应力场模拟技术在储层构造裂缝预测中的应用研究

2022-12-19中国石油辽河油田分公司勘探开发研究院吴一平

内江科技 2022年11期

◇中国石油辽河油田分公司勘探开发研究院吴一平

目前，裂缝性油气藏已经成为油气勘探开发的重点。但是，由于各种因素的影响，极大地增加了裂缝性油气藏研究的难度。其中，如何有效预测储层裂缝的发育情况成为了石油从业人员关注的热点和难点。本文主要对应力场模拟技术在储层构造裂缝预测中的应用进行了分析与研究，首先简要应力场模拟技术的基本原理和基本流程，然后应用该技术对LH油田东部凹陷的实际工区进行了裂缝预测，结果表明该技术可以有效预测储层构造裂缝的发育情况，从而有效地指导了该地区的油气勘探开发工作。

据有关部门调查表明，2020年全球石油探明储量为17324×108桶，相比于2018年减少了37×108桶。目前，常规的规模大、地质条件好的构造油气藏基本已勘探殆尽，而裂缝性油气藏的储量和产量都比较大，分别占全世界的28%和50%，因此，裂缝性油气藏将成为今后油田勘探开发的重点[1-2]。但是，裂缝性油气藏具有孔隙度小、非均质性比较强、缝隙分布十分复杂等特点，极大地增加了裂缝性油气藏研究的难度。如何对储层构造裂缝进行有效预测成为研究裂缝性油气藏的关键问题，长期困扰着石油行业的从业者[1-2]。目前，常规的裂缝预测技术较多，主要分为以下3大类：①地质类比法；②测井识别法；③地震预测法。但是，这些方法各有优缺点，并不能适用于所有类型的储层裂缝预测工作。应力场模拟技术可以有效利用各种地质信息，深入分析地质界面的应力场分布特征，从而可以预测储层构造裂缝的发育情况。

1 基本原理

一般而言，构造运动通常伴生大量的构造裂缝，而且因为地质演化史的基本相同，相同地区在某一地质历史时期内所受到的应力场具有一定特征和规律，这就为利用应力场模拟技术预测构造裂缝的发育情况奠定了理论依据[3]。应力场模拟技术是基于弯曲薄板理论，以弯曲薄板作为储层应力场模拟的力学模型，能够将边界当作自由边界处理，然后用二维的方式来处理储层的构造，计算十分方便，人为干扰因素少。从储层构造类型上而言，应力场模拟技术主要是针对背斜构造进行分析，计算储层构造界面上某一点的最大主曲率值，以曲率值的大小来判断构造裂缝的发育情况，而用最小曲率的方向来描述构造裂缝的走向[3-4]。如此一来，构造裂缝预测的问题就可以转化为构造面的主曲率的计算问题。图1为薄板模型示意图，中面为，规定直角坐标系按右手法则，则薄板的趋势面函数可表示为：

图1 弹性薄板模型示意图

采用最小二乘拟合的方式来计算式（1）中的趋势面系数，计算公式如下：

当用个散点数据拟合一个趋势面时，就可以得到相应的拟合方程组，求解此方程组，获得趋势面的6个系数，最终就可以得到薄板的趋势面函数，然后根据相关公式就可以获得薄板上点的曲率分量，从而就可以求出相对应的应力场，从而预测储层构造裂缝的发育情况[4-5]。

2 基本流程

在实际应用过程中，应力场模拟综合应用了地层的厚度、岩性、弹性参数（纵横波速度、密度）等信息，并且也考虑了储层的断层、深度等构造因素，然后从构造力学出发，计算地层的构造曲率，再根据广义虎克定律薄板理论，模拟出地层的主应变强度，进而得到地层各点的主应力、方向，最后根据应力场的分布情况，就可以对储层构造裂缝的发育程度及展布关系进行预测和分析[5-6]。应力场模拟的技术流程如图2所示。

图2 应力场模拟技术流程图

3 实际应用

经过几十年的勘探开发，LH油田已经进入勘探开发的中后期，常规的构造油气藏基本已勘探开发殆尽，急需寻找新的储量接替区。据相关研究数据表明，LH油田东部凹陷的油气资源探明率比较低，依旧具有非常大的潜力。其中，NQ断裂背斜构造带是一个凹中之隆，位于LH油田东部凹陷的北段，构造面积为303km2。近些年以来，NQ地区获得多口高产工业油流井，显示了该区具有较大的勘探潜力，是LH油田下步勘探开发部署的重点地区。NQ地区具有构造复杂、微构造和小断层发育、油气藏埋藏比较浅（1300-2000m以下）、油气层薄（10m以下）、横向变化大的特点，油气藏主要有3种类型：①构造油气藏；②构造-岩性油气藏；③非构造油气藏。目前，研究人员的难点就是如何对微构造、裂缝、薄储层等进行精细刻画，进而对油层空间展布特征进行精确描述，从而提高油层钻遇率。

本文尝试采用应力场模拟技术对NQ地区的中生界潜山进行裂缝预测，结果如图3所示。从图中可以看出，NQ地区中生界潜山应力特征为牛青断层西部附近普遍受拉张应力影响，附近岩体极有可能裂缝发育。岩体受应力作用是否产生裂缝，不仅与外力大小有关，还与岩石的岩性、地层厚度、岩石密度、地层孔隙压力、地层形态等因素有关。NQ地区潜山主要为脆性火成岩，所以受拉张区域很可能就是裂缝发育带。