博碩士論文 102622009 詳細資訊




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姓名 宋家宇(Chia-yu Sung)  查詢紙本館藏   畢業系所 地球科學學系
論文名稱 錦水構造現地應力與注氣誘發斷層再活動分析
(In-situ Stress and Fault Reactivation Potential in Response to Fluid Injection in Chinshui Structure)
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摘要(中) 錦水氣田位於台灣地質分區中的西部麓山帶,其含氣地層之打鹿砂岩目前天然氣已趨於耗盡,因此未來將評估實施CO2激勵採收,以提升舊有氣田之採收率。將氣體注入於地下地層之中將導致地層內孔隙液壓升高,伴隨有效應力的下降,可能使得岩石產生水力破裂並造成斷層剪力破壞而重新活動,進而導致氣體沿斷層洩漏之風險。本研究以定量方式估算研究區域之現地應力狀態並利用解析方法模擬二氧化碳注入地層造成孔隙液壓上升導致斷層再活動之風險。首先由密度電測、聲波走時和現地的孔隙液壓、地層滲漏試驗和鑽井時漏泥的泥漿比重,分別求得地下現地應力狀態包括鉛直應力 (Sv)、地層孔隙液壓(PP)及最小水平應力(Shmin)隨深度的分佈。並利用前述資料以及安德森臨界摩擦理論推求最大水平應力(SHmax)。分析結果顯示錦水地區的應力梯度分別為鉛直應力23.02 MPa/km (1.02 psi/ft),最小水平應力18.05 MPa/km (0.80 psi/ft),地層孔隙液壓於海平面下深度2公里以上為靜水壓狀態,2公里以下為超孔隙液壓狀態,於中地塊地層孔隙液壓梯度2公里下增為19.47 MPa/km (0.86 psi/ft) ,而南地塊地層孔隙液壓梯度2公里下增為16.62 MPa/km (0.73 psi/ft),此外於打鹿砂層深度由於此地層含有天然氣,而天然氣之密度較低於地層流體,因此獲得較低之孔隙液壓梯度為12.95 MPa/km。最大水平應力根據臨界應力斷層摩擦理論(μ=0.6)於走向滑移斷層應力機制下求得於中地塊為15.07 MPa/km (0.67 psi/ft),南地塊則為18.55 MPa/km (0.82 psi/ft)。應力方位依據井徑電測判釋出井孔崩落方位,進一步獲得最大水平應力方位平均為170°,而其結果與遠場大地構造擠壓方向一致。
地質力學模擬利用3DStress和Traptester軟體計算斷層面上各區塊因注氣引發重新滑動的潛勢(slip tendency, Ts)及臨界灌注液壓值(Pcp)。分析結果顯示於現今應力場作用下,中地塊之F2斷層所具有之滑移潛勢最高,其最高潛勢可達0.39,但其滑移潛勢值仍低於理論斷層發生再活動之值0.6,表示在現今大地應力作用下,斷層屬於穩定狀態。臨界孔隙液壓模擬結果顯示,當斷層摩擦係數為0.6時,於打鹿砂岩以F2斷層最先破壞,且斷層能承受之最低灌注量為14.5 MPa。針對影響F2斷層再活動的各項參數進行參數敏感度分析,結果顯示F2斷層在打鹿砂岩的深度,敏感度最高之參數為最小水平應力。以蒙地卡羅情境分析結果,在打鹿砂岩注氣不引發此斷層區塊滑動,可承受最保守的灌注壓力為8.85 MPa,相當於二氧化碳柱高1290公尺(假設超臨界狀態二氧化碳密度為0.7 g/cm3)。以打鹿砂岩的構造起伏厚度約為750公尺,表示在此條件下進行二氧化碳激勵天然氣採收所增加的地層壓力,將不致造成F2斷層重新活動。
摘要(英) The Chinshui gas field located in the fold-thrust belt of western Taiwan was a depleted reservoir. Recently, CO2 sequestration has been planned at shallower depths of this structure. CO2 injection into reservoir will generate high fluid pressure and trigger slip on reservoir-bounding faults. We present detailed in-situ stresses from deep wells in the Chinshui gas field and evaluated the risk of fault reactivation for underground CO2 injection. The magnitudes of vertical stress (Sv), formation pore pressure (Pf) and minimum horizontal stress (Shmin) were obtained from formation density logs, repeat formation tests, sonic logs, mud weight, and hydraulic fracturing including leak-off tests and hydraulic fracturing. The magnitude of maximum horizontal stress (SHmax) was constrained by frictional limit of critically stressed faults. Results show that vertical stress gradient is about 23.02 MPa/km (1.02 psi/ft), and minimum horizontal stress gradient is 18.05 MPa/km (0.80 psi/ft) or equivalent to 0.8 of Sv. Formation pore pressures were hydrostatic at depths 2 km, and belowe depths 2 km, formation pore pressure increase with a gradient of 19.47 MPa/km (0.86 psi/ft) in the middle block and 16.62 MPa/km (0.73 psi/ft) in the south block. The ratio of fluid pressure and overburden pressure (λp) below depth 2 km is 0.59. Lower than normal pressures (average 12.95 MPa/km) are observed in the gas-bearing reservoir of the Talu-sand. The upper bound of maximum horizontal stress constrained by strike-slip fault stress regime and coefficient of friction (μ=0.6) is about 15.07 MPa/km (0.67 psi/ft) in the middle block and 18.55 MPa/km (0.82 psi/ft) in the south block. The orientation of maximum horizontal stresses was calculated from four-arm caliper tools through the methodology suggested by World Stress Map (WMS). The mean azimuth of preferred orientation of borehole breakouts are in about N80。E. Consequently, the maximum horizontal stress axis trends in N170。E and sub-parallel to the far-field plate-convergence direction.
Geomechanical analyses of the reactivation of pre-existing faults was assessed using 3DStress and Traptester software. Under current in-situ stress, the F2 fault in middle block has higher slip tendency, but still less than frictional coefficient of 0.6 a common threshold value for motion on incohesive faults. At the depth of the TL-sand, approximately 14.5 MPa of excess pressure would be required to cause the F2 fault to slip. Sensitivity analysis of the parameters affecting the slip potential indicates that Shmin has highest effect on the faults stability. Scenarios tests indicate that 8.85 MPa excess pore pressure would be required to cause the optimal oriented F2 fault to reactivate. This corresponds to CO2 column heights of 1290 m, whereas the height of structural closure of the TL-sand does not exceed 750 m. The results also indicate that CO2 injection in the Chinshui gas field will not compromise the stability of faults.
關鍵字(中) ★ 錦水氣田
★ 二氧化碳
★ 現地應力
關鍵字(英)
論文目次 中文摘要 ……………………………………………………………… ⅰ
英文摘要 ……………………………………………………………… iii

誌謝 ……………………………………………………………… v

目錄 ……………………………………………………………… vi

表目錄 ……………………………………………………………… viii

圖目錄 ……………………………………………………………… ix

符號說明 ……………………………………………………………… xii

第一章 緒論………………………………………………………… 01
1.1 研究動機與目的…………………………………………… 01
1.2 研究流程…………………………………………………… 02
1.3 本文內容…………………………………………………… 03
第二章 研究區域…………………………………………………… 06
2.1 區域地質概述……………………………………………… 06
2.2 地層………………………………………………………… 06
2.3 地質構造…………………………………………………… 07
第三章 資料來源與研究方法……………………………………… 12
3.1 資料來源與選取…………………………………………… 12
3.2 電測特性與用途…………………………………………… 13
3.3 現地應力…………………………………………………… 15
3.3.1 地層孔隙液壓…………………………………… 15
3.3.2 鉛直應力………………………………………… 19
3.3.3 最小水平應力…………………………………… 19
3.3.4 最大水平應力…………………………………… 24
3.3.5 應力方位………………………………………… 33
3.4 錦水構造三維地質模型建立……………………………… 38
3.5 臨界孔隙液壓差、滑移潛勢及擴張潛勢評估…………… 38
第四章 研究成果…………………………………………………… 45
4.1 電測解釋…………………………………………………… 45
4.2 錦水氣田現地應力與分析………………………………… 51
4.2.1 地層孔隙液壓…………………………………… 51
4.2.2 鉛直應力………………………………………… 52
4.2.3 最小水平應力…………………………………… 52
4.2.4 最大水平應力…………………………………… 53
4.2.5 應力方位………………………………………… 55
4.3 抬昇侵蝕量之計算………………………………………… 68
4.4 錦水氣田地下三維構造模型……………………………… 70
4.5 斷層再活動潛勢評估……………………………………… 72
4.6 斷層參數敏感度分析……………………………………… 81
4.7 斷層情境分析……………………………………………… 83
第五章 討論………………………………………………………… 91
5.1 錦水構造現地應力場……………………………………… 91
5.2 地質力學模擬結果………………………………………… 92
5.3 二氧化碳封存潛能評估…………………………………… 93
第六章 結論………………………………………………………… 96
參考文獻 ……………………………………………………………… 98
附錄 ……………………………………………………………… 104
參考文獻 Anderson, E. M., The dynamics of faulting, Oliver and Boyd, Edinburgh, 1951.
Bell, J. S., In situ stresses in sedimentary rocks (part 1): measurement techniques, Geoscience Canada, 23, 85-100, 1996.
Bell, J. S., In situ stresses in sedimentary rocks (part 2): applications of stress measurements, Geoscience Canada, 23, 135-153, 1996.
Byerlee, J. D., Friction of rocks, Pure and Applied Geophysics, Vol. 106, 615-629, 1978.
Finkbeiner, T., Zoback, M., Stump B. B., Flemings, P. B., Stress, pore pressure, and dynamically constrained hydrocarbon columns in the South Eugene Island 330 Field, Gulf of Mexico, American Association of Petroleum Geologists Bulletin, Vol. 85, 1007-1031, 2001.
Hung, J. H. and Wu, J. C., In-situ stress and fault reactivation associated with LNG injection in the Tiechanshan gas field, fold-thrust belt of Western Taiwan, Journal of Petroleum Science and Engineering, 96-97, 37-48, 2012.
Jaeger, J. C. and Cook, N. W. G., Fundamentals of Rock Mechanics, Chapman and Hall, New York, third edition, 1979.
Morris, A. P., Ferrill, D. A., Henderson, D. B., Slip-tendency analysis and fault reactvation, Geology Society of America, Vol. 24, 275-278,1996.
McFarland, M. J., Morris, A. P., Ferrill, D. A., Stress inversion using slip tendency, computers & Geosciences, 41, 40-46, 2012.
Reynolds, S., Hillis, R., and Paraschivoiu, E., In situ stress field, fault reactivation and seal integrity in the Bight Basin, South Australia, Exploration Geophysics, Vol. 34, 174-181, 2003.
Reynolds,S. D. , Mildren, S. D., Hillis, R. R., and Meyer J. J., Constraining stress magnitudes using petroleum exploration data in the Cooper-Eromanga Basins, Australia, Tectonophysics, 415, 123-140, 2006.
Reinecker, J., Tingay, M., and Muller, B., Borehole breakout analysis from four-arm caliper logs, World Stress Map, Guidelines, 1-5, 2003.
Suppe, J., Hu, C. T., Chen, Y. J., Present-day stress directions in western Taiwan inferred from borehole, Petroleum Geology of Taiwan, 21, 1-12, 1985.
Suppe, J., Principles of Structural Geology, Prentice-Hall, 1985.
Segall, P., Fitzgerald, S. D., A note on induced stress changes in hydrocarbon and geothermal reservoirs. Tectonophysics, 289, 117-128, 1998.
Shi, T., Wang, C.Y., Pore pressure generation in sedimentary basins: overloading versus aquathermal, J. Geophys. Res, 91(B2), 2153-2162, 1986.
Tingay, M., Reinecker, J., Muller, B., Borehole breakout and drilling-induced fracture analysis from image logs, World Stress Map, Guidelines, 1-8, 2008.
White, A. and Hillis, R., In-situ stress field and fault reactivation in the Mutineer and Exeter Fields, Australian North West Shelf, Exploration Geophysics, Vol. 35, 217-222, 2004.
Wiprut, D. J. and Zoback, M. D., Fault reactivation, leakage potential, and hydrocarbon column heights in the northern North Sea, Hydrocarbon seal quantification, Vol. 11. NPF Special Publication, Elsevier, Amsterdam, 203–219, 2002.
Wu, Y. M., Hsu, Y. J., Chang, C. H., Teng, S. Y., Nakamura, M., Temporal and spatial variation of stress field in Taiwan from 1991 to 2007: insights from comprehensive first motion focal mechanism catalog, Earth and Planetary Science Letters, 298, 306-316, 2010.
Wiprut, D., & Zoback, M. D. (2001). Stress, borehole stability, and hydrocarbon leakage in the northern North Sea. .
Yang, K. M., Wu, J. C.,Ting, H. H., Wang, J. B., Chi, W. R., Kuo, C. L., Sequential Deformation in Foothills Belt,Hsinchu and Miaoli Areas:Implications in Hydrocarbon Accumulation, Petroleum Geology of Taiwan, 29, 47-74, 1994.
Yu, S. B., Chen, H. Y., Kuo, L. C., Velocity field of GPS station in the Taiwan area, Tectonophysics, 274, 41-59, 1997.
Yue, L. F. and Suppe, J., Regional pore-fluid pressures in relation to active thrust faulting in western Taiwan: A test of the classic Hubbert-Rubey hypothesis, unpublished paper.
Zakharova, N.V. and Goldberg, D.S., 2014, In situ stress analysis in the northern Newark basin: implications for induced seismicity for CO2 injection, Journal of Geophysical Research Solid Earth, 119. DOI:10.1002/2013/13JB010492.
Zoback, M. D., Barton, C. A., Brudy, M., Castillo, D. A., Finkbeiner, T., Grollimund, B. R., Moos, D. B., Peska, P., Ward, C. D., Wiprut, D. J., “Determination of stress orientation and magnitude in deep wells”, International Journal of Rock Mechanics & Mining Science, Vol. 40, 1049-1076, 2003.
Zoback, M. D., Reservoir Geomechanics, Cambridge university press, New York, 2007.
Zoback, M. D., Moos, D., Mastin, L., Well bore breakouts and in situ stress, Journal of Geophysical Research, 90, 5523-5530, 1985.
王墨江、王勝雄、陳永隆、陳大麟、吳健一,利用低熱值礦品氣增產凝結油之可行性研究,中國石油股份有限公司探採研究所研究報告,1993。
王墨江、王勝雄、黃素謹、吳沂全,油氣增產研究-錦水13層儲油氣層電腦模擬,中國石油公司探採研究所,八十三年度研究報告,1994。
陳大麟、陳永隆、吳健一,油氣層流體相態行為之模擬─永和山、鐵砧山、青草湖氣田,中國石油股份有限公司探採研究所研究報告,1992。
吳沂全,利用生產壓力史判斷地層之連通性,中國石油公司探採研究所報告,1993。
曾繼忠、陳大麟、胡興台、林再興,永和山氣田二氧化碳封存先導試驗模擬研究,礦冶,第五十六卷,第一期,第23-40 頁,2012。
范振暉、吳健一、范來富、張福光、吳世雄,注產氣防砂技術評估,石油探採研究彙報,26,363-365 頁,2002。
范振暉、吳健一,利用岩石力學評估鐵砧山儲氣窖鑽水平注產氣井出砂之可能性,石油季刊,38(1),1-13 頁,2002。
范振暉、吳建一,利用岩石力學評估鐵砧山儲氣窖鑽水平注產氣井出砂之可能性,台灣中油公司,石油季刊,第38卷,第一期,1-13頁,2002。
蕭寶宗,台灣西北部晚期中新世之斷裂運動與石油移聚關係,石油季刊,第19卷,第二期,第2-3頁,1983。
汪蘭君,鐵砧山現地應力場與斷層再活動分析,國立中央大學,碩士論文,2010。
林器暉,永和山構造現地應力與注氣引發斷層再活動評估,國立中央大學,碩士論文,2014。
何春蓀,台灣地質概論─台灣地質圖說明書,經濟部中央地質調查所,1986。
毛爾威,台灣石油系統:從大地構造看台灣石油探勘遠景,中國石油股份有限公司台灣油礦探勘總處,1997。
鍾開增,苗栗地區麓山帶之地質構造,國立中央大學,碩士論文,1996。
黃旭燦、楊耿明、吳榮章、丁信修、李長之、梅文威、徐祥宏,斷層活動性觀測與地震潛勢評估調查研究─台灣陸上斷層帶地質構造與地殼變形調查研究(5/5)-台灣西部麓山帶地區地下構造綜合分析,經濟部中央地質調查所報告,2004。
謝青雲,台灣西北部陸海域構造轉換帶特性研究,國立成功大學,碩士論文,2013。
中國石油探採事業部,苗栗縣永和山構造第十七號探井地下地質報告,中國石油公司探採事業部內部報告,1987。
中央地質調查所,苗栗圖幅,1995。
邱紹平、吳金通,油氣井測試-探採叢書之十二,1973。
台灣中油全球資訊網,取自http://www.cpc.com.tw/big5/content/index01.asp?sno=180&pno=108
謝世雄、胡錦城,台灣重力與磁力之研究,台灣石油地質,第10號,第283-322頁,1972。
洪日豪、范振暉,「台灣竹苗地區地下應力狀態評估」,台灣中油公司探採研究所,2009。
嚴珮綺,利用鑽井資料推估台灣新竹至台中地區的地下應力狀態,國立中央大學,碩士論文,2012。
中油股份有限公司,石油探採─訓練叢書(第三冊),2003。
陳正旺,車籠埔斷層周圍岩石力學之初探,國立台灣大學,碩士論文,2005。
李德河,陸域構造封存機制及注儲工程,行政院環保署內部報告,2010。
張嘉福,苗栗縣鐵砧山氣田淺層構造震測解釋與二氧化碳封存量評估,國立中央大學,碩士論文,2012。
中油股份有限公司,石油探採─訓練叢書(第四冊),初版,2003。
指導教授 黃文正(Wen-Jeng Huang) 審核日期 2015-8-18
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