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构造应力场模拟与裂缝储层有利区预测

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收稿日期:2009家自然科学基金项目(41072098);国家重点基础研究发展计划“973冶项目(2006中国石油科技创新基金项目(2008国家科技重大专项(2008者简介:丁文龙(1965-),男(汉族),河南南阳人,副教授,博士后,主要从事石油构造分析方面的教学与科研工作。摇 摇文章编号:1673鄄5005(2010)05鄄0001鄄06塔中地区中下奥陶统古构造应力场模拟与裂缝储层有利区预测丁文龙1,2,樊太亮1,2,黄晓波3,刘摇聪1,2(京100083; 京100083;津300452)摘要:依据塔中地区地震资料解释的断裂体系、中下奥陶统顶底界面古构造图和40多口井裂缝特征统计等成果,在对塔中地区中下奥陶统碳酸盐岩声发射地应力测量、岩石力学参数和单轴抗拉强度测试的基础上,考虑断裂对裂缝形成的影响,采用三维有限元法对塔中地区中下奥陶统加里东中期裂缝形成期的古构造应力场进行模拟。结果表明:裂缝形成期地应力的最大主应力有效值为51郾 8 ~62郾 4 均值为57郾 0 张强度为4郾 13 ~8郾 02 均值为5郾 75 效张应力高值区是构造裂缝储层发育的有利区和较有利区,主要分布在大的断裂带交汇处和断裂带的部分区段内,与实际钻井统计的中下奥陶统裂缝线密度和油气井分布区基本吻合,可以为研究区的油气勘探提供新的地质依据。关键词:塔里木盆地;塔中地区;中下奥陶统;构造应力场;裂缝储层中图分类号: P 554摇 摇 摇文献标志码: 摇 j. of , , (1. 00083,. 00083,. 00452,on of of 0 of of on 3鄄D to of 1.8 2. 4 7. 0 of is in of of of by of 摇 摇 摇 摇中国石油大学学报(自然科学版)摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 巴\弋巴东2。。阿满0 _7霉 硇;\卡1区块+‘醛裂叭—岁\\{域1顺托区块裂}》 l 。塔@32搭中31 i ::中≮a\卡4区块 、中28^?。古1团一级断裂 团二级断裂 团三级断裂 团井位 回中石化区块摇 摇塔中地区位于塔里木盆地中央隆起区的中部,西以吐木休克断裂和巴东断裂为界与巴楚隆起分隔,东接古城墟隆起,北部以玉号断裂为界与顺托果勒低隆起相邻,南邻塘古巴斯坳陷,面积约为6郾 5伊104 地区现已发现多个油气聚集带和多个油气田。目前中石油的塔中1、塔中162等井先后在奥陶系碳酸盐岩中获得工业油气流,中石化亦在中1、中1H、古隆1等探井的奥陶系中获得了工业油气流或见油气显示,其中裂缝型储集层是塔中地区中下奥陶统鹰山组(相碳酸盐岩主要储集类型之一,其储渗性能主要受构造裂缝的发育程度控制,而裂缝发育程度与构造应力场和断裂构造关系非常密切[1鄄3],多位学者研究了塔里木盆地构造应力场与油气储层裂缝发育分布的关系,构造应力场模拟可以预测裂缝型储层发育分布的有利区带[4鄄11]。笔者在对塔中地区中下奥陶统声发射地应力测量、岩石力学参数和单轴抗拉强度测试并考虑断裂对裂缝形成作用的基础上,采用三维有限元法比较精细地模拟塔中地区中下奥陶统加里东中期古构造应力场,结合钻井裂缝线密度和油气井的分布,预测塔中地区中下奥陶统碳酸盐岩构造裂缝储层发育区,为该地区中下奥陶统油气勘探开发提供新的地质依据。1摇断裂体系与裂缝发育特征1郾 1摇断裂体系塔中地区中下奥陶统断裂构造发育,自北而南发育10多条大断裂,其中塔中玉号断裂是控制塔中隆起(亦称卡塔克隆起)北缘的主断层,而南缘的边界断层在不同的地段表现不同,大致由3条走向呈北东东向右阶斜列的断裂带组成,南北边界断层形成巨型的背冲构造,在其内部还发育了4排背冲断裂组合(图1)。这些断裂构造主要是在中晚奥陶世末加里东构造运动中期,受近南北向挤压和右旋压扭构造应力作用形成的,直接控制着塔中地区中下奥陶统碳酸盐岩裂缝型储层的发育程度与分布。图1摇中下奥陶统顶面(of 郾 2摇裂缝发育特征塔中地区40多口井中下奥陶统下部岩性主要为白云岩,上部多为石灰岩—白云岩的过渡型岩类。裂缝发育情况统计表明,本区以发育高角度构造裂缝为主,水平、低角度缝较少。纵向上存在两个裂缝发育段,即中下奥陶统顶界(下100 中制塔中地区中下奥陶统碳酸盐岩构造裂缝发育的重要因素除了岩性外,主要是加里东中期裂缝形成期的古构造应力场。·2·中国石油大学学报(自然科学版)摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 2010年10月0. 60妇 怂一逆羔 49_ 一 ;*; 黼 删㈣ 二 ‘4( 2 纛 aⅫⅫ 争 3 14l:基 ! 5 30m—- 而“ 曩王堕 i 涮§_目Ⅻ “㈣%厂懈w 一 ㈣≮㈩ 黼I。部 划l}日Ⅸ_ 乙 删Ⅻ疆 『满: E {目黼镕。淘 豁 雪 2 l 院1#∞I 丰 3 2:‘ 瓣躺 h—封F 习 决L *件 9:‘p}郴L *∞ⅫⅫ蜊“f 删 -葫 Ⅻ《Ⅻ∞ 荆 。 L 。≤§一“榔㈣# 目ⅫⅫ 蹴㈣ %∞㈤磁 }【 和 蕴已 已: 篆 2 驾 擎I 挚%№目 目ⅫⅫ霪 耐Ⅻ 二 l∞$《o∞Ⅻ船 镕一 } 。皇“ⅫⅫ №ⅫⅫ №目% 嘲㈣ §㈣Ⅻ 目l、黼∞ ,。。g—L ㈣ 商I ㈣删 蛐Ⅻ 洲w∞ 蕊积 一 i— 删 娜2摇构造应力场模拟应用三维有限单元法进行数值模拟计算应力场[12鄄16]是把连续体离散化,在一连续介质中实际上相互连接的点是无限多的,这些单元体仅在有限个节点处相互连接,而在这些节点上则引用某些虚构力,这些力就代表实际作用于单元体边界上的应力分布。2郾 1摇三维有限单元体划分和岩石力学参数确定分别对塔中地区重要油气勘探目的层中下奥陶统海相碳酸盐岩地层顶面界考虑到塔中玉号、域号、10号等几条大断层对地层的影响,进行三维有限单元体的划分(图2)。D 根据中4井、中13井和顺2井中下奥陶统碳酸盐岩岩心样品岩石力学性质测试[17]结果(表1),确定出塔中地区性模量为59郾 01 松比为0郾 258,密度为2郾 709 g/ 轴抗压强度为87郾 10 层模拟参数:弹性模量是地层的0郾 25倍,泊松比是地层的0郾 3倍,密度与地层相当。表1摇中下奥陶统岩石力学参数摇 of (g·轴抗压强度滓c / 14郾 4 50郾 5 2郾 720 149郾 54 65郾 69 0郾 337中13 4郾 4 50郾 5 2郾 679 143郾 53 66郾 80 0郾 239中13 4郾 4 50郾 2 2郾 719 102郾 61 45郾 85 0郾 238顺2 4郾 4 50郾 2 2郾 709 139郾 96 72郾 31 0郾 308顺2 4郾 4 50郾 2 2郾 697 56郾 67 44郾 79 0郾 243顺2 4郾 4 50郾 2 2郾 702 51郾 63 47郾 37 0郾 251中4 4郾 5 50郾 2 2郾 686 53郾 79 65郾 96 0郾 219中4 4郾 5 50郾 1 2郾 682 29郾 63 45郾 71 0郾 249中4 4郾 6 42郾 3 2郾 789 56郾 55 76郾 58 0郾 2422郾 2摇构造应力边界条件中下奥陶统岩心样品声发射地应力测试[18鄄19]获得的塔中地区加里东中期地应力最大主应力有效值(滓1有效)为51郾 8 ~62郾 4 均值为57郾 0 2)。表2摇中下奥陶统声发射加里东中期地应力最大主应力有效值测试结果摇 of 297 51郾 8中13 73 56郾 8中13 45 62郾 4根据塔里木盆地区域构造研究成果[9,20],中奥陶统沉积末期的加里东中期玉幕,盆地中央隆起带(包括塔中隆起)及其以西地区受盆地南部边界西昆仑洋在中奥陶世末期向北俯冲作用,使塔中地区主要处于近南北向区域性挤压构造应力作用下冲断隆升。模型受力方式是顶面为自由面,四周加力,假定其只受水平方向边界力作用,模拟时还考虑了单元的重力作用。2郾 3摇构造应力场分布特征约定:最大主压应力为滓3和最小主压应力为滓1,且滓3,滓1方向水平(张为正);中间主应力为滓2,且滓2方向垂直。文中最小主压应力滓1和最大主压应力滓3分别相当于地质力学中的最大主张应·3·第34卷摇第5期摇 摇 摇 摇 摇丁文龙,等:塔中地区中下奥陶统古构造应力场模拟与裂缝储层有利区预测0 60 ;;;;;;;;;;_________一N④%/7;;;;:0,拍独拢加埯埔埔过以上步骤,采用国家地震局地质所构造应力场模拟软件,模拟出了塔中地区主要裂缝发育层段中下奥陶统加里东中期裂缝形成期的有效张应力滓3)。of T) of 由图3可见,有效张应力滓T>8 要分布于塔中玉号断裂带东段、塔中域号断裂带中段、塔中10号断裂带、塔中5井断裂带西段、巴东断裂带和塘北断裂带及其交汇的区域。 滓 ~8 要分布于塔中玉 ,域号断裂带之间的中、北部区域、塔中域号断裂带下盘、顺南区块的东南部及巴东断裂带和塘北断裂带南北侧地区(图3)。3摇裂缝储层有利区预测3郾 0]。在脆性材料抗张强度确定的条件下,有效张应力滓含义是指岩层内存在的张应力状态,滓示产生张性破坏的可能性越大,特别是岩性均匀碳酸盐岩地区岩石抗张强度相差不大,滓摇潜在张裂缝判别准则与裂缝发育程度级别一般岩石的抗张强度比较弱,通常小于6郾 895少大于20郾 685 酸盐岩储集层岩石强度差别较大。储集层潜在张裂缝(含张剪裂缝)的判别准则为有效张应力滓(啄为正数),张或张剪破裂发生,若岩石有抗张强度试验数据,取啄为试验结果,若没有试验数据,则可根据参数资料假定啄的值。通过中11井岩石劈裂试验,测得中下奥陶统碳酸盐岩地层岩石抗张强度平均值为5郾 75 似于63)。故选取有效张应力滓 张剪裂缝)的判别标准。按照滓中下奥陶统储集层潜在张裂缝(含张剪裂缝)发育程度划分为三级,即一级、二级、三级,分别表示裂缝发育区、比较发育区和发育较差区。表3摇中下奥陶统岩石单轴抗张强度测试数据摇 of 14郾 4 15郾 0 2郾 360 4郾 13中11 4郾 4 15郾 1 2郾 965 5郾 12中11 4郾 4 15郾 1 4郾 639 8郾 023郾 2摇有利区预测依据塔中地区中下奥陶统加里东中期有效张应力裂缝发育区预测结果,结合钻井裂缝线密度和油气显示井的分布[1]等因素,综合评价预测了中下奥陶统裂缝储层发育的有利地区和较有利地区(图4),其主要分布在大的断裂带交汇处和断裂带·4·中国石油大学学报(自然科学版)摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 2010年10月0 60 ④满西2。巴。阿满1过’鼯节蚁彳\8℃塔g≯乞满西l。顺王顺托区块螨参l■岛一块j 。≯躐~—№㈣塘参3区块/守淫湖黼阁㈧黟b。 。—文;卡4区块\。:么圈裂缝储层发育区 裂缝储层较发育区的部分区段内。其中,裂缝储层发育有利区有效张应力滓 缝线密度大于或等于4条/ m,为工业油气井主要分布区域,主要分布在塔中玉断裂带的东段、塔中域号断裂带的中东段、塔中10号断裂带的东西端部和塔中5井断裂带附近;裂缝储层发育较有利区有效张应力滓8 缝线密度2 ~4条/ m,为油气显示较好区域,主要分布在塔中玉断裂带的中西段、塔中域号断裂带的西端处、巴东断裂带、塘北断裂带和顺南区块的东部。其他地区为裂缝储层发育较差区。of )塔中地区中下奥陶统碳酸盐岩以高角度构造裂缝为主,其顶界面之下100 制裂缝发育程度除了岩石力学性质以外,主要是裂缝形成期的古构造应力场,其最大主应力有效值为51郾 8 ~62郾 4 均值为57郾 0 张强度为4郾 13 ~8郾 02 均值为5郾 75 2)塔中地区中下奥陶统海相碳酸盐岩有效张应力高值区是构造裂缝储层发育的有利区和较有利区,主要分布在大的断裂带交汇处和断裂带的部分区段内,为现今塔中地区中下奥陶统裂缝型油气储层的分布区域。(3)利用三维有限元法进行构造应力场模拟和裂缝分布预测的关键在于建立模拟地区的精确地质模型、力学模型和计算模型并采用模拟层段实测的岩石力学参数和地应力值。本文中的预测结果与由大量钻井统计出的裂缝发育分布具有较好的对应关系,可以为研究区的油气勘探提供新的地质依据。参考文献:[1]摇赵明,樊太亮,于炳松,]2009,23(4):et ]009,23(4):700鄄718.[2]摇邬光辉,李建军,杨栓荣,]002,37(增刊):et of of in ]. 002,37(51鄄56.[3]摇邬光辉,李建军,]999,20(4):of o. 1]. 1999,20(4):19鄄24.[4]摇汪必峰,戴俊生,盛学香,·第34卷摇第5期摇 摇 摇 摇 摇丁文龙,等:塔中地区中下奥陶统古构造应力场模拟与裂缝储层有利区预测缝预测[J]然科学版,2009,33(3):of 5 ]. 2009,33(3):18鄄26.[5]摇刘聪,黄晓波,樊太亮,]008,2(4):et of of of ]. 2008,29(4):475鄄477.[6]摇周新桂,张利容,张明利,]003,24(1):]003,24(1):50鄄54.[7]摇曾联波,]998,25(3):of ]. 1998,25(3):91鄄93.[8]摇李志明,]油工业出版社,1997:138鄄140.[9]摇王喜双,李晋超,王绍民,]997,18(1):et ]. 1997,18(1):23鄄27.[10]摇宋慧珍,贾承造,欧阳建,]油工业出版社,2001:288鄄304.[11]摇秦启荣,张烈辉,邓辉,]004,23(23):et of of to ]. 2004,23(23):3979鄄3983.[12]摇张帆,贺振华,黄德济,]2000,35(2):et ]. 2000,35(2):154鄄163.[13]摇谭成轩,王连捷,]1997,3(1):to D of ]. 1997,3(1):71鄄80.[14]摇魏国齐,贾承造,宋惠珍,]000,18(3):et of J]. 2000,18(3):408鄄413.[15]摇唐湘蓉,]005,12(2):of of in J]. il 005,12(2):25鄄29.[16]摇文世鹏,]然科学版,1996,20(5):of ]. 1996,20(5):17鄄24.[17]]质出版社,1986.[18]摇孙宝珊,丁原辰,邵兆刚,]996,2(2):of in of in ]. 1996,2(2):11鄄17.[19]摇丁原辰,]001,26(1):An of by ]. 2001,26(1):99鄄103.[20]摇丁文龙,林畅松,漆立新,]008,15(2):et ]. 2008,15(2):242鄄252.(编辑摇徐会永)·6·中国石油大学学报(自然科学版)摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 2010年10月
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