(3)应力释放缝
在声、电成像测井图上,应力释放缝显示为两组呈1800或接近1800对称分布的雁列状缝,裂缝面较为平直,裂缝宽窄变化较均匀,无任何溶蚀扩大现象,如图3-2-6。应力释放缝的倾角与地下三轴应力的相对大小有关:
①当垂向应力为中间主应力和最大主应力时,裂缝为高角度缝。 ②当垂向应力为最小主应力时,裂缝为低角度缝。
图3-2-6 应力释放缝(电成像)
⑵地层倾角测井资料确定现今地应力方向
前面已经分析了直井井壁的崩落方位指示着现今最小水平主应力方向。崩落方位除了可用成像测井图确定外,还可以用地层倾角测井或微电阻率扫描成像测井(FMI或STARⅡ)提供的井径和Ⅰ号极板方位角资料确定。微电阻率扫描成像测井具有地层倾角测量模式。对于地层倾角测量而言,FMI和STARⅡ的测量原理和提供的相关资料分别与四臂地层倾角测井和六臂地层倾角测井基本相同。
地层倾角测井不仅提供了反映井眼形状的井径曲线,同时还记录了井斜方位角AZIM、井斜角DEVI、一号极板相对方位角RB和Ⅰ号极板方位角P?AZ。四臂地层倾角测井与六臂地层倾角测井所不同的是四臂地层倾角测井提供了两条互为垂直的Ⅰ-Ⅲ极板井径C13和Ⅱ-Ⅳ极板井径C24曲线,而六臂地层倾角测井提供了三条夹角为600的Ⅰ-Ⅳ极板井径C14、Ⅱ-Ⅴ极板井径C25和Ⅲ-Ⅵ极板井径在测量的过程中,地层倾角测井仪的四条测臂或六条测臂由液压推动,C36曲线。
使之与井壁紧密接触,当测井电缆由井底以一定的速度在圆形井眼中向上提升时,井下装置总是以一定的速率旋转,当井下测量装置上升到崩落井段时,一对测臂将嵌入椭圆井眼长轴方向上的槽内,且自动拉长,使仪器不再旋转或旋转缓
慢。因此测出的大井径就反映了椭圆井眼的长轴。利用地层倾角测井资料确定井眼崩落方位的方法如下:
(1)四臂地层倾角测井资料确定崩落方位
当C13>C24时,说明Ⅰ号极板在椭圆井眼的长轴上,则崩落方位为:
??P?AZ (3-2-12) 式中:?为崩落方位。
当C13 ??P?AZ?900 (3-2-13) 若没有测量Ⅰ号极板方位角,则可按下式估算: ?tanRB?P?AZ?AZIM?arctan?? (3-2-14) ?cosDEVI? (2)六臂地层倾角测井资料确定崩落方位 当C14最大时,说明Ⅰ号极板在椭圆井眼的长轴上,则崩落方位为: ??P?AZ (3-2-15) 当C25最大时,说明Ⅱ号极板在椭圆井眼的长轴上,则崩落方位为; ??P?AZ?600 (3-2-16) 当C36最大时,说明Ⅲ号极板在椭圆井眼的长轴上,则崩落方位为; ??P?AZ?1200 (3-2-17) 其实,引起井壁崩落的因素很多,如溶蚀崩落、冲刷崩落、裂缝崩落都可以产生井眼变形,形成椭圆井眼,但是不同成因的崩落在井径和Ⅰ号极板方位角曲线上都有其独特的特征。可以根据下述特征(见图3-2-7a和图3-27b)来确定应力型崩落井眼: ①具有明显的井径差,四臂地层倾角测井的一条井径明显大于钻头直径,另一条井径与钻头直径接近;而六臂地层倾角测井的其中一条井径明显大于钻头直径,另两条井径则与钻头直径接近。 ②井壁崩落井段具有一定的长度,在该井段上的长轴取向基本一致。在同一口井的不同深度上,这种崩落井段有时较短,为几米,有时相当长,达几十米,甚至几百米。 ③崩落井段的顶、底面Ⅰ号极板方位曲线有较大的变化,表现为仪器在崩落 井段的顶、底面作旋转运动。 图3-2-7a 应力型崩落特征(四臂) 图3-2-7b 应力型崩落特征(六臂) 因此,利用地层倾角测井资料确定现今地应力方向的步骤如下: ①分析井径和Ⅰ号极板方位角的变化规律,确定应力型崩落井段。 ②根据井径之间的大小关系,利用Ⅰ号极板方位角计算崩落方位。 ③对计算得出的崩落方位进行统计,找出其优势方位。优势方位即为现今最小水平主应力方向。 ⑶偶极子声波测井资料确定现今地应力方向 地层由于受不均衡的地应力或存在裂缝等因素的影响,其横波速度通常显示出方位各向异性。横波速度各向异性主要由地层内在因素(裂缝、断层、层理,薄层等)和地应力因素引起的。当一束横波入射到各向异性地层时,分裂成沿快横波面传播的快横波和沿慢横波面传播的慢横波,快横波方位分别对应着现今最大水平主应力方向、裂缝走向、断层走向和层理走向等。衡量地层各向异性的指标有:快慢横波百分能量差,基于时差(慢度)的各向异性和基于时间的各向异性,其中基于时差各向异性指标为: IDT=?ts??tf?100% (3-2-18) (?ts??tf)/2式中:IDT为时差各向异性系数,%;?ts,?tf分别为慢横波时差和快横波时差,us/ft。 应用反演技术,地层的各向异性指标和快横波方位可以从偶极子声波测井信 息中提取,一般来讲,若地层各向异性较强,提取的快横波方位就越可靠。尽管引起地层各向异性的因素较多,但裂缝、断层、层理等地层内在各向异性因素可由成像测井图直接识别。因此,可以用快横波方位来确定地应力方向。 进行地应力分析时,首先应借助声、电成像测井图排除地层内在各向异性因素的影响,然后参考地层各向异性的指标,对各向异性较强井段的快横波方位进行统计,找出其优势方位,即可确定现今地应力方向。 4、地应力方向分析实例 由于安2050和泌252井的测井资料比较齐全,下面主要以这两口井为例介绍上述几种确定地应力方向的方法在安棚油田的应用。 安2050井天然裂缝较少,各向异性主要由不均衡地应力引起的,如图3-2-8。因此,可用快横波方位来确定现今地应力方向。 图3-2-8 安2050井横波时差各向异性分析图 利用成像测井图排除了研究井段内的裂缝和层理等少数内在各向异性因素后,对快横波方位进行统计,结果如图3-2-9。由图可知,现今最大水平主应力方向为NWW-SEE。 图3-2-9 安2050井快横波方位统计图 在相同的研究井段内,对安2050井的微电阻率扫描成像测井(STARⅡ)中的井径和Ⅰ号极板方位角资料进行分析,确定应力型崩落井段,对计算出的崩落方位进行统计,结果如图3-2-10。由图可知,最小水平主应力方位接近南北向,与利用快横波方位得出的结果十分吻合。 图3-2-10 an2050井崩落方位统计图 泌252井发育着大量的高角度缝或垂直缝,主要倾角在700~900之间,如图4-34。因此,该井不适合采用快横波方位来确定地应力方向。在分析这口井的地应力方向时,主要采用微电阻率扫描成像测井(STARⅡ)中的井径和Ⅰ号极板方位角以及成像测井图来确定崩落方位的方法,处理结果如图3-2-11和图3-2-12。由图可知,研究井段的最小水平主应力方向接近南北向。