西部某油田区块复杂地应力场三维有限元精细建模与分析.docxVIP

2017Simulia中国区用户大会,深圳,2017.11.30

西部某油田区块复杂地应力场

三维有限元精细建模与分析

沈新普1，2；张少波1；沈国阳2

1，北方工业大学，北京；2，GuoyangTechnologyandServicesLLC,休斯敦

摘要：

本文介绍了使用Abaqus有限元软件并结合单井分析对我国西部某油气田进行复杂地

应力场精细建模的例子。主要内容包括：1）使用3维Abaqus有限元软件，建立了3维

数值模型，得到了迪那-2区块储层的主应力方向的3维分布；2）数值结果中，最大水平

主应力SH方向与实测的方向基本一致；3）将初始地应力场3维数值解与单井应力分析结

果进行了比较。储层中的最小水平主压应力的数值解与单井分析结果很接近，最大差别

7%；4）对结果的分析解释了地应力3维数值结果与单井分析结果的差异。

地应力场精细建模分析的数值结果表明，决定储层主应力方向的主要因素有下列3

点：1）上部岩层的压力载荷；2）储层的几何形状；3）侧压力系数。它包括储层内部的

侧压力系数和上覆岩层的侧压力系数。其中岩膏层侧压力系数较高，对储层地应力场数值

结果的准确度影响很大。

1引言

我国西部某油气田区块因为地质条件复杂，断层交汇，经历过两次以上造山运动，而

且油气藏上部有巨厚盐膏层覆盖，地应力场十分复杂：局部地应力场与区域应力场差别大，

局部主应力方向随着平面位置不同而变化，在同一区块内的不同井位上，最大水平主应力的方向差别最大超过45度。

地应力场的精准构建是油气藏分析尤其是产量预测分析的基础。对该油气田复杂应力场进行精细建模具有十分重要的工程意义。多年来若干研究者进行里不同的尝试[1][2][3]，

得到的地应力场各有特点。准确建立三维地应力场主要的难点在于：1）主应力数值结果

的大小与相应的实测值大小和方向实测值不能同时满足：大小一致则方向不一致，方向一致则大小不一致。若干报道的文献中的主应力结果与实测值的大小和方向均存在差别。2）岩盐特性比较复杂，实验数据缺乏。

三维有限元精细建模的内容是结合单井地质力学分析结果来建立三维有限元模型，并把三位有限元结果与单井实测结果相比较。单井实测结果包括用LOT方法得到的最小水

平主应力的值、以及影响测井得到的最大水平主应力的方向。下面图1给出了三维精细地

应力场的有限元建模与分析的流程图。

本文的任务是根据已有资料，对该区块的地应力场进行三维Abaqus有限元精细建模[4]。重点是油气储层的地应力场。

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2输入数据

首先根据测井数据计算得到储层的密度，为2650kg/m3。上部岩层密度取平均值，为

2450kg/m3。下表是区块内某口井测得的地层顶深和底深范围。

地震数据

地质信息

分层

测井数

据、

钻井记

录等

单井地

质力学

分析

有限元网格、

BC、载荷等

孔压、初始地

应力参数、材

料参数

有效应力系数k0

构造应力系数tf

数值求解

不满足精修改

度要求K0、tf

地层材料参数

地应力场三维数值解

岩芯岩屑分析

Sh的LOT实测值、

SH实测方向

比较

RoqSCAN、RoqSTAGE

满足

精细

地应力场

图1、三维精细地应力场的有限元建模流程图。

表1、区块内某口井测得的地层顶深和底深范围

地层顶深范围/m底深范围/m

基迪克组3,620.003,619.724,784.504,783.60

苏维一组4,784.504,783.604,976.504,974.34

库姆格列木群4,976.504,974.345,181.005,176.12

白垩系5,181.005,176.125,195.005,189.92

本次分析中认为下述地应力数据是确定的：1）地漏试验结果LOT:作为最小水平主应

力Sh,2）最大主应力方向。这是通过单井影响测井数据得到的。3）孔隙压力。这是经过

钻井证实了的。

本次分析中认为下述材料参数数据是确定的:E,ν,ρ。

本次分析中下列参数没有确切的取值，其单井分析结果仅供参考：1）最大水平应力

SH；2）竖向应力Sv；

本次分析的区块地层中含有巨厚盐膏层，此为岩盐和石膏的混合物。盐膏层的力学行

为因为其蠕变特性而相当复杂，一般地说，岩盐的蠕变可以用粘弹塑性模型来模拟。由于

蠕变特性的影响，岩盐几乎不能承受剪应力。这样，岩盐地层中的侧压力系数很高，应力

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趋向各向同性。但是，我国西部这个区块的盐膏层因为成分复杂，其侧