cè)結(jié)果是合理的.綜合巖心裂縫統(tǒng)計(jì)、裂縫測(cè)井識(shí)別和單井測(cè)試情況分析，確定構(gòu)造最大主應(yīng)力大于80MPa為裂縫發(fā)育區(qū)，60～80MPa為裂縫較發(fā)育區(qū)，低于60MPa的地區(qū)為裂縫不發(fā)育區(qū).

圖5 大牛地氣田奧陶系頂面構(gòu)造主應(yīng)力分布Fig.5 The principal structure stress distribution of top Ordovician in Daniudi gas field

圖6 大牛地氣田馬五1-2儲(chǔ)層產(chǎn)能與應(yīng)力關(guān)系Fig.6 The diagram of structure stress relationship with the productivity of Ma51-2in Daniudi gas field

表3 大牛地氣田馬五1-2儲(chǔ)層單井測(cè)試產(chǎn)量、裂縫指數(shù)與構(gòu)造應(yīng)力基礎(chǔ)數(shù)據(jù)Table3 Basic data of well test production，fracture index and structure stress in Ma51-2，Daniudi gas field

5 結(jié)論

（1）大牛地氣田馬五1-2儲(chǔ)層巖石破裂按成因有構(gòu)造壓剪破裂、拉張破裂和風(fēng)化破裂，后2種破裂在馬五1-2儲(chǔ)層中發(fā)育極少，NW-SE和近東西（NWW-SEE）向裂縫發(fā)育，與最大主應(yīng)力方向保持一致，裂縫有效性高.

（2）馬五1-2儲(chǔ)層裂縫存在3個(gè)形成期次，其中燕山期是裂縫的主要形成期，裂縫形成應(yīng)力環(huán)境在61.37～120.75MPa之間，與應(yīng)力模擬結(jié)果揭示的古地質(zhì)環(huán)境吻合.

（3）馬五1-2儲(chǔ)層構(gòu)造最大主應(yīng)力大于80MPa為裂縫發(fā)育區(qū)，60～80MPa為裂縫較發(fā)育區(qū)，低于60 MPa為裂縫不發(fā)育區(qū).

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