复杂断层构造区地应力分布规律及其影响因素

李静¹，刘晨¹，刘惠民²，许艳超¹，解丽¹，黄贵朋¹

1. 中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院2. 中国石化胜利油田分公司油气勘探管理中心

摘 要：准噶尔盆地西部车排子地区石炭系火成岩储层断层多,且走向多变,复杂程度高,亟需开展地应力分布规律及其影响因素研究.本文以苏13井三维区石炭系火成岩储层为例,基于盒维数法,用分维值D对研究区构造复杂程度进行了表征;基于BP神经网络方法,通过MATLAB实现了边界约束的优化反演;利用COMSOL Multiphyics软件模拟分析了渗流-应力耦合作用下地应力分布规律及其影响因素,认为研究区地应力分布受断层数量、断层走向和石油开采的影响较大;考虑渗流-应力耦合作用后,地应力值增大,而地应力方向基本保持不变或发生微小偏转.研究结果表明: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,断层分布的分维值为1.811 1,分维值较大,研究区整体构造复杂.随着断层数量的增加,地应力值呈减小趋势;走向与荷载作用方向平行的断层内部最大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;考虑石油开采的影响后,最大水平主应力值增大;随着石油开采的深入,井口附近的地应力持续增大,但单井开采对地应力的影响范围有限.未考虑渗流-应力耦合作用,研究区最大水平主应力为21.4～30.8 MPa,最小水平主应力为14.5～20.1 MPa;考虑渗流-应力耦合作用后,最大水平主应力为22.7～32.3 MPa,最小水平主应力为15.3～21.8 MPa.研究区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断层后地应力方向发生偏转,变为北东-南西向;在走向与荷载作用方向平行的断层内部和附近,地应力方向发生较大偏转.

关键词：复杂断层构造区;地应力;分维值;神经网络;数值模拟;渗流-应力耦合;