储层构造裂缝定量预测研究及评价方法
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岩石 ,即含有多裂隙的结构体 ,岩石的破坏过程 属于裂隙的扩展过程 。由于岩石内微小裂隙的存 在 ,在裂隙的尖端存在应力集中的现象 ,从而使裂隙 扩展 ,以至破坏 (格里菲斯 ,1921) 。格里菲斯准则就 是判断张破裂的 ,其二维修正表达式如下 (压应力为
2 研究实例和问题讨论wenku.baidu.com
基于构造应力场和形变场分析之上的构造裂缝 预测研究在油气田生产应用中取得了较好的成果 (丁中一等 ,1998 ;宋惠珍 ,1999 ;周新桂等 ,1999) 。 下面 3 个实例都是在详细地质分析 、储层裂缝数理 统计 、储层岩石参数实测和精细应力场模拟基础上 , 从不同侧面完成裂缝定量预测分析过程 。 2. 1 辽河欢喜岭油田中潜山带二维有效裂缝带分
布规律预测 Ο 潜山油藏的一个显著特点是裂缝网络构成了储 集层主要的渗流和储集空间 。欢喜岭构造是辽河盆 地西部坳陷的一个二级构造单元 ,其东南紧邻曙光 油田 、双台子油田和双南油田 ,西北紧靠笔架岭油田 和兴隆台油田 ,处于辽河盆地西部凹陷和西部凸起 焊接部位 ,构造条件优越 ,油源丰富 。欢喜岭地区前 第三系潜山带包括太古界 (Ar) 和中生界 。太古界 (Ar) 主要是混合花岗岩 ,中生界为砂砾岩 、砂泥岩 、 安山岩和玄武岩 ,还有少量的火山角砾岩和凝灰岩 。 断裂构造十分发育 。
油气区储层裂缝可以由与应变能相关的剪裂 缝 、与岩层褶皱相关的张裂缝以及与断层相关的剪 裂缝 和 张 剪 裂 缝 为 主 组 成 ( Murray , 1968 ; Price , 1966 ; McQuilian ,1973) 。裂缝发育密度与曲率 、应 变能 、破裂率和断层密切相关 。裂缝发育密度对裂 缝发育程度的影响是相对独立的 ,通过叠加处理可 以得到对裂缝密度的综合影响效应 。
根据裂缝发育的制约因素和以往研究经验 、成 果 ,总结出裂缝研究的基本方法 : ①岩石破裂法 ; ② 主曲率法 ; ③能量法 ; ④统计学方法 。 1. 1 构造裂缝定量研究与评价方法 1. 1. 1 构造裂缝定量观测和描述技术 该方法包 括 6 个方面 : ①盆内岩心与盆缘相似露头区岩石裂 缝研究对比 ,裂缝表征参数的确定 ; ②不同组系裂缝 频率及密度分布 ,与裂缝有关的各几何参数间关系 研究 ; ③裂缝形成时期确定 ; ④裂缝形成机制 ; ⑤裂 缝有效性分析和储渗类型确定 ; ⑥裂缝的连通性和
1 裂缝研究及评价方法
沉积岩储层裂缝以构造活动形成的构造裂缝为 主 ,构造裂缝是伴随构造变形过程形成的 。伴生裂 缝与构造发展具有统一应力场 ,具有透入性特点 ,而 诱导裂缝是构造变形过程中诱导出的局部变形而形 成的 。
构造裂缝在局部构造和断裂带中的分布具有明 显的规律性 。与局部构造相关的裂缝的形成过程中 既有伴生裂缝 ,又有诱导裂缝 ,后者与局部构造部位 关系密切 。利用应力与应变的关系和构造主曲率 法 ,可以预测裂缝分布及其发育密度 。
( 1) Chi na U niversity of Geosciences , Beiji ng , 100083 ; 2) I nstit ute of Geomechanics , CA GS , Beiji ng , 100081)
Abstract More t han half of oil2gas gross output in t he world comes from t he fractural oil2gas pools , which will constitute one of t he most important oil - gas producing fields in t he 21st century. Nevert heless , t he complexity of fractural reservoirs in petroliferous basins has hindered t he development of petroleum industry. Viewed from t he research situation bot h in China and abroad , t he quanti2 tative prediction of spatial distribution of compact and fractural reservoirs , t he quantitative depiction of reservoir fracture parameters and t he quantitative evaluation of such reservoirs remain t he forefront problems in petroleum geology which require furt her deepgoing investigation. This paper summarizes t he research situation ,major progress and met hods of quantitative prediction and evaluation of t he natural fracture system of reservoirs. At t he same time ,some examples are given for illustrating t he role of quantitative prediction of reservoir tectonic fractures in t he exploration of oil2gas resources. It is hoped t hat such work will enlighten petroleum researchers on t his subject . Key words compact reservoirs tectonic fracture system quantitative prediction evaluation met hods
早第三纪末是该区裂缝形成的主要时期和油气 主要成藏期 。古构造应力最大主压应力作用方向为 NWW —SEE ,大小为 54. 8 M Pa ;最小主压应力方向 为 NN E —SSW ,大小为 25. 7 M Pa 。模拟时潜山带 中不同岩性的岩石力学参数均采用了实测值 。在建 立地质模型中详细地考虑了地层 、岩性分布 、构造形 态和断裂展布样式 。
与断裂相关的裂缝为断裂的低级 、低序次构造 。 断裂带中以伴生裂缝为主 ,断裂附近则是诱导裂缝 的发育部位 。在断裂形成的同时 ,往往产生一系列 和断裂平行的剪破裂 (Nelson ,1985) ,其与断裂是同 一应力场下的产物 ( McQuilian ,1973) 。一般来讲 , 诱导裂缝主要分布于断裂两侧有限区域或断层末端 应力释放区 (武红岭等 ,2002) 。宏观上分析 ,与断裂 相关的裂缝分布受断层展布规律的控制 ,其裂缝密 度是岩性 、断层面的位移与断层面的距离 、埋藏深度 和断层类型等参数的分布函数 (Nelson ,1985) 。
The Methods f or Quantitative Prediction and Evaluation of Structural Fissures in Reservoirs
ZHOU Xingui1 ,2) D EN G Hongwen1) CAO Chengjie1) YUAN J iayin2) MAO Xiaochang1) XIAO Yuru1)
裂缝渗流系统的建立 。 1. 1. 2 构造裂缝定量预测和评价技术 该方法包 括 9 个方面 : ① 裂缝形成期构造应力场测量技术 (丁原辰等 ,1997) ; ②构造裂缝数值模拟技术与裂缝 评价 (文世鹏等 ,1996) ; ③地层条件下岩石破裂试验 裂缝预测评价技术 ; ④构造应力 (包括最大主应力 、 剪应力和有效张应力) 与岩石自身力学属性对比 ; ⑤ 构造挠曲场度分析与裂缝评价 ; ⑥F 指标法应用技 术 (周新桂等 ,1998) ; ⑦裂缝分形技术评价裂缝发育 程度 (周新桂等 ,1997) ; ⑧地球物理资料的裂缝识别 和预测技术 ; ⑨多因素叠合综合评判技术 。
裂缝研究有着悠久的历史 ,但储层裂缝研究是 上世纪中叶开始的 。至今形成了许多富有特色的研 究方法 。早在 20 世纪 60 年代 ,以 Murray 等 (1968) 为代表从构造本身的结构特征出发 ,探讨了构造形 变主曲率与裂缝发育的关系 ,并提出裂缝性岩体的 力学模型 。20 世纪 70 年代末和 80 年代初 ,国内以 王仁 (1979) 、曾锦光 (1982) 等为代表从构造应力场 入手 ,根据岩石破裂准则开展定量预测裂缝分布规 律的数值模拟方法探讨 ; 90 年代 ,该领域研究有了 较大的进展 ,丁中一 (1998) 、文世鹏 (1996) 、宋慧珍
(1998 ,1999) 等将构造应力场数值模拟和地质基础 工作紧密结合 ,形成和发展了一套以有限元数值模 拟为基础的 ,应用岩石破裂准则进行裂缝定量预测 的研究方法 。该方法既严格考虑了裂缝成因机制 , 又能较好地与油气生产实际和应用相结合 。
近年裂缝识别技术和岩心定向技术开发和利用 在定量研究覆盖区裂缝展布 、裂缝有效性和油气运 移规律上已取得了长足的进展 (周新桂等 ,1998) ;特 别是地质力学理论和方法在裂缝型油气藏中的应 用 ,逐步形成了从裂缝系统 、断裂构造体系的建立到
第 24 卷 第 2 期
地 球 学 报
Vol. 24 No. 2
2003204/ 1752180
ACTA GEOSCIEN TIA SIN ICA
Apr. 2003/ 1752180
储层构造裂缝定量预测研究及评价方法
周新桂1 ,2) 邓宏文1) 操成杰1) 袁嘉音2) 毛晓长1) 肖玉茹1)
本文由中国地质科学院地质调查项目“陆上油气新区资源战略调查与评价”(编号 :D KD2104011) 子课题“塔里木盆地油气富集规律及勘探 潜力综合评价”和中石化新星公司项目“鄂北塔巴庙地区构造应力场 、裂缝系统定量预测及天然气有利靶区评价”(编号 : P0207722) 资 助。
改回日期 :200228212 ;责任编辑 :宫月萱 。 第一作者 :周新桂 ,男 ,1966 年生 ,博士生 ,副研究员 ,主要从事石油构造 、应力场与油气运移研究工作 。
( 1) 中国地质大学 ,北京 ,100083 ;2) 中国地质科学院地质力学研究所 ,北京 ,100081)
摘 要 裂缝型油气藏油气产量占整个石油天然气产量的一半以上 ,是 21 世纪石油增储上产的重要领域之一 ,但目前致密储 集体裂缝参数的定量表征和空间分布规律定量预测评价 ,仍是石油地质界的前沿问题 ,在一定程度上阻碍了世界石油工业的 发展 。从国内 、外研究现状来看 ,对裂缝及裂缝型油气藏预测评价研究仍处于探索阶段 。世界上大多数裂缝性油气田的裂缝 主要为构造裂缝 ,对构造裂缝空间分布规律的合理预测评价 ,无疑对油气勘探开发起到科学的指导作用 。本文综述了储层裂 缝研究现状 、进展和主要研究方法 ,同时通过近几年工作典型实例阐明裂缝研究在不同类型油气藏勘探中的作用 。 关键词 致密储层 裂缝系统 定量预测 评价方法
© 1994-2012 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
176
地 球 学 报
2003 年
精细三维构造裂缝数值模拟技术 ,从以构造应力为 主的运移势场模拟计算到裂缝型油气藏预测理论技 术体系 (武红岭等 ,1999 ;谭成轩等 ,1999) ,给裂缝油 气藏的研究及评价注入了新的活力 。
2 研究实例和问题讨论wenku.baidu.com
基于构造应力场和形变场分析之上的构造裂缝 预测研究在油气田生产应用中取得了较好的成果 (丁中一等 ,1998 ;宋惠珍 ,1999 ;周新桂等 ,1999) 。 下面 3 个实例都是在详细地质分析 、储层裂缝数理 统计 、储层岩石参数实测和精细应力场模拟基础上 , 从不同侧面完成裂缝定量预测分析过程 。 2. 1 辽河欢喜岭油田中潜山带二维有效裂缝带分
布规律预测 Ο 潜山油藏的一个显著特点是裂缝网络构成了储 集层主要的渗流和储集空间 。欢喜岭构造是辽河盆 地西部坳陷的一个二级构造单元 ,其东南紧邻曙光 油田 、双台子油田和双南油田 ,西北紧靠笔架岭油田 和兴隆台油田 ,处于辽河盆地西部凹陷和西部凸起 焊接部位 ,构造条件优越 ,油源丰富 。欢喜岭地区前 第三系潜山带包括太古界 (Ar) 和中生界 。太古界 (Ar) 主要是混合花岗岩 ,中生界为砂砾岩 、砂泥岩 、 安山岩和玄武岩 ,还有少量的火山角砾岩和凝灰岩 。 断裂构造十分发育 。
油气区储层裂缝可以由与应变能相关的剪裂 缝 、与岩层褶皱相关的张裂缝以及与断层相关的剪 裂缝 和 张 剪 裂 缝 为 主 组 成 ( Murray , 1968 ; Price , 1966 ; McQuilian ,1973) 。裂缝发育密度与曲率 、应 变能 、破裂率和断层密切相关 。裂缝发育密度对裂 缝发育程度的影响是相对独立的 ,通过叠加处理可 以得到对裂缝密度的综合影响效应 。
根据裂缝发育的制约因素和以往研究经验 、成 果 ,总结出裂缝研究的基本方法 : ①岩石破裂法 ; ② 主曲率法 ; ③能量法 ; ④统计学方法 。 1. 1 构造裂缝定量研究与评价方法 1. 1. 1 构造裂缝定量观测和描述技术 该方法包 括 6 个方面 : ①盆内岩心与盆缘相似露头区岩石裂 缝研究对比 ,裂缝表征参数的确定 ; ②不同组系裂缝 频率及密度分布 ,与裂缝有关的各几何参数间关系 研究 ; ③裂缝形成时期确定 ; ④裂缝形成机制 ; ⑤裂 缝有效性分析和储渗类型确定 ; ⑥裂缝的连通性和
1 裂缝研究及评价方法
沉积岩储层裂缝以构造活动形成的构造裂缝为 主 ,构造裂缝是伴随构造变形过程形成的 。伴生裂 缝与构造发展具有统一应力场 ,具有透入性特点 ,而 诱导裂缝是构造变形过程中诱导出的局部变形而形 成的 。
构造裂缝在局部构造和断裂带中的分布具有明 显的规律性 。与局部构造相关的裂缝的形成过程中 既有伴生裂缝 ,又有诱导裂缝 ,后者与局部构造部位 关系密切 。利用应力与应变的关系和构造主曲率 法 ,可以预测裂缝分布及其发育密度 。
( 1) Chi na U niversity of Geosciences , Beiji ng , 100083 ; 2) I nstit ute of Geomechanics , CA GS , Beiji ng , 100081)
Abstract More t han half of oil2gas gross output in t he world comes from t he fractural oil2gas pools , which will constitute one of t he most important oil - gas producing fields in t he 21st century. Nevert heless , t he complexity of fractural reservoirs in petroliferous basins has hindered t he development of petroleum industry. Viewed from t he research situation bot h in China and abroad , t he quanti2 tative prediction of spatial distribution of compact and fractural reservoirs , t he quantitative depiction of reservoir fracture parameters and t he quantitative evaluation of such reservoirs remain t he forefront problems in petroleum geology which require furt her deepgoing investigation. This paper summarizes t he research situation ,major progress and met hods of quantitative prediction and evaluation of t he natural fracture system of reservoirs. At t he same time ,some examples are given for illustrating t he role of quantitative prediction of reservoir tectonic fractures in t he exploration of oil2gas resources. It is hoped t hat such work will enlighten petroleum researchers on t his subject . Key words compact reservoirs tectonic fracture system quantitative prediction evaluation met hods
早第三纪末是该区裂缝形成的主要时期和油气 主要成藏期 。古构造应力最大主压应力作用方向为 NWW —SEE ,大小为 54. 8 M Pa ;最小主压应力方向 为 NN E —SSW ,大小为 25. 7 M Pa 。模拟时潜山带 中不同岩性的岩石力学参数均采用了实测值 。在建 立地质模型中详细地考虑了地层 、岩性分布 、构造形 态和断裂展布样式 。
与断裂相关的裂缝为断裂的低级 、低序次构造 。 断裂带中以伴生裂缝为主 ,断裂附近则是诱导裂缝 的发育部位 。在断裂形成的同时 ,往往产生一系列 和断裂平行的剪破裂 (Nelson ,1985) ,其与断裂是同 一应力场下的产物 ( McQuilian ,1973) 。一般来讲 , 诱导裂缝主要分布于断裂两侧有限区域或断层末端 应力释放区 (武红岭等 ,2002) 。宏观上分析 ,与断裂 相关的裂缝分布受断层展布规律的控制 ,其裂缝密 度是岩性 、断层面的位移与断层面的距离 、埋藏深度 和断层类型等参数的分布函数 (Nelson ,1985) 。
The Methods f or Quantitative Prediction and Evaluation of Structural Fissures in Reservoirs
ZHOU Xingui1 ,2) D EN G Hongwen1) CAO Chengjie1) YUAN J iayin2) MAO Xiaochang1) XIAO Yuru1)
裂缝渗流系统的建立 。 1. 1. 2 构造裂缝定量预测和评价技术 该方法包 括 9 个方面 : ① 裂缝形成期构造应力场测量技术 (丁原辰等 ,1997) ; ②构造裂缝数值模拟技术与裂缝 评价 (文世鹏等 ,1996) ; ③地层条件下岩石破裂试验 裂缝预测评价技术 ; ④构造应力 (包括最大主应力 、 剪应力和有效张应力) 与岩石自身力学属性对比 ; ⑤ 构造挠曲场度分析与裂缝评价 ; ⑥F 指标法应用技 术 (周新桂等 ,1998) ; ⑦裂缝分形技术评价裂缝发育 程度 (周新桂等 ,1997) ; ⑧地球物理资料的裂缝识别 和预测技术 ; ⑨多因素叠合综合评判技术 。
裂缝研究有着悠久的历史 ,但储层裂缝研究是 上世纪中叶开始的 。至今形成了许多富有特色的研 究方法 。早在 20 世纪 60 年代 ,以 Murray 等 (1968) 为代表从构造本身的结构特征出发 ,探讨了构造形 变主曲率与裂缝发育的关系 ,并提出裂缝性岩体的 力学模型 。20 世纪 70 年代末和 80 年代初 ,国内以 王仁 (1979) 、曾锦光 (1982) 等为代表从构造应力场 入手 ,根据岩石破裂准则开展定量预测裂缝分布规 律的数值模拟方法探讨 ; 90 年代 ,该领域研究有了 较大的进展 ,丁中一 (1998) 、文世鹏 (1996) 、宋慧珍
(1998 ,1999) 等将构造应力场数值模拟和地质基础 工作紧密结合 ,形成和发展了一套以有限元数值模 拟为基础的 ,应用岩石破裂准则进行裂缝定量预测 的研究方法 。该方法既严格考虑了裂缝成因机制 , 又能较好地与油气生产实际和应用相结合 。
近年裂缝识别技术和岩心定向技术开发和利用 在定量研究覆盖区裂缝展布 、裂缝有效性和油气运 移规律上已取得了长足的进展 (周新桂等 ,1998) ;特 别是地质力学理论和方法在裂缝型油气藏中的应 用 ,逐步形成了从裂缝系统 、断裂构造体系的建立到
第 24 卷 第 2 期
地 球 学 报
Vol. 24 No. 2
2003204/ 1752180
ACTA GEOSCIEN TIA SIN ICA
Apr. 2003/ 1752180
储层构造裂缝定量预测研究及评价方法
周新桂1 ,2) 邓宏文1) 操成杰1) 袁嘉音2) 毛晓长1) 肖玉茹1)
本文由中国地质科学院地质调查项目“陆上油气新区资源战略调查与评价”(编号 :D KD2104011) 子课题“塔里木盆地油气富集规律及勘探 潜力综合评价”和中石化新星公司项目“鄂北塔巴庙地区构造应力场 、裂缝系统定量预测及天然气有利靶区评价”(编号 : P0207722) 资 助。
改回日期 :200228212 ;责任编辑 :宫月萱 。 第一作者 :周新桂 ,男 ,1966 年生 ,博士生 ,副研究员 ,主要从事石油构造 、应力场与油气运移研究工作 。
( 1) 中国地质大学 ,北京 ,100083 ;2) 中国地质科学院地质力学研究所 ,北京 ,100081)
摘 要 裂缝型油气藏油气产量占整个石油天然气产量的一半以上 ,是 21 世纪石油增储上产的重要领域之一 ,但目前致密储 集体裂缝参数的定量表征和空间分布规律定量预测评价 ,仍是石油地质界的前沿问题 ,在一定程度上阻碍了世界石油工业的 发展 。从国内 、外研究现状来看 ,对裂缝及裂缝型油气藏预测评价研究仍处于探索阶段 。世界上大多数裂缝性油气田的裂缝 主要为构造裂缝 ,对构造裂缝空间分布规律的合理预测评价 ,无疑对油气勘探开发起到科学的指导作用 。本文综述了储层裂 缝研究现状 、进展和主要研究方法 ,同时通过近几年工作典型实例阐明裂缝研究在不同类型油气藏勘探中的作用 。 关键词 致密储层 裂缝系统 定量预测 评价方法
© 1994-2012 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
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地 球 学 报
2003 年
精细三维构造裂缝数值模拟技术 ,从以构造应力为 主的运移势场模拟计算到裂缝型油气藏预测理论技 术体系 (武红岭等 ,1999 ;谭成轩等 ,1999) ,给裂缝油 气藏的研究及评价注入了新的活力 。