流體-地質力學耦合建模表征水力壓裂誘發地震:以加拿大Fox Creek地區為例

作者：惠鋼,陳勝男,顧斐

摘要：隨著水力壓裂技術在頁巖氣開發中的廣泛應用,加拿大西部盆地的誘發地震活動顯著增加.目前對于誘發地震的綜合表征方法還不成熟.本文采用一種綜合地質、巖石力學及流體力學的研究方法,對Fox Creek地區2015年2月8日發生的M 3.0誘發地震事件進行了綜合表征.首先,利用高分辨率三維反射地震資料,采用螞蟻體追蹤技術識別潛在斷層.其次,利用測井曲線和壓裂施工數據等資料定量求取巖石力學及地應力參數,建立三維地質力學模型,明確水力壓裂縫的空間擴展規律.最后,建立流體-地質力學耦合模型,計算水力壓裂過程中斷層附近的孔隙壓力及局部應力變化,利用摩爾-庫侖破裂準則判定斷層激活的時間與空間位置,揭示本次誘發地震事件的觸發機制并提出風險控制對策.結果表明,三條由Precambrian基底向上延伸至Duvernay地層的近垂直斷層在水平井壓裂過程中被激活.由于水平井的部分壓裂縫與斷層溝通,注入流體沿斷層的高滲透破裂帶向下迅速擴散,在基底位置激活斷層并誘發M 3.0地震事件.其中孔隙壓力增加是本例中斷層活化的主要因素.現場措施表明,增大壓裂水平井與已知斷層之間的距離被可以有效地降低地震風險.因此在進行水平井鉆井及壓裂作業之前,明確地下斷層的分布位置至關重要.

發文機構：加拿大卡爾加里大學化學與石油工程系

關鍵詞：誘發地震水力壓裂斷層活化流體-地質力學耦合模型摩爾-庫侖破裂準則風險控制策略Induced earthquakesHydraulic fracturingFault activationCoupled fluid-geomechanics modelMohr-Coulomb failure criterionMitigation strategy

分類號： P315[天文地球—地震學]