摘要：本文通过差应变及成像测井得到了3口井地应力大小、方向，并建立了基于有限元的三维地应力分析模型，采用非均质连续介质模型处理断层，分析了涠洲油田主力油层地应力场分布规律。研究结果表明，最大水平主应力方向在断层附近有明显扰动，而在远离断层时应力方向与区域应力方向趋于一致（N130°E）；3号断层是涠洲油田的主控断层，贯穿了整个研究区，对其附近应力方向影响较大，覆盖了3号断层走向两侧距该断层约900m的范围。

关键词：地应力；差应变测试；有限元数值模拟；断层

地应力是地壳中所处的应力状态［1］。对于地应力场研究主要有地应力室内/现场测量法、地应力测井计算法、地应力数值模拟法等［2-3］。本文以海上涠洲油田地质资料为基础，采用差应变分析法以及成像测井资料确定研究区现今地应力的大小及方向；利用有限元数值模拟方法对研究区现今地应力场进行模拟，分析涠洲油田现今应力场方向及分布规律，对于该低渗油田整体压裂开发具有一定的指导意义。

1油田概况

涠洲油田地理位置位于北部湾海域，断层活动比较剧烈，断层十分发育，断层断距大，延伸长，长期活动，对涠洲油田的地层沉积、构造和次一级的断层形成起显著的控制作用。平面上被大断层分为东、西两个特征差异明显的大断块，西高东低。鼻状构造由于正、反向正断层的切割形成多个局部次级圈闭（区块或井块），有多个构造高点，主要有断鼻、断块和断背斜等圈闭类型。其主力油层平均孔隙度为11.2%，平均渗透率为34.5×10-3μm2，是海上典型的低孔、低渗储层。

2关键井地应力分析

利用钻井取芯室内实验及成像测井资料分析得到了该油田3口井地应力大小、方向，为区域应力场数值模拟分析提供参照数据。

2.1岩石力学参数实验

利用伺服控制岩石力学三轴实验系统对涠洲油田3组岩心进行了三轴强度实验，对于同一组岩心，在不同围压条件下进行三轴强度实验，记录轴向应变、径向应变随轴向载荷的变化规律，即得到岩心的全应力应变曲线。对每块岩心的全应力应变曲线进行处理，可得出岩石的弹性模量、泊松比。

涠洲油田储层弹性模量范围为10.31～21.08 GPa，平均弹性模量为15.26 GPa；泊松比范围为0.125～0.321，平均泊松比为0.198。

2.2地应力大小

选取涠洲油田3口井岩心采用差应变分析法进行了地应力测试，从测量结果来看，该区地层地应力分量大小关系均为：垂向地应力最大，最大水平地应力居中，即>>。依据3口井7块岩心差应变实验结果得到垂向应力梯度0.0245MPa/m，最大水平主应力梯度0.0195MPa/m，最小水平主应力梯度0.0175MPa/m。

2.3地应力方向

从井壁应力分析可知，在最小水平主应力方向上剪切应力最大，一旦当该应力超过岩石的抗剪强度，井壁将发生应力崩落，因此应力崩落椭圆井眼的长轴方向就是最小水平主应力方向；钻井诱导缝方向为最大水平主应力方向。涠洲油田3口井最大水平主应力方向，根据成像测井资料分析可知，该油田最大水平主应力方向为N115E-N140E之间。

3地应力场三维有限元模拟与分析

本研究将断层介质弹性模量取为地层围岩的40﹪，泊松比取为地层围岩约1.10倍。

3.1最大水平主应力大小分布规律

研究区最大水平主应力的应力低值区主要分布在断层内及其附近区域，沿3号断层走向两侧距其约200m范围内均是该断层形成的应力低值带，应力低值形态呈现出沿断层走向延伸的“长条带”，该范围内应力值约为30.0～48.4MPa。

3.2最小水平主应力大小分布规律

研究区最小水平主应力的应力低值区主要分布在断层内及其附近区域，沿3号断层走向两侧距其约200m范围内均是该断层形成的应力低值带，沿3号断层走向两侧约200m范围内均是该断层形成的应力低值带，应力低值形态表现为沿断层走向延伸的“长条带”，应力值约为24～44MPa。

3.3该油田井网部署建议

涠洲油田远离断层区域，应力方向与区域应力方向趋于一致（N130°E），而断层附近区域地应力方向一般偏离区域方向10°～20°，因此研究区内人工裂缝延伸方向一致性较差，对于断层附近区域更是如此，建议该油田采用相对灵活的不规则井网，并立足于本研究得到的三维地应力场分布规律进行整体压裂井网优化设计，合理控制压裂规模。

4结论

（1）研究区顶部的应力状态表现为压应力，对于3号断层西部、远离断层端部区域，油层顶部最大水平主应力集中分布在49.6～51.2MPa之间，这也代表了该区域最大水平主应力一般水平；对于3号断层东部、远离断层端部区域，油层顶部最大水平主应力集中分布在53.2～54.4MPa之间。

（2）对于3号断层西部、远离断层端部区域，油层顶部最小水平主应力集中分布在44.5～45.5MPa之间；对于3号断层东部、远离断层端部区域，最小水平主应力集中分布在48.0～49.5MPa之间。

（3）建议该油田采用不规则井网，根据三维地应力场分布规律，进一步进行压裂井网以及压裂规模的优化设计。

参考文献

[1] 李志明，张金珠. 地应力与油气勘探开发[M]. 北京：石油工业出版社，1997：23-40.

[2] 侯守信，田国荣. 古地磁岩心定向及其在地应力测量上的应用[J].， 地质力学学报，1999；，5（1）：；90-96.

[2] HOU Shouxin， TIAN Guorong. ， Palaeomagnetic orientation of cores and its applications for insitu stress measurementsPaleomagnetic core orientation and its application in geostress measuremen [J]. ，Journal of Geomechanics， 1999，5（1）：90-96.

[3]刘显太，戴俊生，徐建春.纯4l断块沙四段现今地应力场有限元模拟[J].石油勘探与开发，2003；30（3）：126-128.