不同构造中地应力场非均质特征及其对压裂缝扩展的影响

来源：石油科学通报杂志2026年第2期北京时间：

作者：杜奕霏, 张家维, 宿航, 马顺婷, 李瑞雪, 何建华, 邢梓萌, 邓虎成, 黄滔, 李可赛

单位：1 成都理工大学能源学院(页岩气现代产业学院)， 成都 6100592 中国石油长庆油田分公司工程技术监督中心， 西安 7100183 中国石油西南油气田分公司， 成都 6100554 中国石油大庆油田有限责任公司成都勘探开发研究院， 成都 6100515 成都理工大学油气藏地质及开发工程全国重点实验室， 成都 610059

摘要：储层压裂改造是致密油气田成功开发的关键，为有效提升压裂改造效果，亟需明确不同构造非均质地应力场下水力压裂裂缝的扩展规律。库车凹陷博孜—大北地区在由北向南的逆冲推覆作用下发育了一系列大规模北倾断层与褶皱构造，复杂构造特征对地应力场产生了显著扰动，进而影响了压裂改造缝网的扩展与延伸。本文提取研究区典型构造特征，分别构建了断裂、褶皱以及断褶复合构造的地质模型，并进行非均质岩石力学参数赋值，后进行应力加载，明确不同构造的地应力场分布特征。在此基础上，模拟了非均质地应力场中三维水力压裂过程，分析了不同构造中压裂效果的差异。结果表明，断裂带附近地应力明显减小，越靠近断裂带，地应力越小。褶皱构造背斜核部和顶部受构造变形派生拉张应力影响，地应力减小；底部受构造变形派生的挤压应力影响，地应力增大。断褶复合构造的地应力场特征为断裂与褶皱地应力场特征的叠加。裂缝扩展受非均质地应力场控制，整体上地应力越小，裂缝越易于张开。相同时间内，裂缝扩展长度在断褶复合构造模型中最大，在褶皱模型中最小。断裂带附近地应力释放，随时间增加靠近断裂，断裂模型和断褶复合构造模型中裂缝开启面积，增长速度加快；褶皱模型在Z轴方向地应力无变化，靠近注液点能量充足时裂缝开启较快，随裂缝延伸，裂缝开启变慢。相同时间，断褶复合构造较断裂和褶皱构造，压裂裂缝开启面积更大、流体压力更低，因此最易于裂缝扩展。建议研究区优先在断褶复合构造带上布井，井位优选裂缝上盘且靠近断裂面处，钻深最好在褶皱中性面之上。

关键词：复杂构造,非均质地应力场,裂缝扩展,数值模拟,Cohesive单元法

基金资助：国家自然科学基金青年项目“多尺度裂缝性储层中随钻方位电磁波测井响应机理研究”(42404144);国家自然科学基金青年项目“前陆盆地湖相页岩储层纤维状方解石脉体结构形成机制与时空演化序列研究”(42402148)