尚 玲,秦啟榮,賈 麗,賈中慶

(1.西南石油大學(xué),四川成都610500;2.中國石化河南油田分公司井下作業(yè)處)

川西大邑構(gòu)造須3段氣藏裂縫預(yù)測

尚 玲1,秦啟榮1,賈 麗1,賈中慶2

(1.西南石油大學(xué),四川成都610500;2.中國石化河南油田分公司井下作業(yè)處)

從川西大邑構(gòu)造現(xiàn)今構(gòu)造形跡特征入手,利用有限元數(shù)值分析技術(shù),模擬工區(qū)須3段氣藏巖體的古構(gòu)造應(yīng)力場和破裂接近程度系數(shù)(η);將η與實際資料和野外觀測結(jié)果對比,確定不同裂縫發(fā)育級別及其對應(yīng)的η值;結(jié)合巖石力學(xué)與構(gòu)造地質(zhì)學(xué)理論、野外裂縫觀測結(jié)果以及實際生產(chǎn)資料,對大邑構(gòu)造須3段裂縫發(fā)育程度、裂縫類型及產(chǎn)狀進(jìn)行預(yù)測,結(jié)果表明:大邑構(gòu)造須3段裂縫較發(fā)育,裂縫分布比較有規(guī)律性,主要集中在大邑構(gòu)造斷層附近、斷層交叉部位、斷層末梢,構(gòu)造高陡帶,裂縫主要發(fā)育方位為北西向和北東向,裂縫的主要類型為高角度剪切縫、低角度剪切縫和張性縫。

大邑構(gòu)造;巖體破裂;裂縫預(yù)測;須家河組

1 區(qū)域地質(zhì)概況

大邑構(gòu)造須家河組氣藏是近年來四川盆地川西坳陷天然氣勘探的重大發(fā)現(xiàn)。大邑構(gòu)造處于龍門山?jīng)_斷帶前緣隱伏構(gòu)造帶中段,南與前緣隱伏構(gòu)造帶南段的邛西構(gòu)造鞍部相接,北與鴨子河-聚源構(gòu)造向斜相隔,西與關(guān)口斷層向斜相望,東以彭縣斷層為界與彭縣大向斜相望,是龍門山前緣隱伏構(gòu)造帶內(nèi)的重點局部構(gòu)造。

大邑構(gòu)造為斷背斜構(gòu)造,構(gòu)造圈閉受局部構(gòu)造和斷層雙重控制,褶皺變形適中,須3段氣藏儲層巖性為淺灰色、灰白色厚層-塊狀中～細(xì)粒巖屑長石石英砂巖,夾少量深灰色、灰黑色頁巖,屬三角洲平原亞相沉積[1-2]。儲層的物性條件差(一般孔隙度值小于3.5%、滲透率值小于0.25×10-3μm2),屬特低孔-特低滲儲層,由于大邑構(gòu)造地處龍門山前緣,構(gòu)造活動頻繁,裂縫比較發(fā)育,裂縫是形成工區(qū)有效儲層的必要條件之一[3]。

2 構(gòu)造解析及地質(zhì)模型建立

2.1 構(gòu)造解析

大邑構(gòu)造由于地處龍門山?jīng)_斷帶前緣,構(gòu)造活動頻繁,構(gòu)造形態(tài)復(fù)雜。構(gòu)造解析結(jié)果表明,大邑構(gòu)造的構(gòu)造形跡特征十分明顯,主要發(fā)育NE向和NNE向構(gòu)造形跡,分別是受到早期NW向和晚期EW向的構(gòu)造擠壓力作用而形成的。在這兩組構(gòu)造形跡中,首先是印支運動期以NW-SE向構(gòu)造擠壓力作用為主,沿一組貫通裂縫產(chǎn)生垂向位移,形成大規(guī)模的逆斷層,在斷層的形成過程中,同時伴生出現(xiàn)低幅褶皺構(gòu)造(牽引構(gòu)造),并派生出NE向的小斷層及大量的“X”裂縫,大邑構(gòu)造已具雛形。晚期喜山運動以EW向構(gòu)造擠壓為主,由于大巴山造山帶由北向南的推覆擠壓疊加,大邑構(gòu)造東側(cè)的彭縣斷層發(fā)生左旋扭動,派生出的近南北壓扭性斷層聯(lián)合構(gòu)成的近東西向主壓應(yīng)力,此期運動對早期形成的構(gòu)造形跡進(jìn)行改造,大邑構(gòu)造最終形成。

2.2 地質(zhì)模型

地質(zhì)模型就是通過對地質(zhì)體所發(fā)生的各種地質(zhì)過程的認(rèn)識所形成的一種理想模式,也可以視為地質(zhì)過程的再現(xiàn)。地殼巖體中的褶皺、斷層和裂縫等構(gòu)造都是由于巖層受到構(gòu)造力的作用而產(chǎn)生構(gòu)造變形的結(jié)果,其形成過程是一個力學(xué)的應(yīng)力-應(yīng)變過程[4-5]。

根據(jù)對大邑構(gòu)造須3段構(gòu)造解析結(jié)果的認(rèn)識,抽象出用于實際計算的地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型。根據(jù)構(gòu)造形態(tài)特征將整套巖層分為不同的構(gòu)造分區(qū),其中對于較大的構(gòu)造,將構(gòu)造的高部位從大的構(gòu)造區(qū)帶中劃分出來,成為特殊的材料區(qū);對于斷層,按照斷層走向、規(guī)模大小的不同分別給定材料;對于研究區(qū)內(nèi)不同的斷裂和褶皺等構(gòu)造通過調(diào)節(jié)其所在位置的單元材料來實現(xiàn)。模型將研究區(qū)內(nèi)所有斷裂和褶皺構(gòu)造考慮在內(nèi),因此較為客觀、真實地反映了地質(zhì)原型的材料模型。

2.3 邊界條件

根據(jù)構(gòu)造解析結(jié)果和地質(zhì)模型的外部形態(tài),模型設(shè)置的邊界條件如下:大邑構(gòu)造主要是受兩期構(gòu)造應(yīng)力影響而形成的,模擬計算時,在南西和南東兩個邊界進(jìn)行單向約束,早期北西向構(gòu)造應(yīng)力主要通過在北西邊界施加52 M Pa的正應(yīng)力,形成均布荷載來實現(xiàn);晚期東西向應(yīng)力主要通過在北東邊界施加3 M Pa逆時針的剪切力來實現(xiàn);在北東邊界加載10 M Pa的正應(yīng)力,以控制模型介質(zhì)不產(chǎn)生大的泊松效應(yīng)而發(fā)生較大規(guī)模的變形,達(dá)到控制邊界的作用。

2.4 物理力學(xué)參數(shù)

因地質(zhì)原型的巖石類型為致密砂巖,屬脆性材料,故計算模型采用彈性本構(gòu)模型,用基于Mohr-Coulom b強(qiáng)度準(zhǔn)則來判斷巖石材料的破壞狀態(tài)。模型計算所需的主要材料力學(xué)參數(shù)(如彈性模量、泊松比、殘余內(nèi)聚力、殘余內(nèi)摩擦角以及巖體抗拉強(qiáng)度等)依據(jù)國際巖石力學(xué)學(xué)會公布的相似材料的巖石力學(xué)性質(zhì)參數(shù)、巖石力學(xué)試驗測試結(jié)果以及工程地質(zhì)類比法綜合確定[6-8],根據(jù)研究區(qū)構(gòu)造特征,在構(gòu)造的不同部位采用不同的力學(xué)參數(shù)。

3 古構(gòu)造應(yīng)力分布規(guī)律

在上述地質(zhì)模型基礎(chǔ)上,通過對模型的離散化和數(shù)值分析,所得結(jié)果如下:

(1)大邑構(gòu)造主要受到北西向擠壓力作用,最大主應(yīng)力矢量方向為近北西向展布,大邑構(gòu)造須3段最大主應(yīng)力值主要呈北西向延伸的條帶狀分布,最大主應(yīng)力分布主要分布在45～53 M Pa,總體上分布比較均勻,但在經(jīng)過構(gòu)造高點及斷層時,應(yīng)力會相應(yīng)增大;高值主要分布在斷裂的尾段、斷裂拐彎部位以及幾條斷層的交叉部位,在跨越斷層處,最大主應(yīng)力有增大現(xiàn)象,但是差值不大。

(2)最小主應(yīng)力方位與最大主應(yīng)力垂直,總體分布特征呈南東延伸的條帶狀分布,其值一般在8～12 M Pa之間;最小主應(yīng)力分布也較均勻,但在經(jīng)過構(gòu)造高點及斷層時,應(yīng)力會有些許增大;在平緩地帶處最小主應(yīng)力值較小,在斷層周圍其值較大,而其它區(qū)域分布則比較均勻。

(3)剪應(yīng)力分布特征比較明顯,其值主要分布在-1.65～1.5 M Pa之間,最大剪應(yīng)力主要集中在斷層交匯處、斷層轉(zhuǎn)彎處和高點附近,在斷層附近波動幅度較大。

4 巖體破裂及裂縫預(yù)測

4.1 須3段裂縫預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)模型模擬所得構(gòu)造應(yīng)力場和應(yīng)變場結(jié)果,以及巖石破裂變形結(jié)果[9-10],結(jié)合大邑構(gòu)造的地質(zhì)、構(gòu)造特征和鉆井、試油等方面的生產(chǎn)資料,對于大邑構(gòu)造須3段的裂縫發(fā)育程度特制訂了表1的評價標(biāo)準(zhǔn)。

表1 大邑構(gòu)造須3段裂縫預(yù)測的η值標(biāo)準(zhǔn)

4.2 須3段巖體破裂特征

模擬結(jié)果表明:大邑構(gòu)造須3段巖體破裂程度表現(xiàn)出巖體整體破壞程度較高且較集中的特點,該區(qū)巖體破壞程度值均大于1.071,最大破壞接近程度系數(shù)為1.755,大部分達(dá)到或超過破裂臨界值(理論上的破裂臨界值是1)。從平面上看,巖體破壞程度最高的地區(qū)主要分布在斷層周圍,破壞度達(dá)到1.755,其次是斷層間區(qū)域、斷高點以及腰部等部位,破壞度達(dá)1.266～1.461;距離斷層較遠(yuǎn)且構(gòu)造平緩的地方破壞度較低,破壞度達(dá)1.168～1.266?？傮w來看,大邑構(gòu)造巖體破壞程度較高,巖體的破壞區(qū)域主要分布在大邑構(gòu)造的北西翼,即F2斷層的上盤;而在大邑構(gòu)造的南東翼,即F2斷層的下盤,巖體破壞程度較低。

4.3 裂縫發(fā)育程度預(yù)測

根據(jù)大邑構(gòu)造須3段裂縫預(yù)測的η值標(biāo)準(zhǔn)(表1),結(jié)合巖石力學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的原理、理論以及鉆井、取心、生產(chǎn)資料等進(jìn)行綜合分析,對大邑構(gòu)造須3段巖體破裂特征及裂縫發(fā)育規(guī)律進(jìn)行預(yù)測(圖1),預(yù)測結(jié)果如下:

(1)斷裂帶:斷裂帶主要分布在斷層及其附近地區(qū),大邑構(gòu)造發(fā)育有北北東向和北西向斷層,早期形成的北東向斷層規(guī)模較大,并且在晚期受到改造破壞繼續(xù)加強(qiáng),斷裂帶的破壞接近程度值都大于1.461,是全區(qū)破裂程度最高的區(qū)域,其巖體最大破壞接近程度系數(shù)達(dá)到1.655。裂縫主要發(fā)育與斷層伴生的低角度剪切縫,裂縫發(fā)育方位為北北東向和北西向。

圖1 裂縫發(fā)育及平面分布預(yù)測

(2)I級裂縫發(fā)育區(qū):主要分布在大邑構(gòu)造斷層高點、斷層周圍地區(qū)以及撓曲部位,主要沿構(gòu)造軸部和斷層呈條帶狀分布,即大邑1井、大邑3井、大邑4井、大邑102井井區(qū),該區(qū)巖體破壞接近程度值高,普遍在1.461以上,這些I級裂縫發(fā)育區(qū)主要受早期構(gòu)造應(yīng)力場作用,晚期構(gòu)造運動對它有一定的影響作用。根據(jù)上述資料和該區(qū)多種因素綜合預(yù)測:I級裂縫發(fā)育區(qū)主要形成北東方向,近南北向,近東西向和北西向裂縫系統(tǒng)。裂縫傾角主要以高角度剪切縫(大于 60°)和高角度張性縫(大于 60°)以及低角度剪切縫(小于60°)。

(3)II級裂縫發(fā)育區(qū):主要位于 I級裂縫發(fā)育區(qū)的外圍及相鄰區(qū)域的斷層周圍,圍繞 I級裂縫區(qū)呈北北東向環(huán)帶狀分布,主要圍繞大邑構(gòu)造的高點以外分布。在早期構(gòu)造應(yīng)力作用下,最大主應(yīng)力值與最小主應(yīng)力的應(yīng)力差值較大,故該區(qū)巖體破壞接近程度值較高,在1.168～1.266之間。II級裂縫發(fā)育區(qū)裂縫較發(fā)育,主要形成北西向和近東西向裂縫系統(tǒng)。裂縫主要以高角度剪切縫和低角度剪切縫為主,張性裂縫不太發(fā)育。

(4)Ⅲ級裂縫發(fā)育區(qū):主要發(fā)育在大邑構(gòu)造斷裂帶、I級裂縫發(fā)育區(qū)和 II級裂縫發(fā)育區(qū)以外的廣大地區(qū),整體呈帶狀沿北北東向延伸。Ⅲ級裂縫發(fā)育區(qū)最大主應(yīng)力值的應(yīng)力差值一般,故該區(qū)巖體破壞接近程度值中等,在0.966～1.168之間。Ⅲ級裂縫發(fā)育區(qū)裂縫發(fā)育程度一般,主要形成北西向和北東向裂縫系統(tǒng),主要是在北西向構(gòu)造運動時期形成的高角度剪切縫和低角度剪切縫。

5 結(jié)論

(1)大邑構(gòu)造須3氣藏為特低孔-特低滲儲層,工區(qū)裂縫發(fā)育,Ⅰ級裂縫發(fā)育帶主要分布在構(gòu)造高點以及腰部等曲率較大的部位,裂縫發(fā)育方位主要為北東方向,近南北向,近東西向和北西向,裂縫類型以高角度剪切縫、低角度剪切縫和高角度張性縫為主;Ⅱ級裂縫發(fā)育帶主要分布在高點外圍、平緩構(gòu)造帶以及距斷層稍遠(yuǎn)的部位,裂縫發(fā)育方位主要為北西向,近東西向和北東向,裂縫類型主要為剪切裂縫和張性縫;Ⅲ級裂縫發(fā)育帶主要分布在II級裂縫發(fā)育帶以外,裂縫發(fā)育方位為北西向和北東向,裂縫類型以高角度剪切縫和低角度剪切縫為主。

(2)工區(qū)裂縫主要發(fā)育方位為北西向和北東向,裂縫的主要類型為斷層伴生的剪切縫、斷層派生的張性縫和剪切縫。裂縫在平面上的分布主要集中在斷層及斷層附近、斷層交叉部位、斷層末梢,此外構(gòu)造高點和構(gòu)造高陡帶裂縫也比較發(fā)育,其余地區(qū)如斷層外圍區(qū)和高點外圍和平緩構(gòu)造帶裂縫相對不發(fā)育?？傮w來看,研究區(qū)的裂縫發(fā)育分布特征比較有規(guī)律性。

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Start w ith west Sichuang Dayi structure,current structure train characteristic,use finite element numerical analysis technology,simulate study area Xu 3 member gas reservoir rock body paleo-tectonic stress fields and fracturing p roximity coefficient(η),compareη w ith real data and field observation,determine various fracture development degree and its relatedη,combine rock mechanics,structural geological theory,field fracture observation and real p roduction data,p redict Dayi structural Xu 3 member fracture development degree,types and shapes.The result indicates that fracture in Dayi tectonic Xu 3 member is better developed,fracture distributed regularly,mainly near the Dayi tectonic fault,the fault overlapping spot,the fault end,tectonic high steep belt,fracture grow th position is the no rth west to and north east,themain fracture type is high angle shear fracture,low angle shear fracture and extension fracture.

23 Predication on west Sichuan Dayi Xu 3 member gas reservoir

Shang Ling et al(Southwest Petroleum University,Chendu,Sichuang 610500)

Dayi structure;rock body fracture;fracture p rediction;Xujiahe formation

TE111.2

A

1673-8217(2011)05-0023-04

2011-04-20;改回日期:2011-06-07

尚玲,1985年生,2009年畢業(yè)于西南石油大學(xué)勘查技術(shù)與工程專業(yè),在讀碩士生,主要從事構(gòu)造地質(zhì)、測井解釋、裂縫預(yù)測等工作。

四川省重點學(xué)科建設(shè)項目(SZD0414)資助。

編輯:吳官生