关于地质力学

地质力学是预测和控制地下岩石力学变形和破坏的一门学科。利用钻井和流体生产/注入过程中获得的各种数据，我们根据地质力学来评估地下的力学状态及其随时间的变化。

关于地质力学  

石油和天然气的开发和生产活动，如钻井、原油和天然气的生产、为提高石油采收率(IOR)而注入的液体、提高石油采收率(EOR)和油井增产，可能会改变地下的机械状态(有效应力)。随之而来的岩石压实或膨胀或裂缝的起裂和扩展会改变流体的流动路径或渗透率，从而影响原油和天然气的生产行为。力学状态的变化也可能增加地表沉陷或隆升的风险以及诱发地震。  

地质力学使我们能够调查各种监测数据，分析地下力学状态及其后果，以确保石油和天然气的安全高效开发。  

石油和天然气开发及其监测引起的机械变化和破坏  

地质力学基础  

孔隙压力  

岩石孔隙空间中流体的压力称为孔隙压力。由于埋藏过程中岩石的压实作用阻止孔隙流体的消除，不同流体(水、油、气等)的压力梯度不同，压力沿倾斜地层由深向浅传递，孔隙流体的热膨胀等多种机制，孔隙压力可能超过静水压力而形成超压。  

垂直应力/最大水平应力/最小水平应力  

作用在地下岩体单位面积上的力称为“应力”。与水等流体不同，固体岩体不能自由改变形状或旋转，但能够承受不同的应力，通常会导致应力的大小随方向而变化。通常用三个主应力(垂直应力、最大水平应力、最小水平应力)来描述地下应力状态。  

有效应力  

用总应力减去孔隙压力计算有效应力，得到多孔岩石的刚构支撑应力。地层产液和注入引起的孔隙压力变化直接改变了有效应力。  

变形模量和强度参数  

岩石在应力作用下的变形和破坏行为取决于岩石的变形模量和强度参数所描述的特征。这些模量和参数是其矿物成分、孔隙形状、裂缝是否存在、周围温度和应力条件等的函数。  

地质力学研究工作流程  

地质力学研究是以地质力学模型为基础，从构造地质力学模型开始的。  

地质力学模型是地质力学基本要素分布的数值表达，包括孔隙压力、主应力以及岩石的变形模量和强度参数等力学特性。岩石的变形和破坏可根据具体情况采用解析法或数值法进行预测。  

JAPEX还在开发地质力学和流体流动耦合模拟技术，并将其应用于实际领域。该技术使我们能够预测和评估由于生产油、天然气等地层流体以及向地层注入各种工作流体而引起的应力状态变化以及地层变形和破坏，这对设计实际作业很有帮助。  

研究工作流实现了计划-执行-检查-行动(PDCA)循环。该工作流程从构造地质力学模型开始，然后用于评估力学变化并制定作业计划(plan)。在根据计划进行开发和生产作业(Do)期间，获得对实际井筒破坏和出砂等力学变化的观察(Check)，并将其反馈给地质力学模型，以修改作业计划(Action)。  

监测技术  

监测技术是监测地质力学变化(如地层变形和破坏)以及闭合PDCA循环循环的关键工具。监测技术的研究和开发是JAPEX研究中心和集团公司的重要职能，这些技术也用于集团公司的技术服务业务。  

陆地表面卫星监测  

卫星遥感监测技术用于对大面积陆地表面进行有效监测。  

In-SAR(合成孔径雷达)可以监测地表变形(隆起和下沉)，分辨率甚至可以达到几毫米。JAPEX集团一直致力于将InSAR应用于海外二氧化碳地质储存油田和油砂开发油田等多个油田，成功地观测了油田在作业过程中的地表变形。  

我们还利用地质力学模拟来预测作业期间地表观测的地下流体流动和力学变化。  

AE /微震监测  

地下岩体裂缝平面处的剪切滑移会产生弹性波(声发射和微地震)，因此，声发射监测可以估计裂缝的位置、大小和方向以及剪切滑移的震源机制。  

在致密油气开发水力压裂过程中进行声发射监测，有助于了解地下增产区域和机理。  

二氧化碳捕集与封存(CCS)的长期流体注入作业可能需要永久性监测。JAPEX研究中心在总结油气田监测经验的基础上，设计了远程实时监测系统。