新疆呼图壁地下储气库的GPS/InSAR监测及地质力学模拟研究

The Hutubi Underground Gas Storage(HTBUGS) Reservoir of Xinjiang Province is the largest operating reservoir of China up to now. Its producing capabilty is about 4.5 billion cubic meter. It plays an important role in seasonal gas peak regulation and emergency dispatch. However, the presures imposed on the rock within UGS are changabel and regular during gas injection or extraction period. It will cause the changes of porous fluid pressure and porous elastic deformation and then result in stress and volume changes of UGS rock, which not only generate the breath-style deformation on the surface of UGS cover but also induce rock fracture expansion and fault activation as well as earthquakes. There are a lot of such examples all around the world. Therefore, the first aim of this proposal intends to get a three dimensional time series crustal deformation field at HTBUGS by continous and rove GPS as well as InSAR measurements. Secondly, it will carry out geomanchanical simulations and analysis constrained by seismic data,geology data, geophysic data ,well pressures and gas volume changes. Thirdly, it will study the deformation & mechanical characteristics of UGS rock and the relationship between porous fluid pressure and porous elastic deformation based on reginal seismic activites, rock properties and tectonic distributions. Finally, it will reveal the status of fault activation and extension features within HTBUGS and its surrouding areas. We wish provide a seismic risk assessment and suggestion on gas injection and extraction during peak regulation.

新疆呼图壁地下储气库(HTBUGS)是我国目前运行的最大储气库,生产库容达45亿立方米,对天然气的季节性调峰、应急调度具有重要作用.但储气库(UGS)在气体注采过程中,由于周期性载荷与压力的改变,流固体的耦合作用，引起孔隙流体压力的变化,造成储层岩石的空隙弹性变形和疲劳破坏,不但产生应力与体积变化,引起UGS盖层地表的"呼吸性"变形,而且有可能引起储层岩体裂纹扩张,造成断层活化并诱发地震.因此本项目将采用连续与流动GPS观测,结合InSAR技术,在获取HTBUGS注采气过程三维形变的基础上,以地震地质,地球物理及储气井的压力与气量等参数为约束,建立3D地质力学模型,开展数值模拟与分析,结合储气库及周边的地震活动性,储层岩石属性及地质构造分布,研究UGS盖层岩石的变形与力学特征,探索地层压力与孔隙弹性变形的关系,揭示HTBUGS及周边断层的活化与扩展特性,为调节天然气的注采量提供安全参考.

地下储气库（UGS）对天然气的季节性调峰、应急调度具有重要作用。新疆呼图壁地下储气库(HTBUGS)是我国目前运行的最大储气库,生产库容达45亿立方米，为了监测UGS在气体注采过程中,周期性载荷与压力的改变,引起孔隙流体压力的变化,造成储层岩石的空隙弹性变形和疲劳而产生的UGS 盖层地表的“呼吸性”变形，并可能引起储层岩体裂纹扩张,造成断层活化并诱发地震，本项目在HTBUGS建立了3个GNSS连续站和33个GNSS流动站，通过3年多的观测，结合InSAR形变监测及当地的水文地质、石油探勘剖面、钻孔与岩石力学参数，我们在获取UGS的季节性形变特征的基础上，研究了注采气变化与空隙压力变化及其地震活动性的关系，通过建立地质力学模型，定量地模拟了注采气和GPS形变的关系，具体结果如下：在HTBUGS的运行期间，春季地面略有下降，夏季急剧下降，秋季轻微上升，冬季略有上升，垂直变形主要受地下水位变化的影响。呼图壁主动源台站在夏季地下水位~50米的下降量，对利用主动源地震波形信号开展介质变化研究的影响不容忽视。2013年6月至2014年10月间地表的快速上升与2013年之前石油开采期间长期受挤压的UGS盖层岩石的快速弹性或塑性回弹有关。UGS注采气期间，地表的最大隆起和沉降值约为15.5 mm和-13.7 mm，变化趋势与井口压力变化基本一致。压力增加或减少1MPa分别产生2.63mm的隆起或2.11mm的沉降。由气体注入和抽出引起的每月孔隙压力变化在-0.071至0.093MPa之间变化，这些变化足以诱发小地震，因此在HUGS地区发生中到强震级的风险不容忽视。模拟结果表明，水平位移是由UGS储层的膨胀引起的，其幅度大于地面隆起，UGS周围地区发生的地震活动也可能是由于气藏扩张造成的。