开采区块地表沉降位移的有限元分析.pdfVIP

维普资讯 大 庆 石 油 学 院 学 报 第 29卷 第 3期 2005年 6月 JOURNAIOFDAQ1NG PETROlEUM 1NST1TUTE Vo1．29 No．3 Jun． 2005 开采区块地表沉降位移的有限元分析 罗 敏 ，刘 巨保 (大庆石油学院 机械科学与工程学院，黑龙江 大庆 163318) 摘 要：地下水和油气过度开采引起 RQ区块地表沉降，致使套管上窜位移达 1．15m，选取该区块中地表面积 2220 m×1560m，垂深 3300m作为研究对象，考虑 l2口油井、3个水层、1个油层和2个夹层，建立了空间地应力与地位移计 算模型；通过对 3种工况下均匀储层的有限元分析计算，得到了开采后不同 L隙流体压力作用下各储层的变形和地表沉 降位移，其 中底层水引起地表沉降位移最大，占总位移的42．9 ；根据 12口井套管上窜位移实测值 ，采用反分析技术，探 讨了RQ区块储层不均匀 L隙流体压力对地表沉降不均匀位移的影响，在套管上窜位移比较大的井周围，其 L隙压力比 较低 ，为进一步预测和控制 RQ区块地表沉降位移提供依据． 关 键 词：地表沉降；位移 ；应力场 ；有限元 中图分类号：0357．3 文献标识码 ：A 文章编号：1000—1891(2005)03—0055—04 0 引言 在地下水和油气开采过程中，储层上部岩石质量一部分由储层的骨架承受 ，另一部分 由孔隙流体承 受．随着地下水和油气的不断开采，储层孔隙压力降低，储层骨架的有效应力增大，同时，上部岩石质量大 部分转移到储层骨架，导致储层的压实和变形，各储层变形叠加引起地表的沉降位移．对 RQ 区块 ，由于 地下3层水系和原油开采 ，已造成地表严重沉降，大部分油井套管出现上窜现象，有的油井套管上窜位移 达 1．15m，而储层开采后变形计算属于流固耦合问题 ，在套损分析中已对单储层开采后的变形及多储层 联合开采后引起地表沉降位移按平面问题作过计算口 ]，但多储层按空间问题的计算还未见报道．拟根 据局部区块储层特征 ，综合考虑储层孔隙压力变化，通过实验测得的体积压缩系数和弹性模量等参数 ，应 用有限单元法研究地表沉降位移的变化规律 ，以揭示 RQ区块产生地表沉降位移的主要原因． 1 计算模型 Z 根据 RQ区块油藏构造井位图，建立 RQ 区块地位移 有限元分析模型，见图1，该模型包括表层水、中问水层、底 层水、油层和 12口油井 ，地表面积为 2220m×1560m． 根据该区块岩层分布状态，忽略小层影响，将地表至 3300 m深度的岩层划分为8个层位，各层物理参数是根据室内 三轴实验得到，见表 1，该模型采用空间八节点六面体单元 离散 ，共分 17442个节点 ，15392个单元 ，模型储层材料为 各向异性． 图1 RQ 区块地位移有限元分析模型 2 有限元分析 2．1 流体孔隙压力 根据广义达西定律和基本方程 ，把求解 区域划分为有限个单元 ，把单元e作为求解 区域R的一个子 收稿 日期：2004—07—01；审稿人：李国义；编辑：任志平 作者简介：罗 敏(1968-)，女，硕士，副教授 ，主要从事力学中有限元计算方面的研究 维普资讯 大 庆 石 油 学 院 学 报 第 29卷 2005年 域 AR，在这个子域上对泛 函求 表 1 地层的层位划分及计算参数 极值 ，推得单元刚度方程为 H 一 F。， (1) 一 I|cB【捌 ， (2)