張東濤，童亨茂，趙海濤，呂 雪，張 昊

砂泥巖地層地應(yīng)力縱向分布特征與規(guī)律

張東濤1，2，童亨茂2，趙海濤3，呂 雪1，張 昊1

（1.中國石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室，北京102249；2.中國石油天然氣股份有限公司浙江油田分公司，杭州310023；3.天津城建大學(xué)地質(zhì)與測繪學(xué)院，天津300384）

以實際沉積地層中抽象出來的砂泥巖地層概念模型為研究對象，在盆地構(gòu)造力學(xué)、巖石力學(xué)性質(zhì)分析的基礎(chǔ)上，采用應(yīng)力場數(shù)值模擬法研究分析砂泥巖地層中的縱向地應(yīng)力分布特征和規(guī)律。研究結(jié)果表明，水平主應(yīng)力在砂泥巖的分界面發(fā)生突變，變化程度主要與兩側(cè)巖石的力學(xué)性質(zhì)差異相關(guān)，也與區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力有一定關(guān)聯(lián)；楊氏模量對最大水平主應(yīng)力影響程度大于對最小水平主應(yīng)力的影響，泊松比對地層最小水平主應(yīng)力影響程度大于對最大水平主應(yīng)力的影響。楊氏模量和泊松比對最大水平主應(yīng)力的影響，在伸展應(yīng)力狀態(tài)下前者影響相對較小，走滑應(yīng)力狀態(tài)下，影響程度基本相同，擠壓應(yīng)力狀態(tài)下，前者影響程度相對較大；而對于最小水平主應(yīng)力的影響，在三種應(yīng)力狀態(tài)下，泊松比的影響均大于楊氏模量。地層的巖性變化方式（漸變或突變）對地層最小水平應(yīng)力差產(chǎn)生顯著影響，厚度變化對地層最小水平應(yīng)力差大小無影響。上述認(rèn)識可以指導(dǎo)砂泥巖地層的壓裂和儲層改造，改善壓裂效果。

地應(yīng)力分布；數(shù)值模擬；泊松比；楊氏模量；砂泥巖

0 引言

隨著地下深部礦產(chǎn)資源（如油氣、頁巖氣、煤等）的勘探開發(fā)，地應(yīng)力分布特征與規(guī)律的研究日益受到重視。有國外學(xué)者統(tǒng)計了世界不同地區(qū)地應(yīng)力的測量結(jié)果，總結(jié)了垂直應(yīng)力、水平平均主應(yīng)力與垂直應(yīng)力之比隨埋深的分布規(guī)律［1～4］。國內(nèi)學(xué)者則在統(tǒng)計我國不同地區(qū)地應(yīng)力測量結(jié)果的基礎(chǔ)上，總結(jié)了最大、最小水平應(yīng)力和垂直應(yīng)力在一定深度區(qū)間內(nèi)與深度的關(guān)系［5～9］。秦向輝等［10］統(tǒng)計了實測地應(yīng)力與楊氏模量的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)水平最大主應(yīng)力和水平最小主應(yīng)力與楊氏模量成正相關(guān)。景鋒等［11］統(tǒng)計分析認(rèn)為地應(yīng)力隨泊松比的增大而減小。Gudmundsson［12～14］指出水平地應(yīng)力對巖石的楊氏模量很敏感?？偟膩碚f，已有的研究側(cè)重地應(yīng)力的測量、區(qū)域地應(yīng)力的分布特征和規(guī)律研究，相對比較宏觀，而對于地質(zhì)體內(nèi)部（如砂泥巖間互地層）地應(yīng)力的精細(xì)分布特征和規(guī)律的研究則較缺乏。

隨著油氣勘探開發(fā)的不斷深入，油氣勘探開發(fā)的難度不斷加大，需要進行地層壓裂和改造的儲層（如低滲透儲層）比例不斷加大。目前中國探明的石油地質(zhì)儲量中，低滲透儲量所占的比例高達60%～70%［15］，低滲透層將是我國今后相當(dāng)長時期增儲上產(chǎn)的主要基礎(chǔ)資源。低孔滲油藏的開采及增產(chǎn)需要進行儲層改造，現(xiàn)今低孔滲儲層的改造方式主要是水力壓裂，宏觀的地應(yīng)力分布規(guī)律已不能滿足儲層壓裂對地應(yīng)力研究的要求。能否確定油藏地應(yīng)力的精細(xì)分布是決定儲層壓裂成敗的關(guān)鍵因素，而這方面還缺少深入研究。

在地層壓裂、儲層改造過程中，一方面要實現(xiàn)對砂巖儲層的壓裂，另一方面，還要把壓裂縫控制在砂巖儲層內(nèi)，保證泥巖隔層不被壓裂。確定砂泥巖間互地層地應(yīng)力的分布特征和規(guī)律是基礎(chǔ)，是實現(xiàn)儲層有效壓裂的關(guān)鍵。地應(yīng)力的精細(xì)研究不僅是儲層壓裂改造的基礎(chǔ)性工作，而且在壓裂改造過程中造成斷層的再活動分析預(yù)測也有重要意義［16～17］。

不同巖性地應(yīng)力分布的差異本質(zhì)上是其巖石力學(xué)性質(zhì)（如楊氏模量、泊松比等）的差異引起的。本文針對上述問題，在前人對地應(yīng)力宏觀分布規(guī)律研究的基礎(chǔ)上，以巖石力學(xué)參數(shù)變化的剖面地層概念模型為對象，應(yīng)用ANSYS軟件，定量分析巖石力學(xué)參數(shù)（楊氏模量、泊松比）對地層水平主應(yīng)力分布的影響以及巖性變化、層厚變化對應(yīng)力差的影響，確定砂泥巖間互地層地應(yīng)力的分布特征和規(guī)律。

1 砂泥巖地層應(yīng)力場數(shù)值模擬

砂巖和泥巖的力學(xué)性質(zhì)存在顯著差異，這是造成砂、泥巖內(nèi)部地應(yīng)力分布差異的內(nèi)因。在地層溫壓條件下，泥巖一般具有流變特征，表現(xiàn)為泊松比相對較大。巖石力學(xué)實驗的統(tǒng)計結(jié)果表明，泥巖的楊氏模量往往也比砂巖大，但巖性與楊氏模量大小并不是一一對應(yīng)關(guān)系。因此，可以采用不同力學(xué)性質(zhì)的材料模擬地層剖面力學(xué)參數(shù)變化對地應(yīng)力分布的影響。

本文采用應(yīng)力場數(shù)值模擬法，利用不同力學(xué)參數(shù)的材料，模擬分析力學(xué)參數(shù)變化時剖面地層地應(yīng)力分布特征和規(guī)律。依據(jù)有限單元理論，利用應(yīng)力場數(shù)字模擬軟件，通過調(diào)節(jié)泊松比、楊氏模量、地層厚度、縮短量等參數(shù)，定量分析不同巖石力學(xué)參數(shù)對地層地應(yīng)力分布的影響，模擬確定不同巖石力學(xué)參數(shù)組合、不同厚度條件下地層地應(yīng)力分布特征和規(guī)律。

1.1 數(shù)學(xué)模型

模擬采用有限元數(shù)學(xué)模型，其基本思想可以歸結(jié)為3個方面：①有限單元離散化；②單元分析；③總體分析。對于平面線彈性問題［18］，用結(jié)點位移表示單元內(nèi)的位移，將結(jié)點位移作為基本未知量，建立位移模式。單元內(nèi)位移｛f｝與結(jié)點位移｛δ｝e通過矩陣［N］聯(lián)系起來的關(guān)系式如下：

通過幾何方程及本構(gòu)方程，將單元內(nèi)應(yīng)變｛ε｝與應(yīng)力｛σ｝用結(jié)點位移來表示：

式中：［B］和［S］分別為應(yīng)變和應(yīng)力矩陣。

將作用在單元上的分布力轉(zhuǎn)化為等效結(jié)點力，然后求得單元等效結(jié)點力與結(jié)點位移分量之間的關(guān)系，建立單元的剛度矩陣為：

式中：｛Fi｝為等效結(jié)點力；［K］e為單元剛度矩陣。

按最小勢能原理，根據(jù)單元剛度矩陣，建立總體剛度矩陣：

式中：［K］為總體剛度矩陣，｛R｝為整體介質(zhì)所有結(jié)點的等效結(jié)點載荷。

式（6）為有限單元的基本方程，最后歸結(jié)為解（6）式的方程組，將各單元結(jié)點位移｛δ｝e求得后，代入（2）、（3）式，求出各單元應(yīng)變及應(yīng)力分量，最終計算出主應(yīng)力及主方向。

1.2 地質(zhì)概念模型和力學(xué)參數(shù)

地質(zhì)概念模型根據(jù)實際地質(zhì)體（以東海西湖凹陷為背景）建立。模型中力學(xué)參數(shù)根據(jù)東海西湖凹陷有關(guān)井的巖石力學(xué)試驗測試結(jié)果和測井解釋有關(guān)井的巖石力學(xué)參數(shù)選??；通過區(qū)域構(gòu)造分析、水力壓裂測試確定不同地應(yīng)力狀態(tài)（伸展、走滑、擠壓），以此為基礎(chǔ)設(shè)定邊界條件（包括邊界作用方式和作用力大?。?。模型雖然以實際地區(qū)為背景，但由于砂泥巖地層分布的相似性（砂巖和泥巖間互），本文設(shè)計的3類模型，研究成果應(yīng)該具有廣泛的意義。

模型Ⅰ由11層不同巖石力學(xué)參數(shù)的地層構(gòu)成（見圖1），巖層頂部埋深2000 m，巖層長度100 m，每層厚度均為10 m。調(diào)節(jié)泊松比、楊氏模量2個參數(shù)大小，共建2組（模型Ⅰa、Ⅰb），模擬研究在不同地應(yīng)力狀態(tài)下，泊松比、楊氏模量變化對地應(yīng)力分布的控制和影響。模型Ⅰa、Ⅰb的具體巖石力學(xué)參數(shù)見表1。

圖1 模型Ⅰ網(wǎng)格剖分加載Fig.1 Numerical modelⅠwith boundary conditions

模型Ⅱ由3個砂泥巖沉積的正旋回構(gòu)成，并根據(jù)厚度組合的變化方式劃分為3組，模擬研究不同巖石力學(xué)參數(shù)組合、不同厚度條件下地層地應(yīng)力分布特征和規(guī)律，具體數(shù)值模擬巖石力學(xué)參數(shù)見表2。巖層埋深3000 m，巖層長度100 m，每個旋回的厚度為25 m。3組模型的相同之處是：模型頂?shù)捉缑婧０紊疃认嗤?，旋回界面分界線的海拔深度相同，砂泥巖密度

相同，邊界構(gòu)造作用力相同。不同之處是：模型Ⅱa由砂巖突變到泥巖（見圖2a）；模型Ⅱb中每個旋回由砂巖漸變過渡到泥巖，其中過渡帶地層是等厚的（見圖2b）；模型Ⅱc中每個旋回由砂巖漸變過渡到泥巖，其中過渡帶地層不等厚（見圖2c）。

表1 模型Ⅰa、Ⅰb巖石力學(xué)參數(shù)分布Table1 Parameters of rock mechanics for modelⅠa andⅠb

表2 模型Ⅱ巖石力學(xué)參數(shù)分布Table2 Parameters of rock mechanics for modelⅡ

圖2 模型Ⅱ網(wǎng)格剖分加載Fig.2 Numerical modelⅡwith boundary conditions

1.3 力學(xué)模型

考慮到模型主要應(yīng)用于地層壓裂，而在壓裂（短暫變形）過程中淺部地層（小于8 km）一般表現(xiàn)彈性變形的特征，剖面上符合平面應(yīng)變的規(guī)律，為此模型選用平面應(yīng)變問題的彈性靜力學(xué)模型。模型頂部加相當(dāng)于上覆地層重量的載荷，模擬上覆地層的重力作用；側(cè)向加位移載荷（模型Ⅰ），模擬上下地層的統(tǒng)一變形，或梯形載荷（模型Ⅱ），模擬構(gòu)造作用力和水平重力應(yīng)力分量疊加產(chǎn)生的作用。二維彈性靜力學(xué)模型由平衡方程、幾何方程、本構(gòu)方程和邊界條件組成［19～20］。

1.4 網(wǎng)格剖分、約束條件和邊界力作用方式

兩類模型的網(wǎng)格剖分及加載約束方式如圖1、圖2，均采用8節(jié)點四邊形單元進行人工剖分。東海陸架盆地區(qū)受菲律賓板塊俯沖作用的影響，表現(xiàn)為近東西向的擠壓作用。剖面模型的方向選為東西向。模型的深度方向定義為Y軸，鉛直向下；X軸東西向，指向東。約束情況為：在模型底部施加Y方向約束；在模型的西南底角（即左下角）處施加全約束，這樣的約束滿足有限元分析的要求，即模型沒有總體的平移和轉(zhuǎn)動，能夠?qū)δＰ瓦M行運算求解，得到收斂解答。雖然上述邊界作用模型是以東海陸架盆地為背景，但砂泥巖剖面模型的構(gòu)造作用方式都是類似的，差異只是邊界構(gòu)造作用力的大小。因此，上述剖面構(gòu)造作用模型對砂泥巖剖面具有普遍意義。

在非線性彈性變形的條件下，地質(zhì)體垂直方向的應(yīng)力等于上覆地層的重力，水平方向的應(yīng)力是水平重力應(yīng)力分量（在重力作用下由泊松效應(yīng)產(chǎn)生）和構(gòu)造應(yīng)力的疊加［21］，分別為：

式中：ρ為上覆巖石的平均密度，kg／m3；h為深度，m；g為重力加速度，m／s2；μ為巖石泊松比；n為與非線性壓縮有關(guān)的常數(shù)，一般巖石采用0.67；σta和σti分別為水平方向的最大和最小構(gòu)造應(yīng)力，MPa。巖石密度平均約2.15×103kg／m3，重力加速度g取值10 m／s2。

模型頂部的上覆巖層壓力由式（7）計算確定；模型東西邊界采用兩種不同的約束方式。模型Ⅰ采用位移約束方式通過不同縮短率確定；模型Ⅱ采用力約束方式，東西邊界的受力大小由式（8）和式（9）計算確定。本次模擬中由于整個模型長度很小，所以東西邊界施加的構(gòu)造作用力是相等的；最大水平主應(yīng)力的計算公式為式（8）；最大構(gòu)造應(yīng)力大小參考東海西湖凹陷黃巖構(gòu)造中HY?1?1?1、HY?1?1?2、HY?2?2井壓裂測試求得的結(jié)果確定。

2 模擬結(jié)果及分析

分別對兩類模型的模擬結(jié)果進行分析，確定巖石力學(xué)參數(shù)、地層厚度對水平主應(yīng)力的具體影響。

2.1 模型Ⅰ

研究表明，不同地應(yīng)力狀態(tài)下，楊氏模量和泊松比對水平主應(yīng)力的影響程度是不一致的，下面分別加以闡述。

2.1.1 伸展應(yīng)力狀態(tài)下

當(dāng)模型東西向縮短率為0.01%時，地層應(yīng)力場處于伸展應(yīng)力狀態(tài)（最大主應(yīng)力為直立）。模型Ⅰa的模擬計算結(jié)果（見圖3）表明，水平主應(yīng)力垂向上呈顯著的差異，分界線決定于巖性的分界線。水平主應(yīng)力隨楊氏模量呈線性增大，其中最大水平主應(yīng)力（σH）的遞增速度，大于最小水平主應(yīng)力（σh），表明楊氏模量對水平最大主應(yīng)力的影響程度大于對最小水平主應(yīng)力的影響程度。當(dāng)楊氏模量增大3倍時，最大水平主應(yīng)力增大1.2倍，最小水平主應(yīng)力增大1.1倍。

模型Ⅰb的模擬結(jié)果（見圖4）表明，水平主應(yīng)力隨泊松比呈類似指數(shù)關(guān)系增大，最小水平主應(yīng)力的遞增速度大于最大水平主應(yīng)力，表明泊松比對水平最小主應(yīng)力的影響程度大于對最大水平主應(yīng)力的影響程度。當(dāng)泊松比增大3倍時，最大水平主應(yīng)力增大3.8倍，最小水平主應(yīng)力增大4.8倍。

圖3 伸展應(yīng)力狀態(tài)下楊氏模量與水平主應(yīng)力關(guān)系Fig.3 Relationship between Young modulus and horizontal principal stress under extensional stress state

圖4 伸展應(yīng)力狀態(tài)下泊松比與水平主應(yīng)力關(guān)系Fig.4 Relationship between Poisson ratio andhorizontal principal stress under extensional stress state

伸展應(yīng)力狀態(tài)下，對比模型Ⅰa、Ⅰb的數(shù)值模擬結(jié)果可以看出，在楊氏模量和泊松比增大相同倍數(shù)的條件下，泊松比對最大水平主應(yīng)力的影響程度大于楊氏模量對最大水平主應(yīng)力的影響程度；同樣，泊松比對最小水平主應(yīng)力的影響程度也大于楊氏模量對最小水平主應(yīng)力的影響程度。

隨著巖石力學(xué)參數(shù)（楊氏模量或／和泊松比）的變化，水平主應(yīng)力出現(xiàn)明顯的分塊特征，水平應(yīng)力值的分界線與巖石力學(xué)性質(zhì)的分界線一致（見圖5）。對于走滑應(yīng)力狀態(tài)和擠壓應(yīng)力狀態(tài)也是如此。

圖5 在伸展應(yīng)力狀態(tài)下，模型Ⅰa水平主應(yīng)力等值線分布Fig.5 Contour of horizontal principal stress for modelⅠa under extensional stress state

2.1.2 走滑應(yīng)力狀態(tài)下

當(dāng)模型東西向縮短率為0.1%時，地層應(yīng)力場處于走滑應(yīng)力狀態(tài)（中間主應(yīng)力為直立）。模型Ⅰa的模擬計算結(jié)果（見圖6）表明，楊氏模量對水平主應(yīng)力的影響與在伸展應(yīng)力狀態(tài)下相似，也成線性關(guān)系。當(dāng)楊氏模量增大3倍時，最大水平主應(yīng)力增大2倍，最小水平主應(yīng)力增大1.5倍。

模型Ⅰb的模擬結(jié)果（見圖7）表明，泊松比對水平主應(yīng)力的影響與在伸展應(yīng)力狀態(tài)下相似，也類似指數(shù)關(guān)系。當(dāng)泊松比增大3倍時，最大水平主應(yīng)力增大1.9倍，最小水平主應(yīng)力增大4.4倍。

圖6 走滑應(yīng)力狀態(tài)下楊氏模量與水平主應(yīng)力關(guān)系Fig.6 Relationship between Young modulus and horizontal principal stress under strike?slip stress state

圖7 走滑應(yīng)力狀態(tài)下泊松比與水平主應(yīng)力關(guān)系Fig.7 Relationship between Poisson ratio and horizontal principal stress under strike?slip stress state

走滑應(yīng)力狀態(tài)下，對比模型Ⅰa、Ⅰb的數(shù)值模擬結(jié)果可以看出，在楊氏模量和泊松比增大相同倍數(shù)的條件下，泊松比與楊氏模量對最大水平主應(yīng)力的影響程度基本相當(dāng)；而泊松比對最小水平主應(yīng)力的影響程度大于楊氏模量對最小水平主應(yīng)力的影響程度。

2.1.3 在擠壓應(yīng)力狀態(tài)下

當(dāng)模型東西向的縮短率為0.3%時，地層應(yīng)力場處于擠壓應(yīng)力狀態(tài)（最小主應(yīng)力為直立）。模型Ⅰa的模擬計算結(jié)果（見圖8）表明，楊氏模量對水平主應(yīng)力的影響，與在伸展應(yīng)力狀態(tài)下相似，也成線性關(guān)系。當(dāng)楊氏模量E增大3倍時，最大水平主應(yīng)力增大2.5倍，最小水平主應(yīng)力增大1.9倍。

模型Ⅰb的模擬結(jié)果（見圖9）表明，泊松比對水平主應(yīng)力的影響，與在伸展應(yīng)力狀態(tài)下相似，也類似指數(shù)關(guān)系。當(dāng)泊松比增大3倍時，最大水平主應(yīng)力增大1.5倍，最小水平主應(yīng)力增大4.1倍。

圖8 擠壓應(yīng)力狀態(tài)下楊氏模量與水平主應(yīng)力關(guān)系Fig.8 Relationship between Young modulus and horizontal principal stress under compressive stress state

圖9 擠壓應(yīng)力狀態(tài)下泊松比與水平主應(yīng)力的關(guān)系Fig.9 Relationship between Poisson ratio and horizontal principal stress under compressive stress state

擠壓應(yīng)力狀態(tài)下，對比模型Ⅰa、Ⅰb的數(shù)值模擬結(jié)果可以看出，在楊氏模量和泊松比增大相同倍數(shù)的條件下，楊氏模量對最大水平主應(yīng)力的影響程度大于泊松比；而泊松比對最小水平主應(yīng)力的影響程度大于楊氏模量。

地層應(yīng)力場由伸展應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樽呋瑧?yīng)力狀態(tài)再到擠壓應(yīng)力狀態(tài)的過程中，楊氏模量對水平主應(yīng)力的影響程度有逐漸增大的趨勢，泊松比對水平主應(yīng)力的影響程度有逐漸減小的趨勢，但是在楊氏模量和泊松比增大相同倍數(shù)的條件下，泊松比對最小水平主應(yīng)力的影響程度依然大于楊氏模量對最小水平主應(yīng)力的影響程度。

上述研究結(jié)果確定了不同應(yīng)力狀態(tài)下楊氏模量和泊松比對水平主應(yīng)力的定量影響。因此，在應(yīng)力狀態(tài)確定后，通過確定儲層和隔層的力學(xué)參數(shù)（楊氏模量和泊松比），就可以分析儲層和隔層水平主應(yīng)力的分布特征（包括最小水平主應(yīng)力差），從而可以為儲層的壓裂改造提供依據(jù)。

2.2 模型Ⅱ模擬結(jié)果及分析

在模型Ⅱa中，模擬計算求得旋回1、2、3地層分界面處的最小水平應(yīng)力差分別為17.93 MPa、17.65 MPa、17.25 MPa。水平主應(yīng)力分布出現(xiàn)明顯的分塊特征（見圖10）。

在模型Ⅱb中，模擬計算求得在旋回1相鄰層分界面處的最小水平應(yīng)力差分別為4.41 MPa、4.13 MPa、4.40 MPa、4.70 MPa；旋回2相鄰層分界面處的最小水平應(yīng)力差分別為4.37 MPa、4.10 MPa、4.36 MPa、4.64 MPa；旋回3相鄰層分界面處的最小水平應(yīng)力差分別為4.31 MPa、4.04 MPa、4.36 MPa、4.64 MPa。

圖10 模型Ⅱ最小水平主應(yīng)力等值線分布Fig.10 Contour of minimum horizontal principal stress for modelⅡ

在模型Ⅱc中，模擬計算求得旋回1相鄰層分界面處的最小水平應(yīng)力差分4.47 MPa、4.20 MPa、4.46 MPa、4.75 MPa；旋回2相鄰層分界面處的最小水平應(yīng)力差分別為4.42 MPa、4.15 MPa、4.42 MPa、4.71 MPa；旋回3相鄰層分界面處的最小水平應(yīng)力差分別為4.36 MPa、4.09 MPa、4.37 MPa、4.66 MPa。

可以看出，巖石力學(xué)參數(shù)遞變的層序小層之間的最小水平應(yīng)力差遠小于巖石力學(xué)參數(shù)突變的層序地層最小水平應(yīng)力差，而小層間的最小水平應(yīng)力差累積起來，與巖石力學(xué)參數(shù)突變的層序地層最小水平應(yīng)力差相差不大；地層厚薄對最小水平應(yīng)力差影響很小。

3 結(jié)論

水平主應(yīng)力在垂向上的分布差異顯著，呈現(xiàn)明顯的分塊特征，分界線決定于巖石力學(xué)性質(zhì)的分界線。水平主應(yīng)力隨楊氏模量呈線性增大，楊氏模量對最大水平主應(yīng)力的影響程度大于對最小水平主應(yīng)力的影響程度。水平主應(yīng)力隨泊松比呈類似指數(shù)關(guān)系增大，泊松比對最小水平主應(yīng)力的影響程度大于對最大水平主應(yīng)力的影響程度。

伸展應(yīng)力狀態(tài)下，對兩個水平主應(yīng)力（最大和最?。┑挠绊?，泊松比均大于楊氏模量；走滑應(yīng)力狀態(tài)下，泊松比與楊氏模量對最大水平主應(yīng)力的影響程度基本相當(dāng)，而對最小水平主應(yīng)力的影響，泊松比大于楊氏模量；擠壓應(yīng)力狀態(tài)下，對于最大水平主應(yīng)力的影響程度，楊氏模量大于泊松比，對于最小水平主應(yīng)力的影響程度，泊松比大于楊氏模量。

地層的巖石力學(xué)參數(shù)變化對地層最小水平應(yīng)力差產(chǎn)生顯著影響，厚度變化對地層最小水平主應(yīng)力差無影響。

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CHARACTERISTICS AND REGULARITY OF LONGITUDINAL GEOSTRESS DISTRIBUTION IN SAND?MUDSTONE STRATA

ZHANG Dong?tao1，2，TONG Heng?mao1，ZHAO Hai?tao3，LI Xue1，ZHANG Hao1

（1.State Key laboratory of Petroleum Resources and Prospecting，China University of Petroleum，Beijing 102249，China；2.Zhejiang Branch of China National Petroleum Corporation，Hangzhou 310023，China；3.School of Geology and Geomatics，Tianjin Chengjian University，Tianjin 300384，China）

Based on the analysis of basin geomechanics and mechanical properties of rocks，the characteristics and regularity of geostress distribution in the sand?mudstone strata are studied with numerical modeling by using the conceptual model of sand?mudstone strata abstracted from actual sedimentary strata.The results showed that horizontal principal stress mutates at the interface of sand?mudstone strata，and the change degree is mainly related to the difference of mechanical property of rock on both sides，then the regional tectonic stress.The effect of Young Modulus on the horizontal maximum principal stress is greater than that on the horizontal minimum principal stress；while the effect of Poisson Ratio on the horizontal minimum principal stress is higher than that on the horizontal maximum principal stress.The effect of Young Modulus and Possion Ratio on the horizontal maximum principal stress is different in different stress state.In extensional strike?slip and compressional stress state，Possion Ratio has greater roughly equivalent and samller effect on the horizontal maximum principal stress respectively.While，the effect of Possion Ratio on the horizontal minimum principal stress is always greater than that of Young Modulus in different stress state.The way of lithology changes in strata（mutations or gradient）has remarkable influence on the stress difference of horizontal principal stress，while the thicknesses no effect.The above understanding is valuable for effective reservoir hydraulic fracturing and reformation.

geostress distribution；numerical simulation；Poisson Ratio；Young Modulus；sand?mudstone

P553

A

1006?6616（2014）04?0352?11

2014?07?04

國家自然科學(xué)基金項目（41272160，40772086）；國家油氣重大專項（2011ZX05006?006?02?01，2011ZX05023?004?012）

張東濤，男，碩士生，中石油浙江油田分公司助理工程師

童亨茂，E?mail：tonghm＠cup.edu.cn；tong?hm＠163.com