浅层应变张量测井技术表征储层边界：基于压力-应变耦合响应的新型定位方法

本研究针对传统瞬态压力测试难以精确定位储层边界的问题，创新性地利用浅层应变张量（strain tensor）数据，结合孔隙弹性数值模拟（poroelastic simulation），揭示了应变响应区与压力半对数直线段的对应关系，提出通过应变斜率分析边界方位、水平应变张量旋转约束边界位置的方法，仅需单点应变数据即可实现边界距离-方位-定位一体化表征，较传统压力监测效率提升3倍。成果发表于《Journal of Hydrology》，为地热开发及油气藏管理提供新工具。

　　

在油气田开发、地热储层改造等地下工程中，储层边界（如断层或岩性突变带）的精准定位直接关乎流体运移预测和工程安全。传统方法依赖多口监测井的压力数据（pressure transient analysis），通过镜像井理论（image well theory）分析半对数曲线（semi-log plot）上"无限作用期"和"边界响应期"的交点时间t_i来估算边界距离L=C₁√(D_ht_i)。但该方法需布设至少三口监测井，成本高昂且易受井间干扰影响。更棘手的是，浅层变形监测虽能捕捉储层压力变化诱发的应变信号，但现有数值反演（如NSGA II算法）计算复杂度高，难以现场快速解析。

针对这一技术瓶颈，美国能源部资助团队（Utah FORGE项目）的Soheil Roudini和Lawrence C. Murdoch等提出革命性解决方案：利用浅层单点应变张量测量替代压力监测。研究基于俄克拉荷马州北阿凡特油田（North Avant Field）的实测试井数据，通过三维孔隙弹性模拟发现：在特定"应变响应区"内，浅层应变曲线会再现压力数据的双半对数直线特征，且两段斜率比严格保持1:2关系。更关键的是，水平应变张量的主方向旋转角可直接映射边界走向（如NE/SW向），而法向应变零值截距时间与边界距离呈平方根关系。该方法仅需1台浅层张量应变仪（tensor strainmeter）即可实现传统压力监测网的三维定位效果，现场验证显示其成功识别出注水井NW侧500米处的边界。

关键技术包括：1）建立孔隙弹性耦合方程（含Biot系数α和模量M）；2）定义应变响应区半径的解析模型；3）开发应变斜率-边界方位映射算法；4）基于场数据的交叉验证。

主要结果：

1. 方法论：推导出应变响应区半径公式，证明该区域内应变张量分量ε_xx、ε_yy会同步出现两段半对数直线，其时间常数t_i与压力数据一致。
2. 数值模拟：当监测点位于响应区内，应变旋转角θ与边界走向夹角呈线性相关（R²>0.92），而响应区外仅能捕捉第二段直线。
3. 现场应用：实测数据中ε_nn（法向应变）在t=6.3小时出现拐点，经斜率分析确定边界方位为N42°E，与地质资料误差<5°。

结论与意义：该研究首次实现通过浅层应变单点测量同步解析储层边界距离、方位和位置，将传统压力监测的"三点定位"简化为"单点全息解析"。尤其适用于地热储层（EGS）人工裂隙边界的实时监测，其应变-压力耦合解析框架为《Journal of Hydrology》关注的"非均质含水层表征"提供了新范式。作者团队指出，未来可结合分布式光纤应变传感（DAS）实现全油田边界成像，这一技术路径已获美国能源部CUSSP研究中心重点支持。