基于测井资料的区域地应力方向评价方法研究

基于测井资料的区域地应力方向评价方法研究

樊爱彬 王涛 周锦 唐江 邱守美 袁文奎

中海油服油田生产事业部，天津 300459

摘要：油气勘探开发的工作对象是岩石和流体，岩石和流体很大程度受区域地应力影响。区域最大水平主应力方向的确定对开发井网部署、水平井轨迹设计、压裂方案设计等具有重要指导意义。海上油气田的特殊性，主要应用测井资料进行区域地应力方向研究。阵列声波测井和四臂井径测井在解释地应力方向上影响因素比较多，存在一定不确定性。成像测井钻井诱导缝和井壁崩落法解释地应力方向较为准确，解释结果相对准确，7口井解释结论一致，判断A油田M层最大水平主应力方向为北西-南东向。

关键词：地应力方向；钻井诱导缝；井壁崩落；阵列声波

区域地应力方向受区域构造运动、沉积作用、成岩作用等综合影响，区域最大水平主应力方向的确定对开发井网部署、水平井轨迹设计、压裂方案设计等具有重要指导意义。

目前确定区域最大水平主应力方向的方法比较多，世界地应力库、微地震监测、压裂监测、测井解释等都可以得到区域最大水平井主应力方向。由于海上油气田的特殊性，微地震监测和压裂监测难以在海上平台实现，世界地应力库数据分析并不精确，所以针对海上油气田，综合应用测井资料确定区域现今地应力方向研究尤其重要。

海上A油田水深约100m，压裂目的层位为M层，垂深约2800m。根据世界应力库数据，发现该油田水平最大应力方位为N165°E左右，为北西-南东向。为验证其准确性，开展相关研究。

1.阵列声波测井确定地应力方向

阵列声波能够测井地层斯通利波、横波、纵波等，横波在最小水平主应力方向传播速度最慢，根据声波在不同方向传播速度不同这一原理，可以判断地层各项异性，进而得到不同深度的地应力方向，可以达到纵向上地应力分布情况。但影响横波速度的因素比较多，除地层各向异性外，还受泥浆滤液、泥饼厚度等影响。对B1井阵列声波数据进行了解释，得到不同深度地应力方向。

图1 不同深度阵列声波解释地应力方向不同

2.四臂井径测井确定地应力方向

井壁岩石发生垮塌、破裂的方向与原地应力延伸方向密切。由于水平主应力的不平衡性造成井壁在最小主应力方向上剪切掉块或井壁崩落，形成对称的椭圆井眼，其长轴方向指示最小主应力方向，四臂井径曲线一条大于钻头直径，一条近似等于钻头直径。

四臂壁井径可以测量井眼不规则椭圆情况，根据椭圆的不同形状，可以解释最大水平主应力方向。对B2井四臂井径资料进行介绍，得到地应力方向，主要为北西-南东向。但是四臂井径测井结果受仪器位置，井眼形态的影响较大。

3.成像测井确定地应力方向

成像测井主要通过钻井诱导缝和井壁崩落的拾取，确定最大水平主应力方向。在裂缝发育段，应力多被释放。但在致密地层中应力未得到释放，钻井过程中容易产生一组与之相关的诱导缝及井壁崩落。

钻井诱导缝是由钻具震动、应力释放和钻井液压裂等因素诱导形成的，往往呈180°对称出现在两个极板上，在成像上显示为羽状排列的高角度裂缝，对储层渗透性没有改善。钻井诱导缝的走向即为现今最大水平主应力的方向。与钻井诱导缝对应的是井壁崩落，表现为两条180对称的垂直长条暗带或暗块，井壁崩落确定的方向为最小水平主应力方向。

图2 成像测井井壁崩落（左）钻井诱导缝（右）

依据7口成像测井井壁崩落和钻井诱导缝判断，现今最大水平主应力方向为北西-南东向，解释结果相对准确，7口井解释结论一致，判断A油田M层最大水平主应力方向为北西-南东向。为后续开发井网部署、水平井轨迹设计、压裂方案设计提供有力技术支撑。

表1 A油田M层地应力方向汇总表

4.小结

（1）阵列声波测井和四臂井径测井在解释地应力方向上影响因素比较多，存在一定不确定性；

（2）成像测井钻井诱导缝和井壁崩落法解释地应力方向较为准确，A油田最大水平主应力方向为北西-南东向；

（3）区域最大水平主应力方向的确定对开发井网部署、水平井轨迹设计、压裂方案设计等具有重要指导意义。

参考文献

[1] 王迎超,靖洪文,陈坤福,蔚立元. 平顶山矿区地应力分布规律与空间区划研究[J]. 岩石力学与工程学报. 2014 (S1)

[2] 赵德安,陈志敏,蔡小林,李双洋. 中国地应力场分布规律统计分析[J]. 岩石力学与工程学报. 2007 (06)

[3] 侯林,伊向艺,王园园,陈一民,张婷婷. 储层溶洞对地应力分布的影响[J]. 石油地质与工程. 2021 (02)

[4] 李光泉,王怡,陈军海,陈曾伟. 利用井眼坍塌信息求取最大水平主应力的方法[J]. 石油钻探技术. 2012 (01)

[5] 刘中春,吕心瑞,李玉坤,张辉. 断层对地应力场方向的影响机理[J]. 石油与天然气地质. 2016 (03)

[6] 谢润成,周文,邓虎成,王世泽,闫长辉. 现今地应力场特征评价一体化研究[J]. 石油钻采工艺. 2008 (04)

[7] 谭卓英,夏志远,丁宇,Roland Againglo,刘焕新,岳鹏君. 深部岩体地应力场分异特性研究[J]. 岩石力学与工程学报. 2019 (S2)

[8] 谢刚. 用测井资料计算最大和最小水平应力剖面的新方法[J]. 测井技术. 2005 (01)