摆宴井油区断层封闭性评价

2015-07-02王平平

石油地质与工程 2015年2期

王赛, 王平平,李超,丁强,汪洋

(1.西北大学国家大陆动力学重点实验室/西北大学地质学系,陕西西安 710069；2.中国石油长庆油田分公司第六采油厂；3.中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院)

摆宴井油区断层封闭性评价

王赛1, 王平平2,李超3,丁强3,汪洋2

以鄂尔多斯盆地摆宴井油田断层为例，采取地层静封闭压力法和断层总泥含量法对各主要断层的垂向及侧向封闭性进行评价，结果表明，摆宴井油田延长组各断层呈非均质封闭，同一时期，断层的封闭性受断层走向影响最为明显，近南北向断层封闭性优于近东西向断层；不同时期，断层在长71小层侧向封闭性整体相对较差，断层在长72小层封闭性良好，断层在长7下段即长73小层封闭性呈非均质特征。摆宴井油田延长组地层B10断块断层封闭性较好，对油气成藏有重要的控制作用；B9断块断层封闭性较差，不利于控制油气成藏。

鄂尔多斯盆地；摆宴井油田；断层封闭性；静封闭压力；总泥质含量

1 区域地质背景

摆宴井地区位于宁夏盐池县，地质上位于鄂尔多斯盆地天环坳陷西缘逆冲带的过渡区域、马家滩构造带的南延部分。摆宴井油田是一个大型逆断层之下的潜伏构造，由次一级断层复杂化的三个背斜组成，由北向南依次为B10、B9、B1背斜式断块。这三个背斜式断块又分别被近于南北向的逆断层、东西向的平移断层及断块内的多条断层所分割，从而构成摆宴井油田的基本构造单元(图1)。摆宴井油田形成以逆断层为主的断裂带-储层输导体系，其中，断层的封闭作用起到了决定性作用[2-3]。

图1 摆宴井油田区域构造

2 断层封闭性评价方法

1966年，Simith A D.阐述了断层封闭与不封闭的概念，建立起了断层封闭性判别理论，其基本含义是：渗透性与非渗透性地层对置时断层封闭，否则断层开启[3]。目前随着断层封闭性研究的不断深入，断层封闭性的研究方法概括起来主要有定性和定量两类方法，在不同的地区应用时，需要根据其断层的性质、封闭机理及主控因素，采用合适的办法进行评价[4]。

摆宴地区的断层南北向以逆断层为主，在延伸过程中为正断层截断，其封闭性主要受断层性质和断层活动强度的控制，同时在宏观方面也受到区域地质应力的影响[5～6]。因而，对摆宴井地区断层封闭性的研究应建立在对区域地质应力性质了解的基础上，对断层垂向和水平方向的封闭性进行评价判断。

2.1 用地层静封闭压力评价断层垂向封闭性

根据摆宴井地区断层产状和力学性质的特征，采用断层面“静封闭压力法”对断层垂向封闭性进行评价。断层的垂向封闭性是断层面所受静封闭压力控制的的函数，若断层面所受静封闭压力增大，则断层的封闭性增强，对油气起到遮挡作用，越有利于油气的聚集保存；相反，则断层面的封闭性减弱，断层有利于油气的运移，输导性强[7-8]。

断层面静封闭压力公式为[9]：

式中：P为作用于断面上的静封闭压力，MPa；μ为岩石泊松比；H为埋藏深度，km；ρs、ρw分别为上覆地层岩石和地层水的密度，kg/m3;σ为构造应力场的主应力，MPa；β为构造应力场的最大主应力与断层走向的夹角;θ为断层倾角。

经计算得出摆宴井油田各断层静封闭压力值，如表1所示。

表1 摆宴井油田各断层静封闭压力值与各井所受构造应力的水平分力

由于地层受构造主应力的影响，所以断裂带的开启与否取决于静封闭压力与构造主应力水平分力的差值，若二者的差为正值，则断层处于封闭状态；反之，则基本处于开启状态[4]。利用断层静封闭压力和主构造应力水平分力的差值，对摆宴井油田各小层不同走向断层的垂向封闭性进行宏观分析，初步结果如表2所示。

从计算结果可以看出，在各分水口设置可调式减压阀后，当发生关阀水锤时，控制了各分水口处的压力，并降低了主管道的水锤压力，使压力均控制在主干管、支管的承压等级内。从图9、图10可以看出，4#、5#分水口处的压力均明显降低，且压力较为稳定。对比设计流量和最小流量工况分析，发现小流量工况关阀时产生的水锤压力比设计流量工况关阀时产生的水锤压力要大，这一点与实际情况也是相符的。

分析结果表明，断层的封闭性在时间上具有分期性，空间上具有分段性。具体表现如下：

(1)同一时期，断层的封闭性受断层走向影响明显。可以发现，不同走向断层的封闭性明显不一致，其中近南北向的断层封闭性优于近东西向的断层。B9，B10西断层在B9断块和B10断块两部分受断层走向控制较明显，两部分静封闭压力有明显差距，对断裂带的控制作用也有明显的差距；

表2 摆宴井油田断层垂向封闭结果

(2)不同时期，同一走向断层的封闭性变化较大，断层封闭性与断层性质密切相关。在东-西向区域应力场作用下，摆宴井油田东西向表现为张扭性断层，其断层的输导性好，但也有某些断层或某些段由于断层活动强弱不同造成的泥岩对接关系差而发生封闭作用；近南东向及南南东向断层表现为压扭性断层，断层的封闭性好。

2.2 用断裂带总泥质含量评价断层侧向封闭性

摆宴井地区勘探开发程度较低，难以使用常用的泥岩涂抹因子(shale smear factor，简称SSF)判别法和断层泥比率(shale gouge ratio，简称SGR)判别法[11-14]。针对此难点，笔者提出一种较为简便的判别方法，即使用断层所含总泥质含量(即小层中泥岩与砂岩中的泥质含量的总和)来判定封闭情况，其封闭能力为两侧端盘泥质含量的乘积，其原理是：总泥质含量越大，反映泥质在空间上的连续性越好，从而断层封堵性越好，输导能力越差；反之，总泥质含量越少，断层封堵性越差，疏导能力越好。由于断层的封闭性在空间上具有分段性，时间上具有分期性，因此，对断层横向和纵向的不同部位分别计算了总泥质含量(图2)。可以看出，长71层泥质含量相对较少，其侧向封堵能力相对较弱；长72、长73小层总泥质含量相对较多，侧向封堵能力相对较强。

图2 长71层、长72层、长73层断层总泥质含量分布情况

从时间上，同一条断层自下而上，总泥质含量减少，反映了垂向封闭性能逐渐变差，在摆宴井油田这种复杂构造环境下，其潜在的封闭能力减小，对油田开发起到了消极的作用。

从空间上，对单一断块封闭性进行分析(表3)。长71小层B10断块侧向封堵能力相对最好(为49%～81%)；B9断块中部封堵能力最弱，基本为良好的运移通道，其封堵能力为16%～64%。长72小层中B10断块处于分流河道间湾，基本为泥质或粉砂级组分沉积，侧向封堵能力最强，为81%～100%；B9断块部分处于河道间湾沉积微相，其封堵能力较强，为36%～100%不等。长73小层B10断块侧向封堵能力相对最好，封堵能力为72%～100%，B9断块封闭性差，为良好的运移通道和储集体，封堵能力为36%～49%。

表3 摆宴井油田断块侧向封闭能力评价 %

断层在长71小层侧向封闭性整体相对较差，利于油气沿物源方向自北西向南东方向运移；断层在长72小层封闭性良好，对油气的聚集成藏起到了良好的控制作用；断层在长7下段即长73小层封闭性呈非均质特征，B10断块封闭性良好，对油气的聚集成藏起到了良好的控制作用；B9断块封闭性差，油气沿物源向南东方向运移，对油气成藏不利。

3 断层封闭性评价的成果

综合以上两种方法，可以基本证明，在主成藏期(延长组沉积期)，摆宴井油田大部分断层封闭性较好，对油气成藏有重要的控制作用；B9断块断层封闭性较差，不利于控制油气成藏；B10断块封闭性较好，有利于控制油气成藏；B1断块由于全部为推测断层，且实际生产情况差，所以不做评价。

B10断块中，B19南断层封闭性较差，可能代表了开放环境，不利于油气保存；B10西断层封闭性好，有利于油气成藏；B10东断层，B12-3西断层封闭性一般，可能代表了概率性封闭环境。B9断块中B9西断层、B39-16北断层、B9南断层、B41-14南断层封闭性较差，可能代表了开放环境，不利于油气保存；B13西断层封闭性好，有利于油气成藏；B9东断层封闭性一般，可能代表了概率性封闭环境。