殷天濤，李守軍，原麗媛

(1.中化地質(zhì)礦山總局山東地質(zhì)勘查院，山東 濟(jì)南 250013;2.山東科技大學(xué)地質(zhì)科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266590;3.山東省核工業(yè)二七三地質(zhì)大隊，山東 煙臺 265300)

裂縫性油氣田的勘探與開發(fā)最重要的環(huán)節(jié)就是裂縫的分布規(guī)律，尤其是對其定量預(yù)測分析。近年來關(guān)于裂縫定量預(yù)測越來越受到重視，其研究已有一定進(jìn)展，眾學(xué)者主要對地質(zhì)模型、力學(xué)模型和數(shù)學(xué)計算模型之間的關(guān)系;構(gòu)造裂縫的定量預(yù)測與應(yīng)力場的關(guān)系;構(gòu)造裂縫的發(fā)育規(guī)律、形態(tài)以及構(gòu)造應(yīng)力場的方向等問題進(jìn)行了研究[1-3］。對于目前裂縫性油氣藏的研究，主要是針對構(gòu)造裂縫。而構(gòu)造裂縫主要受控于構(gòu)造應(yīng)力場，利用構(gòu)造應(yīng)力場結(jié)合有限元數(shù)值模擬技術(shù)在當(dāng)前對裂縫定量預(yù)測進(jìn)行研究，是眾多學(xué)者比較贊同的方案。然而裂縫的分布規(guī)律在地下較為復(fù)雜，除了受構(gòu)造應(yīng)力場影響外還與多期構(gòu)造運動、巖石物性等有關(guān)。尤其是區(qū)域性問題，具體區(qū)域具體分析。因此本文的研究是對裂縫定量研究分析的又一探索。

1 裂縫研究及評價方法

構(gòu)造裂縫是伴隨構(gòu)造變形過程形成的，其在局部構(gòu)造和斷裂帶中的分布具有一定的規(guī)律性，基于此，利用應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系和構(gòu)造主曲率法可以預(yù)測裂縫分布規(guī)律及其發(fā)育情況[2］。關(guān)于構(gòu)造裂縫預(yù)測的方法主要有直接觀測法和分析預(yù)測法。直接觀測法主要是將露頭和宏觀與微觀進(jìn)行分析，并結(jié)合測井資料來識別與解釋裂縫[4］。分析預(yù)測法主要包括概率統(tǒng)計方法、物理模擬、數(shù)值模擬、巖石破裂法、主曲率法、能量法等。通過對這些方法比較分析之后，眾學(xué)者從不同方面對裂縫進(jìn)行了研究[1，4］。其核心也是利用有限元方法結(jié)合區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場來進(jìn)行裂縫的定量研究。本文以濟(jì)陽坳陷樁海地區(qū)太古宇為例，利用有限元數(shù)值模擬技術(shù)，結(jié)合研究區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場來對裂縫發(fā)育情況進(jìn)行預(yù)測嘗試。

2 研究實例

2.1 區(qū)域地質(zhì)概況

樁海地區(qū)古潛山(樁西和埕島潛山)緊鄰渤中坳陷，屬于沾化凹陷的一部分(見圖1)[5］。濟(jì)陽坳陷樁海地區(qū)經(jīng)鉆井資料顯示最古老的基底巖層為太古宇泰山群，其巖性主要以混合花崗巖和多種片麻巖為主，其次為斜長角閃巖等。濟(jì)陽坳陷潛山數(shù)量較多、規(guī)模較大，經(jīng)歷了多旋回發(fā)育和多次構(gòu)造變動，致使?jié)栛晗輼逗５貐^(qū)潛山構(gòu)造復(fù)雜。樁海潛山油氣運聚成藏的地質(zhì)時期主要是東營末期-明化鎮(zhèn)期，因此Tg2地震反射層的構(gòu)造特征基本就可以代表太古界油氣在運聚期間的構(gòu)造特征，現(xiàn)今構(gòu)造反映的構(gòu)造應(yīng)力場特征可以反映油氣運聚期間的應(yīng)力場特征[6］。

2.2 模型建立及裂縫模擬

2.2.1 地質(zhì)模型

由于埕島-樁西潛山在樁海地區(qū)是主力生油區(qū)，較為典型，所以本文主要對樁海地區(qū)的埕島-樁西地區(qū)進(jìn)行分析。樁海地區(qū)內(nèi)斷裂主要展布方向為即近南北向(NNE向)、北東向、近東西向、北西向及近南北向[7］。本文選用埕島-樁西Tg2反射面構(gòu)造圖(Tg2反映的是埕島-樁西地區(qū)太古宇頂面地震反射層構(gòu)造圖，見圖2)作為底圖進(jìn)行構(gòu)造單元劃分，并賦予研究區(qū)相應(yīng)的物性參數(shù)，對該區(qū)進(jìn)行有限元模擬分析，從而分析其裂縫發(fā)育態(tài)勢。

2.2.2 力學(xué)模型

力學(xué)模型的建立主要包含巖石力學(xué)參數(shù)的選取和邊界條件的選擇[1］。研究區(qū)斷層根據(jù)其斷裂大小分為二級與三級斷層。本文在模擬計算過程中主要使用的力學(xué)參數(shù)有彈性模量和泊松比等。這些參數(shù)主要通過巖石力學(xué)實驗以及對巖心分析得到。經(jīng)分析，本研究區(qū)斷層級數(shù)、彈性模量、泊松比等參數(shù)如表1所示。

表1 建模采用的巖石力學(xué)參數(shù)

根據(jù)構(gòu)造圖的特征，本文采用自由網(wǎng)格劃分。同時對一些特殊地帶，諸如斷層周圍以及斷層末梢處等區(qū)域進(jìn)行人工干預(yù)劃分，以期輸出點數(shù)能更好地控制整個投影平面應(yīng)力的變化情況。經(jīng)分析，研究區(qū)目的層網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖3所示。該圖作為力學(xué)計算模型，對其施加相應(yīng)荷載進(jìn)行模擬計算。

2.2.3 裂縫模擬

本工區(qū)南邊界定義為約束邊界。此次研究區(qū)域主要受力為水平擠壓。其主應(yīng)力主要為近東西向與南北向。東西向為120 MPa，南北向為70 MPa。研究區(qū)東西方向為X向，南北為Y向。此模型包括了工作區(qū)域內(nèi)的24條斷層，按其方向分為北東向和南東向段層兩類。在依照相應(yīng)的參數(shù)(表1)計算完成后，建立了濟(jì)陽坳陷埕島-樁西地區(qū)構(gòu)造應(yīng)力云圖(見圖4)。

從構(gòu)造應(yīng)力云圖4上可以較為直觀地顯示出裂縫的高值發(fā)育區(qū)及其位置。裂縫發(fā)育帶主要分布在斷層附近，主要裂縫發(fā)育帶高值區(qū)呈兩個NNE以及NW的條帶狀分布。在埕北303井附近應(yīng)力變化較大，周圍裂縫較發(fā)育。顯示埕島-樁西地區(qū)裂縫受斷層影響明顯，裂縫帶在斷層及其周圍發(fā)育良好，表明這些地區(qū)應(yīng)力較為集中，受控于構(gòu)造應(yīng)力場。強(qiáng)張應(yīng)力區(qū)主要分布在斷層附近，揭示裂縫發(fā)育與斷層附近應(yīng)力大小具有一定的對應(yīng)關(guān)系。

通過分析，圖4進(jìn)一步揭示了裂縫性油氣藏裂縫發(fā)育的情況與構(gòu)造運動產(chǎn)生的斷層、斷裂密切相關(guān)。由于裂縫的存在，對于不同層位的油氣相連也起到了重要的作用。尤其是由構(gòu)造運動產(chǎn)生的構(gòu)造裂縫。同時也利于油氣的儲集。張應(yīng)力區(qū)主要為油氣儲集區(qū)，其值越大，越利于油氣的儲集。本文將數(shù)值模擬技術(shù)與地震資料解釋的構(gòu)造體系、構(gòu)造應(yīng)力場和巖石物性等研究有機(jī)結(jié)合起來，對于應(yīng)力和裂縫的空間分布及其相互間的對應(yīng)關(guān)系提供新的認(rèn)識。

3 結(jié)論

通過分析揭示構(gòu)造裂縫主要受控于構(gòu)造應(yīng)力場。研究區(qū)裂縫帶在斷層及其周圍發(fā)育良好，表明這些地區(qū)應(yīng)力較為集中。強(qiáng)張應(yīng)力區(qū)主要分布在斷層附近，顯示裂縫發(fā)育與斷層附近應(yīng)力大小具有較好的對應(yīng)關(guān)系。該區(qū)也是油氣儲集的主要場所。

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