油气勘探开发中的工程地质力学问题及研究方法

油气勘探开发中的工程地质力学问题及研究方法

张惠敏

身份证：150104199309063021

摘要：市场经济在快速发展，社会在不断进步，工程地质力学强调以地质学为基础，以力学为手段，研究和解决工程尺度的问题。随着油气勘探开发往深层、非常规迈进，所遇地质构造、岩石力学性质及其影响因素趋于多样化，井下复杂频发、效益建产困难等工程问题突出。本质在于地质体极具复杂性，尤其是以破碎性岩体和受成岩演化作用影响较大的碳酸盐岩等强非均质岩体为代表，缺乏一套合理的工程地质力学方法去预测和认识它的演化、破坏规律。

关键词：油气勘探开发；工程地质力学；问题；研究方法

引言

在地质学中石油地质勘探技术是其中一个专业门类，通过测量和观测其中的变化与分布来探索地层构成元素、地层构造及其地层演化情况，同时，分析地层宏观和微观的变化规律，获取部分的地质、构造、资源储量、埋藏深度等相关信息，还能在自然灾害监测与预测起着关键作用。由于构成地壳的不同岩层的磁性、电性、密度、地震波反射度存在一定的差异，其中差异能够引起地层的局部变化，通过测量这些差异性来了解地层情况，从而基于勘探技术来获取石油勘探目标。所以，石油地质勘探技术在油田勘探开发中起到至关重要的作用，是探测油气储量的位置、范围及储量的关键技术。通过石油地质勘探技术来了解矿区内地层情况，一般勘探技术有重力、磁法、电法、地震等来获取对应地层岩石的密度、磁力、导电率及岩石弹性等信息。对于石油地质勘探技术在不同的区域与空间应用，能分成陆地勘探技术与海洋勘探技术，对于不同的矿区情况，应用不同的勘探技术来达到勘探的最佳效果。

1基本背景与形势

“十三五”前3年，受持续低油价影响，国内油气勘探开发明显下行，投资下降，新增油气储量规模下降，石油产量连年下降，天然气产量一度缓慢增长。同时，国内油气消费持续增长，进口快速增加，对外依存度快速攀升。根据《全国石油天然气资源勘查开采通报》，2016—2018年，全国年均新增探明石油地质储量连续3年低于10.0×108t，远低于“十二五”年均水平（12.25×108t），其中2017年跌至8.77×108t左右。据国家统计局和海关总署数据，2018年底，国内石油产量为1.89×108t，比“十二五”末减产2600×104t，降幅达12.1%；同时，石油、天然气消费量大幅增加，2018年分别增至6.5×108t、2790×108m3，年均增速分别高达约6.0%、12.0%。石油、天然气对外依存度分别急剧攀升至71%、43.5%，比“十二五”末分别增加10个百分点、13个百分点。短短3年时间，我国油气对外依存度攀升幅度之大，历史罕见，究其原因，一方面是油气需求增长过快，更重要的是国内油气生产供应能力明显下降。国内油气勘探开发下行态势引起党和国家高度重视，习近平总书记做出了加大油气勘探开发力度，保障国家能源安全的战略决策。为贯彻落实战略决策，2018年石油企业制定了“油气增储上产七年行动计划”及其实施方案，在“十三五”后期与“十四五”时期的7年时间内，通过持续加大油气勘探开发力度，彻底扭转国内油气开发生产下行态势，不断推进油气增储上产，提高国内油气生产供应能力，确保国家油气安全。

2油气勘探开发中的工程地质力学问题的研究方法

2.1攻关形成勘探开发关键技术与装备，勘探开发支撑能力有效提升

转变以资源导向的发展理念，以变革性的技术实现资源有效快速转化，通过加强跨领域协同攻关、集成创新、集智创新，提升了加大勘探开发与增储上产力度的工程支撑能力。发展完善了特超深层、深水、页岩油气、致密油气、复杂山前带等重大领域的油气成藏理论，引领勘探开发领域不断延伸。攻关形成优快钻完井工艺技术与配套装备，不断突破特超深层、超深水勘探开发极限；不断完善水平井优快钻井技术、水平井体积改造技术、复杂山地工厂化作业技术等关键工程技术，页岩油气实现了跨越发展。

2.2进一步加强地质勘探技术创新性研究

油气地质勘探技术的创新需要投入大量资金、试验场地、人才队伍及政策支持才能推动技术进步发展。所以，需要油气田企业本质上重视地质勘探技术的创新，加大政策扶持力度、资金支持及扩大人才队伍来作为技术升级的重要支撑。第二，构建完整的技术革新体系。地质勘探技术的整体升级并形成完整的技术体系，要依托政府部门、石油高校及油气田企业在地质勘探技术中共同推进，才能快速构建完整的技术体系，确保国内油气勘探事业能够在地质勘探技术的助力下高速发展。第三，增强技术的实践性。目前，多数的创新性技术都是在实验室完成的，很多技术没有在油气田企业真正的应用，石油高校需加大跟油气田企业的战略合作，在油气田企业中挑选合适的研究区块进行试验研究，让地质勘探技术真正应用到实际企业中，而不是停留在研究阶段，通过不断的实践来逐步优化技术，让新技术真正意义上给企业创效增效。

2.3构造演化对岩石力学参数赋值的影响

构造演化对岩石力学参数赋值的影响可分为两方面：一是在构造演化过程中形成的褶皱、断裂等，应在建模中予以考虑，这些地质结构可通过地震资料等获取；二是构造演化对油气工程地质中天然裂缝预测的影响。天然裂缝的发育规律与展布特征是最关心的地质信息之一，受到古构造应力场的控制，现今应力场对其改造并影响开合程度。三维构造恢复方法是研究上述问题的核心技术手段，通过构造物理模拟再现研究区域构造几何形态的演变和断裂演化，但由于岩石力学性质的认识和刻画不充分，构造物理模拟的实验设计难以保证严谨性。数值模拟方法中形成了“剥蚀量恢复去断层去褶皱去压实校正古水深校正”的构造恢复流程，其中剥蚀量的计算仍然是世界性难题，且构造恢复结果难以直接验证。此外，不同类型的地质构造，其构造演化对工程地质的影响程度也有差异，如何将地质构造恢复的精确性与油气工程需求良好匹配是关键问题，需紧密结合地质学科与油气工程学科，深入认识构造演化史对工程地质的影响。

2.4加快调整完善有利于推进油气增储上产的体制机制

进一步完善油气勘查区块退出机制，实现区块退出与勘探发现之间的互动良性发展；推进环境保护与增储上产协调发展，用地用海适度向油气开发倾斜；加快推进油气矿权流转及勘查区块竞争出让制度化，尽快出台相应管理办法，完善区块出让机制，避免盲目“价高者得”的做法，进一步考虑技术、安全等因素的权重，有利于风险勘探；加大油气勘查区块投放力度，定期举行区块出让活动，促进油气勘探发现。

结语

1）考虑地质体力学性质及其影响因素的复杂性改进完善工程地质力学研究方法，需在区域三维地质构造建模的基础上，合理考虑精度与尺度的关系，建立区域井区单井跨尺度系统分析方法。2）在不同尺度上，应综合考虑沉积相、成岩作用、构造演化对岩石力学性质的影响进行合理赋值，同时结合井工程作业及时修正单井井区区域多尺度下的各类参数场，以获得更加精细、合理的评价结果。3）油气勘探开发中的工程地质力学问题要求立足多尺度地质信息的合理预测，结合不同环节的具体工程问题，把地质对象及其力学特征的原始状态和演变评价作为工程作业优化的基础。

参考文献

[1]李世海，李晓，刘晓宇.工程地质力学及其应用中的若干问题[J].岩石力学与工程学报，2006（6）：11251140.

[2]谷德振.岩体工程地质力学基础[M].北京：科学出版社，1979.