松辽盆地A区块断层封闭性研究

2015-07-23潘毓兵

西部探矿工程 2015年2期

潘毓兵

（大庆油田有限责任公司第十采油厂，黑龙江大庆166405）

A区块位于松辽盆地长春岭背斜带上，通过钻探发现断层相邻两侧油水分布差异大，一侧为纯油区，而另一侧为水区，断层封闭性对油水分布起着至关重要的作用。断层封闭性研究是油气成藏研究中的重点，也是断块含油性评价的一项重要内容。断层封闭性是指断层上下盘岩石或断裂带与上下盘岩石由于岩性、物性等差异导致排替压力的差异，从而阻止流体继续通过断裂带或对应上下盘的性质。断层两盘既可呈“面”的接触，也可呈“带”接触。总之，断层的封闭性主要取决于断裂带本身的岩性及断层两侧对接的岩性。

1 断层封闭性类型

在空间上，断层的封闭性主要取决于2个方面：一是断层的侧向封闭性，即断层面在侧向上阻止流体穿越断层运移的能力；二是断层的垂向封闭性，即断裂带物质阻止流体沿断裂带纵向运移的能力。

根据断层垂向或侧向的封闭程度，将断层分为侧（垂）向完全封闭、侧（垂）向部分开启、侧（垂）向部分封闭和侧（垂）向完全开启4个亚类；其封闭程度分别为：100%、100%～50%、50%～0%和0%。对断层的封闭程度作如下定义：对断层的侧向封闭性而言，断层的封闭程度系指研究层段内目的盘储层被对置盘非渗透层或断层泥封堵的百分数；如果断层两盘为渗透层相对置，断层的封闭程度系指对盘储层所能封闭的油气柱高度与圈闭高度的比值。对断层的垂向封闭性而言，断层的封闭程度系指断层所能封闭的油气柱高度与圈闭高度的比值。

2 断层封闭性影响因素

影响断层封闭性的因素很多，但是归结起来主要有3个，即断距、断裂充填物性质和断面的紧闭程度。

（1）断距。断层形成以后，由于地层被错断，造成断层两盘的非同期沉积地层相对接。如果断距的大小恰好使断层两盘砂泥岩地层相对置，进入到目的盘储层中的油气再欲向上倾方向运移时被上盘泥岩层所遮挡，此段内断层形成了良好的侧向封闭。当断距增大到两盘不同时代沉积储层相对置，由于目的盘储层上倾方向无高排替压力地层遮挡而形成侧向开启。

（2）断裂充填物的性质。断裂充填是一种普遍的地质现象。如果断裂充填物以泥岩为主，由于其很高的排替压力使其具有很好的侧向封闭性，并且也有很好的垂向封闭性。由此可形成断层的垂向与侧向双重封闭性。但如果断裂充填物以砂质为主，且其排替压力不比目的盘储层排替压力高，则该充填物不具备侧向封闭性，同时也不具备垂向封闭性。如果断裂充填物以砂质为主，但后期由于地层水的矿化作用，使得原生孔隙被次生矿物所充填，或者由于石油沿其运移的过程中的降解作用，也会形成断裂充填的封闭。如果充填物具封闭性，与目的盘砂层对置的断层另一盘为泥岩层，泥岩层可增强断裂充填的封闭能力，减少油气侧向穿断层运移的风险。

（3）断面的紧闭程度。只有当断面裂缝紧闭时，断层才具备垂向封闭能力。断面的紧闭程度可用断面所受正压力的大小来衡量，其计算公式为：

式中：P——断面所承受的正压力，MPa；

H——断面埋深，m；

ρr——上覆地层的平均密度，g/cm3；

ρw——地层水密度，g/cm3；

g——重力加速度，m/s2

σ——水平地应力，MPa；

θ——断面倾角，（°）；

β——地应力与断层走向之间的夹角，（°）。

当断面所承受正压力大于被错断泥岩的变形强度时，因泥岩的变形而导致断层裂缝的愈合，由此便可造成断层的垂向封闭，否则断层开启。

3 断层封闭性评价

针对研究区的地质特点：在反转期受西北向的挤压应力，与大多数断层的走向夹角较大，而且挤压应力较大（形成长春岭背斜带）。因此，在断层封闭性研究方面选取断距、断裂充填物性质（主要是泥含量，不考虑胶结作用）进行分析。

目前,对于预测泥岩涂抹封闭能力的算法,国内外许多学者做了大量的工作。诸多研究表明,在静水压力条件下,控制断层封闭性的主要参数很可能是断裂带中的粘土含量。因此,估算断裂带中的粘土含量就可以用来预测可能的油气排驱压力。在断层发育过程中,考察可能被拖曳进断裂带的粘土物质的含量,就可以导出相关的预测断裂带岩石类型的公式。基于此,Bouvier（1989）提出了用“粘土涂抹势CSP（Clay Smear Potential）”判别断层的相对封闭程度。CSP表示沿断面某点某泥页岩层被涂抹的相对量值,其值随泥页岩厚度的增加呈正相关关系,随涂抹距离的增大呈负相关关系；Lindsay等（1993）提出了“泥岩涂抹因子SSF（Shale Smear Factor）”,SSF=断距/页岩层厚度,即断层的断距越小,断开页岩的厚度越大,页岩涂抹层在空间上的连续性越好,断层的封闭性越好。一般来说,CSP适用于断面剪切型的涂抹,而SSF主要适用于压入型的涂抹,但它们均不适合非均质的厚层碎屑岩层序。为此,Yielding等（1997）提出了断层泥比率SGR（ShaleGouge Ratio）及其计算公式:

SGR表示通过各种机理挤入断裂带的泥页岩的比例。围岩中泥页岩含量越高,断裂带中泥页岩、断层岩泥化涂抹的可能性就越大,其孔渗性就越差,毛细管排替压力就越高,形成封闭的可能性就越大；反之越小。无疑SGR是对复杂的断裂带活动过程的过分简化,但是它却能够简单而高质量地反映断面上涂抹层的非均质性。而其所需的参数,断移地层厚度、断移地层粘土含量和垂直断距,都与断层封闭性机理和地下可测定的性质相联系,且都是常规的、容易得到的数据。所以用SGR预测非均质的厚层碎屑岩层序的断层的封闭性是有很大的推广价值的,比起CSP等其他类似公式,SGR更有效和实用，优点突出，可操作性强（表1）。

表1 各种评价方法的对比表

泥质含量曲线是计算SGR的重要资料，在研究区内选择GR曲线建立泥质含量曲线模型：

式中：GRshl——标准泥岩段伽马值，按每口井实际资料选取；

GRcln——砂岩段伽马值，按每口井实际资料选取；

GR——伽马测井曲线值。

4 实例分析

在本次的研究中，主要分析了双30井区F55号断层的封闭性（图1）。从录井取芯资料看，F55号断层上盘为油区、下盘为水区，断块北端含油性变差；从双30-双60-60井过井三维地震剖面上看，F55号断层上盘扶一组地层除北段外都与下盘青山口组泥岩对接，上盘扶二组仅有部分地层与青山口组泥岩对接；通过计算F55断层两侧双60-60和双30井的SGR值,可以得出扶一组断裂带内的泥含量最多，侧向封闭性最好，F55号断层南部的封闭性好于北部，上部的封闭性好于下部。双30井试油结果是日产油33t，而和其相邻的双60-60试油结果是日产水51.2m3，双30区块油层主要分布于扶一组和扶二组上部，证实断层封闭性对油气分布影响。