地應(yīng)力預(yù)測技術(shù)的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展

印興耀,馬 妮,馬正乾,宗兆云

(1.中國石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東青島266580;2.海洋國家實驗室海洋礦產(chǎn)資源評價與探測技術(shù)功能實驗室,山東青島266071)

近年來,煤層氣、頁巖氣、致密氣和天然氣水合物等非常規(guī)天然氣資源越來越受到人們的重視,其中頁巖氣因為不僅具有較大的開發(fā)潛力和豐富的資源儲量,而且具有分布范圍廣、開采壽命及生產(chǎn)周期較長等諸多優(yōu)勢,逐漸成為油氣勘探開發(fā)的研究熱點。目前,美國、加拿大、中國以及部分歐洲國家都開展了頁巖氣勘探、開發(fā)和生產(chǎn)等方面的研究工作,其中北美地區(qū)已實現(xiàn)頁巖氣商業(yè)開采,其頁巖氣勘探開發(fā)水平處于國際領(lǐng)先地位。

頁巖本身的低孔低滲特征,決定了其只有經(jīng)過大規(guī)模壓裂改造才能獲得商業(yè)產(chǎn)能,而地應(yīng)力是影響壓裂改造效果的關(guān)鍵因素,針對頁巖地層的特征開展地應(yīng)力研究是進(jìn)行頁巖儲層開采的必要環(huán)節(jié)。從某種意義上講,油氣勘探開發(fā)過程中的油氣運移和聚集、鉆井過程中井壁的穩(wěn)定、水平井設(shè)計、油層改造以及注水開發(fā)中井網(wǎng)的布置等工作都與地應(yīng)力密切相關(guān),如何有效且準(zhǔn)確地預(yù)測頁巖儲層的地應(yīng)力場對于油氣勘探開發(fā)有著重要的意義。目前,專家學(xué)者們已經(jīng)普遍認(rèn)識到地應(yīng)力在非常規(guī)頁巖油氣勘探開發(fā)中的作用,如何有效地進(jìn)行地應(yīng)力的研究及應(yīng)用已成為地球物理領(lǐng)域的研究熱點。為了使人們對地應(yīng)力預(yù)測方法有更好的認(rèn)識和了解,我們從地應(yīng)力測量方法、地應(yīng)力測井計算方法、地應(yīng)力數(shù)值模擬方法及地應(yīng)力地震預(yù)測方法四個方面介紹了地應(yīng)力預(yù)測方法的研究現(xiàn)狀,著重介紹了地應(yīng)力的地震預(yù)測方法,探討了如何利用地震數(shù)據(jù)估算地層的應(yīng)力,最后對地應(yīng)力地震預(yù)測技術(shù)的發(fā)展方向和前景進(jìn)行了展望。

1 地應(yīng)力測量方法

文獻(xiàn)檢索表明,國外地應(yīng)力測量起步于20世紀(jì)初,Liearace利用應(yīng)力解除法對胡佛壩下面的隧道進(jìn)行了巖石應(yīng)力測量,這是人類第一次直接對地應(yīng)力進(jìn)行測量的實例[1]。20世紀(jì)中期,HAST使用應(yīng)力計對斯堪的納維亞半島進(jìn)行了地應(yīng)力測量,發(fā)現(xiàn)地層淺部垂直應(yīng)力小于水平應(yīng)力[2]。20世紀(jì)60年代以來,地應(yīng)力測量方法開始多樣化,除發(fā)展了扁千斤頂法、孔徑變形法、光彈應(yīng)力計法等平面應(yīng)力測量方法外,還發(fā)展了三維地應(yīng)力測量技術(shù),通過單孔便可測得介質(zhì)某一點的空間應(yīng)力狀態(tài)。1964年,FAIRHU-RST[3]提出了水力壓裂地應(yīng)力測量法,該方法是目前地殼深部地應(yīng)力測量應(yīng)用最普遍的方法。1968年,HAIMSON[4]從實驗和理論兩個方面對水力壓裂地應(yīng)力測量法做了全面分析。1972年,VON SCHONFELDT等[5]在明尼蘇達(dá)州開展了真正意義上的水力壓裂法地應(yīng)力測量工作。20世紀(jì)80年代,瑞典發(fā)明了水下鉆孔三向應(yīng)變計,使用深度可達(dá)500m。我國地應(yīng)力測量技術(shù)起步于20世紀(jì)四五十年代,1970年以后得到了快速發(fā)展,相繼成功進(jìn)行了水力壓裂法、改進(jìn)的深鉆孔水下三向應(yīng)變計等地應(yīng)力測量,并成功研制了壓磁應(yīng)力解除法、凱瑟效應(yīng)地應(yīng)力測試等系統(tǒng)設(shè)備。近期,為加大深部資源勘探力度,提高災(zāi)害預(yù)報能力,我國啟動了深部探測技術(shù)研究項目[6],這在一定程度上有助于我國地應(yīng)力測量和監(jiān)測網(wǎng)的建立。

到目前為止,人們共提出了數(shù)十種地應(yīng)力測量方法,而且分類各異。本文依據(jù)測量得到的數(shù)據(jù)特點,從絕對應(yīng)力測量和相對應(yīng)力測量兩個方面進(jìn)行分類,并對其中一些比較常用的地應(yīng)力測量方法進(jìn)行闡述。絕對應(yīng)力測量又可分為直接測量法和間接測量法,直接測量法包括水力壓裂法、聲發(fā)射法(AE法)、地質(zhì)測繪法等,間接測量法包括套芯應(yīng)力解除法、應(yīng)力恢復(fù)法、X射線法、地質(zhì)構(gòu)造信息法、滯彈性應(yīng)變恢復(fù)法等。

水力壓裂法是在目的層段選取一段鉆孔,利用一對橡膠封隔器對其進(jìn)行密封,然后向密封空間中注入高壓流體(一般采用比較經(jīng)濟(jì)的水),使密封段在流體壓力的作用下出現(xiàn)裂縫,據(jù)此推測地層應(yīng)力。該方法的優(yōu)點是操作簡單,適應(yīng)性強(qiáng),可對深層地應(yīng)力進(jìn)行測量。FAIRHURST[3]總結(jié)了水力壓裂法的優(yōu)勢。HAIMSON等[7]指出了影響井壁裂縫產(chǎn)生的因素。經(jīng)過多年的研究,水力壓裂法在理論上獲得了很大的發(fā)展。隨后,RALEIGH[8]和HAIMSON等[9]也相繼利用水力壓裂法開展了地應(yīng)力實際測量工作。從此水力壓裂法逐漸被科學(xué)界所認(rèn)同,在實際工程領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣。水力壓裂法分為經(jīng)典水力壓裂法(HF法)和原生裂隙水力壓裂法(HTPF法)。HF法是一種平面測量法,假設(shè)地層介質(zhì)為均勻、各向同性、線性彈性、連續(xù)介質(zhì),同時要求鉆孔方向與某一主應(yīng)力方向相同。當(dāng)假設(shè)不成立時,通過該方法測得的地層壓力精度就會受到影響。HTPF法是HF法的發(fā)展,適用于原生裂隙較多的巖體[10],可以進(jìn)行三維應(yīng)力測量,而且不用考慮破壞準(zhǔn)則以及鉆孔方向等參數(shù),但其耗時較長,影響計算精度的因素較多。

聲發(fā)射法是依據(jù)Kaiser效應(yīng)而提出的地應(yīng)力測量方法。德國科學(xué)家Kaiser指出,在發(fā)生形變的多晶金屬應(yīng)力釋放后重新加載時,若未達(dá)到歷史最高應(yīng)力水平,則物體內(nèi)部很少發(fā)出彈性波;若加載的應(yīng)力達(dá)到或超過了歷史最高水平,則物體內(nèi)部會發(fā)出大量的彈性波,并可從外部接收到。這一現(xiàn)象被稱為Kaiser效應(yīng),從少量彈性波發(fā)出到大量彈性波發(fā)出的臨界點被稱為Kaiser點。通過實驗獲得地下巖石的各個方位的Kaiser點,便可得到地下巖石的原始應(yīng)力狀態(tài)[11]。

地質(zhì)構(gòu)造信息法是依據(jù)應(yīng)力狀態(tài)與地質(zhì)構(gòu)造密切的內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行地應(yīng)力預(yù)測的方法[12]。根據(jù)安德森理論,正斷層、走滑斷層、逆斷層所對應(yīng)的應(yīng)力狀態(tài)分別為σV>σH>σh,σH>σV>σh,σH>σh>σV,其中σh,σH依次為水平最小、最大主應(yīng)力,σV為垂直主應(yīng)力。同時,最大、最小應(yīng)力方向與斷層走向夾角的內(nèi)在規(guī)律是可循的,所以基于這一規(guī)律可推測區(qū)域應(yīng)力場的分布。HILL等[13]指出,利用地表傾斜儀測量地表形變分布并分析其特征,進(jìn)而推測地下壓裂裂縫的分布特征,可得到油區(qū)應(yīng)力場的分布特征。NAKAMURA等[14]指出,可以通過調(diào)查火山口或侵入圍巖的火山巖脈的分布形式等來推測最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力的方向。

應(yīng)力恢復(fù)法由MAYER等[15]首次提出,先在鉆孔孔壁開槽,將壓力枕放入槽中,通過加壓使槽子兩側(cè)測點的應(yīng)力狀態(tài)恢復(fù)至原始狀態(tài),即將測點距離恢復(fù)至開槽前的距離,此時的壓力值便可看作原始應(yīng)力值。其后,很多科學(xué)家對該方法進(jìn)行了改進(jìn)[16-18]。

套芯應(yīng)力解除法,首先在巖心脫離母巖后發(fā)生形變恢復(fù)時測得應(yīng)力解除而導(dǎo)致的彈性形變,然后通過實驗測得巖層的彈性模量,最后利用胡克定律推知解除應(yīng)力前地層的應(yīng)力狀態(tài)。該方法按照傳感器的安裝部位可以分為孔底應(yīng)變測量法、孔壁應(yīng)變測量法、孔壁切割測量法和孔徑變形法[19-20]。

滯彈性應(yīng)變恢復(fù)法(ASR法),主要方法原理如下:巖心離開母巖后,由于之前所受的地應(yīng)力突然消失,巖心體積開始恢復(fù),其中一部分為彈性形變,另外一部分為非彈性形變,而且之前各個方向所受的應(yīng)力與形變恢復(fù)量成正比[21]。對巖心各個方向的應(yīng)變恢復(fù)量進(jìn)行測量,可獲得主應(yīng)變方向,進(jìn)而推得主應(yīng)力方向;根據(jù)巖性建立本構(gòu)模型[22-24],便可獲得主應(yīng)力值。

相對應(yīng)力測量包括鉆孔應(yīng)變測量、差應(yīng)變曲線分析法(DSCA法)、差波速分析法等,限于篇幅,本文只對差應(yīng)變曲線分析法作一介紹。差應(yīng)變曲線分析法的基本過程是在實驗室中對巖心定向施加圍壓,根據(jù)巖心各個方向上的應(yīng)變量來估計地層應(yīng)力狀態(tài)[25-26]。REN等[27]通過實驗進(jìn)一步證明了DSCA法估測地應(yīng)力的有效性和可靠性,并指出了這種方法的經(jīng)濟(jì)實用性。THIERCELIN等[28]對差應(yīng)變曲線分析法做了進(jìn)一步改進(jìn),并將其應(yīng)用于實際地應(yīng)力測量。該方法可以不用考慮巖心放置時間對預(yù)測結(jié)果的影響,與ASR法聯(lián)合使用可得到更加理想的預(yù)測結(jié)果。

利用儀器測量得到的地應(yīng)力比較準(zhǔn)確,但數(shù)據(jù)量太小,成本很高,缺乏連續(xù)性,因此不適用于獲得大范圍的地應(yīng)力數(shù)據(jù)。為了降低勘探開發(fā)成本,專家學(xué)者們研究了利用測井?dāng)?shù)據(jù)確定地層主應(yīng)力方向并計算其大小的方法。由于測井資料具有測量深度較深、信息量大、數(shù)據(jù)相對連續(xù)等特點,基于測井資料計算地應(yīng)力具有獨特的優(yōu)勢。

2 地應(yīng)力測井計算方法

據(jù)李志明等調(diào)研成果,20世紀(jì)70年代,斯倫貝謝測井公司開始研究利用測井資料解決地層力學(xué)相關(guān)問題(地應(yīng)力是中間過程)的方法,并將其應(yīng)用到石油勘探開發(fā)過程中解釋地層坍塌壓力、破裂壓力以及油層出砂等問題[29]。20世紀(jì)80年代,我國各大油田開始應(yīng)用測井資料計算地應(yīng)力。20世紀(jì)90年代以來,隨著國內(nèi)外測井技術(shù)的飛速發(fā)展,測井資料越來越豐富,基于測井資料估算地應(yīng)力的方法也越來越完善。本文從基于成像測井估算地應(yīng)力、基于地層傾角測井判斷地應(yīng)力方位、基于聲波測井估算地應(yīng)力3個方面,介紹利用測井?dāng)?shù)據(jù)計算地應(yīng)力的方法。

2.1 基于FMI或CBIL成像測井估算地應(yīng)力

2.1.1 基于成像測井判斷地應(yīng)力方向

一個圓形井眼的受力情況如圖1所示,σH,σh分別為最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力,p為鉆井液對井壁的壓力,R為井眼半徑,θ為鉆井液壓力方向與最大水平主應(yīng)力之間的夾角。對于距孔眼中心為r的地層任意點p1,其受力狀況為[30]:

式中:σr,σθ,τθ依次為徑向主應(yīng)力、切向主應(yīng)力及剪切應(yīng)力。從(2)式可以發(fā)現(xiàn),在最小主應(yīng)力的方向上,切向正應(yīng)力最大,此時易產(chǎn)生應(yīng)力崩塌而形成橢圓井眼,這種現(xiàn)象被稱為“井壁崩落”,應(yīng)力崩塌導(dǎo)致的橢圓井眼長軸指示最小水平主應(yīng)力方向。同時,在最大水平主應(yīng)力方向上,切向正應(yīng)力最小,當(dāng)鉆井液壓力較大時,在該方向上的井眼表面會產(chǎn)生拉應(yīng)力,如果拉應(yīng)力超過巖石最大承受能力,則巖石破裂,產(chǎn)生誘導(dǎo)壓裂縫,誘導(dǎo)壓裂縫的走向指示最大水平主應(yīng)力方向。此外,對于古構(gòu)造應(yīng)力未得到釋放的地層,一旦鉆開,則為構(gòu)造應(yīng)力釋放創(chuàng)造了條件,有可能產(chǎn)生與之相關(guān)的一組裂縫——應(yīng)力釋放裂縫,這種裂縫的走向指示最大水平主應(yīng)力方向。

圖1 井壁受力情況[30]

2.1.2 基于井眼崩落現(xiàn)象計算地應(yīng)力大小

趙良孝等[31]、NIKOLAEVSKIY等[32]指出,利用雙井徑曲線、測井成像圖求得井壁崩落的寬度和深度后,依據(jù)巖石力學(xué)性質(zhì),可求得最大、最小水平主應(yīng)力如下:

σH=2×

(4)

σh=2×

(5)

其中,

式中:Δp=pm-pp,pm為鉆井液壓力,pp為孔隙壓力,τ為巖石的粘聚力,f為巖石的內(nèi)摩擦系數(shù),C13和C24為不同方位的井徑值,u為巖石的滑動摩擦系數(shù),Dmax為最大井壁崩落深度,b為井壁崩落寬度,rw為井眼半徑,θφ為井壁崩落與井壁交點的方位角。

最大井壁崩落深度Dmax和井壁崩落寬度b可以利用成像測井圖中的暗色條帶計算得到,井徑值C13和C24可以利用雙井徑中的1-3井徑曲線和2-4井徑曲線獲得。

(4)～(5)式基于井眼崩落已經(jīng)穩(wěn)定的狀態(tài)而建立,劉之的等[33]據(jù)此給出井壁是否達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的判別式:

(6)

式中:r1,r2分別為橢圓井眼的短半軸和長半軸;q是巖石自重;τs為巖石的抗剪強(qiáng)度。將成像測井得到的Dmax,b,rw以及計算得到的地應(yīng)力代入(6)式,若該式成立,則井壁已達(dá)到穩(wěn)定,此時基于井眼崩落現(xiàn)象計算的地應(yīng)力值是可信的。

2.1.3 基于誘導(dǎo)壓裂縫現(xiàn)象計算地應(yīng)力大小

趙良孝等[31]只利用崩落寬度(不用崩落深度)計算地應(yīng)力,然后依據(jù)井壁上的起始崩落邊界點滿足的剪切破裂條件建立如下公式:

(7)

式中:Δp=pm-pp,pm為鉆井液壓力,pp為孔隙壓力;τs為巖石抗剪切強(qiáng)度;σH,σh分別為最大和最小水平主應(yīng)力;θφ為井壁崩落與井壁交點的方位角。τs,θφ分別可由密度、聲波測井?dāng)?shù)據(jù)和成像測井?dāng)?shù)據(jù)計算得到。

劉之的等[33]利用成像測井資料確定井壁誘導(dǎo)壓裂平衡點,從而建立公式(8):

(8)

聯(lián)立公式(7)～(8)便可求得最小和最大水平主應(yīng)力。

2.2 基于聲波測井估算地應(yīng)力

2.2.1 基于多極子聲波測井判斷地應(yīng)力方位

橫波在因存在不平衡的地應(yīng)力而產(chǎn)生各向異性的地層中傳播時會發(fā)生分裂,沿最大應(yīng)力方向傳播速度比較快,即產(chǎn)生快橫波。因此,可以在存在因地應(yīng)力而導(dǎo)致各向異性的地層中用快橫波的方位指示最大應(yīng)力方向[34-38]。一般從多極子聲波測井的波形數(shù)據(jù)中提取快慢橫波速度和方位,然后根據(jù)快橫波的方位確定最大應(yīng)力方位。

研究表明,不僅不平衡的地應(yīng)力可以導(dǎo)致地層各向異性,而且地層中發(fā)育的裂縫等因素也可以導(dǎo)致各向異性[39-46]。在裂縫地層中,橫波的傳播也會發(fā)生分裂,快橫波沿裂縫走向傳播,即快橫波方位指示裂縫走向方位。所以,只有確定地層各向異性產(chǎn)生的原因,才能根據(jù)快慢橫波方位正確地判斷地應(yīng)力方位。

劉之的等[33]給出了利用多極子聲波測井確定地應(yīng)力方位的步驟:

1) 從成像測井圖中識別各種地質(zhì)特征;

2) 判斷產(chǎn)生地層各向異性的原因,譬如層理、裂縫、地應(yīng)力等;

3) 根據(jù)多極子聲波測井資料處理結(jié)果獲得快橫波方位;

4) 排除非地應(yīng)力因素后,根據(jù)快橫波方位判斷最大主應(yīng)力方向。

2.2.2 基于聲波測井計算地應(yīng)力大小

利用聲波測井得到的縱波時差Δtp,橫波時差Δts,加上密度測井得到的地層密度值ρ,可以獲得巖石的動態(tài)力學(xué)參數(shù)[47-49]:動態(tài)泊松比μd,動態(tài)彈性模量Ed,剪切模量G,體積模量K,拉梅系數(shù)λ,巖石體積壓縮系數(shù)Cb,骨架壓縮系數(shù)Cma,Biot彈性系數(shù)α等。巖層中應(yīng)力的形成、賦存條件更接近巖石靜態(tài)測試環(huán)境,所以地應(yīng)力大小的計算采用靜態(tài)力學(xué)參數(shù)更加準(zhǔn)確[50]。研究表明[50-51],可以先利用聲波測井資料計算出巖體完整系數(shù),然后求出折減系數(shù),最后將動態(tài)力學(xué)參數(shù)轉(zhuǎn)換為靜態(tài)力學(xué)參數(shù)?；陟o態(tài)力學(xué)參數(shù)便可求得連續(xù)的地應(yīng)力大小。

1) 垂向地應(yīng)力。根據(jù)密度測井資料可求得由巖石自重產(chǎn)生的垂向地應(yīng)力[52]:

(9)

其中ρ(h)為隨深度變化的地層密度,g為重力加速度,h為地層深度,H為目標(biāo)計算點的深度。

2) 水平地應(yīng)力[53-55]。計算水平地應(yīng)力時,存在兩種情況:第一種假設(shè)最大和最小水平地應(yīng)力相等;第二種假設(shè)最大和最小水平地應(yīng)力不相等,即兩個水平方向上的應(yīng)力不相等。第一種情況下建立了金尼克公式和馬特威爾-凱利公式;第二種情況下建立了黃氏模型、彈簧模型等。

金尼克公式如下:

(10)

馬特威爾-凱利公式如下:

(11)

式中:σv為垂向地應(yīng)力,μ為巖石靜態(tài)泊松比,pp為孔隙壓力,σH和σh為最大和最小水平主應(yīng)力。

黃氏模型:

其中,ω1和ω2分別反映兩個水平方向上構(gòu)造地應(yīng)力的大小,不同地區(qū)對應(yīng)不同值;α為Biot系數(shù);σv為垂向地應(yīng)力;σH和σh分別為最大和最小水平主應(yīng)力;μ為巖石靜態(tài)泊松比;pp為孔隙壓力。該模型考慮了構(gòu)造應(yīng)力的影響,但是未充分考慮巖性對地層應(yīng)力的影響,適用于構(gòu)造平緩的地區(qū)。

彈簧模型:對于構(gòu)造運動比較劇烈的地區(qū),水平地應(yīng)力的很大部分來源于地質(zhì)構(gòu)造運動產(chǎn)生的構(gòu)造應(yīng)力,不同性質(zhì)的地層由于其抵抗外力的變形特點不同,因而其承受的構(gòu)造應(yīng)力也不相同。根據(jù)組合彈簧的構(gòu)造運動模型推導(dǎo)的分層地應(yīng)力計算模型為:

式中:E為靜態(tài)楊氏模量;εh,εH分別為巖石在最小、最大水平應(yīng)力方向的應(yīng)變;σv為垂向地應(yīng)力;σH,σh分別為最大、最小水平主應(yīng)力;μ為巖石靜態(tài)泊松比;pp為孔隙壓力;α為Biot系數(shù)。該模型并未考慮傾斜地層,存在一定的局限性。

傾斜地層模型:大多數(shù)地層為傾斜地層,具有一定傾角和方位角?？紤]地層傾角和上傾方位角的地應(yīng)力計算模型為:

(16)

[σv-αpp)sinφsin(β-β0)+αpp]

(17)

式中:σv為垂向地應(yīng)力;σH,σh分別為最大、最小水平主應(yīng)力;μ為巖石靜態(tài)泊松比;pp為孔隙壓力;α為Biot系數(shù);φ指地層傾角;A和B為構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)。

分層地應(yīng)力計算模式:葛洪魁等[56]針對水力壓裂垂直縫和水平縫提出兩組地應(yīng)力計算經(jīng)驗公式。

當(dāng)水力壓裂為垂直縫時:

當(dāng)水力壓裂為水平縫時:

式中:E為靜態(tài)楊氏模量;σv為垂向地應(yīng)力;σH,σh分別為最大、最小水平主應(yīng)力;μ為巖石靜態(tài)泊松比;pp為孔隙壓力;α為Biot系數(shù);H為地層深度;Kh,KH分別為最小和最大水平主應(yīng)力方向的構(gòu)造系數(shù);αT為線性膨脹系數(shù);ΔT為地層溫度的變化;Δσh,ΔσH分別為考慮地層剝蝕的最小和最大水平附加量。該模型考慮的因素比較全面,更加符合地應(yīng)力分布規(guī)律,而且公式中的參數(shù)比較容易獲取,因此適用范圍更廣。

2.3 基于地層傾角測井判斷地應(yīng)力方位

根據(jù)地層傾角測井提供的井徑曲線和極板方位角曲線,可以判斷井壁崩落方位,從而獲得地應(yīng)力方向。

地層傾角測井可以獲得不同方位的井徑曲線,井斜方位角AZIM,一號極板相對方位角RB,一號極板方位角PIAZ以及井斜角DEVI。以六臂地層傾角測井為例,可測得夾角為60°的1-4極板井徑曲線C14,2-5極板井徑曲線C25,3-6極板井徑曲線C36。測井儀器在測量過程中會隨著提升而不斷旋轉(zhuǎn),當(dāng)測遇崩落井段時,一對測臂將嵌入橢圓井眼長軸方向的槽內(nèi),使儀器不再隨著提升而旋轉(zhuǎn),此時測得的大井徑即對應(yīng)著橢圓井眼的長軸。如果井眼崩落是由于地應(yīng)力不均衡引起的,則橢圓長軸方向?qū)?yīng)最小水平主應(yīng)力方向,即:

當(dāng)C14最大時,θAZIM(σh)=θPIAZ=θAZIM+arctan(tanθRB/cosθDEVI);

當(dāng)C25最大時,θAZIM(σh)=θPIAZ±60=θAZIM+arctan(tanθRB/cosθDEVI)±60;

當(dāng)C36最大時,θAZIM(σh)=θPIAZ±120=θAZIM+arctan(tanθRB/cosθDEVI)±120。

其中,θAZIM(σh)為最小水平主應(yīng)力方向,θPIAZ為一號極板方位角,θAZIM為井斜方位角,θRB為一號極板相對方位角,θDEVI為井斜角。

引起井壁崩落的原因不僅僅只是地應(yīng)力不均衡,沖刷崩落、裂縫崩落等都可以形成橢圓井眼[57]。為排除非應(yīng)力因素導(dǎo)致的地層崩落,趙永強(qiáng)[58]提出了識別應(yīng)力型橢圓井眼的方法:①井徑差較大,即一條井徑曲線值顯然大于另外兩條井徑曲線值;②井眼崩落段具有一定長度,長軸方位較為固定;③測遇井眼崩落段,測井儀器基本不再隨著提升而旋轉(zhuǎn)。

因此,基于地層傾角測井資料確定地應(yīng)力方位時,首先應(yīng)該根據(jù)井徑曲線和極板方位角的特征確定井壁崩落段,然后根據(jù)井徑曲線的相對大小和極板方位角判斷最小水平主應(yīng)力方位,最后統(tǒng)計并確定最小水平主應(yīng)力的優(yōu)勢方位。

目前,已有很多學(xué)者將基于測井技術(shù)計算地應(yīng)力的方法應(yīng)用到實際資料處理中,并取得了很好的效果[59-63],證明了基于測井技術(shù)計算地應(yīng)力的實用性。

3 地應(yīng)力數(shù)值模擬方法

隨著計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展,利用數(shù)值模擬方法對地下介質(zhì)地應(yīng)力分布進(jìn)行預(yù)測成為了可能。BEAUMONT等[64]建立了一套比較完整的數(shù)值模擬系統(tǒng),通過對地質(zhì)構(gòu)造成因進(jìn)行分析,選擇適用的邊界條件,模擬應(yīng)力場分布規(guī)律。陳書平等[65]通過分析某地區(qū)的構(gòu)造運動演化過程,利用有限元方法模擬每個時期的應(yīng)力分布規(guī)律,總結(jié)了應(yīng)力場與油氣分布的關(guān)系。楊柯等[66]針對應(yīng)力函數(shù)法存在的問題提出了應(yīng)變函數(shù)法,利用該方法對地下洞室群周圍的地應(yīng)力分布情況進(jìn)行了分析。曾聯(lián)波等[67]基于有限元法定性討論了地應(yīng)力對油氣運移、聚集的影響。PARSONS[68]基于GPS數(shù)據(jù)分析了目標(biāo)區(qū)的邊界約束條件,通過建立有限元模型,對該區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力場特征進(jìn)行了分析。ECKERT[69]利用有限元軟件ABAQUS模擬了美國某工區(qū)的三維地應(yīng)力場,并逐步精細(xì)分析了該工區(qū)地應(yīng)力場的特征。MATSUKI等[70]提出了利用接觸單元模擬斷層的有限元方法,分析了含斷層區(qū)塊的地應(yīng)力分布情況。劉雄[71]基于Petrel地質(zhì)模型,利用彈性力學(xué)和有限元法開發(fā)了地應(yīng)力數(shù)值模擬軟件TSM。李亞旭[72]實現(xiàn)了低孔滲氣藏三維現(xiàn)今地應(yīng)力數(shù)值計算。本文將從邊界位移調(diào)整法、邊界載荷調(diào)整法、位移反分析法、應(yīng)力函數(shù)法和位移函數(shù)法等五個方面對地應(yīng)力的數(shù)值模擬方法進(jìn)行闡述。

3.1 邊界位移調(diào)整法

郭懷志等[73]提出了通過不斷調(diào)整邊界位移值,使實測點處數(shù)值模擬值與實測值相吻合的方法。朱伯芳[74]對該方法進(jìn)行了改進(jìn),指出在設(shè)計階段不用反演地應(yīng)力的垂直分量,直接采用密度在深度域的積分值代替,這樣可以減少回歸變量,提高回歸精度。具體方法是:首先依據(jù)地質(zhì)調(diào)查結(jié)果建立研究區(qū)域的地質(zhì)力學(xué)模型,然后基于最小二乘原理,運用多元回歸分析方法,通過不斷調(diào)整邊界的位移值,使研究區(qū)域內(nèi)地應(yīng)力實測值與數(shù)值模擬值實現(xiàn)最佳擬合,從而獲得研究區(qū)域的應(yīng)力分布。應(yīng)用該方法進(jìn)行地應(yīng)力場分析主要受到五個因素的影響[75]:幾何模型的形狀及大小、區(qū)域框架、邊界條件的選擇、地質(zhì)力學(xué)模型的建立、模擬值與實測值的最佳擬合判斷條件。其中幾何模型和力學(xué)模型的建立基于地質(zhì)調(diào)查和其它先驗信息,相對比較簡單,而其它三個因素較復(fù)雜。區(qū)域構(gòu)造框架的選擇需要考慮巖層合并問題和搓動、疊加的構(gòu)造帶、力學(xué)結(jié)構(gòu)面的選擇問題;邊界條件的確定需要考慮其它方法獲得的應(yīng)變、地應(yīng)力先驗信息。

3.2 邊界載荷調(diào)整法

薛璽成等[76]提出邊界載荷調(diào)整法,該方法與邊界位移調(diào)整法相似,通過調(diào)整邊界載荷的作用方式和大小,使研究區(qū)域內(nèi)地應(yīng)力實測值與數(shù)值模擬值實現(xiàn)最佳擬合,從而獲得研究區(qū)域的應(yīng)力分布。

邊界位移調(diào)整法和邊界載荷調(diào)整法對邊界條件的調(diào)整均無規(guī)律可循,工作量非常大,在考慮非均勻性等復(fù)雜地質(zhì)情況后,工作量將會更大,而且所假設(shè)的應(yīng)力或位移需要滿足變形協(xié)調(diào)和平衡條件,使問題變得更加復(fù)雜。因此,這兩種方法比較適用于介質(zhì)和地應(yīng)力分布比較簡單的情況。

3.3 位移反分析法

位移反分析法主要是利用位移信息反推地下介質(zhì)的初始地應(yīng)力或邊界載荷[77]。根據(jù)地下介質(zhì)的性質(zhì)和力學(xué)狀態(tài)的不同,選用不同的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系進(jìn)行彈性位移反分析、粘彈性位移反分析、彈塑性位移反分析或黏彈塑性位移反分析,從而獲得彈性參數(shù)、粘彈性參數(shù)、彈塑性參數(shù)或黏彈塑性參數(shù)。

根據(jù)實現(xiàn)過程的差異,數(shù)值反分析可以分為逆解法和直接法[78]。逆解法是利用已知的位移信息,基于正分析方程推導(dǎo)得到的逆方程計算得到初始地應(yīng)力場的方法,僅適用于容易獲得逆方程的線性彈性介質(zhì);直接法是基于最優(yōu)化正分析方程建立的目標(biāo)函數(shù)得到地應(yīng)力分布,其適用范圍比較廣。在計算工區(qū)缺乏地應(yīng)力資料等情況下,位移反分析法比較實用。

3.4 應(yīng)力函數(shù)法和位移函數(shù)法

應(yīng)力函數(shù)法/位移函數(shù)法先利用平衡方程、本構(gòu)方程和實測點的應(yīng)力/位移測量值、坐標(biāo)值和應(yīng)力/位移邊界條件構(gòu)建回歸方程,然后利用最小二乘原理確定回歸系數(shù),通過回歸分析得到應(yīng)力/應(yīng)變函數(shù),最后利用有限元法校正回歸分析的結(jié)果,對回歸結(jié)果進(jìn)行改進(jìn),得到地下應(yīng)力場的分布。

張有天等[79]建議使用四次多項式應(yīng)力函數(shù)對地應(yīng)力分布進(jìn)行預(yù)測,同時推導(dǎo)了三維和二維應(yīng)力函數(shù),并以實例對其進(jìn)行了說明。楊柯[66]通過回歸分析獲得應(yīng)變函數(shù),并將其應(yīng)用于地下洞室群周圍的應(yīng)力預(yù)測。

應(yīng)力/位移函數(shù)法操作簡單,但復(fù)雜情況下難以獲得較好的結(jié)果。其中應(yīng)力函數(shù)法在用于有限元計算時無法直接施加消除模型剛體位移的約束條件,只能通過迭代來消除剛體位移;位移函數(shù)法能很好地解決這個問題[66]。

數(shù)值模擬地應(yīng)力分布多以實測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),同時考慮地形、地質(zhì)特點,建立模型進(jìn)行反演回算、模擬。除了以上五種方法外,還有很多其它方法,譬如,李龍林等[80]將灰色系統(tǒng)方法引入有限元模型回歸分析中預(yù)測地應(yīng)力分布;石敦敦等[81]研究了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合遺傳算法反演巖體初始地應(yīng)力的方法;GIODA[82]提出了同時確定初始應(yīng)力場和地層特性參數(shù)的優(yōu)化反演理論。每種方法都有相應(yīng)的適用條件,在實際資料處理中,應(yīng)該針對實際情況選用合適的方法。

4 地應(yīng)力地震預(yù)測方法

利用地震數(shù)據(jù)估算地應(yīng)力是正在發(fā)展的一種地應(yīng)力預(yù)測方法,該方法能夠得到某個區(qū)域連續(xù)的地應(yīng)力剖面,對地下介質(zhì)進(jìn)行全面的地應(yīng)力預(yù)測。

DILLEN[83]建立了反射系數(shù)與應(yīng)力間的關(guān)系,為地震數(shù)據(jù)反演應(yīng)力分布提供了可能;SARKAR等[84]利用物模多波和各向異性性質(zhì)反演地層主應(yīng)力;TIGREK[63]首先利用反射系數(shù)反演獲得動態(tài)參數(shù),然后利用動靜態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系求得地質(zhì)力學(xué)模型的參數(shù),最后基于地質(zhì)力學(xué)模型求得地應(yīng)力的分布;SAYERS[85]利用時移地震實現(xiàn)地應(yīng)力預(yù)測;STARR[86]提出了利用地震數(shù)據(jù)估算閉合應(yīng)力梯度的方法;HUNT等[87]利用曲率和楊氏模量對地下應(yīng)力分布進(jìn)行預(yù)測;GRAY[88]考慮了裂縫引起的地下介質(zhì)各向異性特征,通過建立HTI介質(zhì)巖石力學(xué)模型對HTI介質(zhì)地應(yīng)力分布進(jìn)行了預(yù)測,實現(xiàn)了基于地震數(shù)據(jù)的應(yīng)力預(yù)測。何英[89]推導(dǎo)了基于曲率分析的構(gòu)造應(yīng)力場計算公式,利用曲率估算地層的構(gòu)造應(yīng)力,克服了構(gòu)建復(fù)雜構(gòu)造應(yīng)力場模型的困難;張廣智等[90]通過先驗信息建立地層巖石物理模型,基于該模型獲得地下介質(zhì)剛度矩陣,根據(jù)剛度矩陣計算地下介質(zhì)應(yīng)力分布;宗兆云[91]提出了利用裂縫巖石參數(shù)預(yù)測地應(yīng)力的方法;馬妮等[92-93]同時考慮HTI介質(zhì)垂直裂縫的影響和VTI介質(zhì)水平層理的作用,基于正交各向異性介質(zhì)理論,推導(dǎo)了正交各向異性(OA)介質(zhì)的地應(yīng)力表達(dá)式,并利用方位疊前地震數(shù)據(jù)實現(xiàn)了地應(yīng)力的地震預(yù)測;熊曉軍等[94]通過疊前地震資料反演、速度分析和層位數(shù)據(jù)獲得地下介質(zhì)彈性參數(shù)、層速度和水平方向構(gòu)造應(yīng)變,從而計算得到地應(yīng)力分布。以下從反射系數(shù)反演、地震曲率屬性和巖石物理建模三個方面闡述基于地震資料的地應(yīng)力預(yù)測方法。

4.1 基于反射系數(shù)反演的地應(yīng)力預(yù)測

TIGREK[63]通過分析PP波反射系數(shù)和PS波反射系數(shù)大小與地應(yīng)力之間的關(guān)系,建立了如下目標(biāo)函數(shù):

(22)

TIGREK指出,地下介質(zhì)的靜態(tài)參數(shù)可以更好地反映地下介質(zhì)的應(yīng)力狀態(tài),應(yīng)該先通過實驗測量獲得目標(biāo)區(qū)動靜態(tài)參數(shù)比,在反射系數(shù)反演的基礎(chǔ)上獲得靜態(tài)參數(shù),然后利用靜態(tài)參數(shù)建立地質(zhì)力學(xué)模型,最后基于該模型計算得到地下介質(zhì)的應(yīng)力分布。

4.2 基于曲率屬性的地應(yīng)力預(yù)測

地層曲率與應(yīng)變有著密切的關(guān)系,胡克定律將應(yīng)變與應(yīng)力聯(lián)系在一起。HUNT等[87]建立了地層曲率與地應(yīng)力之間的關(guān)系,即:

(23)

式中:E為楊氏模量,Kc為曲率屬性,h為褶皺巖層的厚度,e為應(yīng)變,σ為應(yīng)力。將公式(23)進(jìn)行簡化可得:

(24)

由(24)式可知,利用楊氏模量和曲率的乘積可近似表征地層的應(yīng)力屬性,為裂縫密度的預(yù)測提供可靠的依據(jù)。

何英[89]在薄板理論的假設(shè)下,推導(dǎo)得到基于曲率的地應(yīng)力表達(dá)式。如圖2所示,在直角坐標(biāo)系中,設(shè)薄板中面為z=0的坐標(biāo)面,沿x,y正方向的位移分別為ux,uy,沿z方向的位移為擾度w(x,y),則:

式中:σx,σy和τxy分別為x,y軸方向上的主應(yīng)力和xy面的切應(yīng)力;Kx,Ky和Kxy分別為x,y方向的曲率和xy面的扭率;E,υ為楊氏模量和泊松比;t為地震剖面上應(yīng)變介質(zhì)上下界面的時差。主應(yīng)力及其方位為:

式中,σmax為最大主應(yīng)力,αt為σmax與x軸的夾角。通過地震反演獲得地下介質(zhì)楊氏模量和泊松比,由地震層位數(shù)據(jù)計算出曲率屬性[95],便可預(yù)測地下介質(zhì)的地應(yīng)力分布。

熊曉軍等[94]也給出了基于曲率的地應(yīng)力預(yù)測方法:首先利用地震資料反演地下彈性參數(shù)楊氏模量和泊松比;然后利用地震資料和速度分析獲得地下介質(zhì)層速度,進(jìn)而計算得到地層壓力;接著利用疊前地震資料和層位數(shù)據(jù)計算曲率屬性,利用曲率屬性計算出水平方向構(gòu)造應(yīng)變;最后將以上計算結(jié)果代入線性各向同性組合彈簧模型,預(yù)測地下應(yīng)力分布。

圖2 薄板示意[89]

4.3 基于巖石物理模型的地應(yīng)力預(yù)測

巖石物理模型建立了地震數(shù)據(jù)與儲層參數(shù)的聯(lián)系。通過對地震資料以及其它地質(zhì)、測井資料進(jìn)行綜合分析,獲得工區(qū)孔隙度、巖性等物性參數(shù),基于此建立巖石物理模型,便可獲得地下介質(zhì)的剛度矩陣,從而實現(xiàn)地應(yīng)力分布的預(yù)測。張廣智等[90]對基于巖石物理模型的地應(yīng)力預(yù)測進(jìn)行了研究。以頁巖為例,首先根據(jù)地震資料以及其它先驗信息,對工區(qū)礦物、孔隙度等參數(shù)進(jìn)行綜合分析,建立巖石物理模型(圖3)。然后基于巖石物理模型計算得到地下介質(zhì)的剛度矩陣以及縱橫波速度等。由于頁巖可看作VTI介質(zhì),因此可以利用VTI介質(zhì)模型進(jìn)行地應(yīng)力預(yù)測。SUAREZ-RIVERA等[96]給出了VTI介質(zhì)地應(yīng)力計算公式。

圖3 頁巖巖石物理等效模型構(gòu)建[90]

式中:σv為垂直方向的地應(yīng)力;ρ(h)為隨深度變化的地層密度;g為重力加速度;H為測點深度;σH,σh分別為水平方向最大、最小地應(yīng)力;Eh,Ev為水平方向和垂直方向的楊氏模量;υh,υv為水平方向和垂直方向的泊松比;pp為孔隙壓力;εH為水平方向的構(gòu)造應(yīng)變。剛度矩陣可以轉(zhuǎn)換成楊氏模量和泊松比,轉(zhuǎn)換后代入(30)～(32)式,實現(xiàn)地應(yīng)力預(yù)測。

根據(jù)地下介質(zhì)的類型,選擇相應(yīng)的地應(yīng)力計算模式:SAYERS[97]、GOODWAY等[98]、PEREZ等[99]提出的各向同性介質(zhì)地應(yīng)力計算方法;SUAREZ-RIVERA等[96]、GRAY[88]、鄧金根等[100]給出的線性彈性TI地層地應(yīng)力計算公式;馬妮等[92-93]推導(dǎo)的正交各向異性介質(zhì)地應(yīng)力計算公式。GRAY[88]提出一種新的基于各向異性巖石力學(xué)模型和地震反演估算地應(yīng)力的方法,利用巖石力學(xué)參數(shù)和地層各向異性參數(shù)計算地層的主應(yīng)力:

同時,利用最大水平地應(yīng)力和最小水平地應(yīng)力的差異比,即水平應(yīng)力差異比(differential horizontal stress ratio,DHSR),來衡量儲層中容易壓裂成網(wǎng)的區(qū)域。其公式為:

(35)

式中:σv為垂直方向的地應(yīng)力;σH,σh分別為水平方向最大、最小地應(yīng)力;E表示楊氏模量;υ表示泊松比;ZN表示法向柔度。DHSR是指示儲層是否易于壓裂成網(wǎng)的重要因子,當(dāng)DHSR為低值時,其所在區(qū)域進(jìn)行水力壓裂時容易形成裂縫的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu);當(dāng)DHSR為高值時,其所在的區(qū)域進(jìn)行水力壓裂時容易被壓裂成定向排列的裂縫,有利于儲層中油氣的運移和非常規(guī)儲層的開采。但是該方法基于HTI介質(zhì),沒有考慮介質(zhì)的水平層理影響,而實際頁巖具有很強(qiáng)的水平層理特征。針對這個問題,馬妮等[92-93]根據(jù)實際頁巖儲層的各向異性特征,同時考慮頁巖氣地層VTI和HTI特征的作用,利用正交各向異性介質(zhì)巖石物理關(guān)系推導(dǎo)了正交各向異性介質(zhì)的地應(yīng)力精確計算公式:

式中,sij為OA介質(zhì)的柔度系數(shù)。利用最大水平地應(yīng)力σH和最小水平地應(yīng)力σh,可以得到正交各向異性水平應(yīng)力差異比精確公式(orthorhombic differential horizontal stress ratio,ODHSR):

(38)

根據(jù)柔度系數(shù)sij與彈性系數(shù)cij的關(guān)系,可以得到彈性系數(shù)表示的正交各向異性水平應(yīng)力差異比:

(39)

正交各向異性介質(zhì)的彈性矩陣有9個相對獨立的彈性參數(shù),利用TSVANKIN[101]提出的表征OA介質(zhì)的各向異性參數(shù)公式,得到各向異性參數(shù)表示的彈性系數(shù),將其代入(39)式得到最終的ODHSR公式。由于地應(yīng)力精確公式過于復(fù)雜不便于實際應(yīng)用,因此利用線性滑動理論對其進(jìn)行近似簡化:

(40)

(41)

(42)

HTI介質(zhì)方位彈性阻抗公式為:

(43)

式中,a=(1+tan2θ),b=-8g2sin2θ,c=(1-4g2sin2θ),d=sin2θcos2φ(1+tan2θsin2φ),e=cos4φsin2θtan2θ,f=-8g2sin2θcos2φ;θ為地震數(shù)據(jù)入射角,φ為地震觀測方位角;α0,β0和ρ0分別為依據(jù)測井?dāng)?shù)據(jù)獲得的縱波速度、橫波速度和密度平均值;α,β和ρ分別為測井獲得的縱波速度、橫波速度和密度,ε(V),δ(V)和γ(V)分別為HTI介質(zhì)的各向異性參數(shù)。

將公式(43)兩邊同時取對數(shù)使其線性化可得[102]:

(44)

式中,IE0=α0ρ0。然后建立方位彈性阻抗與裂縫型儲層巖石彈性參數(shù)之間的方程組:

(45)

將上式改寫為矩陣的形式:

(46)

根據(jù)測井獲得的縱波速度、橫波速度、密度以及各向異性參數(shù)和井旁道對應(yīng)各采樣點的方位彈性阻抗,求解上述方程得到系數(shù)矩陣的各個元素(在儲層彈性性質(zhì)橫向變化較小的情況下,可將系數(shù)矩陣中的常系數(shù)看作是恒定不變的值);然后將反演得到的方位彈性阻抗數(shù)據(jù)體代入,便可求得工區(qū)縱波速度、橫波速度、密度以及各向異性參數(shù);接著利用HTI介質(zhì)與VTI介質(zhì)各向異性參數(shù)之間的關(guān)系[103]

(47)

求得VTI介質(zhì)各向異性參數(shù)γ;最后將反演得到的彈性參數(shù)和各向異性參數(shù)代入公式(42)計算得到正交各向異性水平應(yīng)力差異比。

選取某工區(qū)實際資料進(jìn)行地應(yīng)力的地震預(yù)測。首先利用6個不同方位、不同入射角的方位疊前地震數(shù)據(jù)進(jìn)行疊前方位彈性阻抗反演。如圖4所示,不同方位、不同入射角的方位地震數(shù)據(jù)同相軸相似,但彼此間存在著明顯的差異,即地震數(shù)據(jù)的振幅屬性隨著方位角和入射角的不同而不同。

圖4 某工區(qū)不同方位部分角度疊加道集(縱橫測線剖面和層切片)[93]

利用疊前方位地震反演得到的彈性阻抗數(shù)據(jù)體提取儲層的彈性參數(shù)和各向異性參數(shù),即所需的縱波速度、橫波速度、密度和HTI介質(zhì)的各向異性參數(shù),如圖5所示。

根據(jù)HTI介質(zhì)與VTI介質(zhì)各向異性參數(shù)的關(guān)系,得到VTI介質(zhì)各向異性參數(shù),如圖6所示。

最后基于ODHSR近似公式,利用疊前方位地震反演方法獲得的彈性參數(shù)和各向異性參數(shù),計算得到某個區(qū)域連續(xù)的ODHSR剖面,實現(xiàn)基于正交各向異性介質(zhì)的地應(yīng)力地震預(yù)測,如圖7所示。

由圖7可以看出研究區(qū)ODHSR值的分布情況,根據(jù)ODHSR值的高低可以識別儲層中容易壓裂成網(wǎng)的區(qū)域。在ODHSR低值的區(qū)域進(jìn)行水力壓裂容易形成網(wǎng)狀裂縫結(jié)構(gòu),有利于油氣的聚集和運移,同時,應(yīng)該綜合應(yīng)用其它反映巖石脆性、物性和可壓縮性等參數(shù)[104-110]來指導(dǎo)油氣勘探開發(fā)。

圖5 彈性參數(shù)和各向異性參數(shù)反演結(jié)果(縱橫測線剖面和層切片)[93]

圖6 VTI介質(zhì)的各向異性參數(shù)(縱橫測線剖面和層切片)[93]

圖7 ODHSR的層切片[93]

5 認(rèn)識與展望

頁巖氣儲層的低孔低滲特點決定了需要對其進(jìn)行水力壓裂改造以形成油氣儲集和運移的裂縫,而地應(yīng)力是決定裂縫延伸方向、形狀和大小的決定性因素之一,地應(yīng)力的研究對于油氣田的勘探開發(fā)有著重要的意義。本文從地應(yīng)力測量方法、地應(yīng)力測井計算方法、地應(yīng)力數(shù)值模擬方法及地應(yīng)力地震預(yù)測方法四個方面介紹了地應(yīng)力的預(yù)測方法,以利于人們系統(tǒng)地認(rèn)識和了解地應(yīng)力預(yù)測方法。地震技術(shù)是識別與評價頁巖氣儲層的核心技術(shù)之一,如何利用地震數(shù)據(jù)進(jìn)行地應(yīng)力預(yù)測是我們研究的重點。介紹了基于反射系數(shù)反演的地應(yīng)力預(yù)測、基于曲率屬性的地應(yīng)力預(yù)測和基于巖石物理模型的地應(yīng)力預(yù)測方法,其中提到了水平應(yīng)力差異比(DHSR)的概念,它是儲層進(jìn)行水力壓裂時容易產(chǎn)生網(wǎng)狀裂縫的區(qū)域指示因子,能夠指導(dǎo)油氣田的勘探與開發(fā)。在未來的地應(yīng)力地震預(yù)測方法研究中,還需要考慮構(gòu)造應(yīng)力、孔隙壓力等參數(shù)對地應(yīng)力的影響。關(guān)于如何利用地震技術(shù)估算這些參數(shù)用于校正地應(yīng)力、如何推導(dǎo)出更加準(zhǔn)確的地應(yīng)力地震預(yù)測計算公式、如何在實際資料中更好地應(yīng)用這些理論和方法等研究,還有很長的路要走。地應(yīng)力的預(yù)測準(zhǔn)確與否,直接影響著儲層裂縫密度預(yù)測的準(zhǔn)確性、井位部署的合理性及鉆井優(yōu)化設(shè)計的完善性等,因此如何在理論方法及生產(chǎn)實踐中探索出更好的地應(yīng)力地震預(yù)測方法是我們今后需要研究的重點方向。