盘营客运专线通过辽河油田采油区地面变形可能性及预防措施

积 粉质 黏土 、 碎石 土为 主 。 构 造 ： 辽河 坳 陷带地 质结 构复杂 ， 有各种 类 型 下 具 的 凹陷和二 级构 造 。区 内地 质条 件复 杂 ， 构造发 育 ， 断 裂 构造 以北 东 向为 主 ， 模 较 大 ， 规 以张 性 为 主 ， 期 多 多
组 ， 面上纵 横交 错 ， 平 断面 上相互 切割 （ 图 ２ 。到 目 见 ）
气 已取代 煤炭 ， 为 第一 大 能 源 。而 由于 石 油 天然 气 成
侧 向中部大 体呈 对 称 变 化 ， 由北 向南 则 厚 度加 大 。场 区两侧 的辽 西 、 辽东 隆 起 边缘 的低 山丘 陵 属 于侵 蚀一 剥蚀 丘陵 区 ， 四系不 发育 ， 更新世 地层 只在 低丘 陵 第 晚
油层 ， 下第 三 系的东 营组 发育 马 圈子 油层 、 沙河 街组 三
力， 尤其 是沙河 街 组 三段 和 四段 。盘 营 客 专 主要 位 于
西 部坳 陷 区内 ， 而该 坳 陷 区内沙河 街组 三 、 四段 暗色 泥 岩 占比例最 大 。 盘 营客运 专 线工 程 沿 线是 广 阔 的辽 河 平原 ， 穿 横
出版 社 ，０ ２ ２０
考
文
献
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社 。０４ ２ ０
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Ｏｉ Ｆｅｄ Ｔ ａ ｅｓｄｂ ｎ ｋ ｏ Ｐ ｎｉ ａｓｎ ｅ －ｅ ｉａｅ ｌ ｉｌ ｒｖ ｒｅ ｙＹｉｇ ｕ － ａ ｊ Ｐ ｓｅ ｇ ｒｄ ｄｃ ｔｄ ｎ
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理论 ， 石 的体 积动 态基 本上 是平 均有 效应 力 的 函数 。 岩
田边 缘 的水源 井 ， 由于地 下 水被集 中开采 ， 导致 地下 水
位急剧下降 ， 土体重度增大 ， 土颗粒 间有效应力增大 ，
最 终 引起 地面 沉 降 。另外 ， 由于 注水 井 附 近 的地 层 应 力 一 般总 高于 采油 井 附 近 的地 层 应 力 ， 引起 地 面 形 变 的潜 在 因素仍 存在 。
汉） 岩土工 程专业 ， 工程师。
１ 来 由 国 外 济 】 展石出 、 木 崩］ 『移 飞 ，佃 然 ０ ，于 内 、 ｒ 速 廷 和 ． 平 年 四 的 发 ，油ｕ 经 Ｈ 及 天
图 ２ 轴力图
图 ３ 结构 剪力图
图 ４ 结 构 弯 矩 图
定 ， 砌 的弯矩 图画在 受拉 的一 侧 ， 砌结 构 的最 大弯 衬 衬
向平 原过 渡地带 零 星 出露 ， 以厚 几 米 至 十几 米 的坡 洪
的过度开采所导致 的地面沉降屡见不鲜 。例如美 国威 明顿油 田 ， 长滩油 田【 ， 中国的大庆 油 田 等。新
建 盘营 客专横 穿 辽河 油 田 四大 采 油 区 （ 图 １ ， 用 见 ）采
瞧
删
姐
因为在 油气 开采 过程 中 ， 集层 上 部 的岩 石 重 量 一 部 储 分 由岩 石骨 架承 受 ， 一 部 分 由孑 隙 流体 承 担 。随 着 另 Ｌ 油气 的不断 开采 ， 必然 造 成储 层孔 隙压 力 的降低 ， 得 使 岩石 骨架 的有 效 应 力 增 大 。 同时 ， 部 岩 层 的荷 重 大 上 部分 转 移到 岩石 骨架 上 ， 样 将 导 致 储 层 的压 实 和 表 这
压实 产 生变形 很 大 时 ， 导地 面沉 降 。 会
２ ２ 开采 方 式 ．
（ 铁道第 三勘 察设 计院集 团有 限公 司， 天津 ３０ ５ ） ０ ２ １
Ｐｏ ｉ ｉ ｔ ｆ Ｓ ｒ ａ ｅ Ｓ ｂ ｉ ｅ ｃ ｎ Ｏｉ－ ｘ ｒ ｃ ｉ ｎ Ａｒ ａ ｏ ａ ｈ ｓｂ ｌ ｙ ｏ ｕ ｆ ｃ ｕ ｓｄ ｎ ｅ ｉ ｌｅ ｔ ａ ｔｏ ｅ ｆ Ｌｉ ｏ ｅ ｉ
四个采 油 区 ： 光 、 隆 台 、 曙 兴 冷家 堡 和 于 楼 油 田。该 四
大油 田的主力油 层 、 主力 油 层 的控 制岩 性 以及 油 气 控
制 的主要 因素列 于表 １ 。
表 １ 辽河油 田的主要特点
拟建工程盘营客运专线经过 的油 区主要采油地层 ， 其
中 以沙河 街组 油层 居 多 。
矩 出 现在 隧道底 面 的 中间 ， 大小 为 ７ ５ ２ ３Ｎ ・ ４ ． ０ ｍ。 参
２ ０ （ １ ０８ １ ）
［ ］ 赖永标 ， 仁喜 ， ４ 胡 黄书珍． Ｎ Ｙ １ ． Ａ Ｓ Ｓ １０土木 工程 有 限元 分 析典 型 范例 ［ ． Ｍ］ 北京 ： 电子工业出版社 ，０ ７ ２ ０ ［］ ［ ５ 作者不详 ］ Ａ Ｓ Ｓ在土木 工程 中的应 用 ［ ． 京 ： 民邮 电 ．ＮＹ Ｍ］ 北 人 出版社 ，０ ５ ２０ ［ ］ 林崇德． ６ 层状岩石顶板破坏机理数值模拟过程分析［ ］ 岩石力学 Ｊ． 与工程学报 ，９ ９ ５ １９ （ ） ［ ］ 谢康和 ， ７ 周健． 岩土工程有 限元 分析理论 与应用 ［ ． Ｍ］ 北京 ： 科学
１ ２ 辽 河 油 田 主 要 生 油 层 ． 下第 三系 沙 河 街 组 是 下 辽 河 坳 陷 的 主要 油 源 岩
层 ， 中沙河街 组 四段 、 其 三段 和一段 具有 良好 的生 油能
及外 围 中生代盆 地群 。下 辽河坳 陷带 自上 而下 发育 多 套含 油气 层系 ， 上第 三 系 的馆 陶组 发 育 巨厚 的超 稠 油
摘
要
新建 盘锦 至 营 口铁 路客 运 专线 （ 以下 简称盘 营客 专 ） 地 面 沉 降变形 的要 求很 高， 对 不仅 要
考虑表 层 软 土 固结 、 车动荷 载 引起 的地 面沉 降 ， 列 也要 考 虑 到地 下资 源 开采 的 影 响 ； 营客 专 线路 穿越 盘 中 国第三 大 油田一 河 油 田 ， 研 究辽 河 油 田 区域 地质 条件 、 辽 在 开采 方 式 的基 础 上 ， 析 了辽 河 油 田 开采 分 引起 地 面变形机 理 ， 结合相 近 工程进 行 类 比验证 ， 出 了在盘 营客 专 线位周 围开展 地 面变形监 测 的必 并 提
滑动 或位 移加 剧 。
２ ３ 地 下 水 ．
油 田注水 需要 大 量 的 水 源 ， 其 中 一部 分 来 自油 而
２ １ 油藏 压 实 ．
油 藏压 实是 岩石 所受 压应 力超 过 了岩 石 的抗压 强 度并 发 生塑 性变 形 的过 程 ， 它会 导致 储 层 的孔 隙度 和 渗透 率 发 生 不 可 逆 转 的 变 化 Ｊ 。根 据 孔 隙 弹性 变 形
２４ 辽 河 油 田 变形 机 理 分析 ．
（ ） 面下 沉分 析 １地
目前 盘营 客专 横穿 油 田开采 历史 均大 于 ３ ５年 ， 而
且截止 目 前仍在开采 ， 年开采量达百万吨 Ｊ见表 ２ ， 。
表 ２ 各 油 田 开 采 历 程
面的沉降， 并在垂直和水平方 向上产生位 移。当油层
段上 段有 兴 隆 台油 层 、 中部 大凌 河 油 层 、 部 莲 花 油 下 层， 沙河街 组 四段顶 部 发 育 杜 家 台油 层 ， 古 界 、 古 元 太 界 发育潜 山油 层 ， 中杜 家 台油层 普遍存 在 ， 其 其他 油层 只 在局部 发育 。第 三 系 馆 陶组 、 营组 和 沙 河街 组 是 东
怔
戡
图 ： 例圃
油 采 区［ 田油
既 铁 Ｅ 拟 铁 有路 建路
城 囚 镇
等 线 Ｅ 断 Байду номын сангаас 三 层
图 １ 盘营 客专及与辽河油 田采区分布位置关 系示意
无砟 轨道 ， 设计 时速 达 ３０ｋ 对 地 面 变 形 的要 求 较 ５ ｍ， 高 ： 砟 轨道桥 梁墩 台基 础工 后 均 匀 沉 降 要求 不 超 过 无 ２ ｍ， ０ｍ 相邻 墩 台沉 降 差不超 过 ５ｍ 路 基工 后沉 降一 ｍ， 般地 段要 求不 超过 １ ｍ。开展 高速铁 路通 过 油气 开 ５ｍ 采 区域地 面沉 降变 形 的监测研 究是 十分 必要 的 。
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５ ２
铁
道
勘
察
２ １ 年第 ４期 ０１
图 ２ 下 辽 河 坳 陷 断 裂 组 合 地 质 剖 面
２ 油气开 采导 致地面变形 的机理
根 据 目前研 究 ， 气 开 采 导致 地 面变 形 主要 有 以 油 下几 个诱 因 ： 藏压 实 、 采 方 式 、 下 水 的开 采 及 渗 油 开 地
漏 等 ～ 。
张， 注水沿裂缝进人断层接触面 ， 降低 了其接触面抗剪 切应 力 ， 在异 常压 差 的作 用 下 ， 老 断层两 盘地 层重 新 使
和海 城断 裂 。
河 坳 陷是 以 下第 三 系 为 主 要 勘 探 目的层 的含 油 气 坳 陷 ， 渤海 湾油气 盆地 的一 个组 成部 分 ， 于渤 海盆地 为 位 的东北 角 。按 自然地 理 条 件 和 勘探 程 度 ， 河 油 区 又 辽
可划分 为 三 大探 区 ， 辽河坳 陷陆 上 、 即 浅海 一 海滩 地 区
１１ 区域 地 质 背景 ．
地层 ： 辽河油 田北部以河流冲积相为主， 南部以冲 海 积 和海积 相为 主 ， 自下而 上可 分为下 更新 统 、 中更新