基于页岩岩石物理等效模型的地应力预测方法研究

　　摘要地应力的精确预测是对页岩地层进行水平井钻井轨迹设计和压裂的基础.本文在分析页岩构造特征的基础上，提出了适用于页岩地层的岩石物理等效模型的建立流程，并以此为基础实现了最小水平地应力的有效预测.首先，通过分析页岩地层的矿物、孔隙、流体及各向异性特征，将其等效为具有垂直对称轴的横向各向同性介质，进行了页岩岩石物理等效模型的构建;然后建立了页岩地层纵横波速度经验公式，并将该经验公式与岩石物理等效模型均应用于实际页岩工区的横波速度预测中，二者对比表明，本文中建立的页岩气岩石物理等效模型具有更高的横波预测精度，验证了该模型的适用性;最后，利用该模型计算各弹性刚度张量，进而实现了页岩地层最小水平地应力的预测，与各向同性模型估测结果对比表明，该模型预测的最小水平地应力与地层瞬间闭合压力一致性更高，且储层位置更为明显，具有较高的实用性.

　　关键词页岩气;岩石物理;各向异性;最小水平地应力

　　1引言

　　作为一种新型天然气资源，页岩气约占非常规天然气资源量的50%，是非常重要的能源.由于页岩地层非均质性强，储层致密，孔隙及流体状况复杂等(董大忠等，2011;张金川等，2008;于炳松，2012;董宁等，2014)，其储层描述和流体识别难度很大.岩石物理模型可将地震数据(纵、横波速度等)与储层参数(孔隙度，流体饱和度，泥质含量等)联系起来，正确适用的岩石物理模型能够为地震正反演提供必要的数据资料，在用地震资料进行反演和解释中有着非常重要的作用(马淑芳等，2010;徐胜峰等，2009;白俊雨等，2012;印兴耀等，2015).对于复杂页岩地层，目前尚无成熟的岩石物理理论.因此，研究适用于页岩的地震岩石物理模型具有重要意义.

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　　2基本原理

　　本文从页岩岩石物理等效模型的构建出发，提出一种水平地应力有效预测的方法，为页岩地层压裂区域优选提供了一定的理论依据.其基本原理主要分为页岩各向异性岩石物理模型的构建和页岩水平地应力预测两部分.

　　3实例分析

　　依据Castagna等(1993)的研究，岩石的纵横波速度存在较为明显的线性或非线性经验关系，我们以某页岩气工区井A为例，分别拟合了其线性与非线性经验公式(图4)，并将该经验公式应用到井A的横波速度预测中，预测结果如图5所示.另外，将该井测井解释得到的各矿物含量、含水饱和度及孔隙度信息(图6)输入本文建立的页岩岩石物理等效模型，计算纵横波速度，与测井结果进行对比(图7).计算过程中所需矿物及流体参数见表1

　　4结论和认识

　　本文通过对研究工区页岩地层的各向异性特征及矿物、孔隙、流体特征的综合分析，将其等效为VTI介质，提出了页岩地层岩石物理等效模型的建立流程，并将其应用于工区横波速度的估算.通过分析其与测井数据的吻合程度以及与经验公式计算结果的对比，验证了此模型在该工区的可靠适用性.同样，对于其他成层性较好、矿物、孔隙、流体等相似的页岩地层，该模型同样是适用的.但因模型中假设矿物种类较少且孔隙为随机分布，该模型对于矿物种类复杂，存在较多垂向裂缝(具有HTI介质特征)的页岩地层是不适用的，对该类地层的建模方法我们9112仍需进一步研究.

　　参考文献

　　白俊雨，宋志翔，苏凌等.2012.基于Xu-White模型横波速度预测的误差分析.地球物理学报，55(2)：589-595，doi：10.6038/j.1212ssn.0001-5733.2012.02.021.

　　邓金根，陈峥嵘，耿亚楠等.2013.页岩储层地应力预测模型的建立和求解.中国石油大学学报(自然科学版)，37(6)：59-64.

　　丁文龙，李超，李春燕等.2012.页岩裂缝发育主控因素及其对含气性的影响.地学前缘，19(2)：212-220.

　　张广智1，陈娇娇1，陈怀震1，马中高2，李呈呈2，印兴耀1

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