构造物理模拟和PIV有限应变分析对构造裂缝预测的启示

油气储层中构造裂缝发育与有限应变状态关系密切,为了探索有限应变分析与构造裂缝预测的新技术方法,此次研究设计完成了一组单侧挤压收敛模型的物理模拟实验,并引入粒子图像测速(PIV,Particle Image Velocimetry)技术对实验过程进行了定量化分析。实验模型在垂向上为含粘性层的多层结构,实验结果形成了一个肉眼可见的箱状褶皱。通过PIV技术可以获取实验模型变形演化过程中各阶段的位移场数据,计算出各阶段的增量应变,实现从初始状态到褶皱形成之后整个变形过程的有限应变分析,探讨构造裂缝成因机制和分布规律,进行定量化裂缝预测。挤压变形过程初期,应变分布范围很广,有限应变较弱(约4%~8%),在挤压方向上的线应变表现为弱压应变,在垂向上的线应变表现为弱张应变,这种现象是褶皱和断层产生前平行层缩短和层增厚的纯剪变形结果,也是区域型张裂缝和剪裂缝形成的主要机制。褶皱和断层即将发育之时至发育之后,应变局限在断层发育的剪切带及附近区域,有限应变表现为较强(达20%)的剪切应变和剪切张应变,是断层面附近简单剪切变形作用的结果,也是局部型剪裂缝和张剪裂缝形成的主要机制。     

岩石强度和应变速率对水平挤压变形影响的离散元模拟

离散元模拟是一种新的动力学模拟方法,它可以提供模型内部肉眼不能辨别的微小形变信息,生动的给出构造形变的几何特征与动力学过程,是我们深入了解地质构造形成演化历史、理解岩石变形机制、准确解译地震数据的良好方法.本文基于离散元理论构建模型,用C 和Java语言编写程序加以实现,模拟挤压条件下盐上褶皱和推覆带构造的形成、演化过程,通过四组对比实验的比较分析,详细研究了岩性强弱和推覆速度对盐相关挤压构造演化的控制作用.研究结果表明:1)沿积压方向,断层的年龄由老到新,约靠近推覆前端的断层越新.在挤压形变过程中,一旦有新的主要断层形成,之前的老断层即停止活动;2)脆性地层发育较多的断层,主断层贯穿整个地层,韧性地层中断层数量较少,断层位移小,只切断部分地层;3)脆性地层形变过程中地层厚度基本不变,显示地层内部应变较小,韧性地层的厚度有明显变化,显示地层内部应变较强;4)在岩性相似的务件下,挤压速率幔的系统断层发育较多,并且形变传播较远.     

断层裂缝定量描述技术在塔中X井区良里塔格组裂缝研究中的应用

断层裂缝定量描述技术(简称VSD技术)是针对构造平缓区致密储层内部与断层相关裂缝定量预测的新方法。将该方法应用于塔中X井区良里塔格组(O3l)的断层裂缝研究中,以过井地震剖面断层构造的VSD计算为例,指出该技术主要包括运用断面脱空原理进行裂缝系统的定性识别和对存在脱空空间的断层构造开展VSD定量计算两部分,后者由构造建模、地层建模、裂缝孔隙度约束及VSD计算4个步骤组成。在过井VSD计算结果得到岩心、钻井、测井资料验证基础之上,对全区断层构造逐一开展VSD计算,得到良里塔格组最大裂缝孔隙度平面分布图,揭示研究区主要发育7个规模较大的裂缝系统,其发育分布与断裂系统紧密相关,但并无一一对应关系。有效裂缝是否发育主要受控于断层作用过程中是否产生断面脱空空间:如果产生,则裂缝系统发育;反之则不发育。     

山前复杂构造须家河组致密储层裂缝发育带综合预测

川西龙门山山前的须家河组气藏为受断层和构造控制的裂缝-岩性气藏,针对这类裂缝性复杂气藏利用基于地质成因的地史时期应力场(应变)分析、沿层构造属性分析和叠前三维地震数据相干体分析等手段进行分析处理可以达到气藏裂缝发育带预测目的.实践表明,虽然在山前复杂构造带利用地震资料研究储层裂缝及其发育带确实有较大的难度,但联合运用基于应力场和断层与构造属性的裂缝综合预测方法,仍然在龙门山前须家河组气藏的应用研究中取得到令人满意的地质效果.     

逆断层控制构造裂缝发育的力学机制模拟

在探讨逆断层对构造裂缝控制作用的基础上, 应用Comsol有限元软件, 模拟不同水平作用力、不同岩性、不同断层倾角和距断层面远近等因素影响下断层及其周边区域的应力、应变情况, 并分析了不同控制因素下构造裂缝发育的规律。模拟结果表明, 构造裂缝的发育程度随施加的水平应力作用增大而线性增大; 岩石破裂前产生的应变量可用来描述岩石的脆性, 抗压强度对岩石破裂起主导作用, 而岩石的抗剪强度与岩石破裂发育有一定的相关性; 逆断层倾角存在一个临界角度, 使构造裂缝发育最为强烈; 逆断层控制裂缝发育, 距离断裂面越远裂缝发育程度越低, 并存在一个发育程度骤减的范围, 称为"断裂控制带", 该断裂控制带的形成和分布应该与断裂的性质、规模、断距及岩石力学参数等有关。      

有限元数值模拟技术在潜山裂缝定量预测中的应用——以珠江口盆地惠州凹陷惠州26构造为例

潜山储层的裂缝发育预测是勘探开发领域一个技术难题。目前多采用地震刻画、地震属性提取、周边钻井资料揭示以及岩芯观察等方法对地下裂缝的分布情况进行预测,但存在不少问题。笔者等通过有限元数值模拟方法对珠江口盆地惠州26构造裂缝发育情况进行预测,并提出预测流程。该方法首先采用断层生长连接分析结合演化史分析建立合适的几何模型和数理模型,通过给定力学参数和边界条件,模拟裂缝主要形成期文昌期、恩平期的古构造应力场,最终通过对张应力和剪应力大小及分布的分析来预测储层构造裂缝的发育程度。模拟结果显示,文昌期裂缝强烈发育区位于F2断层西段和F1断层西段,在惠州26构造处,构造的高部位裂缝发育强度较强,在4井位置裂缝发育较弱,在7井位置发育较好的裂缝。恩平期受应力方向和大小的改变影响,主要的裂缝发育区集中在F2断层下盘惠州26构造高部位。将预测结果与钻井结果进行比较,预测结果和钻探结果较一致,印证了该方法在古潜山裂缝预测中的实用性。有限元数值模拟方法不仅能够恢复构造裂缝形成期构造应力场的分布情况,也可以对储层构造裂缝的分布及发育程度进行预测,为裂缝型潜山油气藏勘探开发提供技术支持。     

有限元数值模拟技术在潜山裂缝定量预测中的应用——以珠江口盆地惠州洼陷惠州26构造为例

潜山储层的裂缝发育预测是勘探开发领域一个技术难题。目前多采用地震刻画、地震属性提取、周边钻井资料揭示以及岩芯观察等方法对地下裂缝的分布情况进行预测,但存在不少问题。笔者等通过有限元数值模拟方法对珠江口盆地惠州26构造裂缝发育情况进行预测,并提出预测流程。该方法首先采用断层生长连接分析结合演化史建立合适的几何模型和数理模型,通过给定力学参数和边界条件,模拟裂缝主要形成期文昌期、恩平期的古构造应力场,最终通过对张应力和剪应力大小及分布的分析来预测储层构造裂缝的发育程度。模拟结果显示,文昌期裂缝强烈发育区位于F2断层西段和F1断层西段,在惠州26构造处,构造的高部位裂缝发育强度较强,在4井位置裂缝发育较弱,在7井位置发育较好的裂缝。恩平期受应力方向和大小的改变影响,主要的裂缝发育区集中在F2断层下盘惠州26构造高部位。将预测结果与钻井结果进行比较,预测结果和钻探结果较一致,印证了该方法在古潜山裂缝预测中的实用性。有限元数值模拟方法不仅能够恢复构造裂缝形成期构造应力场的分布情况,也可以对储层构造裂缝的分布及发育程度进行预测,为裂缝型潜山油气藏勘探开发提供技术支持。     

南美奥连特盆地东部斜坡带构造变形物理模拟

南美奥连特盆地东部斜坡带发育大量与正断层反转活动有关的断背斜构造,也是非常有利的油气聚集区。文章主要应用比例化物理模拟实验方法,以奥连特盆地东部斜坡带为模拟对象,来分析早期正断层的陡缓程度、倾向组合以及断层间距等因素对正断层复活反转过程中断背斜构造形成的影响。模拟结果表明,当早期正断层均向挤压端倾斜时,如果陡倾角正断层更靠近挤压端,则陡、缓正断层都易发生反转,并形成断背斜构造。但当缓倾角正断层更靠近挤压端时,则该断层会吸收绝大部分的挤压量,而相对远离挤压端的陡倾角正断层不易发生反转。当早期正断层倾向相对时,距离挤压端更近的陡倾角正断层会吸收一定的挤压量,从而发生反转并形成背斜构造。而相对远离挤压端的缓倾角正断层是否发生复活反转则主要受断层间距的影响,距离越小越有利于断层反转。上述认识对在奥连特盆地东部斜坡带寻找与早期正断层反转有关的断背斜圈闭具有一定指导意义。     

辽河坳陷东部凹陷火山岩构造裂缝形成机制

研究区内最主要的次生裂缝是构造裂缝,是火山岩受构造应力作用后产生的裂缝。按规模构造裂缝可以分为区域构造裂缝与局部构造裂缝。局部构造裂缝包括与纵弯褶皱有关的裂缝、与横弯褶皱有关的裂缝和与断层有关的裂缝。构造裂缝反映出的应力场与区域或局部的应力场是一致的,同时不同级别、不同期次的断层活动过程也是局部或区域裂缝产生和叠加的过程。本区的区域构造裂缝的产生与整个辽河盆地新生代时期,受燕山运动、喜山运动、、幕的强烈影响过程中应力场的变化是一致的。构造裂缝的规模相对较大,在岩体中分布广、研究程度高、规律性强,且成组出现。火山岩要成为良好的储层,必须发育由后期构造作用产生的构造裂缝,将原生的孔隙连通起来,才能成为好的储层。因此,构造裂缝的形成机制对研究裂缝性储层具有十分重要的意义。     

塔中地区奥陶系碳酸盐岩储层裂缝发育特征及主控因素

主要依据塔中地区40多口钻井的奥陶系岩心裂缝观察、深浅侧向测井和FM I成像测井的响应特征等综合识别裂缝和获得裂缝特征参数。研究认为塔中地区奥陶系碳酸盐岩储层构造裂缝大量发育,以高角度缝和微裂隙最为发育,大、中缝较少,有近一半裂缝为未被充填的有效缝;平面上沿断裂带由西向东裂缝线密度变大,有效性增强;纵向上发育上奥陶统裂缝段、中—下奥陶统顶部100 m内裂缝段和深部裂缝段,中—下奥陶统顶部100 m内为裂缝集中发育段;裂缝发育程度与断裂构造和岩性关系密切,在断层发育密集区或多组断裂交汇处裂缝最发育,距离主断层或次级断层越近裂缝越发育,白云岩裂缝发育程度好于灰岩;好的裂缝发育区位于塔中地区东部多组断裂带交汇的部位。     

新疆柯坪-巴楚地区碳酸盐岩构造裂缝发育的控制因素及油气勘探意义

构造裂缝发育程度是碳酸盐岩地区构造裂缝定量研究的重要方面,对碳酸盐岩裂缝油气藏的储层预测具有重要意义。论文基于野外地质实际考察,研究岩性、地层厚度、构造性质等因素对构造裂缝的影响,建立比较系统的构造裂缝发育分布规律,建立构造裂缝发育的地质模型。白云岩的裂缝密度明显大于灰岩类的裂缝密度。地层越厚裂缝密度越小,但裂缝规模较大。走滑断裂控制的构造裂缝的裂缝密度与距断裂的距离呈指数关系且存在"断裂控制的裂缝带","断裂控制裂缝带"与断裂的性质、规模和断距等因素密切相关。提出不同性质断裂"断裂控制裂缝带"宽度与断层破碎带宽度的比值K,这个比值的发现对断裂控制的裂缝油气勘探开发具有重要的应用价值。     

断层相关裂缝定性识别：原理与应用

介绍一种定性识别和预测断层相关裂缝的新方法-断面脱空法。该方法以断面脱空理论为基础,通过建立断面脱空空间与断层相关裂缝之间的置换模型,从而实现通过观察断层形迹开展地下断层相关裂缝的定性识别。以塔中Ⅰ号断裂带西侧中古3、塔中72两个井区下奥陶统良里塔格组（O₃l）为例,基于地震资料分别开展剖面和平面上的断层相关裂缝识别,并将预测结果与钻井、测井及地震属性分析获得的裂缝发育特征进行对比研究。结果表明:利用断面脱空原理预测结果与钻测井揭示结果基本一致,与根据均方根检测的裂缝平面分布对比,细节上有差异,但总体特征基本一致,表明利用断面脱空原理可以定性地对断层相关裂缝做出预测。断面脱空理论的提出不仅为定性评价地表、地下断层相关裂缝发育分布规律提供一种新思路,更为定量表征断层相关裂缝提供重要的理论依据。     

断层相关褶皱对砂岩构造裂缝发育的控制约束

在砂岩储层中进行构造裂缝发育规律的研究,对储层预测具有一定的现实意义。文中以库车坳陷东部地区砂岩中发 育的断层转折褶皱和断层传播褶皱为研究对象,统计分析构造裂缝密度大小与断层距离的关系,探讨断层相关褶皱对裂缝 发育程度的规律性认识。分析结果发现:在断层相关褶皱中,构造裂缝的密度随着距断层距离的增大而减小,二者存在明 显的指数关系;并且在靠近断层和转折端的附近,存在一个构造裂缝密度骤减的范围,定义这个范围为“断层 - 转折端共 控构造裂缝带”。断层相关褶皱带内“断层 - 转折端共控构造裂缝带”的发现与认识,对构造裂缝的定量化研究以及油藏数 值模拟等都具有一定的指导意义。     

金湖凹陷天96断块阜二段储层裂缝多参数定量预测

基于应变能、表面能理论, 采用格里菲斯岩石破裂准则, 建立了金湖凹陷天96断块造缝期古地应力、现今地应力与裂缝参数之间的关系; 基于构造分析确定了造缝时期古地应力的类型和方向, 用声速法和水力压裂法确定了现今地应力的方向和大小, 将古今地应力场的数值模拟结果导入裂缝参数计算模型中, 模拟计算了天96断块阜二段裂缝的密度、开度、孔渗参数, 并结合古地应力场分析以及岩心裂缝统计数据对裂缝预测结果进行验证; 最后, 综合分析了影响天96断块裂缝发育的因素。      

吐─哈盆地丘陵油田裂缝定量预测探讨

裂缝油藏非常复杂和难以评价，本文从岩石脆性变形和递进变形的理论出发，从理论上指出了对裂缝发育程度进行定量预测的可能性，井尝试着在露头和岩芯裂缝资料的基础上，以脆性岩石的裂缝密度取决于岩石应变量为假设前提，通过构造曲率的定量分析、岩石弹性应变能的数值模拟计算，以及裂缝和断层的关系分析几方面相结合的方法，定量估算丘陵油田不同构造部位裂缝的发育程度。预测结果表明，丘陵油区裂缝发育程度总体有如下特征：裂缝密度总体西部相对较高，东部相对较低；中部较高，南北两侧较低。陵２４、２５井的预测结果和实际资料基本吻合。同时，对预测结果的可靠性作了初步评价。     

塔中54—塔中16井区良里塔格组裂缝定量化预测及发育规律

运用断面脱空理论与断层相关裂缝定量描述技术(VSD),以三维地震资料的地质构造精细解释为基础,对塔中54—塔中16井区上奥陶统良里塔格组断层相关的裂缝发育、分布特征进行了定量计算与预测,并以塔中823井为例较为详细地介绍了VSD计算的步骤及成果展示。研究结果表明:塔中54—塔中16井区总体上位于宽缓构造带,有效裂缝主要为断层相关裂缝,集中于断层附近,因牵引作用而造成该地区强烈褶曲形变。VSD计算结果得到了测井反演及岩心等资料的验证,表明VSD技术较为准确地预测了该区构造裂缝的发育分布情况,从而为后续勘探、开发、部署提供了依据。     

渝东南下古生界页岩构造裂缝形成及分布控制因素

天然裂缝对页岩气储集和渗流有重要影响,但目前对页岩构造裂缝研究不够深入。本文通过露头、岩心裂缝观察和分析,探讨了渝东南下古生界页岩构造裂缝类型、形成机理及分布控制因素。基于裂缝特征及力学成因,将剪切裂缝分为高角度剪切裂缝、倾斜滑脱裂缝和水平滑脱裂缝。倾斜滑脱裂缝是在上覆岩层重力和水平构造应力共同作用下沿应力集中的软弱面发生剪切滑动形成,水平滑脱裂缝是在构造挤压应力作用条件下主要沿页理面方向的剪切或层间滑动形成;页理发育程度及岩层曲率是控制水平滑脱裂缝形成的关键因素,岩石矿物组成、构造作用及岩层厚度是控制其它类型构造裂缝形成和分布的主要因素,页岩岩石力学层的划分需要根据裂缝特征、岩性变化特征、岩石力学参数及沉积界面等综合确定,岩层厚度与层间构造裂缝密度呈负相关关系。     

塔里木盆地克深2气田储层构造裂缝定量预测

塔里木盆地克深2气田是克拉苏构造带继克拉2气田和大北气田又一重点勘探领域,构造裂缝对改善该气田低渗透砂岩储层物性具有重要作用。在构造裂缝基本特征分析的基础上,通过建立力学模型,综合古今构造应力场的数值模拟以及构造裂缝参数定量计算模型,对克深2气田的构造裂缝空间分布规律进行了定量预测,最后综合构造裂缝的岩心描述、成像测井解释以及定量预测结果,总结了构造裂缝的分布规律。结果显示,断层带是构造裂缝的有利发育区,多发育充填程度较高的网状缝;背斜高部位的构造裂缝走向复杂,线密度较低,但开度和孔隙度等物性参数较高且充填程度低,整体发育程度较强,背斜翼部及构造低部位的构造裂缝整体发育程度较低;鞍部构造裂缝可密集发育,但较高的充填程度限制了该部位的天然气产量;垂向上随深度增加,构造裂缝线密度逐渐增大而物性参数逐渐减小,构造裂缝的整体发育程度逐渐降低。构造裂缝参数的定量预测结果与实测结果整体上一致,但受多种因素影响,仍然有一定的误差。