低渗断块砂岩气藏断层封闭性研究及开发对策

王乐之，李银花

(1.中国地质大学(北京)能源学院，北京 100083；2.中国石化中原油田分公司勘探开发科学研究院，河南 濮阳 457000)

断层封闭性指断层对断层两侧储层流体渗流的封闭性能，对于断块型气田，断层封闭性是影响开发效果的重要因素之一。WZ气田位于中国东部渤海湾盆地东濮凹陷，该气田断裂发育，储层以低孔低渗砂岩为主，为带边、底水断块干气藏。对于气田内断层是否具有封闭性，多年来一直认识不清，一定程度上影响了气田的开发决策。目前，气田已进入开发中后期，各断块表现出不同的压力分区，边、底水活跃程度也具有明显的差异。进一步研究气田内部断层，尤其是小断层的封闭性，对制定合理的调整对策具有重要意义。

1 断层发育情况

除控制气田边界的WD、WX两个二级大断层外，气田内部发育的断层主要分为两个级别(图1)。

图1 WZ气田断裂格局图

1.1 控制流体分布的气田分块断层

属于二级主断裂的派生断层，为凹陷内部的三级断层，主要有FK1、FK2和FK3断层，断距60～350m，将气田分割为西块、主块和东块。其中，FK1、FK3断层走向基本平行，南、北端与WD、WX大断层相交。FK2断层与WD断层基本平行，两端与FK1和FK3断层相交。在该级断层的作用下，气田自西向东气水界面逐阶下掉。

1.2 断块内部发育两组相交的小断层

内部小断层发育呈现明显的规律性，主要发育北东向和近南北向两组断层，为4～5级断层，断距多为20～40m，延伸距离多小于2km。尽管断块内部小断层断距不大，但在开发过程中，由于其对砂体连通关系的改变及自身封闭程度的差异，对天然气和边、底水的流动规律也将产生不同的影响。

2 断层封闭性评价

2.1 分块断层是典型的封闭性断层

2.1.1 原始流体分布存在明显差异

根据国内外关于断层封闭性的研究文献[1]， 当两个断块的油(气)水界面不一致时，断层是封闭的。在东掉的FK1、FK3断层的作用下，WZ气田各断块气水界面明显不同，西块为-2980m，主块为-3000～-3050m，东块则为-3100m左右。由此判断，分块断层是封闭的。

2.1.2 各块压力变化差异明显

气水界面的差异反映的是原始状态下断层的封闭性。而气田大量的动态也证实，在开发过程中，分块断层也是封闭的。如1990年，西块的WX3井RFT测试表明，该块压力保持在原始状态，而此时主块已试采11年。东块地层压力变化也与主块不同，2005年主块平均地层压力为18.5MPa，压力下降6.0 MPa，而东块为12.4 MPa，压力下降幅度大大高于主块。

2.1.3 压力恢复资料解释存在封闭性边界

根据分块断层附近生产井的压力恢复资料解释结果(图2)，分块断层在压力恢复导数曲线上均有明显的反映。西块的WX2、WX3井历年的压力恢复资料解释结果，均认为在距井20m附近存在封闭性边界，即FK1断层。据W14井压力恢复资料，在距井30m左右解释有封闭性边界，即FK2断层。

图2 WX3井压力恢复导数曲线

2.2 断块内部小断层封闭性

断块内部小断层，尤其是主块内部的小断层封闭性一直存在争议。本次重点针对该问题，综合应用涂抹系数、断层两盘岩性配置关系、动态分析法等多方法，确定了小断层的封闭性。

2.2.1 断层带内填充物的封闭性

Bouvier等[2]1989年提出用“泥岩涂抹能力”(CSP)定量判断断层相对封闭程度以来，Lindsay、Yielding等也分别提出涂抹因子的计算方法[3-4]。

我国大庆石油学院付广等，2002年提出了利用断层两盘地层断裂填充物中泥质含量研究断层封闭性的改进方法[5]。该方法认为，断裂充填物中泥质含量是影响断层封闭性的最主要因素，且假设断裂填充物来自断层两盘地层。判别标准为，当断裂带内泥质含量Rm>0.75时，断层封闭性好； Rm为0.50～0.75时，封闭性较好；Rm为0.25～0.50时，封闭性中等；Rm<0.25时，封闭性差。

本次采用该方法计算表明(表1)，WZ气田断块内部小断层Rm值在0.27～0.50之间。按照断层封闭性等级标准，气田小断层封闭性属于中等-中等偏弱，说明断层封闭性不强。但是，中等封闭级别对于气藏流体的封闭程度如何，在开发中能否形成阻挡流体流动的屏障，根据该结果尚不能有效地确定。

表1 断裂填充物泥质含量法评价结果

2.2.2 断层两侧岩性配置关系研究

在不考虑断层面物质封闭性的条件下，断层的封闭性主要取决于断层两侧岩石的封堵能力。

2.2.2.1 断层两盘岩性配置关系模式的建立

通过配置关系分析，建立了气田断层两盘岩性配置关系模式(图3)。作为典型的受小型正断层切割的砂岩气藏，气田主块断层两盘岩性存在5种接触方式：气砂-膏盐、气砂-泥、气砂-气砂、气砂-水砂、水砂-水砂接触。

图3 断层两盘岩性配置关系模式图

2.2.2.2 不同岩性配置关系下的断层封闭性分析

1)气砂-膏盐、气砂-泥接触：膏盐层为气田的良

好盖层，泥岩为气田内部的隔层，均具有较强的封堵性。气田泥岩击穿实验表明，厚0.94cm的泥岩在15MPa压差下仍为良好的隔层。因此，断层在这两种接触方式的部位，无疑是封闭的。

2)气砂-气砂接触：储层物性条件较好的砂岩直接相接，断层两侧岩石排驱压力均较小，断层不具备封闭能力。

3)水砂-水砂接触：水在储层中的流动阻力大于天然气，且WZ气田为低渗储层，水层渗透率平均仅为1×10-3μm2，地层水渗流能力差，气井射开水层时，无自喷或自溢现象。显然，该接触方式下，断层是封闭的。

4)气砂-水砂接触：水难以逾越断层向气层内渗流，而在水层不生产的条件下，由于重力分异作用，天然气也不会产生横向流动，因此，该接触方式下，断层也具有封闭性。

2.2.2.3 断层封闭性评价结果

根据以上封闭条件，分段研究了气田小断层封闭性(表2)。研究认为，气田主块内部小断层在纵向上的封堵性具有明显的差异。总体封堵规律为：断距越小，封闭性越差。

表2 根据岩性配置关系判断断层封闭性实例

气田含气顶界发育厚层盐膏层，气田内部1～2砂组泥岩发育。因此，上升盘的1～2砂组与下降盘多呈气砂-盐、气砂-泥接触关系，封闭性强；而气田3～6砂组主要为块状砂体，泥岩不发育，多呈透镜状与薄层状展布，断层上下盘主要呈气砂-气砂接触、气砂-水砂接触，局部呈气砂-泥接触关系，因此，断层仅具有局部封堵性；7～8砂组具有层状特征，与下降盘的接触关系以气砂-水砂接触、气砂-泥为主，断层具有封堵性或局部不封堵性。由于断层两盘岩性接触关系在三维空间是不断变化的，因此，同一条断层的封闭程度在不同部位是存在差异的。

2.2.3 动态分析法

WZ气田开发二十多年，系统RFT测压、压力恢复测试、干扰试井等大量的动态资料为研究内部小断层封闭能力提供了重要依据。

2.2.3.1 小断层整体上不具备封闭性

2.2.3.2 小断层具有局部封闭性

如f5断层，断层上升盘的XW13井1990年未投产时，3～4砂组地层压力即随其下降盘的WZ2等开发井同步下降，反映该断层不完全封闭。而2003年，断层下降盘新钻的WZ15井测压资料显示，该井6～7砂组并未受W13井生产的影响，仍保持原始地层压力。分析认为，f5断层北部，WZ15井6～7砂组气层与其上升盘7～8砂组水层相接触，因此具有局部封闭性。测压资料反映f3、f1等断层也具有局部封闭性，进一步分析其封闭性部位与层位，也与断层两盘岩性配置关系分析结果基本吻合。

3 气田认识的深化及开发对策分析

3.1 断层封闭性对气田开发的影响分析

通过本次研究，确定了各断层封闭程度，从而进一步分析其对开发的影响。

1)分块断层为封闭性断层，进一步明确了气田各断块气藏类型及驱动条件，主块和东块为弹性驱动的定容封闭气藏，西块为弹性驱动的带边水气藏。

2)由于分块断层的封闭性，即使西块边水推进至FK1断层附近时，也不会造成主块水淹，主块气井可保持较长的无水采气期。

3)尽管小断层的存在使主块内部气层连通状况复杂，但由于小断层不完全封闭，主块宏观上属于同一个动压力系统。

4)气田为低渗透储层，主块底水不活跃，且小断层对地层水具有封闭性，过断层与气层相接的底水不会产生横向窜层而造成气层水淹。

3.2 开发对策分析

根据以上研究结果及认识，在气田开发调整中可采用相应的对策如下。

1)对于弹性气驱的主块定容气藏，开发中可忽略底水影响。在供气形势需要时，可适当放大生产压差，以提高采气速度。

2)主块小断层的局部封闭性造成的储量动用不充分部位，是气田挖潜的重要目标。可采取补孔、压裂、钻调整井等措施，提高储量动用程度及采收率。

3)压裂改造是气田增产的主要措施之一，但对主块气井进行压裂时，应根据各井位置严格控制压裂规模，防止人工裂缝纵向上穿越底部泥岩隔层，横向上穿越小断层，而使气层与底水通过裂缝直接沟通，造成气层水淹和底水锥进。

4 结论

1)气田分块断层具有良好的封闭性，而主块内部的四、五级小断层整体上封闭性较差。

2)气田主块内部小断层的封闭性，主要取决于断层两侧岩性、流体配置关系。

3)小断层对气和水流动的封闭能力存在差异，即断层的封闭性是相对的。

4)气田主块小断层的封堵能力具有局部性，即同一条断层可能在某部位或层位封闭，而在另一部位或层位不封闭。

5)主块小断层的局部封闭性造成的储量动用不充分部位，是气田挖潜的重要目标。

[1] 赵密福.断层封闭性研究现状[J].新疆石油地质，2004，25(3):333-336.

[2] Bouvier J D，et al.Three dimensional seismic interpretation and fault sealing investigations，Nun River field，Nigeria[J] .AAPG Bulletin，1989，73(11):1397-1414.

[3] Lindsay N G，Murphy F C，Walsh J J，et al.Outcrop studies of shale smear on fault surfaces[J].International Association of Sedimentologists Special Publication，1993，15:113-123.

[4] Yielding G，Freeman B，Needham D T.Quantitative fault seal prediction[J].AAPG Bulletin，1997，81(6):897-917.

[5] 付广，杨勉.利用断裂填充物中泥质含量研究断层封闭性的改进方法[J].江汉石油学报，2002,24(1):1-5.