由起潮力反演含油(水)层的应力变化-地震工程学报.PDF

第22 卷　第3 期 西　北　地　震　学　报 Vol.22　No.3 2000 年9 月 NORTHWESTERN SEISMOLOGICAL JOURNAL Sept., 2000 由起潮力反演含油(水)层的应力变化 刘元生, 张昭栋, 崔桂梅, 王忠民, 董传富 (山东省地震局, 山东济南　250014) 摘要:通过水平层状封闭含油层模型, 根据弹性理论和地下流体动 学理论, 结合固 体潮理论, 研究了起潮 对油井动态的影响, 给出了由起潮 反演含油层应 的方 法.用该方法计算了1983 年菏泽M 5.9 地震和日本秋田M 7.7 地震的应 降, 所 S S 得结果与用其他方法计算的结果相近. 主题词:引潮力;应力;含油层;反演 + 中图分类号:TE33 1.2　　文献标识码:A　　文章 号:1000-0844(2000)03-0329-04 0 　 言 地震的孕育发生过程与地壳应力场的变化有直接关系.深井油(水)动态对地壳应力场的 变化有较灵敏的反映, 这已为大量的观测事实所证实.不少学者正在研究利用油井动态变化进 行地震的监测预报问题.然而, 地壳应力场的变化在浅部有什么反映, 浅部地壳应力应变的变 化对含油层的应力应变及油井的动态变化会产生什么影响, 这些问题都是需要进行研究的.否 则无法从油井动态观测资料中提取地震孕育和发生的信息. 在油田中除了用于地震观测的油井外还有不少用于水位观测的深井.有些井的深度相当 于含油层的深度, 而且封闭性良好, 对深层的应力应变有灵敏的反映.这些深井水位的动态与 油井动态有一些共性, 因为二者都是深层应力应变的反映, 都是多孔介质中流体孔隙压力的反 映. 本文以油田的水位观测深井为例, 分析研究了起潮力与油(水)井动态的关系, 给出了明确 的数学模拟方程, 并用其简化解给出了起潮力与含水(油)层应力应变之间的关系式, 提出了利 用油(水)井动态反演含油(水)层应力变化的新方法. 1　用井水位的体应变固体潮效应反演含水层的应力变化 1.1　井水位体应变固体潮效应 人们对穿过封闭含水层的水井水位能够反映地球固体潮的认识, 已有100 多年的历史了. 由于井水位响应的量值与含水层的弹性介质有关, 因此, 很多学者对此做了大量的观测研究工 作[1 ～5] .本文采用了水文地质中最典型的水平分层承压含水层模型, 即含水层是各向同性的 均匀介质, 其上下都分布有不透水隔层, 各层都是水平展布且向四周无限延伸.含水层内有一 口井径不大的完整井.另外假定各层介质是完全弹性介质.根据弹性理论和地下流体动力学理 收稿日期:2000-01-10 基金项目:山东省科委重点科研项目 作者简介:刘元生(1945-), 男(汉族), 山东济南人, 高级工程师, 从事地震科技开发和地震地质等研究工作. 　　　　　　　　　　　　　　　　　　西　北　地　震　学　报　　　　　　　　　　　　　　　　　　第22 卷 330 [ ] 论, 可以建立体应变固体潮对承压含水层水位影响的偏微分方程 : H K 2 K Θ = H - (1) t ρg[(1-n)α+nβ] ρg[ (1-n)α+nβ] t 其中:H 为含水层的承压水头;K 为含水层的渗透系数;ρ为含水层内水的密度;g 为重力加速 度常数;n 为含水层的孔隙度;α为含水层固体骨架的体积压缩系数;β为含水层内水的体积压 缩系数;Θ为固体潮应变. 通过一定的边界条件, 可以求出方程(1)的简化解, 从而得到水井水头与体应变固体潮之 间的关系: