【摘 要】
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地应力是进行井位部署、钻井方案设计、井壁稳定性分析、套管损坏分析、压裂施工设计、工程甜点预测等的重要参数。准噶尔盆地西部车排子地区苏13井三维区石炭系火成岩储层断层较多走向多变,复杂程度较高,勘探开发时间较短,井的密度较低,处于勘探开发的早期,亟需通过地应力的研究为提高油气产能和下一步勘探开发提供数据支撑。因此,本文以苏13井三维区石炭系火成岩储层为例,用分维值D对研究区构造复杂程度和建立的数值模
【基金项目】
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导师李静教授主持的中国石化胜利油田分公司科技攻关项目（No.30205097-17-ZC0613-0002）；
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地应力是进行井位部署、钻井方案设计、井壁稳定性分析、套管损坏分析、压裂施工设计、工程甜点预测等的重要参数。准噶尔盆地西部车排子地区苏13井三维区石炭系火成岩储层断层较多走向多变,复杂程度较高,勘探开发时间较短,井的密度较低,处于勘探开发的早期,亟需通过地应力的研究为提高油气产能和下一步勘探开发提供数据支撑。因此,本文以苏13井三维区石炭系火成岩储层为例,用分维值D对研究区构造复杂程度和建立的数值模拟模型与实际储层相似程度进行了表征,根据岩石声波测量实验和岩石三轴压缩实验确定的纵横波波速转换关系式和动静态弹性模量、泊松比转换关系式,对区块内各井岩石力学参数进行了计算,采用ANSYS优化模块、COMSOL Multiphyics固体力学模块和BP神经网络相结合的方法,通过MATLAB编程反演得到了研究区边界荷载值,最后借助COMSOL Multiphyics软件对研究区地应力进行了渗流-应力耦合作用数值模拟,研究结果表明:（1）研究区发育三级、四级、五级及五级以下逆断层,断层相互切割,平面上呈现东西成带、南北分块的规律;模型1为只保留三级断层的简化模型,分维值为1.1964,分维值最小,简化程度过高,构造较简单;模型3为研究区石炭系顶面断层实际分布情况,分维值为1.8111,分维值最大,整体构造较复杂;模型2保留了三级断层和四级断层,分维值为1.6464,分维值介于模型1和模型3之间,简化程度适中,构造相对复杂;分维值越大,研究区构造越复杂。（2）地应力数值模拟模型扩大区延伸方向为北东东-南西西向,方位角为62°,边界扩大区尺寸为5km;研究区地应力数值模拟模型4个边界荷载值为:23.67MPa,27.81MPa,20.31MPa,15.30MPa。（3）随断层数量的增加地应力值呈减小趋势,五级及五级以下断层对最大水平主应力整体分布规律的影响不明显,断层之间纵横交错,应力场分布呈现南北分块的规律;走向与荷载作用方向相同的断层内部最大、最小水平主应力值较其余走向断层小,对附近应力场影响作用也较小,走向与荷载作用方向垂直的断层对附近应力场影响范围最大;考虑油气开采的影响后,研究区最大水平主应力值有所增大。地应力数值模拟模型为考虑研究区所有断层的模型3,有效应力场最大水平主应力为21.4～30.8MPa,最小水平主应力为14.5～20.1MPa,最大水平主应力呈东南高西北低的趋势,最小水平主应力呈东北高西南低的趋势。（4）渗流场-应力场相互作用下,地层压力随开采时间深入逐渐降低,在距井口6.5km范围外流体不受开采井的影响,单井可采范围半径为6.5km;考虑渗流-应力相互作用后研究区最大、最小水平主应力增大,随开采时间深入井口附近最大、最小水平主应力逐渐增大;渗流-应力相互作用后研究区最大水平主应力为22.7～32.3MPa,最小水平主应力为15.3～21.8MPa;断层处最大水平主应力平均为24MPa,最小水平主应力平均为16.6MPa;耦合前后最大、最小水平主应力方向基本保持不变或发生微小偏转,最大水平主应力方向在东北区域为北东东-南西西向,经过F1断层后偏转为北东-南西向,断层内部及其附近最大、最小水平主应力方向均发生偏转,在断层走向与荷载作用方向平行的断层内部和附近,应力方向快速偏转且无一定规律。
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