涠西南地区现今构造应力场数值模拟与井壁稳定性研究

论文摘要

为了解决中海油湛江分公司涠西南油田群钻井情况复杂及钻井事故多发的难题,采用弹-塑性增量法对涠西南地区现今构造应力进行了数值模拟,在明确该地区现今构造应力场空间分布状态的情况下,研究断裂或裂隙带在现今构造应力场作用下的活动性及其活动对井壁稳定性的影响,进而预测井壁稳定性区带,提出关于钻井工程的建议意见。 涠西南凹陷油气田的构造裂缝主要形成于古近纪。通过区域构造演化研究、正断层位移-长度法对控陷断层发育过程研究、裂缝形成机制和发育阶段的研究等,将涠西南地区白垩纪以来的构造发育及应力场演化划分为四个期次:早白垩世中期—古新世（135-52Ma,最大主压应力方向为NE-SW向）,始新世—渐新世（52-23.5Ma,最大主压应力方向为WNW-ESE向）,新近纪—早更新世（23.5-0.78Ma,最大主压应力方向为近SN向）,新构造期（0.78Ma-,最大主压应力方向为NW向）。通过对控陷断层发育和凹陷沉降中心迁移过程的研究发现,涠西南地区在古新世以前主要为NE向的涠西南凹陷的边界断层发生正断层活动,NW-SE向张裂;始新世-渐新世NE向断层以右行走滑为主,同时派生出一系列ENE向和近东西向羽状正断层（1号、2号、3号、4号断层）,从而形成了一个右行走滑断层系统,该断裂系统一直控制了该区的断层和裂隙带的发育。在新近纪到现今构造应力场的作用下,该断裂系统总体上呈压剪性,相对闭合。 涠西南地区地层的主要特点是断层多,微裂缝发育,水敏性极强,存在强各向异性,尤其是涠洲组二段和流沙港流二段泥页岩地层。论文重点研究了该地区地层的非均质性,通过单井沉积微相,两个平面（涠二段和流二段）以及11条剖面的精细沉积相划分,将研究区划分出13种变形强度不同的介质,大大提高了数值模拟模型的准确性。通过调研和创新,建立了三维的、考虑井斜的测井计算地应力模型。计算了17口井,18418.05米井段的地应力数值,以及表征岩石强度大小的参数（杨氏模量和泊松比）。结合震源机制和井径测井数据等资料,确定涠西南地区现今构造应力场的最大主压应力产状为320°∠5°。 利用尽可能符合地质实际的模型参数,模拟了涠西南地区11-1N、11-4N和12-1工区两个目的层平面（涠二段和流二段）和11条剖面的现今构造应力空间分布特征,模拟结果和计算统计的数据吻合得较好,同时得到了井史资料验证的支持。明确了研究区现今构造应力场的空间分布特征,划分了井壁稳定性区带,对涠西南油田群进行了比较详细的井壁稳定性预测,提出了相应的工程措施建议。

论文目录

• 1 引言
• 1.1 论文题目来源及选题意义
• 1.2 构造应力场模拟研究的主要进展
• 1.2.1 构造应力场模拟研究现状
• 1.2.2 弹-塑性增量法数值模拟的主要特点
• 1.3 研究思路、研究内容及工作量
• 1.3.1 研究思路及研究内容
• 1.3.2 完成工作量
• 2 涠西南地区新生代以来的区域构造应力场演化
• 2.1 区域地质背景
• 2.2 构造期次划分
• 2.3 区域构造应力场特征
• 2.3.1 早白垩世中期-古新世（135-52Ma）
• 2.3.2 始新世-渐新世（52-23.5Ma）
• 2.3.3 新近纪-早更新世（23.5-0.78Ma）
• 2.3.4 新构造期（0.78Ma-）
• 3 北部湾盆地北部坳陷构造演化及裂缝发育特征
• 3.1 断裂展布及发育特征
• 3.2 控陷断裂发育过程
• 3.1.1 涠西南断层
• 3.1.2 1号断层
• 3.1.3 3号断层
• 3.1.4 4号断层
• 3.2 构造沉降中心的迁移与凹陷演化过程
• 3.3 裂缝成因机制及裂缝发育阶段
• 4 构造应力场模拟的地质模型研究及模拟参数的确定
• 4.1 变形介质非均质性研究
• 4.1.1 沉积相类型及特征
• 4.1.2 沉积相的平面展布特征
• 4.1.3 沉积充填演化特征
• 4.2 构造应力方向的确定
• 4.3 构造应力值大小及变形介质物性参数的计算
• 4.3.1 构造应力值计算
• 4.3.2 涠西南地应力及变形参数的计算结果
• 5 构造应力场数值模拟
• 5.1 原理和方法
• 5.1.1 构造应力场有限元模拟方法简介
• 5.1.2 弹-塑性增量法数值模拟的原理及操作流程
• 5.2 平面应力模拟
• 5.2.1 涠西南凹陷11工区流二段
• 5.2.2 涠西南凹陷12工区流二段
• 5.2.3 涠西南凹陷11工区涠二段
• 5.2.4 涠西南凹陷12工区涠二段
• 5.2.5 平面应力模拟结果误差分析
• 5.3 剖面应力模拟
• 5.3.1 模型特征
• 5.3.2 剖面构造应力特征
• 5.3.3 剖面应力模拟结果误差分析
• 6 井壁稳定性探讨
• 6.1 涠西南油田群井壁稳定性现状
• 6.2 井壁稳定性与构造应力场的关系
• 6.3 涠西南油田群井壁稳定性区带预测
• 6.3.1 井壁稳定性分析方法
• 6.3.2 井壁稳定性区带预测及工程建议
• 7 主要成果、认识
• 致谢
• 参考文献
• 学位申请人基本情况