天然气地球科学
高级检索
作者投稿 专家审稿 编辑办公

天然气地球科学 ›› 2021, Vol. 32 ›› Issue (6): 923–930.doi: 10.11764/j.issn.1672-1926.2021.01.014

• 天然气资源与经济 • 上一篇    

利用地应力评价地下储气库断层密封性方法及应用

张广权(),曾大乾,范照伟,糜利栋,张俊法,王丹丹,贾跃玮,杨小松   

  1. 中国石化勘探开发研究院，北京 100083
  • 收稿日期:2020-10-13 修回日期:2021-01-17 出版日期:2021-06-10 发布日期:2021-05-24
  • 作者简介:张广权（1979-），男，河北沧州人，高级工程师，硕士，主要从事开发地质、地下储气库评价与设计研究.E-mail： zhanggq.syky@sinopec.com.
  • 基金资助:
    中国石化科技部项目群“中国石化地下储气库建设关键技术研究”(P18096);国家自然科学基金(51804334)

Method and application of in-situ stress field to evaluate fault sealing of underground gas storage traps

Guang-quan ZHANG(),Da-qian ZENG,Zhao-wei FAN,Li-dong MI,Jun-fa ZHANG,Dan-dan WANG,Yue-wei JIA,Xiao-song YANG   

  1. SINOPEC Petroleum Exploration and Production Research Institute，Beijing 100083，China
  • Received:2020-10-13 Revised:2021-01-17 Online:2021-06-10 Published:2021-05-24
  • Supported by:
    The Project Group of SINOPEC Ministry of Science and Technology(p18096);Supported by National Natural Science Foundation of China(51804334)

RichHTML

53799

PDF (PC)

437

摘要：

目前对不同地区不同类型地下储气库圈闭密封性的评价方法差异较大，尤其在圈闭断层动态密封性方面，没有一套系统的、完整的评价方法和体系。在调研大量国内外储气库密封性评价文献的基础上，结合国内27座已建储气库的密封性评价实例，提出了一种利用应力场评价储气库圈闭断层动态密封性的方法。从地质力学角度考虑，通过分析注采过程中应力场的变化，评价储气库圈闭的动态密封性。首先，进行单井地应力参数计算，建立现今三维地应力场，分析各主应力与有效应力的空间分布。其次，利用Coulomb破坏准则，判断现今地应力状态下断层稳定性。最后，在三维地应力模型和三维数值模型的基础上，进行多周期注采、交变载荷下储气库断层动态密封性评价，结合储气库的历史拟合和数值模拟成果，主要是模拟多个注采周期内孔隙压力的变化，建立应力—流体的动态耦合模型，分析储气库注采过程中随着孔隙压力变化引起地应力的动态变化（有效应力）过程，进而评价断层密封性的应力风险。运用该方法，可以明确储气库在不同注采周期下储气库能否安全运行。

关键词: 地下储气库, 密封性评价, 地应力, 孔隙压力, 耦合模型

Abstract:

At present， there are great differences in the evaluation methods of underground gas storage traps in different regions and types， especially in the aspect of fault dynamic sealing， there is no systematic and complete evaluation method and system. Based on the investigation of a large number of literatures on sealing evaluation of gas storage at home and abroad， combined with the sealing evaluation examples of 27 built gas storages in China， this paper puts forward a method to evaluate the dynamic sealing property of gas storage traps by using stress field. From the perspective of geomechanics， the dynamic sealing property of gas storage traps is evaluated by analyzing the change of stress field in the process of injection and production. Firstly， the in-situ stress parameters of single well are calculated， the current three-dimensional in-situ stress field is established， and the spatial distribution of principal stress and effective stress is analyzed. Secondly， the Coulomb failure criterion is used to judge the fault stability under the present in-situ stress state. Finally， the main purpose of this paper is to establish a three-dimensional numerical model to simulate the dynamic change of reservoir pressure and the cyclic pressure of gas injection reservoir. The process of dynamic change （effective stress） of in-situ stress caused by the change can be used to evaluate the stress risk of fault sealing. This method can be used to determine whether the gas storage can be operated safely under different injection production periods.

Key words: Underground gas storage, Trap sealing, In situ stress field, Pore pressure, Coupling model

中图分类号: 

  • TE121

表1

地下储气库单井地应力及岩石力学参数计算模型"

模型参数计算公式公式符号说明
上覆岩层压力σV=∫0Hρgdhρ为岩石密度，g/cm3;g为重力加速度,m/s2;h为垂深,m
地层孔隙压力Pp=σV-σV-PNCTxNCTxobs3.0PNCT为正常地层压力,MPa;xNCT、xobs分别为正常压力和实际压力条件下的测井响应
最大水平主应力SHmax=K1×SV-Pp+PpK1为最大水平主应力有效应力比值，暂取0.43
最小水平主应力SHmin=K2×SV-Pp+PpK2为最小水平主应力有效应力比值，暂取0.62
砂岩单轴抗压强度UCSST=325??700×exp-0.037×DTCODTCO为声波时差,s/m
泥岩单轴抗压强度UCSSH=72.5×Vp2Vp为纵波速率,km/s
砂、泥岩动态弹性模量YMD=ρVs23Vp2-4Vs2/Vp2-Vs2Vp、Vs分别为纵、横波速率,km/s
砂、泥岩静态弹性模量YMS=0.066×YMD1.632
动态泊松比PRD=Vp2-2Vs2/2Vp2-Vs2Vp、Vs分别为纵、横波速率,km/s
伪密度DEN=0.23×1??000??000/DTCO0.25DTCO为声波时差,s/m

图1

地应力模型"

图2

三轴压缩下岩样应力分布模式"

图3

X地下储气库断层分布"

图4

X地下储气库断层室内实验结果"

图5

X1井地应力计算结果"

图6

X地下储气库上覆地层压力（SV）三维地应力模型"

图7

X地下储气库F1断层地应力参数"

图8

X地下储气库现今地应力下断层的稳定性（F1断层的Tau-ratio）"

图9

X储气库预测最高孔隙压力状态下断层的稳定性"

图10

断面处某时刻孔隙压力的分布"

图11

断层四维动态稳定性分析"

1 DAVID A，LOCKNER，JAMES D，et al. An earthquake instability model based on faults containing high fluid-pressure compartments［J］.Pure and Applied Geophysics Pageoph，1995， 145（3-4）：717-745.
2 马新华，郑得文，申瑞臣，等. 中国复杂地质条件气藏型储气库建库关键技术与实践［J］.石油勘探与开发，2018，45（3）：489-499.
MA X H， ZHENG D W， SHEN R C， et al. Key technology and practice of gas reservoir construction in China with complex geological conditions［J］. Petroleum Exploration and Development，2018，45（3）：489-499.
3 李如一. 断层圈闭封闭性综合判别方法及其应用［J］. 大庆石油地质与开发，2019，38（4）：1-6.
LI R Y. Comprehensive discrimination method of fault trap sealing and its application［J］. Daqing Petroleum Geology and Development，2019，38（4）：1-6.
4 孙莎莎，唐立根. 多周期交变载荷工况下地下储气库密封性评价［J］.科学技术与工程，2016，6（6）：23-28.
SUN S S， TANG L G. Sealing evaluation of underground gas storage under multi period alternating load condition［J］. Science and Technology and Engineering，2016，6（6）：23-28.
5 彭平.储气库密封性评价体系的建立及初步应用［C］∥ 2017年全国天然气学术年会论文集.杭州：［出版者不详］，2017：1717-1725.
PENG P. Establishment and Preliminary Application of Gas Storage Tightness Evaluation System［C］∥ Proceedings of 2017 National Natural Gas Academic Annual Meeting，Hangzhou：［s.n］，2017：1717-1725.
6 朱海军. 断层封闭性研究现状与展望［J］. 科学集输与工程，2014，14（1）：124-131.
ZHU H J.Current situation and prospect of fault sealing resea-rch［J］.Scientific Gathering and Engineering，2014，14（1）：124-131.
7 吕延防，王伟，胡欣蕾，等. 断层侧向封闭性定量评价方法［J］.石油勘探与开发，2016，43（2） ： 310-316.
LV Y F， WANG W， HU X L， et al. Quantitative evaluation method of fault lateral sealing［J］. Petroleum Exploration and Development， 2016，43（2） ： 310-316.
8 付广，史集建，吕延防. 断层侧向封闭性定量研究方法的改进［J］.石油学报，2012，33（3）：414-418.
FU G，SHI J J， LV Y F. Improvement of quantitative research method of fault lateral sealing［J］.Acta Petroleum Sinica，2012，33 （3）： 414-418.
9 佐白科 M D.储层地质力学［M］.石林，陈朝伟，刘玉石等译.北京：石油工业出版社，2012：56-63.
ZOBAIKE M D，Reservoir Geomechanics［M］. Translated by SHI L， CHEN C W， LIU Y S，et al. Beijing：Petroleum Industry Press，2012： 56-63.
10 张阳. 断层泥比率法在储气库断层侧向封闭［J］.录井工程，2019，30（3）：39-51 .
ZHANG Y. Fault gouge ratio method for lateral sealing of gas storage fault［J］.Mud Logging Engineering，2019，30（3）：39-51.
11 舒萍，高涛，王海燕，等. 大庆油田升平储气库盖层密封性划分标准及评价［J］.大庆石油地质与开发，2019，38（5）：1-5.
SHU P，GAO T， WANG H Y，et al. Classification standard and evaluation of seal property of Shengping gas storage reservoir in Daqing Oilfield［J］. Daqing Petroleum Geology and development，2019，38（5）：1-5.
12 李国韬，刘在同，刘宁. 通过地下水文学研究评估含水层储气库盖层密封性［J］.天然气勘探与开发，2018，41（3）：90-94.
LI G T，LIU Z T，LIU N. Evaluation of seal property of aquifer gas storage reservoir caprock through groundwater literature research［J］. Natural Gas Exploration and Development， 2018，41（3）：90-94.
13 丁国生. 枯竭气藏改建储气库需要关注的几个关键问题［J］.天然气工业，2011，31（5）：87-89.
DING G S. Several key issues in the reconstruction of depleted gas reservoir into gas storage［J］. Natural Gas Industry，2011，31（5）：87-89.
14 李玥洋，田园媛，曹鹏，等. 储气库建设条件筛选与优化［J］. 西南石油大学学报：自然科学版，2013，35（5）：123-129.
LI Y Y，TIAN Y Y，CAO P，et al.Screening and optimization of gas storage construction conditions［J］.Journal of Southwest Pe-troleum University：Natural Science Edition，2013，35（5）：123-129.
15 郑得文，胥洪成，王皆明，等.气藏型储气库建库评价关键技术［J］.石油勘探与开发，2017，44（5）：794-801.
ZHENG D W，XU H C，WANG J M，et al. Key technologies for construction and evaluation of gas reservoir type gas storage［J］. Petroleum Exploration and Development，2017，44（5）：794-801.
[1] 梅青燕, 邹成, 杨山, 杨胜来, 赵益, 郑伟. 孔隙结构特征和非均质性对碳酸盐岩气藏开发的影响[J]. 天然气地球科学, 2020, 31(12): 1757-1765.
[2] 邹贤军, 陈亚琳. 四川盆地涪陵地区龙马溪组页岩横向各向同性地应力测井评价方法[J]. 天然气地球科学, 2018, 29(12): 1775-1780.
[3] 金凤鸣，贾善坡，张辉，林建品，尚翠娟，刘静，刘团辉，赵政嘉，席增强. 京津冀地区断陷盆地含水层储气库评价体系及目标优选[J]. 天然气地球科学, 2017, 28(9): 1433-1445.
[4] 江同文，张辉，王海应，尹国庆，肖香姣. 塔里木盆地克拉2气田断裂地质力学活动性对水侵的影响[J]. 天然气地球科学, 2017, 28(11): 1735-1744.
[5] 宋连腾，刘忠华，李潮流，袁超. 孔隙压力成因测井反演方法研究—以Y井为例[J]. 天然气地球科学, 2015, 26(2): 371-376.
[6] 李勇，汤达祯，许浩，孟艳军. 柳林地区煤层气勘探开发模式研究[J]. 天然气地球科学, 2014, 25(9): 1462-1469.
[7] 倪小明, 陈鹏, 李广生, 张宜生. 恩村井田煤体结构与煤层气垂直井产能关系[J]. 天然气地球科学, 2010, 21(3): 508-512.
[8] 刘之的. 不同地应力条件下定向井地层坍塌压力变化规律分析[J]. 天然气地球科学, 2010, 21(1): 107-111.
[9] 刘洪林;王勃;王烽，;李贵中;秦勇 . 沁水盆地南部地应力特征及高产区带预测[J]. 天然气地球科学, 2007, 18(6): 885-890.
[10] 谭成轩;韩淑琴;孟宪刚;雷伟志;孙 叶;王连捷. 重庆开县天然气井喷事故与现今地应力环境变化的思考[J]. 天然气地球科学, 2007, 18(6): 908-910.
[11] 王皆明, 姜凤光. 裂缝性潜山含水构造改建地下储气库库容计算方法[J]. 天然气地球科学, 2007, 18(5): 771-773.
[12] 王皆明;郭平;姜凤光;. 含水层储气库气驱多相渗流机理物理模拟研究[J]. 天然气地球科学, 2006, 17(4): 597-600.
[13] 张幸福;谢广禄;曾杰;张延波;. 大张坨地下储气库运行模式分析[J]. 天然气地球科学, 2003, 14(4): 240-244.
[14] 王喜双;关德范;. 挤压型盆地油气聚集与地应力场[J]. 天然气地球科学, 1997, 8(1): 1-6.
[15] 张娟； 宋庆祥； . 国外一种新的经验预测方法——从获取的地震资料中预测岩石的孔隙压力[J]. 天然气地球科学, 1992, 3(5): 43-49.
Viewed
Full text


Abstract

Cited
  Shared   
  Discussed   
No Suggested Reading articles found!