【導讀】裂縫性油氣田的勘探開發(fā)是一個世界級的難題。滲流通道，所以有必要對裂縫進行全面的研究。但是經(jīng)過長期開采，可采儲量逐年減少、優(yōu)質儲量幾近枯竭，因而急需弄清楚。黃龍場生物礁儲層發(fā)育特征，以此獲得新的儲量接替。通過前期勘探證實川東北地區(qū)。量預測，同時為下一步部署開發(fā)井提供了可靠的地質依據(jù)。

　　

【正文】 況結合起來就不那么簡單 了 。在以前對碳酸鹽巖所做的破壞實驗中，我們根據(jù)破壞特征曾經(jīng)得出結論，認為：巖石在無圍壓或當圍壓較小時，受力后將以張性破裂為主；當圍壓較大時，則以剪切破裂為主。簡單地說：應力組合方式（即應力對巖石的作用方式）對巖石的破裂程度和破裂方式等起著重要的影響作用。因此，在判斷巖體破裂時，不僅要注意巖石所受的最大主應力、最大剪應力等某一種應力的作用，還要注意其所受的三維應力及其組合情況。各種應力組合形 式下巖石的破裂方式如圖 51 所示。 圖 51 各種應力組合下巖石的破裂方式 a 巖體受較大壓應力和較小張應力的破裂情 形 ； b 巖體受較大張應力和較小壓應力的破裂情形 c 巖體受兩組不同大小張應力的破裂情形 ； d 巖體受兩組不同大小壓應力的破裂情形 構造位置 研究認為構造裂縫與構造部位有很好的對應關系，即地應力集中的地方，往往都是裂縫較發(fā)育的地方，比如褶皺彎曲的軸部、斷層的交匯部位、構造高點等構造部位都是裂縫發(fā)育的地區(qū)。 具體到 研究區(qū)的裂縫發(fā)育情況 ，從表 51 中可以看出，在黃龍場構造高點，黃龍場川東北黃龍場長興組生物礁儲層裂縫預測 22 西潛伏構造高點、符家坡構造高點和靠近高點部位的井，裂縫 要 比其它井發(fā)育。 表 51 構造位置與裂縫發(fā)育段對應關系 井名 構造部位 裂縫發(fā)育段厚度（ m） 黃龍 1 井 黃龍場構造高點 黃龍 2 井 黃龍場西高點高部位 黃龍 3 井 黃龍場主高點東端鼻突北翼 黃龍 4 井 符家坡高點 黃龍 5 井 黃龍場構造主高點軸部 黃龍 8 井 黃龍場構造主高點東端軸部 黃龍 9 井 黃龍場構造主高點東軸 巖性 不同的巖性，受力后的破裂程度不同，導致不同的巖性裂縫發(fā)育程度也有差異。 影響巖性的因素主要包括巖石成分、粒度、結構、膠結程度等等。一般認為，隨著巖石的脆性成分增加會使裂縫頻率增加；隨著粒度的增加，會降低裂縫發(fā)育程度。 通過對黃龍1 井、黃龍 2 井、黃龍 3 井、黃龍 4 井、黃龍 8 井 生物礁儲 層 巖性和該巖性中裂縫發(fā)育段厚度的統(tǒng)計，然后得出該巖性中裂縫發(fā)育段厚度和該巖性厚度的百分比圖（圖 52），從圖中可以看出，白云巖中裂縫最發(fā)育，其次為灰?guī)r、石膏巖、頁巖。 說明該區(qū)不同的巖石類型裂縫的發(fā)育程度不一樣，裂縫發(fā)育 受到巖性的控制。 白云巖 灰?guī)r 石膏 頁巖 泥巖巖 性百 分 比(%)百分比 圖 52 裂縫發(fā)育厚度與巖性關系 西南石油大學碩士研究生學位論文 23 第六章 古 構造應力 場 數(shù)值 模擬 研究裂縫的 發(fā)育 分布規(guī)律，要從導致裂縫產(chǎn)生的一個主要因素 — 古構造應力場入手，結合儲集層的巖性、巖石的力學性質（即巖石的抗張、抗壓、抗剪強度和彈性模量、泊松比等）、儲層厚度和斷層部位、褶皺形態(tài)等進行綜合分析，最終預測裂縫 發(fā)育 分布規(guī)律 [ 5154]。 有限單元法（簡稱有限元法）是 一種對地質 體內部應力求解有效的數(shù)值求解法，它對于求解地質體等 受復雜因素影響的復雜介質內部應力 — 應變問題有明顯的優(yōu)勢，因為有限元法可以處理幾何形態(tài)復 雜，材料不均勻、邊界條件復雜、多種類型構件（如桿、板、殼、管道、平面、墻體等）的復雜結構，目前已經(jīng)廣泛用于巖體力學，巖土力學和眾多工程領域。 有限元應力場模擬原理 有限元法是一種近似求解一般連續(xù)問題的數(shù)值求解法。其原理是用若干（有限的）個尺寸有限的，在節(jié)點處相連接的單元組合而成的離散結構模型去逼近實際的結構。 為了闡明復雜空間的物理現(xiàn)象，通常要先取空間中任意小的體積單元，然后弄清該 單元體積 中各種物理的相關關系。受外力作用的靜止物體中的微小單元，不僅受外力的作用，而且也可能受其內部體積力的作用，這些 力保持著平衡狀態(tài)。從物體中取出一微小單元，如用應力和面積的乘積來表示作用在該單元表面 X方向的力，則有圖 61 的形式。如將 體積力也考慮進去，則 X 方向上力的平衡可由式 (61)式表示。 圖 61 單 元受力分析圖 川東北黃龍場長興組生物礁儲層裂縫預測 24 0)()()(????????????????????????dzdyX d xdydxdydxdzzdxdzdxdzdyydzdydzdydxxzxzxzxxyxyxyxxx????????? (61) 整理 (61)式得： 0)( ???????????? dzdydxXzyx zxxyx ??? (62) 若使 (62)式始終成立。則必須有： 0?????????? Xzyx zxxyx ??? (63) 同樣可以得到 Y 和 Z 方向上力的平衡方程式： ???????????????????????????????????????000ZzyxYzyxXzzxyxyxzyzzxyzyxyx????????? (64) 對于 實際 工程問題 來說 ，最關心的是在給定某些邊界條件下某個空間內各種成分 (變形、應力、應變等 )的具體量值。至此，我們已闡明了假想功的原理僅對一個單元適用以及等價節(jié)點力的概念。在有限元法中，可通過建立每個單元節(jié)點的局部方程式導出分析區(qū)域內，有限個節(jié)點的平衡方程式。因而，任意節(jié)點上的內力及外力可通過與該節(jié)點相連的所 有單元在該節(jié)點上的內力及外力的總合來計算出來。 rfKa ?? (65) 另外，可將單元相互間的分布作用力、反作用力用等價節(jié)點進行置換，這一方法對現(xiàn)場技術人員來說是很容易理解的。 有限元應力場模擬的基本思路 地應力是在巖體自重、地質構造作用、地質體巖性、地形地貌、溫度 、 應力等作用下形成的，在一個較大的區(qū)域上， 區(qū)域 現(xiàn)今應力場的總體規(guī)律，可以在調查斷層的新構造活動特征 及 地應力實測的基礎上得出初 步認識。但 是 要定量地反映區(qū)域應力場，找出應力集中部位，則需要通過地應力實 際 測 量 和數(shù)值模擬來實現(xiàn) [ 55]。 對于現(xiàn)代 的 地應力可 以 用區(qū)域應力場的有限元反演來分析計算，也就是采用有限單元法根據(jù)已知地應力實測點和震源機制解 釋 的結果來推 導 求 解 整個計算西南石油大學碩士研究生學位論文 25 區(qū)域的地應力場。其方法 就 是首先根據(jù)區(qū)域地質調查結果，建立研究區(qū)的地質力學模型；然后通過不斷改變邊界力 的 作用方式和大小量值 (包括大小和方向 )與已有地應力實測結果和地震震源機制 解釋 (最大主應力大小和方向 )達到最佳擬合。由此即可得出反映研究區(qū)現(xiàn)今應力 應 變場的真實情況 [ 5657]。 巖石破壞接近程度系數(shù) 古地應力的模擬分析可以得到巖體內部地應力的分布特征，包括最大、最小主應力，剪應力的分布特征。 但是 ，地應力的分布特征并不代表巖石破裂形成裂縫的分布特征，因為巖石的破裂變形不僅與地應力有關，而且還與地應力的組合特征、巖石力學性質等有密切的關系。 在巖石力學的應力～應變分析中，常常用量值η表示巖石的破壞接近程度，該值是基于巖石強度理論而得出的一個量值，是巖體受力變形的綜合體現(xiàn)。根據(jù)石油儲集層的物理力學環(huán)境，一般情況下我們采用摩爾～庫侖準則作為判斷巖石破裂的依據(jù)。根據(jù)摩爾理 論，巖石破壞接近度系數(shù)的簡單表達式為η = f(?)/K(?)，其具體表達式 可 推導 表示 如下： ???????s in)2t a n( 2121 ????? ckf (66) 基于二維 MohrCoulomb 模型的破壞接近 程 度圖解見圖 62 所示。 按照嚴格的巖石力學理論，應有以下判斷標準： 當η ?1 時，巖體將是穩(wěn)定的，因此不會破壞（其應力狀態(tài)處于屈服曲面的內部）；但根據(jù)材料破裂的微觀機理，巖體不破壞失穩(wěn)，并不意味著巖體不產(chǎn)生細微裂縫。 而當η≥ 1 時，巖體所受的應力狀態(tài)已 處于或超過 Mohrcoulomb 應力圓破裂包絡線，巖體將失穩(wěn)產(chǎn)生較明顯的破裂（應力摩爾圓處于屈服曲面外）。 但實際情況往往比這復雜得多，首先，由于各種難以預測的原因，我們對古 圖 62 基于 Mohr準則的破壞接近程度圖解 川東北黃龍場長興組生物礁儲層裂縫預測 26 地應力模擬計算的結果只是一個相對結果，不是絕對值；其次該理論值對于判斷裂縫的發(fā)育程度沒有具體的標準，另外它也無法標明裂縫的性質和方位等。因此巖石破壞接近程度η值的地質意義是它可以表示巖體破裂的相對發(fā)育程度。根據(jù)以上模擬分析計算結果，同時參考研究區(qū)的地質、構造、裂縫發(fā)育的觀察資料，可以對儲集層巖體裂縫進行預測。 數(shù)值模擬預測 裂縫 的原理方法 裂縫預測主要以古構造應力模擬的結果和巖石破壞接近度的計算結果為依據(jù)，以巖石力學和構造地質學的構造力學分析理論為基礎，同時 結合生產(chǎn)現(xiàn)場的實際資料進行綜合考慮而進行的。其主要方法和研究思路 簡單地用流程圖表示如圖 63 所示： 西南石油大學碩士研究生學位論文 27 區(qū) 域 地 質 及 物 探 資 料裂縫成因機制模式資料核實分析構造特征及構造發(fā)展史地 質 建 模構造數(shù)值模擬古構造應力場及應變場巖體破壞接近程度系數(shù) η巖石強度理論裂縫發(fā)育級別與 η 的關系結 構 面 （ 裂 縫 ） 發(fā) 育 分 布 規(guī) 律 圖 63 裂縫預測方法流程圖 川東北黃龍場長興組生物礁儲層裂縫預測 28 第七章 古 構造應力場數(shù)值分析 構造力學模型及其建立依據(jù) 地質原型分析 地質模型就是通過對地質體所發(fā)生的各種地質過程的認識所形成的一種理想模式，也可以視為地質過程的再現(xiàn) [58]。由于構造 運動也是一種地質作 用，構造力學模型也就是地質模型的一種，我們常常將其簡單地稱其為 地質模型。 地質模型的建立是以地質原型的認識為基礎建立起來的，同時又對地質 作用結果產(chǎn)生重要影響。因此，要準確獲得構造運動時期研究區(qū)目的層位的構造應力場和應變場特征，從而準確地預測巖體破壞及裂縫發(fā)育特征，首先 就 要正確地認識地質原型，掌握研究區(qū)構造運動的發(fā)生、發(fā)展及其特征等規(guī)律。 根據(jù)現(xiàn) 有 的 地質資料分析可知：黃龍場構造帶的構造形跡十分明顯，主要發(fā)育北西（ NE）向和北東（ NW）向兩組構造形跡，其中北西向構造形跡占主體優(yōu)勢。這兩組構造形 跡都是多期構造作用力的結果，從黃龍場構造的成因及其期次以及形成模式的分析，我們可以知道：在這兩組構造形跡中，首先是在石炭紀末早二疊世末、進入晚二疊世后和燕山晚期這三期構 造作用力的作用下，形成黃龍場構造的雛形；進而在喜馬拉雅構造運動早 期，受來自濱太平洋構造域應力場南東向構造擠壓力作用，黃龍場構造褶曲加強，形成了北東向構造；最后在喜馬拉雅構造運動晚期，來自秦嶺造山帶南北向構造擠壓力在大巴山產(chǎn)生了順時針方向的扭動，形成了大巴山弧形構造帶，同時對早期形成的黃龍場構造產(chǎn)生順時針扭動，造成黃龍場構造軸線向東偏轉，形成 現(xiàn)今北西向構造主體。這種影響愈靠近大巴山就變得愈強烈，構造軸線也由北東向偏轉為北東東向直至東西向。在黃龍場構造上由于北西向的構造主體，所以北西向的構造形跡占優(yōu)勢。而在黃龍場構造上斷層也發(fā)育北東（ NE）向和近東西 (EW)向兩組斷層。在黃龍場構造的形成過程中最主要的構造動力是喜馬拉雅運動晚期的南北向構造擠壓力，最明顯的一個佐證就是在黃龍場構造上北西向的斷層規(guī)模比北東向斷層的規(guī)模大得多。 根據(jù)上述構造特征分析，黃龍場構造同樣受到了與區(qū)域上一致的兩期構造力早期南東向和晚期南北向構造作用力的作用。由于黃龍場構造位于 雙石廟構造群 南部，受晚期南北向作用力的影響較大，在褶皺形跡上就有明顯的體現(xiàn)，早期南東作用力對黃龍場構造的影響主要表現(xiàn)在構造上發(fā)育了北東向的褶皺和一定規(guī)模的北東向斷層。而黃龍場主體構造形跡受晚期南北向構造作用力影響較大，早期作用力僅僅使黃龍場構造形成了北東向構造，而對晚期形成的斷層影響程度有限，另一方面后期作用力不僅形成了黃龍場構造現(xiàn)今的構造形態(tài)，而且還對早期形成的北東向構造進行了改造，產(chǎn)生了北西向為主的斷層。新生的斷層規(guī)模較原來北東向的斷層規(guī)模大，而且發(fā)育位置分布在黃龍場構造主體和兩端邊界部西南石油大學碩士研究生學位論文 29 位，由于新的斷層 規(guī)模較大，對黃龍場構造主體進行了切割。 通過以上分析可知，黃龍場構造是受到兩次不同大小和方向構造應力作用形成的，由于早期的南東向構造作用力在黃龍場構造區(qū)域的影響較小，其構造形跡主要受晚期南北向構造作用力影響。所以我們在模擬這兩期構造應力場時主要考慮 晚期南北向構造作用力。模擬采取地質結構模型和離散化網(wǎng)格通過加載