致密砂岩气藏地应力测量方法综述.pdf

1、中国力学学会学术大会 2009（CCTAM2009） 致密砂岩气藏地应力测量方法综述杨 建*,*康毅力*（油气藏地质及开发工程国家重点实验室西南石油大学，四川 成都 610500） *（中国石油西南油气田公司博士后科研工作站，四川 成都 610051） 摘 要： 致密砂岩天然气已成为我国天然气供应的一支重要力量，勘探开发前景广阔，并将继续成为储量和产量增长的亮点，但是其勘探开发难度也极具挑战性。近年来，依靠水力压裂改造致密储层显著提高了气藏开发效益，改造储层取得成功关键因素之一就是需要获得可靠的地应力参数，因此针对致密砂岩储层地应力测量研究工作具有重大意义。目前，已经形成了四类地应力研究方法：

2、利用地质特征资料定性分析法、矿场地应力测量、岩心测量和地应力计算等。本文针对致密砂岩气藏地质特征，分析了各类地应力测量方法的优点、存在的问题以及该类方法的最新发展，最后提出一套适合致密砂岩储层的地应力测量方法组合，并对地应力测量方法发展趋势作了展望。 关键词：致密砂岩气藏，地质特征，地应力， 测量方法 引言 二十一世纪是天然气的世纪，预计到本世纪中叶，在世界一次能源消费结构中天然气将超过石油而居第一位1。而随着常规油气资源量日益减少，致密砂岩气藏的勘探开发工作将越来越受到人们的关注。根据国内外已有的勘探开发经验，致密砂岩气是最具现实勘探意义，具有补偿常规资源储量和产量递减的能力。目前致密砂岩气

3、年产量占我国年天然气总产量的 1/5 左右，并呈现出快速增长的态势，致密砂岩天然气已成为我国天然气供应的一支重要力量，并将继续成为储量和产量增长的亮点。我国致密砂岩气资源丰富，第三轮油气资源评价认为我国致密砂岩天然气资源量近 201012m3，致密砂岩气主要赋存于四川、鄂尔多斯、松辽、塔里木、准噶尔和柴达木等盆地。其中四川盆地、鄂尔多斯盆地是目前我国致密砂岩气勘探开发最为成熟的区域2。 致密砂岩气藏具有非常规地质特征，孔隙度一般分布于 4% 12%之间，原地渗透率值低于0.110-3m2，自生粘土矿物含量高且类型丰富，微裂缝一定程度发育等3。致密砂岩气藏开发难度较高，在钻井过程中常常遇到井壁失

4、稳等复杂工程事故；气藏经济开采，通常需要水力压裂改造储层；水平井、分支井、大位移井等复杂结构井也极大的提高了致密砂岩气藏的开发效果。其中井壁稳定性、水力压裂施工参数的确定、水平井井眼轨迹预测等需要获得可靠的地应力参数，因此针对致密砂岩储层地应力研究工作具有重大的现实意义4-7。目前，已经形成了四类地应力研究方法：利用地质特征资料定性分析法、矿场地应力测量、岩心测量和地应力计算等8-11。本文针对致密砂岩气藏地质特征，分析了各类地应力测量方法的优点、存在的问题以及该类方法的最新发展，最后提出一套适合致密砂岩储层的地应力测量方法组合，并对地应力测量方法发展趋势作了展望。 1地应力成因及分布特点 1

5、.1 地应力的形成 地应力是存在于地壳中的内应力，它是由于地壳内部的垂直运动和水平运动的力及其它因素的力而引起介质内部单位面积上的作用力。其中最重要的是构造应力，重力应力和孔隙流体压力引起的应力。另外一些应力，如惯性力，电磁力，温度改变等引起的应力等等，因影响较小在研究问题时可以忽略不计。地壳中不同地区，不同深度地层中的地应力的大小和方向随空间和时间的变化而构成地应力场。初始应力的大小主要取决于上覆岩层的重量、构造作用的类型、强度和持续时期的长短等。按不同的分类方法，地应力分类及定义如表 1。 1）国家重大专项“低渗透油气田储层保护技术”（2008ZX05022-04 ）、四川省杰出青年学科带

6、头人培养基金项目（07ZQ026-113）、中国石油天然气集团公司应用基础研究项目（07A20402）。 2）E-mail： 1中国力学学会学术大会 2009（CCTAM2009） 表1 地应力分类及定义12分类依据 分 类 定 义 古地应力 古地应力泛指燕山运动以前的地应力，有时也特指某一地质时期以前的地应力。 地质 年代 现今地应力 现今地应力是目前存在或正在变化的地应力。 重力 应力 指由于上覆岩层的重力引起的地应力分量，特别指由于上覆岩层的重力所产生的地应力。 构造 应力 在构造地质学中，构造应力是指导致构造运动、产生构造形变、形成各种构造行迹的那部分应力。这种构造应力的影响使两个水

7、平方向的应力不相等。在油田应力场研究中，构造应力常指由于构造运动引起的地应力的增量。 原地应力热应力 由于温度发生变化在其内部引起的内应力增量，热应力主要与温度的变化和岩石热学性质有关。 成 因 扰动应力 是指由于地表和地下加载或减载及开挖等，引起原地应力发生改变所产生的应力。在油田应力场的研究中，是指钻井、油气开采、注水、注汽等在地层中产生的地应力增量。 垂向主应力 地壳中主要由重力应力构成，基本上呈垂直的主应力。 应力方向 水平主应力 由地壳中岩石侧向应力和水平构造应力构成， 呈水平向的主应力。1.2 地应力分布特征 自 20 世纪 70 年代以来，通过国内外众多学者的共同努力，根据全球现

8、场应力测量的结果，对全球地应力的大小和方向有如下认识13-15： （1 ）地应力主要集中在岩石圈内；（2 ）地应力中的主应力为压应力，一个主应力基本是垂直的，另外两个主应力基本是水平的；（3 ）在地层深度 25 5000 米范围内，地层倾角不太大的地区，垂直应力随深度成线性增长，其增长率大致相当于岩石的平均容量； （ 4）水平应力比较复杂； （ 5）水平应力与垂直应力之间的大小比值有一个临界深度，在世界各地因地区而异。在临界深度以下，水平应力不再大于垂直应力； （ 6）地层岩石中高水平应力有着广泛的分布； （7 ）现今地层最大水平主应力的方向与古构造应力方向之间存在着两种不同的规律。一种是现今

9、地层最大水平主应力的方向与古构造应力方向基本一致，另一种是两个方向完全不同。 使用全球定位系统(GPS ) 观察和测定地块的位移是近 10 年来国内外研究的重点。通过近 10 多年的观测，得到的大量数据显示出中国大陆受印度板块向北的俯冲和太平洋板块向西偏北的俯冲作用影响，整个地块向北( 西部塔里木、青藏等地区) 、向东( 中东部和华北地区) 、向东偏南( 华南地区 )位移( 图 1 )。在四川盆地所处位置，位移方向主要为向东、向东偏南方向，这些方向与现今最大近水平主应力方向基本一致。 2中国力学学会学术大会 2009（CCTAM2009） 图1 GPS观测中国大陆现今地壳运动速度场 1.3 构

10、造及断层对地应力的影响 地应力的来源除了上覆岩层重力产生以外，另外一个重要来源就是由构造运动所产生的构造应力。水平地应力数值主要与构造应力的强弱有关，水平地应力性质主要与构造应力的性质有关。由于岩体中构造应力作用引起断层、褶皱、裂隙等构造行迹的产生。在断层、裂隙发育地区是应力释放区，应力值与应力方向与区域应力场比较往往存在一定的偏差。同时，构造体系的空间展布，也能反映出构造应力场的空间分布规律。 构造应力的性质、方向、大小等参数，其中之一发生变化，应力状态会随之发生重大改变。对于不同构造类型、不同应力状态的构造区，当同一性质的构造应力场叠加后，原有岩体、构造所受的地应力状态和力学性质就会发生变

11、化。如在挤压构造应力场作用下，原有应力状态hHv 可能转化为hvH 型应力状态。在局部张性构造应力作用下，地应力类型可能由hvH 转化成hHv 类型的应力状态，进而岩体、构造所受力学性质发生变化。由此可见构造应力场在现今地应力场中仍然起主导和控制作用，但它与地质历史上形成的先存构造无确定的力学配置关系，现今最大水平主应力方向主要受控于现今水平构造应力场。 2 地应力测量方法及适应性分析 国内外众多学者在致密砂岩气藏地应力测量及其应用方面己做了很多研究，地应力的理论与研究方法也日渐成熟。但是，地应力测量涉及多学科交叉，是一项综合性的测试，任何一种单一的方法都不能很好地完成，往往需要几种方法结合起

12、来对比使用，才可以保证结果的可靠性。 2.1 定向取心技术 国内外工程地质勘测界历来都重视定向取心的研究，并把它视为勘测关键技术之一。固体矿产钻探与开采、石油天然气勘探与开发、大陆和大洋科学钻探等方而也把岩心定向列为一项重要工作16。 日前国内外研制和使用的机械法岩心定向装置具代表性的有：瑞典的 Atlas 岩心定向器，英国的Archway 岩心定向器，德国的 KTB 岩心定向系统，关国的 Christensen 岩心定向钻具，前苏联的 岩心定向器及 KO 岩心定向上具以及我国的 KDS-1 岩心定向钻具和 YCO- II 岩心定向器等。图 2、图 3 是定向取心岩心爪以及取出的定向岩心。机械

13、法岩心定向所用设备比较简单，直观性强，提供定向信息迅速。但是，定向取心是在钻探过程中实施的现场实时测量，不仅成本高，而目测量结果依赖于井中仪器工作的状态以及岩心和井壁表面的关系，因此其实际运用受到诸多因素的限制。 3中国力学学会学术大会 2009（CCTAM2009） 图2 定向取心岩心爪 图3 定向取心取出的带刻痕岩心 2.2 利用测井资料确定地应力 目前用于地应力测井解释的测井资料主要有地层倾角测井资料、常规测井资料、长源距声波测井资料、横波测井资料以及成像测井资料等。成像测井用于地应力分析研究的主要资料有电成像测井中的FMI 、 STAR等资料、声成像测井中的CBIL资料、 DSI资料及

14、 XMAC资料。经过十几年的发展，成像测井资料地应力分析研究有了初步的发展，其主要研究的资料是电成像测井资料、声成像测井资料、偶极横波测井资料和交叉偶极子声波测井资料17-19。 偶极横波测井(DSI) 的各向异性测井方式，可反映地层的各向异性特征，且其分辨率远远高于地震测量的结果。因为横波在各向异性介质中发生分裂，即分裂成快横波和慢横波，快横波的方位指示了单组系高角度裂缝的走向或最大水平主应力的方向。 交叉偶极声波测井(XMAC) 是把单极声波测井和偶极声波测井相结合的测井仪器，可以同时获得单极和偶极声波信息。利用偶极子测井数据测量地应力方向的依据是应力造成横波各向异性效应，这一效应表明，横

15、波沿最大应力方向偏振时传播较快，而垂直于最大应力方向偏振时传播较慢。研究表明，正交偶极子测井观测到的横波分裂现象中，快横波的偏振方向与地层的最大主应力方向一致，岩石在声学参数上的各向异性信息可用来估算地层最大主应力的大小，确定最大主应力方向。 2.2.1 井壁崩落与地应力 钻井是在地层三向应力状态下进行的，井眼内的应力在钻井过程中得以释放，但井眼周围的应力依然存在。当井眼周围最大水平主应力与最小水平主应力的应力差大于地层中岩石的剪切强度时，井眼就会产生崩落掉块，形成椭圆形井眼。井壁崩落法是目前确定深部地应力方向的重要方法之一，井眼长轴方向与最小水平主应力的方向一致。井壁崩落的规模( 崩落深度与

16、宽度) 与地应力大小相关，其中崩落宽度因受岩性影响而误差较大，崩落深度则成为反映地应力大小的一个重要指标。 井壁崩落的方向总是指示最小水平主应力的方向。在 FMI 图像上，在井壁崩落部分，由于井壁发生应力崩落且井壁凹凸不平， FMI 极板与井壁接触不好，故出现呈 180对称的暗色或黑色条带或斑块，在暗色区域内，地质特征不清楚，边界模糊；FMI 的对称井径表现为一条井径值与钻头直径接近，而另一条井径值则大于钻头直径；在井壁崩落段，FMI 方位曲线较稳定。在 CBIL 图像上，在幅度和时间图像上同时表示为呈 180对称的暗色或黑色条带或斑块，即幅度图象显示声波幅度衰减，时间图象显示在崩落方向有井径

17、扩大。 2.2.2 钻井诱导裂缝与地应力 压裂缝是由重钻井液与地应力之间的不平衡性造成的，这种诱导缝的径向延伸虽不像天然裂缝那样远，但张开度和纵向延伸都可能较大，因而在 FMI 图像上有明显异常。通常可以利用下面图像特征来识别诱导压裂缝： （1 ）它们总是以 180或近于 180之差对称的出现在井壁上； （2 ）当井身垂直时，它以一条高角4中国力学学会学术大会 2009（CCTAM2009） 度张性裂缝为主，在两侧有两组羽毛状的微小裂缝，或彼此平行，或共扼相交，这将取决于三轴向地应力之间的关系，即上覆岩层压力为中间主应力时呈平行状，上覆岩层压力为最大主应力时呈共扼交叉状；当井身倾斜时，压裂缝全

18、部变成同一方向，且彼此平行的倾斜缝； （ 3）在双侧向测井曲线上出现特有的“双轨”现象，即深、浅双侧向曲线表现为大段平直的正差异，其电阻率数值较高；（4 ）对于垂直井眼，压裂缝总是出现在最大水平主应力方向上；对于倾斜井眼，当井眼长短轴之比大于最大、最小水平主应力之比时，压裂缝在最大水平主应力方向上；当井眼长短轴之比小于最大、最小水平主应力之比时，则压裂缝在最小水平主应力方向上。 此外，应注意压裂缝与井壁椭圆形崩落图像的差别，它总是以两条呈 180对称且较粗的高电导异常带出现。总之，压裂缝的一般特征是平行于井轴纵向延伸，成对出现，且 180对称分布，该压裂缝的走向就是最大水平主应力的方向。在成像

19、图上成对称分布的两条黑色的条带，它们平行井轴，延伸较长，方位基本稳定；宽窄有较小的变化，但无天然裂缝的那种溶蚀扩大现象。 2.3 水力压裂、微地震实时监测确定地应力 水压致裂法是在岩体中钻一个垂直的井眼，将其封住以后，向井眼中注入高压液体，直至这个井眼相应层位出现裂缝。地应力状态、地层岩石的力学性质决定着水力裂缝的起裂形态、延伸方向、高度和宽度。 水压致裂法在 20 世纪 50 年代被广泛应用于油田勘探，在钻井过程中通过制造人工的裂隙来达到提高石油产量的目的。哈伯待(M.K.Hubbert) 和威利斯(D.G.willis) 在实践中发现了水力致裂裂隙和原岩应力之间的关系，这一发现又被费尔赫斯

20、特(C.Fairhurst) 和海姆森(B.C.Haimson) 应用于地应力测量。 1977 年 Haimson 在深 5.1km 处进行了水力压裂地应力测量，随后对此做了大量的理论和实验研究，并且取得了大量的矿场应力测量资料。 微地震监测技术是 20 世纪 90 年代发展起来的一项新的物探技术，它可以应用于油气藏开发、煤矿“三带”( 冒落带，裂隙带和沉降带) 监测、矿山压力监测、地质灾害监测等多个领域20。微地震监测技术就是通过观测、分析生产活动中所产生的微小地震事件来监测生产活动的影响、效果及地下状态的地球物理技术。与地震勘探相反，微地震监测中震源的位置、发震时刻和震源强度都是未知的，确

21、定这些因素恰恰是微地震监测的首要任务。 微地震监测分为地面监测和井中监测 2 种方式。地面监测就是在监测目标区域( 比如压裂井) 周围的地面上，布置若干接收点进行微地震监测21。井中监测就是在监测目标区域周围临近的一口或几口井中布置接收排列，进行微地震监测。由于地层吸收、传播路径复杂等原因，与井中监测相比，地面监测所得到的资料存在微地震事件少、信噪比低和反演可靠性差等缺点。 微地震监测主要包括数据采集、震源成像和精细反演等几个关键步骤。对油气层实施水力压裂时，当迅速升高的井筒压力超过岩石抗张强度，岩石遭到破坏形成裂缝，裂缝产生和扩展时，必将产生一系列向四周传播的微震波，通过对接收到的微震波信号

22、进行处理，就可确定微震震源位置，进而计算出裂缝分布的方位、长度、高度、缝型及地应力方向等地层参数。 2.4 岩心实验确定地应力 2.4.1 Kasier法测量地应力22-24声发射(Acoustic Emission，简称AE)，其定义是材料内部的声源快速能量释放产生的一种瞬态弹性波的现象。当岩石受力变形时，岩石中原来存在的或新产生的裂纹周围地区产生应力集中，应变能较高，当外力增加到一定大小时，在有裂缝的缺陷地区发生了微观屈服或变形，裂缝扩展，从而使应力松弛，储藏能量的一部分将以弹性波(声波)的形式释放出来。根据这一原理, 声发射已用于测量地应力。 德国学者 J.Kaiser (1956 )发

23、现了一种声效应，称为 Kaiser 效应。声发射活动对材料载荷历史的最大载荷值具有记忆能力。Good man(1963)发现岩石材料也具有一定的 Kaiser效应术。自上世5中国力学学会学术大会 2009（CCTAM2009） 纪 30 年代提出后得到了不断的发展，目前的声发射监测装置己经可以进行 AE 计数、声源定位、能量分布、频谱分析、时间序列等方面的研究。1979 年日本京都大学工学部资源工程学专业的研究者们在世界上首次使用 AE 和 CT 装置研究岩石的破毁过程。因而有可能利用岩石在温度、压力条件下的声发射活动特性估计地应力的大小和方向。上世纪 80 年代，中国学者发现了岩心复压时原凯

24、瑟(Kaiser)效应处显示出痕迹的抹录不净效应，可以求得不同期次的地应力大小。另外，利用声发射讯号还能确定出裂纹失稳扩展的应力场强度因子(Kr)以及失稳扩展时扩展增量和扩展速率的函数关系。 2.4.2 差应变方法测量地应力大小 岩心在地层深处由于地应力作用处于压缩状态，含有的天然裂隙也是处于闭和状态。将岩心取到地面后，由于应力解除将引起岩心膨胀导致产生许多新的微裂缝。这些微裂缝张开的程度和产生的密度、方向将与岩心所处原地环境应力场的状态有关，是地下应力场的反映。对岩心加压进行不同方向的差应变分析，可以得到最大与最小主应力在空间的方向，这种方法称为差应变分析(DSA)。差应变分析法的测试基于下

25、列假设：(1)所有的微裂缝都是由就地压缩应力的释放而产生的，并与主应力方向一致； (2)如果地层是各向同性的，那么当可以独立地得到一个主地应力值时，主应变比值可以用来获得就地应力的值。 实验室中，对岩样进行静水加压，由于应力释放而产生的微裂缝将首先闭合。裂缝闭合后继续加载，这时产生的变形是由于岩石固体变形( 骨架压缩) 而引起的。图 4 是岩样加载后测得的应变与压力变化关系的典型曲线。曲线分为两部分，第一部分是由于微裂缝闭合和岩石骨架压缩共同引起的应变。第二部分曲线的斜率较小。两部分斜率之差反映了单独由微裂缝闭合而引起的应变。通过区别这些变形可决定微裂缝对方向变形的贡献，也就可以求出最大主应变

26、( 即最大主应力) 的方向。程远方，沈海超等（2008 ）在差应变分析法的理论基础上，以古地磁岩心定向技术为基础，引入岩石波速各向异性分布特征与地应力方向的相关原理，提出主方向差应变分析方法25。 应变压力 P 12 过渡带 图4 典型应变曲线示意图 2.4.3 波速各向异性确定地应力定向 地层中岩石处在三向应力作用状态下，当钻取岩心脱离原来的应力状态，自身将产生应力释放。在应力释放过程中岩石会形成许多十分微小的裂隙，微裂隙发育程度与地应力大小及方向具有内在成因关系。应力释放使岩石产生微裂缝，产生沿垂直最大主应力方向优势分布，应力释放所形成的裂隙被空气所充填，而岩石与空气波阻值相差很大，于是岩

27、石中优势小裂隙的存在使得声波在岩石的不同方向上传播的速度不同，且存在明显的各向异性。岩石在最大主应力方向上声波传播速度最慢，反之，在所受应力最小的方向上，声波传播速度最快。 2.4.4 古地磁确定地应力方向 地球存在以过地球中心为轴的偶极子磁场，地面上所有磁性矿物颗粒，都将被它按地磁场方向磁化。岩石中往往含有铁磁性矿物，因而岩石剩磁特征及其变化基本上严守着铁磁学的一般规律，在成岩作用过程中由于受客观存在的地磁场的作用，岩石记录了其形成时的地磁特征。 当岩石形成时或形成较短的一段时间后，岩石中的磁性矿物的分布方向将指向与当时、当地的地球磁场相同的方向。在以后的地质时期里，岩石中的原生剩磁可能全部

28、或部分被年代较轻的、方向明显和原生磁化强度不一致的磁化强度所代替。因此，特定岩心上的天然剩磁也许是不同形成时6中国力学学会学术大会 2009（CCTAM2009） 期、不同方向磁化分量的组合。标准的古地磁测量是分离出天然剩磁中的不同分量，并由此分离出地层磁化强度的特征，再与当时、当地岩石的己知方向进行对比。古地磁岩心定向就是通过古地磁仪，测定岩石磁化时的地磁场方向来实现的。古地磁岩心定向就是利用古地磁仪 (磁力仪和退磁仪 )来分离和测定岩心的磁化变迁过程，用 Fisher 统计法确定与岩心对应的不同地质年代的剩磁方向，用以恢复岩心在地下所处的原始方位。 近年来发展一种新的古地磁定向法，粘滞剩磁

29、法26 。粘滞剩磁测量方法是分离出近代获得的天然剩磁分量。粘滞剩磁定向的最小容许准则是：五块样品中至少有三块样品的粘滞剩磁磁偏角相近，并且磁倾角对于当地的纬度来说是可以接受的。采用粘滞剩磁定向法仅需要的岩心资料是测点的纬度、岩心向上的方向以及井斜角和井斜方位角。 粘滞剩磁定向技术比标准的古地磁定向技术有很多优点。首先是天然剩磁与时间相关性少，古构造构造变形可以忽略，取自复杂构造带的岩心也能够定向。唯一的要求是岩样中包含容易获得粘滞剩磁的磁矿物类型/ 颗粒尺寸( 如磁性金属矿物) 。利用岩心样品测定磁性矿物中记录其形成时的粘滞剩磁磁特征，确定岩石中最大主应力方向与粘滞剩磁方向的关系。从而得到水平

30、最大主应力与地理北的夹角方向。 3 致密砂岩气藏地应力测量发展趋势 在油气田开发过程中，地应力对注采井网的布置，对水力压裂的设计、水压裂缝的延伸扩展规律、开采过程中的出沙问题、钻井套管的变形问题，对井壁的稳定等方而都有重要影响。目前用来测量现今构造应力方向的方法很多，如震源机制解法、原地应力测量法、跨断层位移测量法、地形变测量法、井壁崩落法、水压致裂法、地面电测法、波速各向异性法、天然地震反演法等等。各种方法有其优点及局限性，如表 2。 地应力测量需要多学科交叉，涉及岩石矿物学、声学、电磁学等，是一项综合性测试。由于致密砂岩气藏特殊的地质特征，地应力的复杂多变，实践证明任何一种单一的方法都不能

31、很好地完成地应力测量，往往需要几种方法结合起来对比使用，才可以保证结果的可靠性。定性分析方法，方法虽相对简单，但是只能定性给出大范围构造应力的可能方向，并且由于构造运动的复杂性，该方法精度不高。矿场测量直观可靠，但是往往工序复杂，成本高昂，很难大范围的推广使用。因此国内外普遍认为，评价岩体应力状态最可靠方法是进行地应力实验测量，进而通过测井资料、有限元方法等反演区域地应力。岩心测量可以在室内测定，不需要大量的现场设备和人员，被多数实验室所采用。 致密砂岩由于其本身的特殊地质特征，岩性致密，微裂缝一定程度发育。致密岩样长期处于高应力状态，岩心取到地表应力释放，岩石本身闭合的微裂缝张开，或者由于应

32、力解除将引起岩心膨胀导致产生许多新的微裂缝。这些微裂缝张开的程度和产生的密度、方向将与岩心所处原地环境应力场的状态有关，是地下应力场的反映。因此，利用 Kasier 效应可以测量地应力大小。同样利用致密砂岩特殊地质特征，使用差应变法、波速各向异性发测量致密砂岩地应力是可行的。同时，致密砂岩含有丰富的铁磁矿物，菱铁矿、黄铁矿、含铁绿泥石、云母、电气石等，利用高精度磁力仪，通过热退磁、交变退磁等方法，分离剩磁强度，确定岩样的地应力方向成为一种可靠的方法。 为了保证地应力特征参数测量结果的可靠准确，应该室内岩心实验与矿场测量相结合，多种测量方法相结合的原则。致密砂岩气藏开发过程中，测井资料是最易获得

33、的矿场测量数据，地层倾角测井资料、常规测井资料、长源距声波测井资料、横波测井资料以及成像测井资料等为地应力的研究提供了很好的佐证。特别是成像测井资料的应用，可以直观反应地应力的方向。岩石的声学特性与所受的地应力状态有关，声波测井资料也能很好的反演地应力状态。目前随着技术的发展和测井工具的研发，利用井眼崩落的规模( 崩落深度与宽度) 与地应力大小相关性，计算地应力大小已经成为可能，国内外都已经形成相应的商用软件。 7中国力学学会学术大会 2009（CCTAM2009） 表 2 地应力测试技术对比 采取方法 测试技术 解释成果 优 点 不 足 差应变分析（DSR ） 确定应力方向，可估计主应力比值

34、 滞弹性应变分析 (ASR) 确定应力方向一般不计算大小，可估计主应力比值 Kaiser 效应 主应力大小 岩心分析技术 主应力方向 差温分析 确定主应力方向 直 接 法 超声波各向异性分析 确定主应力方向 室内测定，不需要大量的设备和人员 很难模拟井下条件，岩心定向困难，实验难度大微(小)型压裂 应力大小及方向 地层倾角测井技术 应力方向 有源声波测井 应力的大小 无源地震测井 应力方向 间 接 法 井下电视法 主应力方向 准确、定量的描述原地地应力场特点 施工工序多，成本高昂 4 结 语 随着我国国民经济的快速发展，对油气资源的需求增长迅捷。非常规油气资源，特别是已经取得勘探开发经验的致密

35、砂岩气藏将是储量和产量增长的有力支撑。近年来，增产改造技术在致密砂岩气藏经济有效开发中发挥越来越重要的作用，特别是水力压裂技术的大规模运用，显著推进了致密砂岩气藏的高效开发。致密砂岩气藏勘探开发过程中，地应力参数能否及时准确的获得，已经是致密砂岩气藏安全钻井、制定合理开发制度、增产措施设计等一系列气藏工程是先决条件。由于致密砂岩储层非常规的地质特征，多经历复杂的构造运动历史，地应力参数的确定具有相当的难度。同时，地应力测量涉及多学科交叉，地应力测量方法的选择与测量结果的可靠性评价体系建立有待深入研究与完善。为了保证地应力特征参数测量结果的可靠准确，应该室内岩心实验与矿场测量相结合，多种测量方法

36、相结合的原则。实践表明，声发射法、古地磁法、差应变法、波速各向异性法等岩心测量方法，理论严谨可靠，实际操作性好，是一套测量致密砂岩地应力的有效实验方法组合；长源距声波测井资料、横波测井资料以及成像测井资料等工程测井资料的解释成果，为地应力矿场研究提供了基础，可定性、定量的获得地应力特征参数。随着地应力理论的完善与发展，新的测量仪器的制造，地应力参数测量的准确性、可靠性必将极大的提高。 8中国力学学会学术大会 2009（CCTAM2009） 参 考 文 献 1 李士伦，郭平，孙雷等拓展新思路、提高气田开发水平和效益J 天然气工业，2006，26（2）：1-5 2 康毅力，罗平亚中国致密砂岩气藏勘

37、探开发关键工程技术现状与展望J 石油勘探与开发， 2007， 34（2）： 239-245 3 杨建，康毅力，李前贵等致密砂岩纳微观结构及渗流特征J 力学进展 2008，38（2）：229-236 4 Kuuskraa V A, Ammer J. Tight gas sands development: how to dramatically improve recovery efficiency J. Gas TIPS, 2004, 10(2):15-20 5 Ammer J, Shama M. Unconventional gas: reserve opportunities and te

38、chnology needs J. Gas TIPS, 2004, 10(4):22-26 6 熊昕东，王世泽，刘汝敏等致密砂岩气藏储量难动用影响因素及开发对策J 西南石油大学学报(自然科学版)，2008，30（4）：77-80 7 张宁生低渗透气藏开发的关键性技术与发展趋势J 天然气工_业，2006， 26( 12) ： 38- 41 8 Avasthi J M, et al. In-situ stress evaluation in the McElroy Field, West Texas. SPE Formation Evaluation, Volume 6, Number 3, Se

39、ptember 1991, 301-309 9 马寅生地应力在油气地质研究中的作用、意义和研究现状J 地质力学学报，1997，3（2）：41-46 10 石林，张旭东，金衍等深层地应力测量新方法J 岩石力学与工程学报，2004，23（14 ）：2355-2358 11 宋毅，伊向艺等地应力对垂直裂缝高度的影响及缝高控制技术研究J 石油地质与工程， 2008， 22（1）： 75-77 12 刘向君 岩石力学与石油工程 M北京： 石油工业出版社 ，2004 13 闰萍利用测井资料计算地应力及其在山前构造带的应用研究D 中国石油大学硕士学位论文，2007 14 周文川西致密储层现今地应力场特征及石

40、油工程地质应用研究D 成都理工大学博士学位论文，2006 15 沈海超地应力测试及剖面建立的方法研究D 中国石油大学硕士学位论文，2006 16 林志强，杨甘生定向取心技术在松科 1 井中的应用J 探矿工程(岩土钻掘工程)，2007，10：69-71 17 王晓杰，彭仕苾等用正交偶极阵列声波测井研究地层地应力场J 中国石油大学学报(自然科学版)，2008，32（4）：42-46 18 黄继新，彭仕苾等成像测井资料在裂缝和地应力研究中的应用J 石油学报，2006，27（6）：65-69 19 欧阳健测井地应力分析以库车坳陷克拉 2 井气藏解释为例J 新疆石油地质，1999，20（30）：213-

41、127 20 张玎，张景和微震裂缝监测技术在低渗透油田的应用J 资源环境与工程，2008，22（1）：77-79 21 刘百红，秦绪英等微地震监测技术及其在油田中的应用现状J 勘探地球物理进展，2005，28（5）:325-328 22 邓荣贵,付小敏用Kaiser 效应测定地应力的几个问题的探讨C 1第二届全国岩石动力学学术会议论文选集， 武汉测绘科技大学出版社，武汉： 1990，10 23 李宏，陈景崧等利用定向岩心进行 AE 法原地应力测量J 地质力学学报，1999，5（1）：85-88 24 曾立新开展地应力岩石 Kaiser 效应测试技术改造低渗透储层J 钻采工艺，2000，23(5

42、)：32-34 25 程远方，沈海超，赵益忠一种简化的差应变地应力测量技术石油钻采工艺，2008，30（2）：61-64 26 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 9中国力学学会学术大会 2009（CCTAM2009） SURVEY THE TIGHT SANDSTONE GAS RESERVOIR STRESS MEASUREMENT METHODS Yang Jian*,*Kang YiLi*(State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploita

43、tion, Sichuan Chengdu, 610500) *(Postdoctoral Research Center, PetroChina Southwest Oil&Gas Field Company, Sichuan Chengdu, 610051) Abstract: The resource of tight sandstone gas has played an important role for our todays life, and it will continue to be the growth in reserves. Tight sandstone gas i

44、s rich in resources, but it also has challenging and difficult to exploration and development. In recent years, the tight sandstone gas reservoir development effectiveness have improved rely on hydraulic fracturing, one of the key factors to the success of stimulation is the need to obtain reliable

45、stress parameter, so stress measurement studies have significance for tight sandstone reservoir. At present, four types of stress research methods have been formed: the use of qualitative analysis of the geological characteristics, the field stress measurement, stress measurement through core sample

46、s, the stress simulation. In this paper, tight sandstone gas reservoir geological features have been studied, and stress measurement methods also have been analyzed. Advantages and problems and the latest developments of stress measurement methods have been showed in the paper. Finally, the combinat

47、ion of stress measurement methods has been put forward to tight sandstone reservoir, and to development trend of the stress measurement method is prospected. Key Words: Tight sandstone gas reservoir, Geologic feature, Ground stress, Methods of measurement 10致密砂岩气藏地应力测量方法综述作者： 杨建， 康毅力作者单位： 杨建(油气藏地质及开发工程国家重点实验室西南石油大学,四川 成都 610500 中国石油西南油气田公司博士后科研工作站,四川 成都 610051)， 康毅力(油气藏地质及开发工程国家重点实验室西南石油大学,四川成都 610500)本文链接：http:/