储层构造裂缝定量预测中地质数学模型的建立与应用研究.pdf

第17卷4期天然气地球科学Vo1．17No．4
2006年8月NATURALGASGEOSCIENCEAug．2006

天然气地质学

储层构造裂缝定量预测中地质数学模型的
建立与应用研究

邓攀，魏国齐，杨泳
(1．中国矿业大学(北京)，北京100083；2．中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北廊坊065007)

摘要：储层裂缝的空间分布和裂缝表征参数的定量研究是石油地质学前沿问题，人们常用三雏有
限元数值模拟技术进行构造裂缝的定量预测n]，确定储层裂缝的组系、方位和密度，弄清储层裂缝
的三维分布。以辽河欢喜岭地区为实例进行了中生界古构造研究与恢复，反演了古区域应力场，建
立了三维地质模型与相应的应力场计算模型，从构造力学和应力场的角度进行了该区中生界火山
岩储层的裂缝预测l2]。
关键词：应力场；裂缝；预测；储层
中图分类号：TEl22．2文献标识码：A文章编号：1672—1926(2006)04—0480—05

我国拥有相当数量的分布于裂缝性储层的油气参量有最小的计算量，从位移又可以方便的计算出
地质储量，储层中的构造裂缝占主导地位，故对油气各节点的应力和应变。故有限元分析一般采用位移
盆地致密储层构造裂缝空间分布规律的合理预测与模式。对于三维问题，受载的弹性体，其变形可以用
有利区评价，对我国油气勘探及开发将起到科学的体内各点的位移矢量()表示：
指导作用。{)一{uvw}(1)
i￡中：U=U(Z，，)，V=V(X，Y，)，W~W(X，，)
1有限元数值模拟的基本原理
表示该点位移沿，Y，方向的分量，一般情况下是

三维有限元法是地质学中进行数值模拟的一种，，的函数。弹性体的应力状态可用体内各点的
有效方法，其主要思想是：将一个连续的弹性体用剖应力矢量()表示：
面分成有限个单元，单元之间以节点相联系，通过构{crj—VaUyUTTT](2)
造插值函数和利用节点的平衡条件求得节点上位移弹性体的应变状态可用体内各点的应变矢量
的近似值，进而求出单元的应变和应力的近似值。用(E)表示：
有限元法计算地壳应力场时，第一步就是单元划分。{￡)一[￡yyy](3)
单元划分的依据是野外地质调查、地震勘探资料和
处于平衡状态的受载弹性体内，应变与位移、应
钻孔岩心的剖面分析等结果。单元形状一般采用三力与应变、应力与外力之间存在一定关系，称为弹性
角形单元。在应力、应变变化剧烈、地质构造复杂的力学的基本方程，加上边界条件给定，构成求解弹性
区块，可设计较小的单元，应力、应变变化较平缓的力学问题的基础。
区块可采用较大的单元。同时还要考虑介质参数变I．1应变一位移关系(几何方程)
化的界面、地质构造迹线、地震活动断层等。第二步在弹性体小变形时，应变与位移是线性的，基本
是单元分析：对于平面问题，每个节点上有3个可以方程是：
不等的应力分量、3个可以不等的应变分量、2个可
一(4)
以不等的位移分量。以位移作为有限元计算的基本

收稿日期：2006—04—17；修回日期；2006—06—02．
基金项目：国家基础研究发展计划(“973)项目(编号：2001CB209103)资助．
作者简介：邓攀(1964一)，男，重庆市璧山人，工程师，硕士，主要从事石油天然气综合地质研究．E—mail：[e-mail]
No．4邓攀等：储层构造裂缝定量预测中地质数学模型的建立与应用研究481

平衡方程化成用位移表述，面力边界条件也化成用
一(5)
位移表述，这样，以位移为基本未知量的弹性力学问
一笔(6)题求解的方法是，寻找3个未知函数(z，，2)，V
(z，y，2)和W(x，，2)，它们在弹性体内要满足用位
T一+十(7)移表述的3个平衡方程，在弹性边界面上要满足给
定位移边界条件以及用位移表述的给定面力边界条
T：=一+十(8)件。从上面公式中求得应力大小和方向。

T一一+十(L9)J2古构造应力场的数值模拟
2．1裂缝形成时期的确定
1．2应力一应变关系(物理方程)
确定裂缝形成期的主要方法有l3]：①地质构造
对于线性各向性材料，采用虎克定律表示点的
方法：包括构造变形特征分析，裂缝的交切关系和分
府蛮钋量与府力分量的美系，表式为：
期配套等；②实验室方法，主要测定裂缝充填物中的
一面1[一y(+)]
矿物和包裹体的年龄。本次研究主要采用地质构造
方法确定裂缝的形成期。
Ey=
~-Eay--7(口+)]QG潜山为岩浆岩和变质岩潜山油藏，其中以
一面1[一y(+)]太古界的混合花岗岩为主，时代古老。火山岩形成于
中生代，经历了长期的、复杂的地质构造变动。本区
y在大地构造上属于华北地台，古生代以前构造稳定，
变动微弱，以垂直升降运动为主，这一阶段构造裂缝
一形成较少。中生代这一地区经历了复杂的构造