东辛油田永3断块低级序断层特征及其对注水开发的影响

2015-05-14侯甫杨少春路智勇王欣赵娟文璐

断块油气田 2015年4期

侯甫，杨少春，路智勇，，王欣，赵娟，文璐

（1.中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，山东青岛 266580；2.中国石化胜利油田分公司东辛采油厂，山东东营 257094；3.中国石油西南油气田分公司川中油气矿，四川遂宁 629000）

0 引言

东辛永3断块构造复杂，低级序断层发育，目前已进入注水开发后期，目的层段沙河街组沙二下亚段（Es2下）水驱控制程度和储量动用程度仅有75.9%和65.4%，储层和断层联合控制的剩余油富集区达到44个，开发矛盾突出。前人对永3断块高级序断层的形态分布已经有了清楚的认识，但是对低级序断层的特征、其与高级序断层组合样式、对剩余油分布的控制作用和注水开发的影响研究需要系统分析[1-3]。针对以上问题，此次研究结合永3断块局部构造应力场资料，采用人工三维地震解释和蚂蚁追踪技术[4-8]，有效识别连续性较差的低级序断层，总结其剖面、平面特征和组合样式，并结合开发动态资料，从断层规模、断层封闭性以及断层组合类型分析低级序断层对注水开发的影响。

1 地质概况

东辛永3断块位于胜利永安油田南部，面积近4.3 km2，构造位于济阳坳陷东营凹陷的东北部，坨庄—胜利村—永安镇构造带东段，北邻永55和永42断块，东接永2断块。研究区自下而上钻遇地层有古近系沙河街组和东营组、新近系馆陶组和明化镇组以及第四系平原组，主要含油层位沙二下亚段，储层岩性以粉细砂岩为主，油层厚36.4 m，含油面积 1.5 km2，地质储量719.5×104t。

永3断块受一条北界南倾近东西向的永3二级断层控制，整体北陡南缓、西翼较东翼陡峭，地层倾角一般为10～15°，北部最陡处倾角可达20°以上，断层落差在150～450 m，总体呈断鼻构造。断块内部发育2条规模较大的近东西走向的三级断层，将断块切割为高、中、低3个断鼻构造带（见图1）。在张扭作用和多期构造应力机制影响下，内部发育一系列四级及更低级次的断层，即所谓的低级序断层。其中，四级断层大体为NNE，NNW走向，延伸长度数百米，最大断层落差100～350 m。五级及其以下低级序断层总体为EW走向，发育于断块内部，断层两盘落差较小，仅在数十米，且延伸长度最长不超过200 m。

图1 东辛永3断块沙河街组二段5砂组（Es25）顶面构造

2 永3断块低级序断层特征

东辛永3断块低级序断层主要形成于沙河街组晚期，近南北向伸展的作用力、局部底辟上拱和走滑作用是研究区低级序断层发育的主要构造背景。统计分析研究区低级序断层产状得知，永3断块倾角在50°以上的断层约占55%，属于高角度断层，反映出断层强烈的走滑性质。断层的倾向大部分处于160～240°及0～30°，表明永3断块曾受到近南北向的伸展作用，符合该地区的断裂特征及张扭性的区域应力机制[9]（见图2）。总之，永3断块低级序断层断面倾角陡、倾向分布较集中，且多分布在研究区主要转换断层附近，这些现象与研究区现有资料中的断裂特征及张扭性的区域应力机制是相符的。相比于研究区高级序断层（二级、三级断层），永3断块低级序断层发育规模小，活动性弱，在局部地区其断层的形成和分布特征受高级序断层的构造活动和应力场影响，并与高级序断层在剖面、平面上呈现不同的组合样式[10]。

图2 东辛永3断块断层产状投影

2.1 剖面特征

通过应力场分析得出，研究区低级序断层的产生主要存在拉张正断层、拉张-走滑断层及走滑断层3种类型，尤以拉张正断层分布较多。这些断层倾向相同或相反，在剖面上向下收敛于高级序断层，形成“y”型、反“y”型、地堑型和地垒型为主的断裂组合形式。而拉张-走滑断层和走滑断层主要构成负花状和树枝状组合样式，在永 3 断块分布较少[11]（见图 3）。

图3 东辛永3断块低级序断层组合样式

2.2 平面特征

研究区东西部主要发育近东西向断裂，中北部永3J1井附近主要发育近南北向断裂。在张扭应力作用下，高级序断层易在其尾端、交会处、拐点、平行断层以及两断层所夹断块间各自派生南北向为主的低级序断层，并相互切割构成了不同组合样式；而低级序断层则为平直状展布，平面延伸距离较短，主要以帚状、平行状以及放射状等组合形式分布[11]。

3 低级序断层对注水开发的影响

3.1 断层规模的影响

永3断块低级序断层主要为四、五级断层，分别占该区断层总数的21.69%和60.24%。四级断层断距数十米至上百米，垂向上能切穿部分较薄地层，如Es27层位。平面上延伸长度达到数百米，局部地区划分了大小不一的自然断块，具有各自独立的油水分布系统。而五级断层断距仅数米到数十米，平面上延伸长度不超过200 m，对局部构造和油气运聚不起作用，仅在四级断层划分的含油断块的基础上对油水关系进行复杂化。因此，永3断块剩余油富集程度主要受四级断层发育规模控制，其断层的存在将破坏储层的连续性，形成局部剩余油富集区；而五级断层的发育程度是注采井组部署的重要依据，影响剩余油富集区注水开发效果[12-13]。

3.2 断层封闭性的影响

永3断块低级序断层总体为张性断裂，从力学性质上分析，为开启性断层。但位于沙河街组沙二下段的低级序断层断面较小，平均倾角大于50°，断点井深为1 500～2 400 m，且断层长期处于静止状态。通过查阅地层岩性、流体资料分析得知，沙河街组泥岩和砂岩的抗压强度分别为2.0 MPa和6.0 MPa。断层裂缝所承受的压应力为

式中：p为断层裂缝所承受的压应力，MPa；H为断点井深，m；ρr为岩石密度，103kg/m3；ρw为地层水的密度，103kg/m3；θ为断面倾角，（°）。

假设 ρr=2.00×103kg/m3，ρw=1.05×103kg/m3，由式（1）计算得知，永3断块低级序断层断面所受上覆地层压力远大于岩石强度，导致断面合拢形成封闭。因此，永3断块低级序断层具有一定的遮挡能力，导致油藏水驱效率较低[14-15]。如断块中部的永3-53井转注水后（见图4），位于同高程的邻井永3-55在沙二段7砂组目的层段出油，而高部位永3-146井在相同层段不见效，是具有注采开发矛盾的井组。

图4 油水井见效对应曲线

在沉积和储层岩性变化分析基础上，运用蚂蚁体追踪技术识别出永3-53井和永3-146井之间存在一条低级序断层（见图5），该断层的存在导致砂体连通性降低，具有很好的渗流遮挡作用，将永3-1断块分割成2个独立的油水系统，合理解释了2口井油气显示情况，为新一步的井网部署提供了地质依据。

3.3 断层组合样式的影响

由于前期对永3断块低级序断层的分布特征、组合样式以及断层封闭性认识不清，导致油藏开发过程中注采井网不完善，构造高部位断层交会处形成的封闭区导致注采井不对应，水驱效果差，在平面上形成剩余油区[16]。

图5 永3断块Es27砂组低级序断层的封闭性

如图6所示，在研究区沙河街组沙二段7砂组层位，位于永3-1断层末端的低级序断层发育，与主断层形成帚状组合样式，且断层具有良好的封闭性，砂体平面的连通性差，剩余油在构造高部位主次断层交会处富集。而目前该剩余油未完全受井网控制，尤其是在断层交会处无采油井部署，导致构造低部位的永3-53井注水时，位于构造高部位的采油井水驱效率低或者不见效，形成水动力滞留区。