构造裂缝是碳酸盐岩的主要储集空间之一，局部应力导致的构造破裂是影响裂缝发育的重要因素。基于有限元方法的构造应力场模拟已成为构造裂缝预测的重要方法，但尚未能解决模型设置与实际地质情况相差较大、最优边界条件获取效率低以及构造裂缝发育的主控因素不清晰等问题。
①引入非均质岩石力学模型构建方法和自适应边界条件约束算法以提升应力场模拟的精度，根据储层破裂率和断裂活动性等参数定量表征储层裂缝发育特征；②定量探讨走滑断裂变形特征的差异和应力扰动对构造裂缝发育的影响，优选控制构造裂缝发育的最强因素构建碳酸盐岩裂缝型储集体发育指数并定量研究其主控因素；③以储集体发育规模预测为基础，结合单井裂缝测井和岩心解释成果，建立不同级别碳酸盐岩裂缝型储集体的地质模式。将该方法在中国塔里木盆地顺北地区18号断裂带及邻区奥陶系碳酸盐岩储层中应用。
结果表明，张扭段、平移段与压扭段的裂缝发育程度依次降低。地层变形幅度越大，裂缝发育程度越高。储层岩石力学参数、距断裂的距离、水平两向应力差、应力非均质性系数和综合破裂率被用于构建裂缝型储集体发育指数，其分级结果与实际地质情况匹配度较高。
文中图件
结论与展望
1）构造应力场数值模拟的精度取决于地质模型、力学模型和数学模型的精度。在以往的岩石力学模型建模过程中往往只将研究区目的层划分为若干个岩石力学单元，并利用不同的岩石力学参数赋值方案对各个岩石力学单元赋值，但这在构造裂缝发育但地层平缓且沉积相带单一的碳酸盐岩储层中无法反映其岩石力学性质的非均质性，进而限制岩石力学模型的精度。最优边界条件的获取需要不断调试以使得应力场模拟结果与实测数据的误差最小，这将带来较大的工作量且当实测数据较多时难以高效获取最优边界条件。因此，须将非均质岩石力学模型的建立和最优边界条件自动获取方法的研究放在提升构造应力场数值模拟精度过程中的重要位置。
2）研究区奥陶系碳酸盐岩储层现今应力展布表现为断裂附近的低值区和普通沉积地层的高值区，应力方向在断裂附近也产生了2°~3°的顺时针偏转。断裂的发育显著提升了应力非均质性，现今的水平两向应力差和应力非均质系数均小于普通沉积地层。断裂带附近地层张破裂率、剪破裂率和综合破裂率均较低，相较于普通沉积地层来说不易发生破裂。NE走向主干断裂的滑动趋势系数和膨胀系数明显较高，而NW向断裂的滑动趋势系数和膨胀系数显著降低甚至不处于临界应力状态，不能作为地下流体渗流的潜在通道。NW走向断裂的开启压力较大，而NE走向和NNE走向断裂的开启压力较小，在注水开发阶段NE走向和NNE走向的断裂优先开启，可作为地下流体渗流的优势通道。
3）奥陶系碳酸盐岩储层沿走滑断裂带的不同分段对应不同程度的裂缝发育程度，总体上张扭段的裂缝发育程度最高，平移段的裂缝发育程度其次，裂缝发育程度最低的为压扭段，而在每一个段中，地层下凹或隆升的幅度越大，地层裂缝发育程度越高。距走滑断裂的距离增大时，地层综合破裂率呈现为缓慢减小和快速减小两个阶段，两个阶段以19km为界。断裂面滑动趋势系数、膨胀系数和综合破裂率的相关性均体现为负相关性增强和负相关性减弱的两段性，分别以1.63和0.43为界。1.63为滑动趋势系数的分界点，当滑动趋势系数小于1.63时，随着滑动趋势系数的提升，滑动趋势系数和综合破裂率的负相关性持续增强，而当滑动趋势系数大于1.63时，滑动趋势系数和综合破裂率的负相关性减弱。0.43为膨胀系数的分界点，当膨胀系数小于0.43时，随着膨胀系数的提升，膨胀系数和综合破裂率的负相关性持续增强，而当膨胀系数大于0.43时，膨胀系数和综合破裂率的负相关性减弱。而当断裂面开启压力低于和高于180MPa时，开启压力与裂缝发育程度分别呈负相关和正相关。当水平主应力变化率低于10-4 MPa/m时其与地层破裂程度的相关性较弱；当水平主应力变化率高于10-4 MPa/m且小于10-2MPa/m时，其与地层破裂程度的负相关性持续增强；当水平主应力变化率高于10-2MPa/m时，该负相关性趋于稳定。
4） 为定量研究奥陶系碳酸盐岩裂缝型储层的规模与等级，在裂缝发育程度控制因素定量研究的基础上建立奥陶系碳酸盐岩储集体发育指数，并将碳酸盐岩裂缝型储层等级由高至低分为Ⅰ—Ⅳ级。Ⅰ级储集体主要发育在断裂带NE侧两条NE向断裂之间的区域，X8井和X9井分别处于Ⅰ级和Ⅱ级储集体区域内。断裂带NE侧末端以及SW侧末端也存在连片发育的Ⅰ级储集体。张扭段储集体综合评价级别最高，压扭段和平移段次之。X8井和X9井的奥陶系碳酸盐岩储集体发育的地质模式均表现为“垂向分层结构明显、断裂力学性质控制裂缝发育程度和垂向分段性”的特征，其中与加里东早期形成的近直立断层伴生的窄的高角度裂缝发育段是寒武系的主要特征，与加里东中期的张扭变形伴生的较宽的低角度剪切缝段和与压扭变形伴生的较宽的中-高角度剪切缝段是中-下奥陶统碳酸盐岩的裂缝发育模式。
引用本文
丁文龙, 李云涛, 韩俊等. 碳酸盐岩储层高精度构造应力场模拟与裂缝多参数分布预测方法及其应用[J]. 石油与天然气地质, 2024, 45(3): 827-851
DING Wenlong, LI Yuntao, HAN Jun, et al. Methods for high-precision tectonic stress field simulation and multi-parameter prediction of fracture distribution for carbonate reservoirs and their application. Oil & Gas Geology[J], 2024, 45(3): 827-851
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