构造应力场数值模拟.doc

PAGE \* MERGEFORMAT1 塔里木盆地大北气田构造应力场解析与数值模拟注 注：本文为国家科技重大专项(2016ZX05003-001-002、2016ZX05001-002-003）资助的成果。 收稿日期：2016-00-00；改回日期：2016-00-00 作者简介：王珂，男，1987年生。在站博士后，工程师，构造地质学专业，主要从事储层地质和构造地质研究工作，Email：wangk_hz@。电话王珂1,2,3)，张惠良3)，张荣虎3)，王俊鹏3)，刘春3)，杨学君2) 1）中国石油勘探开发研究院，北京，100083；2）中国石油塔里木油田公司，库尔勒，841000； 3）中国石油杭州地质研究院，杭州，310023 内容提要：构造应力场研究对于塔里木盆地大北气田的开发具有重要理论与现实意义。通过区域断裂与背斜长轴走向、钻井诱导缝走向与井壁坍塌方位分别确定了古、今构造应力场的方向，采用测井资料计算了古、今构造应力场的大小。在此基础上，利用ANSYS有限元分析软件建立了大北气田主体气藏区大北102区块和大北201区块的地质模型，并通过测井资料计算及动静态转换确定岩石力学参数，利用构造应力场解析结果确定边界条件，进行了大北气田古今构造应力场的数值模拟，分析了构造应力场的分布规律以及构造应力场与构造裂缝和产能的关系。结果表明：大北气田古、今水平最大主应力方向分别约NNW336°和NWW305°，应力大小分别具有σHσhσv和σHσvσh的特征，分别属于Ⅱ类和Ⅲ类地应力；主应力和主差应力在平面上表现为背斜高部位为低值、翼部为高值，纵向上随深度增加而增大；构造裂缝的走向受控于水平最大古构造应力方向，与现今水平最大主应力方向近似平行或呈小角度相交，构造裂缝可沿走向继续延伸，开度也不会因构造挤压作用大幅降低，有效性可得到很好的保存，气藏区构造裂缝发育程度与主差应力的大小呈正相关关系；背斜高点是构造应力的低值区，油气在应力势差和浮力的共同驱动下聚集成藏，其中主差应力较大的井点构造裂缝较发育，无阻流量较高，因此在背斜高点主差应力较大的区域部署井位，有较大概率获得天然气的高产。 关键词：构造应力场；有限元；数值模拟；构造裂缝；产能；大北气田 构造应力场对油气田的勘探开发具有重要影响。从盆地规模上讲，构造应力场控制着盆地的形成与演化，也控制着盆地内次级构造的发育与组合规律；从油气田规模上讲，构造应力场控制着储层岩石的压实程度、构造裂缝的发育强度与规律、断层的封闭性等，并且往往直接控制着油气的运移与聚集（Ma Yinsheng，1997；Tingay et al，2009；Hennings et al，2012）。研究构造应力场，可以为油气富集区预测、井位部署、钻井工程、开发方案制定与调整、注采井网布置、压裂施工设计、油气井出砂预测以及套管保护等方面提供有效的理论支持（Li Zhiming and Zhang Jinzhu，1997；Zhou Wen et al.，2007）。构造应力场研究经过百余年的发展，形成了构造形迹分析、室内岩心试验、测井数据解释、矿场应力测试、物理模拟及数值模拟等系统研究构造应力场的技术体系，并已大量应用于油气的勘探开发（Zhou Wen et al.，2007）。 大北气田是库车坳陷克拉苏构造段上近年来探明的千亿方级大气田，同时也是我国“西气东输”工程的新气源区，其主体气藏目前已进入开发阶段，为了优化开发井网部署和射孔、压裂等开发方案的制定，有必要对构造应力场特征进行系统研究。前人针对大北气田主要开展了沉积相带、储层成因以及储层裂缝特征等方面的相关工作（Zhang Ronghu et al.，2008；Liu Chun et al.，2009；Zhang Bo et al.，2010，2011；Wang Bo et al.，2011；Li Shichuan et al.，2012；Wang Zhenyu et al.，2014；Lai Jin et al.，2015；Yuan Jing et al.，2015；Fu Xiaofei et al.，2016），但对构造应力场的分布特征还没有较为系统的论述。因此本文在单井构造应力分析的基础上，利用有限元法对古今构造应力场进行数值模拟，分析构造应力场的分布规律，并探讨构造应力场与构造裂缝及天然气产能之间的关系，以期为大北气田的开发工作提供一定的地质依据。 1 地质背景 大北气田位于塔里木盆地库车坳陷克拉苏构造带的大北段，西邻博孜段，东邻克深段（图1），由大北1、大北101、大北102、大北201、大北3等多个NE-SW走向的断块组成，断块之间被NW倾向的区域性逆冲断层所切割，天然气资源量丰富，其中大北102气藏（DB102井所在断块）和