复杂断块油田小微断层的显性描述

姚红生,蒋永平,刘 金

(中国石化华东分公司 采油厂, 江苏 泰州 225300)



·地球科学·

复杂断块油田小微断层的显性描述

姚红生,蒋永平,刘 金

(中国石化华东分公司 采油厂, 江苏 泰州 225300)

从小微断层的成因入手，结合胜利、苏北一些油区的勘探开发实践，充分利用钻井、测井、地震、动态等资料，综合应用“静态4种技术、动态7项验证”，较好地分辨出小微断层和地层相变的差别，识别出小微断层并对断层定向，实现了小微断层各类隐蔽特点的显性化。小微断层的显性描述在近年来的苏北盆地勘探开发中取得了显著成果，对指导同类型油田的开发工作有着重要意义。

复杂断块；小微断层；识别描述；勘探开发

渤海湾和苏北等盆地是中国东部主要的含油气盆地,目前已发现众多油区。由于受强烈构造运动的作用,很多油区断层大量发育,构造极其破碎复杂,属复杂小断块油田[1-2]。如苏北溱潼油区的台兴油田，被两组断层切割,加之伴生断层发育,形成众多小块,最小断块面积仅0.01 km2[3];再如胜利油区的临盘油田，断层达800余条,每平方千米有3～8条断层通过,单井平均钻遇断点3个,最多达11个[4]。

构造活动所形成的断层与油气成藏关系密切,对油气的运移、聚集、富集起着控制作用[5-6]。在20世纪80—90年代,随着三维地震的应用,对一、二级大断层及部分三级断层,已获得较为准确的认识,但部分三级断层，特别是四级以下断层的认识可靠性差,落实程度低。进入21世纪,高精度三维技术得到大范围应用,地震精度明显提高,三、四级断层描述技术日益成熟,推动了复杂断块油田滚动勘探开发工作的发展[7-8]。

然而,随着近几年精细勘探、精细开发工作的深入，学者又面临着新的问题,就是五、六级小断层描述难题。由于五、六级断层落差小,延伸短(本文把它们称为“小微断层”),它们是沉积盖层中的伴生断层,落差一般从几米至十几米不等,延伸长度多小于500 m。

小微断层受地震精度的限制，较为隐蔽，难以识别。本文从小微断层的成因分析入手，结合胜利、苏北一些油区的勘探开发实践，利用钻井、测井、地震、动态等资料，综合应用“静态4种技术、动态7项验证”，挖掘隐蔽信息，实现了小微断层各类隐蔽特点的显性化，取得了较好的地质效果。

1 小微断层的成因及特征

落差仅几米至十余米的小微断层是低序级断层中级别更低的一类,延伸短、规模小,属次级派生断层类。其在高级别断层活动过程中受局部应力作用形成，一般与高级断层和局部构造伴生,主要分布在四级断层控制的自然断块，或与四级断层相交,或孤立分布甚至独立形成隐蔽断块,对沉积没有明显的控制作用。

在渤海湾和苏北等盆地，小微断层大量发育,纷繁复杂,具有多样性。由于受区域张扭应力的作用和高级断层的控制,小微断层发育也表现出一定的规律性和方向性[9],现举以下3种样式说明(见图1)。

1)“羽状”断层:在平面上，小微断层与高级别断层斜交,斜列分布,呈“羽状”排列。这种样式主要是受走滑和伸展两种应力的共同作用,主断层为张扭性断层,在主断层两盘的相对运动中,派生出一系列的羽状小微断层。其一般与高级别断层斜交,呈规律性分布,交角为锐角时,指示方向为所在盘的运动方向。

2)“棋盘格式”断层:在平面上，小微断层与一组近平行的较大断层斜交,并与较大断层一起构成“棋盘格”的形式。这种情况往往是在前切应力条件下,共轭形成两组断裂,一组为主断层,断距大,延伸长,另一组为次断层,延伸短,落差小,表现为小微断层的特点。

3)“y”字形断层:剖面上显示特点为，小微断层斜交于主控断层,一般形成于主控断层的后期,局部构造顶部也有表现为局部的伸展性特征,呈“y”字形,是在拉张应力作用下伴随主控断层生长过程中形成的反向调节断层。

图1 3种小微断层发育示意图Fig.1 Development of three small and micro faults

2 小微断层的显性化描述

根据小微断层的成因分析,其隐蔽性也有较为稳定的规律,为探究其显性化特征指明了方向：主要是充分利用钻井、测井、地震、动态等资料对小微断层进行描述,包括“静态4种技术、动态7项验证”。静态4种技术包括“测井特征识别、测井相控对比、地震相控判识、地震相干分析”等技术;动态7项验证是利用“注采是否见效、示踪剂示踪结果、地化指标差异、油水关系矛盾、压力分布不均衡、干扰试井成果、累产油与地质储量是否匹配”等资料进行分析验证,找出显性化证据,落实小微断层(见图2)。

图2 小微断层识别描述方法流程图Fig.2 Flow chart of identify the description method of small and micro faults

2.1 断点识别方法

2.1.1 相控断层对比 落差小是小微断层隐蔽性的主要特征,在断层对比时,易与正常地层相变混淆。因此，在地质研究中,识别小微断层要与沉积相紧密结合,称之为相控对比[10]，其主要有两种情况。

1)如果在标准层或标志层(多为湖相泥页岩)中间出现小微断层,由于这些地层相对稳定,一般可用“数韵律”的规律和“厚度突变法”对比是否存在断层,如有缺失,则通常由断层造成。此种做法能显性描述3 m以上的小微断层(见图3)。

图3 数韵律识别小微断层图Fig. 3 Number rhythm identify of small and micro faults

2)如果小微断层出现在砂体中间,往往存在多解性。因砂岩体遵循横向加积原理,易发生相变,在这种情况下对比断层时,为了与砂体尖灭区分,要理清砂岩的相变规律。如2-504井与邻井对比缺失7 m砂岩,从地层对比看,无法确定是小断层还是砂岩尖灭。但是，通过沉积相分析,该区砂岩为三角洲前缘相沉积,砂体稳定；从砂体等厚图看,2-504井砂岩应当存在。因此判定，2-504井砂体缺失是小微断层造成(见图4)。

图4 沉积相约束下的小断层识别Fig.4 Small fault identify under the constraint of sedimentary facies

2.1.2 地震相控判识 在地震上，反射层的变化可能由断层形成,也可能是地震相的正常变化,因此小微断层的隐蔽性在地震上表现出多解性[11]。在这种情况下,小微断层的判断要与地震相充分结合,进行相控综合判识[12]。常有以下3种情况。

1)一般情况下,选择分布范围广、标志突出、容易辨认,并具有明显地震特征的泥页岩及灰质岩作为标准反射层,波组的轻微变化如错动、扭动和产状变化等均表现为隐蔽小断层的信息。

2)对于稳定的三角洲前缘相沉积地层,反射层多个相位的错动、扭动、产状变化等信息,应引起足够重视,一般情况下是小微断层造成的,要解释出来(见图5)。

图5 稳定地层情况下,小微断层解释图Fig.5 Small and micro fault interpretation with stable formation

3)对于不稳定的河流相地层,地层横向变化较大,这种变化易造成地震反射层的紊乱。在这种情况下,不好区分小微断层与地震相变,存在小微断层的可疑情行,往往需要结合钻井和生产动态特征进一步挖掘隐蔽信息。

2.1.3 测井特征识别 断层在测井上往往具有响应特征。同时，测井研究也需要与岩心分析、露头观察相结合。其主要表现为4种测井特征(见表1)。

1)断层附近砂岩测井特征:对临盘油田进行研究发现,断层附近砂岩由于地层水在断层附近流动,使碳酸钙和碳酸镁等矿物在断层附近的砂岩中沉淀下来(类似结垢),形成方解石和白云石胶结,堵塞孔隙[13]。由于断层附近砂岩变得致密坚硬,在测井声波时差曲线上明显变小，呈现一个“小尖”形态；受渗透性下降影响,自然电位幅度也显著降低(见图6)。

2)断层附近泥岩测井特征:从XI503井岩心资料看,断层附近泥岩碎裂严重。薄片观察有塑性变形、颗粒定向、方解石充填挤压、泥质团块挤压等现象。由于断层附近泥岩碎裂严重,测井响应特征表现为声波时差明显变大(见图6)。

表1 断层测井响应特征表Tab.1 Fault logging response characteristics

图6 XI503井断层附近岩电特征图Fig.6 Lithological and electrical characteritics near faults of well XI503

3)倾角测井特征:断面附近地层成层性差，倾角发生改变,倾角测井特征表现为倾角方向、大小突变,或变得杂乱。利用倾角测井识别断层常有几种情况,一是在成层性较好的泥页岩地层中,区域构造产状(如倾角大小或方位)在上下两段地层有明显变化,都可判定为断层;即使上下两段地层的区域产状未发生明显变化,但在某一深度,倾角突然变得杂乱,也可能是断层造成的。二是在砂泥岩互层中,砂岩常因层理发育(包括波状层理、交错层理等),致使倾角变化较大,这时要以代表区域地层产状的泥岩隔层倾角为准,泥岩隔层产状(如倾角大小或方位)在上下两段地层有明显变化,可判定为断层。

4)成像测井特征:断面在图像上表现为连续的或间断的条带,其条带形状酷似正玄波,与正常地层产状明显不一致或反向。利用成像测井能对小微断层准确定位、定向,如P42-X12井小微断层,断点2 107.8 m,倾角73.4°,倾向25°(见图7)。

图7 P42-X12井断层成像特征Fig.7 Fault imaging feature of well P42-X12

2.2 小微断层组合方法

2.2.1 三维地震精细追踪 1)保证钻井分层、钻井断点与地震解释的统一性。将所有井的分层、断点投到地震剖面上,从井出发,沿纵、横、任意剖面,准确落实小微断层,使地震解释与实钻资料达到统一。

2)在地震剖面上,仔细观察、分析相位的错动、扭动、产状变化现象,逐道精细追踪,落实小微断层在空间的展布。

3)进行多个层位以及断层的统一解释,保证断层的解释精度。在地震解释中,对区内的断层进行编号,逐条闭合解释,做到纵向上浅、中、深层层位断点准确，各断层交接关系合理；平面上断裂组合合理,更准确地反映其真实形态,可避免上下层位间上盘与下盘的交叉[14]。在地震剖面上,对多层自下而上统一解释,对断层和层位统一解释,这有利于弄清断层发生、发展、消亡的特点以及断层之间的伴生或切割关系(见图8)。

图8 小微断层的精细追踪Fig.8 Fine tracking of small and micro faults

2.2.2 地震相干分析 相干体技术的实质是计算相邻道地震波形的相似系数,相干值较低的点与地质不连续性(如断层和特殊岩性体边界)密切相关[15-16]。此种方法可为地震波形空间变化提供准确的成图显示,小微断层的分辨率能大幅度提高。

倾角方位角技术是利用地震道之间的相关性以及反射同相轴解释层位处倾角的变化来识别小断层,通过几个方向上的振幅累加判断断层方向,并利用倾角扫描估计倾角的变化[17]。对于小微断层,这种方法有时比相干体更直观(见图9)。

图9 L2区块相干及倾角方位角分析Fig.9 Analysis of coherence cube and dip and azimuth of L2 block

2.2.3 倾角测井推断走向 如田11-17井2 735 m处断层,落差15～20 m,断层上升盘西北倾,与区域产状一致,而下降盘东南倾,产状翻转。综合分析后推断，小断层北西走向,而且东南部落差大,造成下降盘地层南部掀斜。除倾角测井外,利用成像测井可以对断层进行准确定位、定向(见图10)。

图10 利用倾角测井推断断层走向图Fig.10 Fault strike infered by dipmeter survey

2.3 动静态综合验证

小微断层的准确描述,要通过生产动态资料进行验证[18-19]。检验断层的动态方法主要包括:利用注采对应、示踪剂追踪、油水关系、压力分布、地化指标、干扰试井等资料进行分析,同时与静态资料紧密结合,多方面反复验证,落实小微断层。

1)利用注采对应矛盾判断断层:如台兴油田在QK119井与QK107，QK112，QK116井之间落实一条近东西向断层,断距10～20 m,地震上反射同相轴错断或扭动现象明显；从注采情况看,QK119对主力层台III3，III4油层注水,对应井QK107，QK112，QK116长期未见注水效果,应与该断层的遮挡有关。

2)通过示踪剂追踪判断断层:针对特殊井进行示踪剂等监测,可以进一步判断小微断层存在及连通情况。如L17-19井为L41-11单元一口注水井,在L17-19井中注放射性示踪剂,不足3个月,与其有断层相隔的油井L41-斜44，L41-斜436明显见到示踪剂。

3)利用地化指标差异判断小微断层:如X53-3块水井X53-斜6与油井X53-54，X53-斜51属同一断块且对应层位注水,井距250 ～300 m,水井已累注水4万m3,对应油井始终未见效,动液面长期保持在1 700～1 800 m。X53-3井与X53-斜6井分属不同断块,该井因供液差于2003年2月关井,关井前日油0.8 t,含水40 %,动液面1 740 m。利用地化指纹对4口井的连通性进行分析,X53-X6与X53-54，X53-斜51指纹存在明显差异,可能不同块；而X53-斜6与X53-3井指纹具有明显的相似性,两井之间的断层可能不存在。根据这个认识对断裂系统进行修改,并对X53-3井恢复生产,初期日油5.6 t,含水81 %,动液面865 m,能量状况较关井前明显变好,这证明X53-斜6井与X53-3井之间油层连通,注水受效。

研究表明,在小微断层隐蔽信息中,利用“测井相控对比、地震相控解释”方法能够较好地分辨小微断层和地层相变之区别;倾角测井、成像测井结合区域地层产状分析,能够识别小微断层并对断层定向;地震相干分析、倾角方位角技术能够提高小微断层的分辨率,进而确定断层走向;检验小微断层的动态方法,包括注采对应、示踪剂追踪、油水关系、压力分布、地化指标、干扰试井等关系,找出矛盾和动静结合,从而准确描述小微断层。

3 应用及认识

3.1 小微断层描述要“综合”判断研究

从表面上看，小微断层描述是一项具体的、专一的工作,实际上其涉及到地球物理、地层沉积、构造地质、石油地质、油藏工程等多门学科,是一项高度综合的技术工作,地质人员在工作中要注意综合研究。例如，在苏北储家楼油田,地震对于十余米的断层难以识别,在这种情况下,地质人员利用测井资料认真对比了断点、断距,对井斜资料去伪存真,分析了钻井深度与地震产状趋势规律,研究了本区断裂系统发育规律,验证了油水关系、生产动态资料,试验了多种解释方案,最后经反复推敲、综合研究,确定了多条小微断层，绘制了新的构造图(见图11),利用新构造图进行注采调整，取得了较好的开发效果。

图11 储家楼油田新旧构造图对比图Fig.11 Contrast of new and old structure of Chujialou Oilfield

3.2 复杂断块油田的勘探开发潜力寓于“复杂的小微断层”之中

小微断层尽管小,但作用不小。从勘探角度看,一些十米左右的断层仍能控藏[20]。在临盘油区、溱潼油区的油气勘探工作中,早前认为高级别断层控制着油气聚集和富集,五、六级小微断层仅起到干扰油水关系的作用,对小微断层的描述往往未被引起足够重视。但是，近年来的勘探开发实践证明，满足一定条件的小微断层对薄层油藏和厚油藏均能起到封堵作用。实例如临盘油区的XI509断块沙四段，含油面积2.0 km2,石油地质储量约230万t,起控藏封堵作用的为东部小断层,断距仅15 m,是典型的落差十余米小微断层对大面积薄层砂岩封堵成藏的例子;再如临盘XI509断块的沙三下厚层油藏,含油厚度约50 m,起到控藏封堵作用的是断块内两个小微断层,断距仅10 m左右,也进一步证实了小微断层能够对厚层块状砂岩起到控藏作用[21]。上述情况在溱潼油区也有发现。因此，近几年，研究区加强了小微断层的描述,通过钻探,发现多个新含油断块,新增石油地质储量达千万吨。所以我们相信，随着小微断层描述精度的提高,将会有更多较隐蔽的断块油藏被发现。

从开发角度看,小微断层错断了油层,干扰油水系统[22]。溱潼油区近5年,开展了小微断层描述,对断裂系统进行修正,先后对台兴、茅山、储家楼、角墩子、陶思庄等油田的注采井网进行了调整，实现了油田产能的恢复和上产,增加了可观的可采储量,提高采收率5～10个百分点。

4 结 语

在中国东部渤海湾和苏北等盆地,小微断层属于沉积盖层中发育的五、六级断层,具有落差小、延伸短特点，其自身隐蔽性强,给勘探开发工作带来挑战。小微断层尽管识别难度大,但充分利用钻井、测井、地震、动态等资料,可对小微断层进行描述。其中，利用“测井相控对比、地震相控解释”方法能够较好地分辨小微断层和地层相变之区别;倾角测井、成像测井结合区域地层产状分析,能够识别小微断层并对断层定向;地震相干分析、倾角方位角技术能够提高小微断层的分辨率,确定断层走向;利用动态资料,如注采对应、示踪剂追踪、油水关系、压力分布、地化指标、干扰试井等资料进行分析,动静结合，综合分析验证，可实现小微断层的显性描述,指导同类油田的精细开发工作。

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(编 辑雷雁林)

Dominant description of small and micro faults of complex fault block oilfields

YAO Hong-sheng, JIANG Yong-ping, LIU Jin

(Oil Production Plant, East China Company, SINOPEC, Taizhou 225300， China)

To identify and describe the small and micro faults which develop in the complex fault block oilfields of eastern China. From the formation factors of the small and micro faults, and the exploration and development practice of Shengli and North Jiangsu Oilfields, dominant description of small and micro faults was carried out by the data like drilling, logging, seism, dynamic and so on. Meanwhile, four static techniques and seven dynamic verifications were comprehensively applied. It may distinguish well the difference between the small faults and strata facies-changes, and the orientation of the small faults. It has yielded notable results that the dominant description of small and micro faults in the exploration and development of North Jiangsu Basin in recent years, and has important significance for the development of the similar oilfields.

complex fault block; small and micro fault; identification and description; exploration and development

2015-03-01

国家“863”计划基金资助项目(2009AA063401)

姚红生,男,江苏扬中人,高级工程师，从事油气勘探研究。

TE112.3

：ADOI：10.16152/j.cnki.xdxbzr.2015-03-019