辽河盆地雷61储气库安全运行相关断层稳定性评价

doi:10.11743/ogg20250521

石油与天然气地质 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (5): 1731-1744.doi: 10.11743/ogg20250521

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辽河盆地雷61储气库安全运行相关断层稳定性评价

王超¹^,²(), 付晓飞¹^,², 靳叶军²^,³, 孟令东²^,³(), 陈显学⁴, 张天广⁴, 石海东¹^,⁵

^1.东北石油大学地球科学学院，黑龙江大庆 163318
^2.东北石油大学 CNPC断裂控藏研究室，黑龙江大庆 163318
^3.东北石油大学环渤海能源研究院，河北秦皇岛 066044
^4.辽河油田（盘锦）储气库有限公司，辽宁盘锦 124010
^5.大庆油田有限责任公司第三采油厂，黑龙江大庆 163000

收稿日期:2025-01-04 修回日期:2025-03-31 出版日期:2025-10-30 发布日期:2025-10-29
通讯作者: 孟令东 E-mail:wzy3753@163.com;lingdong.Meng@hotmai.com
第一作者简介:王超（1995—），男，讲师，断层带结构、封闭性与稳定性。E‑mail： wzy3753@163.com。
基金项目:
国家重点研发计划项目(2022YFE0206800)

Fault stability assessment for the safe operation of the Lei 61 underground gas storage facility in the Liaohe Basin

Chao WANG¹^,²(), Xiaofei FU¹^,², Yejun JIN²^,³, Lingdong MENG²^,³(), Xianxue CHEN⁴, Tianguang ZHANG⁴, Haidong SHI¹^,⁵

^1.School of Earth Sciences，Northeast Petroleum University，Daqing，Heilongjiang 163318，China
^2.Laboratory of CNPC Fault Controlling Reservoir，Northeast Petroleum University，Daqing，Heilongjiang 163318，China
^3.Bohai Rim Energy Research Institute，Northeast Petroleum University，Qinhuangdao，Hebei 066044，China
^4.Liaohe Gas Storage Company，CNPC，Panjin，Liaoning 124010，China
^5.No. 3 Oil Production Plant of Daqing Oilfield Company Ltd. ，PetroChina，Daqing，Heilongjiang 163000，China

Received:2025-01-04 Revised:2025-03-31 Online:2025-10-30 Published:2025-10-29
Contact: Lingdong MENG E-mail:wzy3753@163.com;lingdong.Meng@hotmai.com

摘要/Abstract

摘要：

储气库的安全运行对保证稳定供气、发挥储气库季节调峰和能源战略储备具有重要意义。储气库内断层的稳定性是评价其安全运行的关键因素。开展储气库断层稳定性评价，确定断层失稳临界压力非常必要。研究表明：传统的断层稳定性评价方法将断层摩擦系数视为定值，这种方法在实际应用中高估了断层的稳定性。基于黏土矿物对摩擦强度的弱化机理，研究不同类型黏土矿物与摩擦系数的关系，用理论计算与摩擦强度实验标定的方法，建立了适用于研究区的断层摩擦强度非均质性定量表征模型，提高了雷61储气库相关断层稳定性评价方法的科学性和准确性。评价结果对比表明，用传统断层稳定性评价方法，所有断层在当前应力场下均表现出较高的稳定性，最小活化压力为20.04 MPa；采用改进的断层稳定性评价方法，尽管断层尚未发生活化，但最小活化压力已经降至16.68 MPa，较传统方法降低了3.36 MPa。

关键词: 黏土矿物, 断层摩擦系数非均质性, 断层承压上限, 断层稳定性评价, 雷61储气库, 辽河盆地

Abstract:

The safe operation of underground gas storage （UGS） facilities is crucial for ensuring a stable gas supply， achieving seasonal peak shaving， and securing strategic energy reserves. Fault stability is， in turn， a critical to keeping the UGS integrity. Therefore， it is essential to assess the stability of faults in a UGS facility and determine the critical pressure for fault instability. In this study， we explore the stability of faults in the Lei 61 UGS facility within the Liaohe Basin. Conventional method that assumes the frictional coefficient of faults is a fixed value， tends to overestimate the fault stability， as shown by the research results. Given that clay minerals can reduce the frictional strength， we examine the relationships of clay minerals of various types with the frictional coefficient of faults. By integrating theoretical calculations with the experimental calibration of the frictional strength， we develop a model for quantitatively characterizing the heterogeneity in the frictional strength of faults tailored to the study area. This approach enhances the scientific rigor of fault stability assessment and enables a more accurate fault stability assessment for the Lei 61 UGS facility. According to the comparison of the assessment results， the conventional assessment method predicts that all faults in the UGS facility remain highly stable under the current stress field， at a minimum activation pressure of 20.04 MPa； in contrast， the improved assessment method indicates a minimum activation pressure of 16.68 MPa， with a decrease of 3.36 MPa， despite the absence of any fault activation.

Key words: clay mineral, heterogeneity in the frictional coefficient of a fault, maximum allowable pressure of a fault, fault stability assessment method, Lei 61 underground gas storage （UGS） facility, Liaohe Basin

中图分类号:

TE822

王超,付晓飞,靳叶军,等. 辽河盆地雷61储气库安全运行相关断层稳定性评价[J]. 石油与天然气地质, 2025, 46(5): 1731-1744. doi: 10.11743/ogg20250521 Chao WANG,Xiaofei FU,Yejun JIN,et al. Fault stability assessment for the safe operation of the Lei 61 underground gas storage facility in the Liaohe Basin[J]. Oil & Gas Geology, 2025, 46(5): 1731-1744. doi: 10.11743/ogg20250521

图/表 18

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参考文献 67

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断层编号	断层走向	断层倾向	断层倾角/（°）	断层性质	断距/m	断层延伸长度/km
F1	北东向	南东向	65.1	正断层	700～1 000	5.4
F2	北东向	南东向	55.5	正断层	35～120	2.5
F3	北东向	北西向	59.3	正断层	25～75	3.1
F4	东西向	北向	58.6	正断层	15～70	1.1
F5	东西向	南向	38.4	正断层	15～40	0.5
F6	东西向	南向	35.8	正断层	15～35	0.5

实验序号	样品质量/g	黏土矿物组分含量/g				石英含量/g	泥质含量/%	有效正应力/MPa	旋转角度/（°）
实验序号	样品质量/g	蒙脱石	伊利石	高岭石	绿泥石	石英含量/g	泥质含量/%	有效正应力/MPa	旋转角度/（°）
1	100.0	21.4	11.8	3.5	3.3	60.0	40.0	10.0	90
2	100.0	32.2	17.6	5.2	5.0	40.0	60.0	10.0	90
3	100.0	42.9	23.5	7.0	6.6	20.0	80.0	10.0	90

辽河盆地雷61储气库安全运行相关断层稳定性评价

Fault stability assessment for the safe operation of the Lei 61 underground gas storage facility in the Liaohe Basin

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样品编号	深度/m	黏土矿物组分占比/%				伊/蒙混层比/%
样品编号	深度/m	伊/蒙混层	伊利石	高岭石	绿泥石	伊/蒙混层比/%
1	1 341.1	42	29	15	14	73
2	1 346.0	48	23	15	14	79
3	1 347.8	57	23	10	10	71
4	1 348.7	58	22	10	10	71
5	1 349.6	62	23	8	7	76
6	1 354.4	40	33	14	13	56
7	1 356.0	75	15	5	5	86
8	1 357.0	71	16	6	7	86
9	1 358.6	65	21	7	7	88
10	1 368.0	71	13	8	8	90
11	1 371.0	82	7	6	5	96
12	1 372.7	72	18	5	5	95
13	1 381.9	77	10	7	6	94
14	1 384.9	80	9	6	5	96
15	1 391.8	61	23	8	8	68

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