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三维构造应力场与油气运移及其在辽河油田滩海地区的应用

王红才  
【摘要】: 石油天然气资源是战略资源。搞清石油和天然气的分布规律,具有重要的意义。研究表明,地应力场和油气分布有密切的联系,因而油田应力场的研究十分重要。尽管前人在这方面做了大量的研究,但是由于问题的复杂性,这一研究依然处于探索阶段。本论文研究“三维应力场、裂缝及其与油气移聚关系”,完成了深入细致的石油地质分析、构造应力场历史分析、地应力测量、岩石力学实验测试、三维应力场有限元法数值模拟、三维裂缝数值计算、应力场与油气运移、裂缝与油气运移综合研究工作,在基础理论探讨、技术方法创新、软件编制及综合应用等方面,均有较大的突破。本文取得了如下的成果和主要认识: 1 运用现代力学理论,将石油地质环境分析与岩石力学应力应变分析相结合,探讨了油气运移的机理,认为地应力是油气运移的主要驱动力之一。指出了三维应力场中平均应力是描述油气流体在孔隙地层中运移的主要指标,平均应力梯度减小的方向就是油气运移的优势方向。 2 完善了从油田地质研究、岩(体)石力学分析、应力与油气运移关系、三维有限元数学模拟、油气运移分析到靶区预测的全系列技术路线。深化了三维有限元分析这一环节。 3 发展了有限元三维建模技术,建立了一套独特的“始于地层和断层形态描述、先建层、再成体”的三维网格剖分技术。其核心是含复杂断裂起伏多变空间地层的分割剖分技术。它能较准确地反映油田应力场地质模型的力学特性,精度高,也有很高的效率。 4 深入研究了三维张性微裂缝形成的力学机理,首次指出:在裂隙内饱含孔隙水的情况下,微裂缝周边的应力集中程度更高,裂缝更容易扩展乃至连通,因此,在张裂缝发育的研究中应该对格里菲斯准则进行修正。 5 改进了三维有限元模拟后处理分析,编制了在WINDOWS系统下运行的油田应力场地质分析程序,形成了软件包,实现了矢量的三维空间变换及结果的可视化及自动成图,提高了分析的自动化水平。软件可视化包括:空间应力矢量(大小和方向)、裂缝性态(张裂缝和剪裂缝发育程度及其方向矢量)在特定观察面(如沿起伏的地层面)上的展示。 6 在应用实践方面,结合辽河滩海地区完成了系列化分析。建立了真三维模型,反映了地层、断层的真实性态,计算得到了该地区三维应力场和油气运移的主要指标(最大水平主应力方向、平均主应力、张裂缝和剪裂缝及其方向矢量)三维分布图,完成综合分析,指出:①应力场总体上制约着本区油气运聚总趋势,油气由西北部盖州滩洼陷向东部太阳岛断裂背斜带及燕南潜山带运移聚集。②随 时代由老到新,三期构造应力场的应力数值变大,同时,裂缝发育程度增强,运 移通道环境改善,表明时代越新油气运移能力增强。③应力分布特点:平面上, 断裂带及其附近为低应力值区;在剖面上,断裂浅部应力低,断裂深部应力高。 流体势在深部为高势区,浅部为低势区。它驱使油气由断裂两侧向断裂带移聚, 然后由沿断裂带由深部向浅部移聚。油气运移为水平加垂向的混合模式。这些部 位也是裂缝相对发育区。④三期构造应力场空间最大主应力方向皆为垂向,五裂 缝大多为50”~85”的中高角度剪裂缝,油气的垂向运移比较明显。同时,还沿 最大水平主应力方向发生侧向运移。⑤在局部范围内,断裂的交汇处、断裂的弧 弯内测、构造高部位重叠处,是油气勘探优先考虑的区域。③预测了油气有利成 藏区域,为油田勘探和开发提供了科学依据。


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