一种基于应力类型转换趋势判断断层走向的方法

技术领域

本发明涉及油气田勘探开发领域，尤其是一种基于应力类型转换趋势判断断层走向的方法。

背景技术

识别断层的方法的方法有很多，包括地震识别、测井解释、油田动态开发资料、应力场模拟以及物理模拟等方法。在断层预测、解释中，断层的方位影响油气的开发、剩余油分布，也是困扰油区进一步开发的难点。戴俊生等提出通过应力场模拟方法定性预测断层的分布规律，利用平面剪应力预测断层的走向，利用剖面剪应力预测断层的倾向，但该方法只能定性的分析断层的展布，并且采用剪应力预测断层的倾向缺乏理论支撑，其原理也有待进一步落实。张昕等在2012年提出密井网条件下井震联合断层识别方法，但该方法对油田的地震品质、测井资料丰富程度提出很高的要求；另外还有很多学者在地震解释的基础上，二次处理地震资料进而识别断层，该方法对地震资料的品质同样提出了很高的要求，并且预测结果往往具有多解性。本发明专利在建立地应力剖面、力学参数剖面的基础上，确定现今地应力的方向，进一步识别剖面应力类型转换趋势，实现断层识别以及走向的预测。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供了一种基于应力类型转换趋势判断断层走向的方法，它实现了储层中断层识别以及走向的预测。

本发明的技术方案为：一种基于应力类型转换趋势判断断层走向的方法，具体步骤如下：第一步建立地应力剖面。

依据水力压裂数据直接进行地应力的计算，而且测量的是井点附近一定范围内的应力平均值，对于区域内的应力具有较强的指导意义。水力压裂形成的裂缝在最小主应力的方向最易张开，主要沿着垂直于最小主应力的方向扩展。继续注入流体使裂缝向前稳定延伸一段时间后停止注入，受应力影响，裂缝张开度迅速减小，达到临界状态时，所对应的瞬时停泵压力即为裂缝闭合压力，与最小水平主应力近似相等。

最小水平主应力与闭合压力相等：

σ_h＝P_c(1)

公式(1)中，P_c为闭合压力，单位：MPa。σ_h为最小主应力，单位：MPa。

最大水平主应力表示为：

σ_H＝3σ_h-P_f-P₀+S_t(2)

公式(2)中，P_f为破裂压力，单位：MPa；P₀为储层压力，单位：MPa；S_t为岩石抗张强度，单位：MPa。σ_H为最大主应力，单位：MPa。

垂向主应力主要由上覆地层的重力产生：

σ_v＝ρgH(3)

公式(3)中，ρ为上覆岩层的平均密度，单位：kg/m³；g为重力加速度，g＝9.8m/s²；H为煤层埋藏深度，单位：m。

第二步建立力学参数剖面。

通过测井解释力学参数或岩石力学实验，建立岩石力学参数剖面。

第三步确定现今地应力的方向。

通过压裂资料、阵列声波测井、井斜统计、GPS检测、诱导裂缝、微地震检测、井壁崩落以及差应变、声速、古地磁定向实验确定现今地应力的方向。

第四步剖面应力类型转换趋势识别。

表1应力类型划分方案

表1中，σ_v为垂向应力；σ_H为水平最大主应力；σ_h为水平最小主应力。

在储层剖面中，转换趋势分为两种，转换趋势T₁：剖面应力类型由Ⅰa型向Ⅱ型转换或者由Ⅰa型向Ⅲ型的趋势时，即σ_H、σ_h同时增大或σ_H单独增大；转换趋势T₂：剖面应力类型由Ⅱ型向Ⅰa型转换或者由Ⅲ型向Ⅰa型的趋势时，即σ_H、σ_h同时减小或σ_H单独减小。

第五步断层走向的判别准则。

首先，判别力学参数与应力转换的相关性，确定应力类型转换趋势是否由断层引起，排除力学参数对应力转换趋势的影响；其次，转换趋势T₁时，存在走向与最大水平主应力方向大于45°的断层；转换趋势T₂时，存在走向与最大水平主应力方向小于45°的断层。

本发明的有益效果是：本发明专利在建立地应力剖面、力学参数剖面的基础上，确定现今地应力的方向，进一步识别剖面应力类型转换趋势，实现断层走向的预测。本发明在断层识别、走向判别方面具有较高的实用价值，并且预测成本低廉、可操作性强，可以大量减少人力、财力的支出，对油田勘探开发的实用性强。

附图说明

图1为一种基于应力类型转换趋势判断断层走向的方法的流程图。

图2为黔北构造特征图。

图3为黔北地区地层以及构造事件。

图4为黔北某丼的地应力剖面。

图5为黔北某丼岩石力学参数剖面。

图6为黔北某丼压裂裂缝印模图。

图7中，A为诱导裂缝解释图；B为诱导裂缝走向图；C为诱导裂缝倾角分布图。

图8中，A为井斜方位走向；B为井斜角分布；C为井壁垮塌方位分布；D为GPS检测地体的移动方位。

图9中，A为现今最小主应力分布图；B为现今最小主应力方向分布图；C为现今中间主应力分布图；D为现今中间主应力方向分布图；E为现今最大主应力分布图；F为现今最大主应力方向分布图。

图10为应力场模拟中断层附近应力类型转换分布图。

图4中，σ_v为垂向应力；σ_H为水平最大主应力；σ_h为水平最小主应力；图10中，Ⅰa型：σ_v>σ_H>σ_h且σ_h>0；Ⅱ型：σ_H>σ_h>σ_v；Ⅲ型：σ_H>σ_v>σ_h。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式：

以黔北地区为例说明本发明的具体实施方式，黔北地区从大地构造上位于上扬子地台区，黔北地区的构造演化与扬子地台的区域构造演化具有一致性。通常所说的扬子地台范围是红河断裂(哀牢山-红河构造带)、龙门山断裂西缘以东，嘉山-响水断裂和勉略-大别山南缘断裂以南，师宗-弥勒断裂、垭都-紫云断裂、漵浦-四堡断裂以北的范围。(图2)

扬子地台的演化过程经历了雪峰运动时期(Z)、早-中加里东时期(∈-O)、晚加里东时期(S)、海西期(D-C)、印支期、燕山期和喜山期。多期构造运动的叠加，造成了扬子地台复杂的构造形态。(图3)

(1)雪峰运动时期(Z)中元古代时期，扬子古板块的基底由康滇-川中-鄂西岛弧和江南岛弧中夹新元古代板溪群组成的黔、桂、湘弧间盆地组成，是两个岛弧夹一盆的格局。此时，扬子地台是一个广阔活动海区，接受沉积。雪峰运动之后，形成了扬子地台的基底。

(2)早-中加里东时期(∈-O)扬子海西部，受康滇古陆和龙门山岛链隆升影响成为物源区，整个古板块显示西高东低的坏境，沉积岩厚度变化也显示西薄东厚。扬子古板块的北缘和西北缘以稳定的大陆边缘为主。

(3)晚加里东时期(S)志留末的广西运动(晚加里东运动)，洋壳沿着华南褶皱带南缘的丽水-海丰-海峡断裂带发生俯冲，使得华南洋全面褶皱，扬子地台整体上升为陆，形成以四川盆地为主体的上扬子古陆，下扬子广大地区也处于隆起状态，只是在钱塘江和苏南地区继续接受沉积。至此，扬子板块形成了大隆、大坳的构造背景。

(4)海西期(D-P)经过强烈的加里东褶皱运动后，扬子板块地壳处于应力调整状态，从中泥盆世(海西早期)开始发生大规模的拉张运动。

(5)印支期中三叠世(T2)印支运动早幕，古太平洋板块可能沿着长乐-南澳断裂发生俯冲，引起地台大面积上升，地块四周成为造山带，地块内形成不同类型的前陆盆地和前陆隆起。三叠纪末印支运动晚幕也异常强烈，扬子地台全面上升为陆，结束了海侵历史。

(6)燕山期华南板块东缘的碰撞和岩浆活动，造成地壳强烈的变动，其强度由东向西减弱。侏罗纪，地台完全成为内陆盆地沉积环境。滇黔及下扬子地区为小型内陆断陷盆地，而西部的四川盆地则成为巨型内陆盆地。

(7)喜山期新生代早期喜马拉雅运动使整个地台以强烈上升为主，因此，大部分地区上隆为剥蚀区。新近纪开始又发生构造反转，普遍抬升、改造。第四纪主要为近期坳陷沉积。滇黔大部上升，形成云贵高原。

扬子准地台是以前震旦系地层为基底的准地台，在武陵构造阶段前期是陆缘大洋地壳区的一部分，武陵运动使之成陆，雪峰运动之后使扬子准地台的基底硬化，后又经过加里东运动、海西运动、印支运动和喜马拉雅运动，使得扬子准地台发生多次的升降运动，形成了现今复杂的地质特点。与扬子准地台相比，华南褶皱带形成陆壳的时间较晚，二者在组成和结构及构造运动上也有一定的差异，华南褶皱带在贵州省位于省内东南部，属于雪峰山西南段，西北边与扬子准地台的分界在铜仁-玉屏-凯里-三都一线，沿线断续分布一些规模较大的断裂。由于多次构造运动使华南褶皱带整体上升，屡遭剥蚀，因而许多地层缺失，致使古老基底大面积裸露，尤其以晚元古代地层分布范围最广。(图3)

贵州地区在已知的地史时期基本是处于同一板块之中，但在相邻板块的作用下，从中元古代至古生代曾经发生过不同方向、不同程度的聚合运动和裂陷作用，中新生代又受太平洋边缘活动带的强烈影响，其西南面的喜马拉雅山地区还发生过板块的碰撞作用。在板块整体运动的过程中和相邻板块的相互作用下，处于板块边缘和板内不同位置的各个地区则受不同程度地影响，产生了不同的沉积作用、变质作用和构造变形。

黔北台地隆起从震旦纪～三叠世中期，基本上处于陆表海台地的稳定构造环境，到早白垩世中期的燕山运动使黔北台地隆起发生全面褶皱；黔南台地坳陷从泥盆纪～晚三叠世中期发育半深水至深水次生海盆，处于活动性较大的拉张构造环境，燕山运动发生褶皱；四川台地坳陷从晚三叠世晚期～始新世一直处于内陆湖盆环境，喜马拉雅运动发生褶皱断裂。

遵义断凸在广西运动形成舒缓隆起的基础上，到泥盆、石炭纪因断裂作用而继续隆升，致使大部分地区缺失或很少接受泥盆、石炭系的沉积；六盘水断陷以威宁-关岭一带的北西向断裂带为界，与东北侧的遵义断凸分开。广西运动时期，该断裂带的古断裂致使南西盘下降，到泥盆、石炭纪其古断裂可能又具有同沉积断裂的性质，使南西盘断裂下陷，致使泥盆、石炭系沉积厚度较大。

黔北地区所涉及的凤岗北北东向构造变形区(I₁A²)、毕节北东向构造变形区(I₁A¹)和贵阳复杂构造变形区(I₁A³)也各有特点。黔北地区的绝大多数面积位于凤岗北北东向构造变形区(I₁A²)内，该区东部以梵净山背斜为主体，轴部出露中元古宙及晚元古宙地层，与褶皱伴生的断裂普遍发育。而西部以发育南北向构造为主；毕节北东向构造变形区(I₁A¹)西部以北东和北北东构造为主，南缘发育有东西向构造，东边以南北向构造为主，以遵义、息烽、贵阳一线为界与凤岗构造变形区划分开来。贵阳复杂构造变形区(I₁A³)处于黔北和黔南不同构造变形面貌的过渡地带，具有复杂多样的构造形变形特征。即有直扭型的北东、北北东向构造，又有挤压型的南北向和东西向构造。

第一步建立地应力剖面。

依据水力压裂数据可以直接进行地应力的计算，得到单井的地应力剖面。(图4)

第二步建立力学参数剖面。

通过测井解释力学参数或岩石力学实验，建立岩石力学参数剖面。(图5)

第三步确定现今地应力的方向。

通过压裂资料、阵列声波测井、井斜统计、GPS检测、诱导裂缝、微地震检测、井壁崩落以及差应变、声速、古地磁定向实验确定现今地应力的方向；确定黔北地区现今地应力方向为125°。(图6-图8)

第四步剖面应力类型转换趋势识别。

在单井应力剖面上，识别不同深度的应力转换类型。(图4)

第五步依据断层走向的判别准则，判定该处存在与最大水平主应力方向小于45°的断层，该现象同样在应力场模拟中得到证实(图9、图10)。

上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。