川西大邑构造须3段气藏裂缝预测

尚 玲,秦启荣,贾 丽,贾中庆

(1.西南石油大学,四川成都610500;2.中国石化河南油田分公司井下作业处)

川西大邑构造须3段气藏裂缝预测

尚 玲1,秦启荣1,贾 丽1,贾中庆2

(1.西南石油大学,四川成都610500;2.中国石化河南油田分公司井下作业处)

从川西大邑构造现今构造形迹特征入手,利用有限元数值分析技术,模拟工区须3段气藏岩体的古构造应力场和破裂接近程度系数(η);将η与实际资料和野外观测结果对比,确定不同裂缝发育级别及其对应的η值;结合岩石力学与构造地质学理论、野外裂缝观测结果以及实际生产资料,对大邑构造须3段裂缝发育程度、裂缝类型及产状进行预测,结果表明:大邑构造须3段裂缝较发育,裂缝分布比较有规律性,主要集中在大邑构造断层附近、断层交叉部位、断层末梢,构造高陡带,裂缝主要发育方位为北西向和北东向,裂缝的主要类型为高角度剪切缝、低角度剪切缝和张性缝。

大邑构造;岩体破裂;裂缝预测;须家河组

1 区域地质概况

大邑构造须家河组气藏是近年来四川盆地川西坳陷天然气勘探的重大发现。大邑构造处于龙门山冲断带前缘隐伏构造带中段,南与前缘隐伏构造带南段的邛西构造鞍部相接,北与鸭子河-聚源构造向斜相隔,西与关口断层向斜相望,东以彭县断层为界与彭县大向斜相望,是龙门山前缘隐伏构造带内的重点局部构造。

大邑构造为断背斜构造,构造圈闭受局部构造和断层双重控制,褶皱变形适中,须3段气藏储层岩性为浅灰色、灰白色厚层-块状中～细粒岩屑长石石英砂岩,夹少量深灰色、灰黑色页岩,属三角洲平原亚相沉积[1-2]。储层的物性条件差(一般孔隙度值小于3.5%、渗透率值小于0.25×10-3μm2),属特低孔-特低渗储层,由于大邑构造地处龙门山前缘,构造活动频繁,裂缝比较发育,裂缝是形成工区有效储层的必要条件之一[3]。

2 构造解析及地质模型建立

2.1 构造解析

大邑构造由于地处龙门山冲断带前缘,构造活动频繁,构造形态复杂。构造解析结果表明,大邑构造的构造形迹特征十分明显,主要发育NE向和NNE向构造形迹,分别是受到早期NW向和晚期EW向的构造挤压力作用而形成的。在这两组构造形迹中,首先是印支运动期以NW-SE向构造挤压力作用为主,沿一组贯通裂缝产生垂向位移,形成大规模的逆断层,在断层的形成过程中,同时伴生出现低幅褶皱构造(牵引构造),并派生出NE向的小断层及大量的“X”裂缝,大邑构造已具雏形。晚期喜山运动以EW向构造挤压为主,由于大巴山造山带由北向南的推覆挤压叠加,大邑构造东侧的彭县断层发生左旋扭动,派生出的近南北压扭性断层联合构成的近东西向主压应力,此期运动对早期形成的构造形迹进行改造,大邑构造最终形成。

2.2 地质模型

地质模型就是通过对地质体所发生的各种地质过程的认识所形成的一种理想模式,也可以视为地质过程的再现。地壳岩体中的褶皱、断层和裂缝等构造都是由于岩层受到构造力的作用而产生构造变形的结果,其形成过程是一个力学的应力-应变过程[4-5]。

根据对大邑构造须3段构造解析结果的认识,抽象出用于实际计算的地质结构模型。根据构造形态特征将整套岩层分为不同的构造分区,其中对于较大的构造,将构造的高部位从大的构造区带中划分出来,成为特殊的材料区;对于断层,按照断层走向、规模大小的不同分别给定材料;对于研究区内不同的断裂和褶皱等构造通过调节其所在位置的单元材料来实现。模型将研究区内所有断裂和褶皱构造考虑在内,因此较为客观、真实地反映了地质原型的材料模型。

2.3 边界条件

根据构造解析结果和地质模型的外部形态,模型设置的边界条件如下:大邑构造主要是受两期构造应力影响而形成的,模拟计算时,在南西和南东两个边界进行单向约束,早期北西向构造应力主要通过在北西边界施加52 M Pa的正应力,形成均布荷载来实现;晚期东西向应力主要通过在北东边界施加3 M Pa逆时针的剪切力来实现;在北东边界加载10 M Pa的正应力,以控制模型介质不产生大的泊松效应而发生较大规模的变形,达到控制边界的作用。

2.4 物理力学参数

因地质原型的岩石类型为致密砂岩,属脆性材料,故计算模型采用弹性本构模型,用基于Mohr-Coulom b强度准则来判断岩石材料的破坏状态。模型计算所需的主要材料力学参数(如弹性模量、泊松比、残余内聚力、残余内摩擦角以及岩体抗拉强度等)依据国际岩石力学学会公布的相似材料的岩石力学性质参数、岩石力学试验测试结果以及工程地质类比法综合确定[6-8],根据研究区构造特征,在构造的不同部位采用不同的力学参数。

3 古构造应力分布规律

在上述地质模型基础上,通过对模型的离散化和数值分析,所得结果如下:

(1)大邑构造主要受到北西向挤压力作用,最大主应力矢量方向为近北西向展布,大邑构造须3段最大主应力值主要呈北西向延伸的条带状分布,最大主应力分布主要分布在45～53 M Pa,总体上分布比较均匀,但在经过构造高点及断层时,应力会相应增大;高值主要分布在断裂的尾段、断裂拐弯部位以及几条断层的交叉部位,在跨越断层处,最大主应力有增大现象,但是差值不大。

(2)最小主应力方位与最大主应力垂直,总体分布特征呈南东延伸的条带状分布,其值一般在8～12 M Pa之间;最小主应力分布也较均匀,但在经过构造高点及断层时,应力会有些许增大;在平缓地带处最小主应力值较小,在断层周围其值较大,而其它区域分布则比较均匀。

(3)剪应力分布特征比较明显,其值主要分布在-1.65～1.5 M Pa之间,最大剪应力主要集中在断层交汇处、断层转弯处和高点附近,在断层附近波动幅度较大。

4 岩体破裂及裂缝预测

4.1 须3段裂缝预测标准

根据模型模拟所得构造应力场和应变场结果,以及岩石破裂变形结果[9-10],结合大邑构造的地质、构造特征和钻井、试油等方面的生产资料,对于大邑构造须3段的裂缝发育程度特制订了表1的评价标准。

表1 大邑构造须3段裂缝预测的η值标准

4.2 须3段岩体破裂特征

模拟结果表明:大邑构造须3段岩体破裂程度表现出岩体整体破坏程度较高且较集中的特点,该区岩体破坏程度值均大于1.071,最大破坏接近程度系数为1.755,大部分达到或超过破裂临界值(理论上的破裂临界值是1)。从平面上看,岩体破坏程度最高的地区主要分布在断层周围,破坏度达到1.755,其次是断层间区域、断高点以及腰部等部位,破坏度达1.266～1.461;距离断层较远且构造平缓的地方破坏度较低,破坏度达1.168～1.266。总体来看,大邑构造岩体破坏程度较高,岩体的破坏区域主要分布在大邑构造的北西翼,即F2断层的上盘;而在大邑构造的南东翼,即F2断层的下盘,岩体破坏程度较低。

4.3 裂缝发育程度预测

根据大邑构造须3段裂缝预测的η值标准(表1),结合岩石力学、构造地质学的原理、理论以及钻井、取心、生产资料等进行综合分析,对大邑构造须3段岩体破裂特征及裂缝发育规律进行预测(图1),预测结果如下:

(1)断裂带:断裂带主要分布在断层及其附近地区,大邑构造发育有北北东向和北西向断层,早期形成的北东向断层规模较大,并且在晚期受到改造破坏继续加强,断裂带的破坏接近程度值都大于1.461,是全区破裂程度最高的区域,其岩体最大破坏接近程度系数达到1.655。裂缝主要发育与断层伴生的低角度剪切缝,裂缝发育方位为北北东向和北西向。

图1 裂缝发育及平面分布预测

(2)I级裂缝发育区:主要分布在大邑构造断层高点、断层周围地区以及挠曲部位,主要沿构造轴部和断层呈条带状分布,即大邑1井、大邑3井、大邑4井、大邑102井井区,该区岩体破坏接近程度值高,普遍在1.461以上,这些I级裂缝发育区主要受早期构造应力场作用,晚期构造运动对它有一定的影响作用。根据上述资料和该区多种因素综合预测:I级裂缝发育区主要形成北东方向,近南北向,近东西向和北西向裂缝系统。裂缝倾角主要以高角度剪切缝(大于 60°)和高角度张性缝(大于 60°)以及低角度剪切缝(小于60°)。

(3)II级裂缝发育区:主要位于 I级裂缝发育区的外围及相邻区域的断层周围,围绕 I级裂缝区呈北北东向环带状分布,主要围绕大邑构造的高点以外分布。在早期构造应力作用下,最大主应力值与最小主应力的应力差值较大,故该区岩体破坏接近程度值较高,在1.168～1.266之间。II级裂缝发育区裂缝较发育,主要形成北西向和近东西向裂缝系统。裂缝主要以高角度剪切缝和低角度剪切缝为主,张性裂缝不太发育。

(4)Ⅲ级裂缝发育区:主要发育在大邑构造断裂带、I级裂缝发育区和 II级裂缝发育区以外的广大地区,整体呈带状沿北北东向延伸。Ⅲ级裂缝发育区最大主应力值的应力差值一般,故该区岩体破坏接近程度值中等,在0.966～1.168之间。Ⅲ级裂缝发育区裂缝发育程度一般,主要形成北西向和北东向裂缝系统,主要是在北西向构造运动时期形成的高角度剪切缝和低角度剪切缝。

5 结论

(1)大邑构造须3气藏为特低孔-特低渗储层,工区裂缝发育,Ⅰ级裂缝发育带主要分布在构造高点以及腰部等曲率较大的部位,裂缝发育方位主要为北东方向,近南北向,近东西向和北西向,裂缝类型以高角度剪切缝、低角度剪切缝和高角度张性缝为主;Ⅱ级裂缝发育带主要分布在高点外围、平缓构造带以及距断层稍远的部位,裂缝发育方位主要为北西向,近东西向和北东向,裂缝类型主要为剪切裂缝和张性缝;Ⅲ级裂缝发育带主要分布在II级裂缝发育带以外,裂缝发育方位为北西向和北东向,裂缝类型以高角度剪切缝和低角度剪切缝为主。

(2)工区裂缝主要发育方位为北西向和北东向,裂缝的主要类型为断层伴生的剪切缝、断层派生的张性缝和剪切缝。裂缝在平面上的分布主要集中在断层及断层附近、断层交叉部位、断层末梢,此外构造高点和构造高陡带裂缝也比较发育,其余地区如断层外围区和高点外围和平缓构造带裂缝相对不发育。总体来看,研究区的裂缝发育分布特征比较有规律性。

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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年毕业于西南石油大学勘查技术与工程专业,在读硕士生,主要从事构造地质、测井解释、裂缝预测等工作。

四川省重点学科建设项目(SZD0414)资助。

编辑:吴官生