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层封堵性分析技术在东辛地区的应用

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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书书书断层封堵性分析技术在东辛地区的应用邹建波,孙海宁,李雪,张煜(胜利油田东辛采油厂,山东东营257094)摘要:东辛地区60%以上的油藏类型属于复杂断块油气藏,因此进行断层封堵性研究具有重要意义。在简述断层封堵机理及封堵模式的基础上,根据东辛地区特点,针对主应力断层封堵模式、岩性配置断层封堵模式和泥岩滑抹断层封堵模式,详细论述了判断断层封堵能力的方法,形成了一套断层封堵性分析技术,并在永8地区的滚动勘探开发中取得了良好的效果。关键词:断层封堵;主应力;岩性配置;3D结构;泥岩滑抹;模式中图分类号:TE122.3文献标识码:A断层既可以作为油气运移的通道,又可以因其封堵而形成油气藏,这主要取决于它的形成机制和特征,特别是断层的封堵性。不同的断层,甚至同一断层的不同部位、不同层位其封堵性都有差异。也正是由于断层所具有的这种矛盾统一的特征,使断层在油气成藏中起着至关重要的作用,而断层封堵性研究也成为当今石油地质研究领域中的一个热点[1,2]。1 断层封堵机理及封堵模式断层封堵性受断层力学性质、断层承受应力状况、断层剪切带、泥岩沾污带、断层两盘储层排驱压力、断层两盘岩性配置关系、断层两盘地层产状配置关系和断层活动时期及油气运移聚集期的配置等多种地质条件的约束。从封堵机理上可简单地将断层封堵分为①并置接触:即储层与非渗透层的相平行接触;②粘土滑抹:即粘土和页岩的夹带物造成的封堵;③碎裂作用:岩石颗粒被压碎,形成致密层;④成岩作用:受摩擦作用,使岩石表面结构改变,形成封堵。从封堵模式上可分为主应力封堵、岩性配置封堵、产状封堵、时间配置封堵、泥岩滑抹封堵和剪切带封堵等6种主要封堵类型[3]。就东辛地区而言,主应力封堵、岩性配置封堵、泥岩滑抹封堵较为常见,因此我们着重对这3种封堵模式进行了研究,寻找识别此类封堵,判断其封堵能力的方法,并由此形成了一整套断层封堵性分析技术。1.1主应力封堵模式主应力封堵模式是指控油断层的封堵能力受主应力的性质、延伸方向和应力大小的控制。1.1.1主应力性质与断层的封堵性依据断层形成时的力学机制,可将断层分为张性断层、扭性断层、压性断层、张扭性断层以及压扭性断层。勘探开发的实践证明,扭性断层的封堵能力最强,压性断层次之,张性断层最差。如苏门答蜡盆地,压性断层也难以封闭油气,而大量的断层封闭油藏都与断层的扭动作用有关。这是因为扭性断层为扭应力的产物,在滑动过程中,断层两盘岩体长距离地相对错动、紧密研磨,形成了大量的细粒致密断层岩,在纵横两个方向上均可封堵油气;压性断层尽管是在挤压应力作用下形成,而压应力释放后产生的弹性回跳最为强烈,远大于扭应力,这必然要造成张性裂隙,不利于断层的封闭;张应力下形成的张性断层,断层带内存在一定比例的断层角砾,因此封堵性最差。1.1.2主应力方向与断层的封堵性油气具有流动的特性,这就决定了它极易受到现今构造运动的影响。研究表明,断层走向与现今最大水平主应力方向近于垂直的断层封堵性最好,与现今最大水平主应力方向近于平行的断层封堵性最差,而与现今最大水平主应力方向斜交的断层封堵性介于二者之间。1.1.3主应力大小与断层封堵性同一断层,在主压应力大的地段或断层倾角平缓的地段,一般来说封闭性较好,封堵油气能力很收稿日期:2002-02-01。作者简介:邹建波(1964-),男,高级工程师,1985年毕业于华东石油学院自动化系,现在胜利石油有限公司东辛采油厂从事勘探开发工作,目前正攻读同济大学信息工程硕士研究生。第2期邹建波等.断层封堵性分析技术在东辛地区的应用强;相反,在主压应力较小的地段或断层倾角较陡的地段,封闭性一般都较差。主应力封堵模式的研究包括以下内容:①研究区域构造背景及断层形成机制,确定研究区内控油断层的性质;②依据钻孔崩落椭圆法,利用邻区的地层倾角资料,统计求出现今最大水平主应力方向,以判断控油断层与它的关系;③进行断层倾角统计,定性判断主应力的大小;④综合研究,分析断层的封堵能力。1.2岩性配置封堵模式岩性配置封堵模式是指控油断层的封堵性和封堵能力主要受对接盘的岩性控制。一般认为,当断层两盘砂岩与泥岩对接时,断层封闭性好;当砂岩与砂岩对接且有相同或相近的排驱压力时,断层封闭性差。泥岩发育地区,岩性配置封堵模式最为常见,也是东辛地区主要的断块圈闭类型。目前研究岩性配置关系最直接有效的方法是制作油藏剖面图及“Allan”断层截面图(以断层面为截面,将断层两盘的构造和岩性沿断层面形态叠加在一张图上)。前者简便,较为常用;而后者可以更为清晰地展示储层与封堵层沿断面垂向和走向的接触关系,还可看出横过断层两侧的油气运移和聚集情况。因此,可以试图通过综合利用油藏剖面图和Allan断面图来构建岩性配置封堵断层封闭性分析技术。1.3泥岩滑抹封堵模式泥岩滑抹封堵模式是指控油断层的封闭性主要受断层活动过程中泥岩在断面上滑抹分布的情况控制。对断层的认识是一个循序渐进的过程,最初断层只被当作一个面(见图1a);后来,随着认识的不断深入,我们逐渐认识到,实际在断层上下两盘之间存在着由于断裂活动而产生的强烈变形的似板状地质体(见图1b)。该地质体为各种各样的断层岩。由于断层岩直接与油气相接触,因此断层的封闭程度取决于断层岩的性质。而对断层封堵较为有益的有3种物质:a)断层泥;b)粘度较大、密度较高的流体,如沥青;c)水岩相互作用所形成的孔渗极低的胶结断层岩。目前研究较多的是断层泥在封堵油气方面的作用。它的成因主要有两种:一是断泥页岩层在断裂活动时,被挤入断裂带内而形成;二是断层活动过程中,砂岩地层划过泥页岩,表面被泥页岩沾污或滑抹形成的泥岩滑抹带。图1 对断层的认识(a)最初认为的断层(面);(b)真实的断层(体)。为了定量地描述泥岩滑抹带在空间上的分布情况,许多学者提供了预测算法[4]。其中较有影响的有:泥岩滑抹因子=∑(泥岩层厚度)狀(距源岩层的距离)犿(1)断层泥百分比=∑(层厚×层泥岩百分比)断层落差×100%(2)泥岩滑抹潜力=∑(泥岩厚度)2距源岩的距离(3)式(1)中的犿、狀为附加变量,其值可由实验和观察研究获得。当犿=狀时,计算结果无量纲,因而与测量单位无关。当狀大于1时,如(3)式,泥源岩层越厚,其对计算结果的影响就越大。通常当断层泥百分比或泥岩滑抹潜力增长(或泥岩滑抹因子减小)时,封堵能力会逐渐变大。2 应用实例永8地区构造上处于济阳坳陷东营凹陷中央隆起带东端,东为青坨子凸起,南接广利油田,西与辛镇构造相望,面积约4.1km2。该地区从20世纪60年代的预探到80年代的详探,先后钻探了永8、永105、永106等7口探井。由于钻遇情况不理想,认为该地区构造条件差,断层不封堵、油气难以聚集而被搁置。近年来,通过研究,我们认为永8断块受到郯庐断裂平移走滑和深部热构造活动的双重控制,在二者的叠加、复合作用下形成棋盘格式断裂格局(图2),也导致其内部断层具有不同的力学机制:南北向的③,④和⑤号断层应该是郯庐断裂在右旋走滑过程中所伴生的P剪切,是在压扭的力学机制下形成的;而①号和②号两条东西向大断层在东营62勘探地球物理进展第25卷图2 永8地区S2下5顶面构造图构造运动时期强烈活动,为张扭性断层,它们同夹持于其间的南北向断层共同作用,最终演变形成了叠覆型同向断层转换带[5,6]。2.1主应力与断层封堵性2.1.1主应力性质与断层封堵性a)压扭性断层:③,④和⑤号断层属于此类,在走滑和伸展作用的复合下,表现为压扭性质。b)张扭性断层:①和②号断层在区域张力的作用下,主要表现为伸展断层的特点;同时受郯庐断裂的影响,兼具有扭动机制,属于张扭性断层。c)张性断层:⑥,⑦,⑧和⑨号断层多为主断层所生的次级断层,断距小,延伸不大,力学性质图3 永1-15井最大主应力方向玫瑰图主要表现为张性。单纯考虑主应力性质,a类断层的封闭性优于b类断层,b类断层的封闭性优于c类断层,即南北走向的③,④和⑤号断层的封闭程度最高。2.1.2主应力方向与断层封闭性根据钻孔崩落椭圆法,我们利用地层倾角资料对所收集到的邻区3口井的崩落孔段进行了统计,结果表明,现今最大水平主应力方向基本为近东西方向(图3)。这表明本区南北走向的断层与现今最大水平主应力方向之间为垂直关系,封闭性强,而其它两类断层封闭性差。力学机制的研究表明,本区南北走向的③,④和⑤断层力学机制优于其它断层,封闭性最强。2.2岩性配置关系与断层封闭性本区发育的3类断层主要存在两种岩性配置关系。第一种情况包括南北走向的压扭性断层以及东西走向的张性断层,断层两盘处于砂砂对接状态。勘探证实,③,④和⑤号断层的封闭性好,这主要与断层的力学机制表现为压扭、断层面紧密等因素有关。工区内东西走向的⑥,图4 永8地区①号断层ALLAN断面图72第2期邹建波等.断层封堵性分析技术在东辛地区的应用⑦,⑧和⑨号断层力学性质为张性,又为砂砂接触,因此封闭性较差。从①号和②号两条断层的Allan断面图也可以看出,①号断层在Line90线以西为砂砂见面接触(图4),而在Line90线以东,目的盘砂岩与泥岩相接触,具有良好的封闭状态。②号断层与此相反(图5),西侧处于严格的封闭状态,而在Line240以东则处于连通状态。以上表明,①号断层在工区范围内油气贫乏的永105断块、永106断块、永107断块以及油气富集程度很高的永8主断块均具有良好的封闭性,3个断块油气贫富的差异并不取决于①号断层的封闭性。2.3泥岩沾污因子与断层封闭性我们对永8地区目的层段主要控油断层的泥岩滑抹因子进行了统计计算(表1)。结果表明,本区的①号断层和②号断层的Line241以西部分断层泥分布广泛,使断层能够保持良好的封闭性,对主块油气的富集创造了条件;而③~⑨号断层泥岩沾污因子数值较大,说明断层泥不能连续分布。事实上,④号和⑤号断层封堵了大量油气(图6),这主要与上面提到的这些断层的力学机制表现为压扭有关。通过断层的力学机制、岩性配置关系以及泥岩滑抹的研究,我们认为,永8断块①号和②号东西向大断层以及南北向的③号、④号和⑤号断层的封堵性最好,而其它一些伴生的小断层封堵性较差,但仍可形成一些局部封堵。结合本区油源来自西南,位于运移通道上的②号断层具有西侧封闭较好,Line240以东连通这一特点,彻底搞清了永8主块油气富集,而封闭程度也较高的永105、永106图5 永8地区②号断层ALLAN断面图图6 永111-1井101-12井地质剖面图82勘探地球物理进展第25卷块却油气贫乏的原因。基于以上认识,我们先后部署了7口滚动井,发现控制了永8主体含油断块。经过精细油藏描述、开发方式论证指标优化,最后确定了以4套开发层系钻井15口的开发方案。该方案实施后平均单井钻遇油层70m,油水同层18.9m,投产初日产油38.2t。永8地区探明含油面积1.54km2,地质储量1372×104t/km2,成为我国近年来陆上发现的油层最厚、储量丰度最高的区块,储量丰度达890×104t/km2,现有生产能力16×104t。表1 永8地区主要控油断层泥岩滑抹因子(SSF)值数据(研究层位为S5~82)断层名称SSF变化范围犛犛犉油层SSF值油层犛犛犉①号断层(line257)1.32~1.411.361.32~1.411.35⑦号断层(line217)1.68~2.121.761.68~1.831.76⑥号断层(line217)1.25~7.699.171.92~7.694.93④号断层(line217)1.2~3010.87.9~3012.3②号断层(line217)1.64~2.311.831.64~1.751.67永116东断层(line217)20~302720~3027⑤号断层(永8-8井~永107井)1.71~308.94.4~3012.3⑧号断层(永8-8井~永107井)5~3010.755①号断层(line193)1.46~1.551.49③号断层(Crossline345)1.44~6.54.31.44~1.541.49④号断层(Crossline345)1.5~74.73.1~4.84.1⑤号断层(Crossline345)3.4~3010.93.4~3010.93 结论a)断层封闭性分析技术必须从研究区的构造发育史和力学机制入手,分析其主要控油断层的力学性质,进而落实研究区的构造形态;b)对断层封闭特征的三大基本要素:即断层的主应力与断层封闭性、岩性配置关系与断层封闭性、泥岩沾污因子与断层封闭进行定性或定量精细描述;c)进行综合研判,确定主要控油断层的封堵能力,揭示油气富集规律,以指导滚动勘探开发。参考文献1WeberKJ.HydrocarbondistributionpatternsinNigeriangrowthfaultstructurescontrolledbystructuralstyleandstratigraphy.JournalofPetroleumScienceandEngineering,1998,1(8):91~1042付广,王朋岩,孙洪斌.断层垂向封闭模式及研究方法.新疆石油地质,1998,19(1):7~103赵密福,信荃麟,李亚辉,等.断层封闭性的研究进展.新疆石油地质,2001,22(3):258~2614李亚辉,刘泽容,陈利.断层封闭演化史研究方法及其应用.石油大学学报,1998,22(3):15~185张煜,李亚辉.东辛油田东营组泥岩沾污因子与断层封闭性关系探讨.石油勘探与开发,2000,27(6):14~156孔凡群,李亚辉.永8地区断层控油作用研究.石油勘探与开发,2000,27(6):12~1392第2期邹建波等.断层封堵性分析技术在东辛地区的应用
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