海上复杂断块油田断层封闭性综合评价——以PL油田为例

王龙，孙福亭，何娟，郭丽娜，齐明明

（中海油研究总院，北京 100028）

海上复杂断块油田断层封闭性综合评价
——以PL油田为例

王龙，孙福亭，何娟，郭丽娜，齐明明

（中海油研究总院，北京 100028）

PL油田断裂系统发育，断层复杂。采用岩性对置法、断层泥比率法等直接法和测试断层两侧油水界面、原油性质等间接方法，对PL油田典型断层原始状态下的封闭性进行分析，并应用油田原始压力数据针对开发过程中断层的封闭性变化情况，研究了断层在不同时期的封闭性，分析了断层封闭性改变的原因。结果表明，PL油田走滑断层和正断层原始状态下多处于封闭状态，但存在封闭薄弱区，随着油田的不断开发，断块间压力平衡逐渐受到破坏，断层局部封闭能力减弱，发生开启现象。断层在局部存在着封闭性薄弱区，断层一侧长期生产而另一侧未开发，导致断块间压差逐渐增大，是断层后期局部开启的主要原因。通过对PL油田断层封闭性研究方法的适用性分析得出，断层泥比率法通常适用于断距不大的断层封闭性研究，而岩性对置法则适用于不同断距的断层。

岩性对置法；断层泥比率法；适用性分析；断层封闭性；复杂断块油田

0 引言

断层的封闭性是指断层面或破碎带封堵地层流体并阻止流体向断层两侧或破碎带渗流的能力，受多种地质因素和条件的影响，如断层两侧断块的岩性配置、断层泥的发育情况、断层所受的力学性质等［1-5］。通常，同一条断层不同部位的封闭性可能会存在差异。此外，前人研究表明，断层的封闭性在油田开发过程中也不是一成不变的，部分封闭断层在油田开发中存在活化现象，若未能及时发现，有可能造成实际生产中注采井网不完善，严重影响油田开发效果［6］。因此对于生产中油田，断层封闭性的研究不仅包括断层原始状态下的封闭性研究，同时在开发过程中开展断层封闭性的研究也是非常必要的。

1 区域地质概况

PL油田位于渤海海域的中南部、渤南低凸起带中段的东北端，是渤海有利的油气富集区之一，具有优越的油气聚集成藏地质条件。油田主力含油层系发育于新近系明化镇组下段和馆陶组，储层岩性为河流相沉积的陆源碎屑岩。郯庐断裂带是我国东部一个重要的走滑断裂带，郯庐断裂带发育东、西两条主干断裂，其中，东支主干断裂是由一系列走向大致为北北东向的郯庐断裂带东部分支断裂组成［7-11］。PL油田位于郯庐断裂带渤海区域部分的东部分支断裂带上，受其影响，油田构造主体断裂系统复杂，发育2组近南北向的走滑断裂，主控走滑断裂带以及北东—南西走向的派生断层，将PL油田由北至南分割为10多个垒、堑相间的断块。油田内共解释各类断层200余条（见图1），其中2组主控走滑断层基本贯穿了馆陶组和明化镇组的整套地层，走滑断层多呈亚平行雁列式发育，延伸长度1.3～14.0 km。正断层多为走滑断层的派生断层，呈北东走向或近东西向延伸，长度0.1～3.9 km，断距一般为5～360 m。

PL油田内发育复杂的断层使得断层的封闭性一直是备受关注的重点之一，特别是随着油田的不断开发，很多未投产区块的地层压力也出现了衰竭，进一步搞清压力变化的原因及区块间断层的封闭性迫在眉睫，开展断层的封闭性研究显得十分迫切和必要。

图1 PL油田断层平面位置

2 断层封闭性分析

前人对断层封闭性开展过大量的研究与实践，形成了多种较为成熟的研究方法，归纳统计可以分为两大类——直接法和间接法。直接法是从断层本身的角度出发，开展断层的封闭性研究。常用的包括岩性对置法、断面物质涂抹法（断层泥比率SGR、页岩涂抹因子SSF、黏土涂抹势CSP）、排替压力法、断面应力法、封闭系数法等，还有综合考虑断层断距、倾角、断层泥、断层活动性、断面正应力等断层封闭性影响因素，利用模糊数学或连通概率对断层的封闭性开展定量化综合评判［12-21］。间接法则是不研究断层本身，而是通过断层两侧地层压力的变化、流体的分布、性质和地球化学特征的差异性来间接判别断层封闭性［22-24］。

大量实践表明，每一种断层封闭性研究方法都有不同的适用条件，所需的资料基础也有所差异，采用任何一种方法判断断层的封闭性，结果往往具有不确定性和局限性，因此本文采用多种方法对断层封闭性进行了研究，并对断层封闭性进行了综合判别。

针对油田断层发育的特点，选取了2条有代表性的断层F1走滑断层和F2正断层展开分析，由于断层长度较大，各截取其中一段进行分析（见图1）。F1为走滑断层，属于PL油田走滑断层的东支，走向为近南北向，延伸长度大于10.0 km，最大垂直断距140 m，最小垂直断距35 m（见图2），本次研究该走滑断层位于1区与2区间的部分。F2为正断层，是1区与3区间的分界断层，断层倾向为北西向，走向为北东向，延伸长度3.7 km，最大垂直断距160 m（见图3）。本次研究的是除靠近F3断层少部分外的大部分。图2中实线为2区地层与断层相交线，虚线为1区地层与断层相交线。图3中实线为3区地层与断层相交线，虚线为1区地层与断层相交线。

图2 F1走滑断层断距

图3 F2正断层断距

2.1 直接法

2.1.1 岩性对置法

岩性对置法是最常用的定性研究断层封闭性的方法，最初在20世纪80年代由Allan提出，因此也被称为Allan法，目的是通过在断层面上展示断层两侧地层的岩性对置情况来研究断层的封闭性［11］。该方法的基本设想是断裂带中没有其他充填物质，或者充填物不影响断层封闭性，同时断层既不是封闭面，也不是运移通道，断层的封闭性取决于断层两盘地层的岩性。当储集层与对盘非储集层对接时，断层具有封闭性；当储集层与对盘储集层对接时，断层不具有封闭性［12］。

模拟得到的F1走滑断层砂岩对置图显示（见图4），在走滑断层东侧断块即2区的L50与L100层顶部出现了大片砂岩叠置区域。说明断层两侧的砂岩在这些层位出现了对接，反映出2区的L50和L100层为F1走滑断层封闭的风险区域。此外，在L80层也存在部分的砂岩叠置，说明L80层也存在一定的封闭薄弱区。图4中粉色条带是1区砂岩地层，蓝色条带是3区砂岩地层；实线为2区地层与断层相交线，虚线为1区地层与断层相交线。

F2正断层的砂岩对置图（见图5）显示，在该正断层上盘断块即3区的L80和L100层均出现了明显的砂岩重叠区，表明F2正断层在这2个层位存在封闭的薄弱区域。图5中实线为3区地层与断层相交线，虚线为1区地层与断层相交线。

2.1.2 断层泥比率法

断层泥比率法是进行断层封闭性定量判别应用最多的评价方法［3，13］。此方法认为，断层在断裂过程中，两盘的地层均匀涂抹在断层带内，即假设滑动段内的围岩以相同的比例混合成断层泥，从而对储集层产生封闭。断层泥比率法的封闭门限值并没有一个固定的标准，在不同的地区往往有不同的封闭门限值。Yielding等［13］用SGR区分断层是封闭还是开启，其门限值为25%～30%，该值越大，封闭性越好。总的来说，SGR越高，反映断层封闭能力越强，SGR越低，说明断层的封闭能力越弱。

图4 F1走滑断层砂岩对置

图5 F2正断层砂岩对置

F1走滑断层断层泥比率图显示断层面上以红色为主，SGRgt;50%（见图6），说明断层整体的封闭能力较好。断层在走滑断层东侧断块即2区的L50和L100层顶部存在低值区，SGR低于30%，反映出F1走滑断层在2区的L50和L100层封闭能力存在薄弱区域；此外，在L80层的顶部也存在断续分布的低SGR条带，SGR低于35%，说明F1走滑断层L80层的封闭能力也相对较弱。图6中实线为2区地层与断层相交线，虚线为1区地层与断层相交线。

对于F2正断层，SGR图显示，断层面上的SGR值都在50%以上（见图7），反映出该断层整体封闭能力较好。图7中实线为3区地层与断层相交线，虚线为1区地层与断层相交线。

图6 F1走滑断层断层泥比率

图7 F2正断层断层泥比率

2.2 间接法

2.2.1 油水界面

在油田开发初期，不同断块的油水界面能够间接反映断层的封闭性。如果断层整体是封闭的，那么断层两侧断块油水界面会有明显差异；相反，如果断层两侧具有统一的油水界面，虽然不能肯定认定断层是封闭的，但多数情况下会认为断层不具有封闭性。

通过对F1走滑断层、F2正断层两侧油水界面的统计，发现各个断块的油水界面有明显的差异（见表1）。

表1 各区块的油水界面位置

F1走滑断层两侧的油水界面分别为1区的-1437 m和2区的-1506 m，相差69 m，F2正断层两侧油水界面相差32 m，说明2条断层在未开发状态下具有良好的封闭性。

2.2.2 断层两侧原油物性

在油气运移过程中，如果油、气、水同属一个连通的构造圈闭，则油、气、水应具有相同的物理和化学性质；若断层两侧流体性质差异明显，则说明断层具有较好的封闭性：因此，可以通过分析各断块的原油物性与油田水性质来间接判别断层的封闭性。

F1走滑断层断距较小，该断层两侧对应层位基本为相同或邻近的地层单元。分布在断层东侧2区X3井和断层西侧1区X1井、X2井的流体性质显示（见表2），相近层位地层原油黏度分析结果均存在着一定的或者是较大的差别，如断层东侧2区X3井L80与断层西侧1区X2井L70，X3井L100与断层西侧1区X1井L100及X2井L110，说明F1走滑断层两侧的地层在原始状态下是处于分割状态的，东侧2区原油性质较断层西侧1区差，也说明原始状态下，F1走滑断层在这些层位是封闭的。

表2 1区、2区地层原油性质分析结果

3 油田开发对断层封闭性的影响

1区是PL油田内开发时间最早的区块，2区和3区开发时间均晚于1区，X4井为PL油田2区的第1口井。地层压力测试结果表明，在该油田还未生产的情况下，其地层压力已经出现了一定的衰竭（见表2），其中L50，L80层压力衰竭比较明显，说明F1走滑断层目前在L50，L80，L100层位封闭程度较差，呈开启状态。与F1断层类似，X5井是PL油田2区的第1口井，该井压力测试结果表明（见表3），在该区块还没有任何一口生产井的情况下，其L80，L100层也出现了一定程度的压力衰竭，其中L100层压力衰竭明显，反映出F2正断层当前在L80，L100层位局部开启，封堵性能较差。

表3 X4，X5井各层位平均剩余压力

结合以上对2条典型断层岩性对置法和断层泥比率法的分析结果，F1走滑断层当前在L50，L80，L100层位的开启状态与岩性对置法和断层泥比率法的分析结果吻合，说明F1走滑断层在原始状态下，在这3个层位的断层封闭能力较为薄弱。随着油田1区的开发，不断降低的油藏压力逐渐破坏了走滑断层两侧1区和2区的压力平衡。断块间不断升高的压力差诱使断层在L50，L80，L100等封闭能力较差的层位逐渐开启，从而造成了从未开发过的2区在这3个层位发生地层压力衰减。

F2正断层当前在L80，L100层位的开启状态与该断层岩性对置图的结果一致，说明该断层原始存在的封闭薄弱区与1区的开发造成的1区、3区断块间压力失衡，共同导致了F2正断层在3区L80，L100层的开启。

4 断层封闭性研究方法适用性分析

从走滑断层和正断层的模拟结果可以看出：对于断距不大的F1走滑断层，断层泥比率法与岩性对置法所反映的封闭性薄弱区比较一致；而对于断距较大的F2正断层，则二者对封闭性薄弱区的模拟结果差别较大。

为了判断这一发现的准确性，选取了另外2条断层——F3走滑断层和F4正断层进行验证（见图1）。岩性对置法和断层泥比率法的结果显示，F3走滑断层、F4正断层和F1走滑断层、F2正断层具有相似的结果（见表4）。F3走滑断层断距较小，为20～40 m，出现砂岩对接的层位和断层泥比率较低的层位相同，均为L50，L100层；而F4正断层断距整体较大，80～110 m，模拟结果显示在L100，L120层出现砂岩对接，而断层泥比率SGR在整个断层都高于50%。分析结果表明，断层断距的巨大差异导致了2种方法模拟结果的不一致，在PL油田，断距对2种判别方法的结果具有较大的影响。

断层泥比率法的应用前提是认为断层两盘物质均匀涂抹在断层内，即假设滑动段内的围岩以相同的比例混合成断层泥。而这只是一种理想状态，实际上，断层泥的形成、分布，与断层的性质、断层形成时的地层应力、断层的产状、断层两盘地层的固结、疏松程度，都有密切的关系，在实际情况中往往难以形成断层内两盘物质的均匀涂抹。从概率的角度分析，断距越大，在滑动段内形成均匀涂抹的可能性就越低。当断距较大，且地层砂地比较低时，对于断层上的任意一点，SGR值近似于地层的平均泥质质量分数，从而导致断层面的SGR整体较高。若此时断层两盘有2套砂岩对接，且断层泥并不很发育，就会出现SGR值高，但断层封闭性并不好的情况。PL复杂断块油田很可能就属于这种情况，该油田砂岩比例仅为20%～30%，对于断距较大的断层，断层上的SGR近乎等同于整体地层的平均泥质质量分数，大于50%，但实际上PL油田断层的断层泥可能发育并不好或分布不均匀，此时SGR值就不能真实反映出断层封闭性薄弱区。

表4 断层F3和F4岩性对置法与断层泥比率结果

岩性对置法则不受这种计算的影响，该方法主要取决于断层两盘地层的岩性。当储集层与对盘非储集层对接时，断层具有封闭性；当储集层与对盘储集层对接时，断层不具有封闭性：因此，该方法的应用条件相对简单，能更好地反映断层面上不同位置的断层封闭性。后续的生产动态资料也进一步证明了，对于断距比较大的断层，岩性对置法的结果在PL油田更接近断层封闭性的实际情况。因此岩性对置法相对于SGR法在复杂断块PL油田具有更好的适用性。

总的来说，这2种常用断层封闭性判别方法适用性的差异主要是，岩性对置法应用条件比较简单，而断层泥比率法的应用条件更为严格，特别是在断距较大且砂地比较低时，只有在断层内形成断层两盘物质均匀涂抹的情况下该方法才会有效。

5 结论

1）PL油田的F1走滑断层和F2正断层在原始状态下呈现出较好的封闭性，但在部分层位存在封堵的薄弱区。

2）随着油田的不断开发，断层一侧长期生产而另一侧未开发，断块间的压力平衡逐渐遭到破坏，压差逐渐增大，导致断层在封闭薄弱区出现封堵能力减弱、局部开启的现象。

3）断层封闭性方法适用性分析表明，由于断层泥比率法和岩性对置法应用条件的差异和PL油田砂地比较低，断层泥比率法主要适用于PL油田内断距不大的断层封闭性研究，对断距较大的断层不能有效表征出断层不同位置封闭性能的差异；岩性对置法则对PL油田内不同断距的断层均适用，应用效果更好。

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（编辑 孙薇）

Integrative evaluation of fault sealing property for complex offshore block oilfield:taking PL Oilfield as an example

WANG Long,SUN Futing,HE Juan,GUO Lina,QI Mingming
(CNOOC Research Institute,Beijing 100028,China)

With the complex and developed fault system of PL Oilfield,fault sealing property of representative faults in PL Oilfield was studied by lithologic juxtaposition method,shale gouge ratio method(SGR),OWC on the both sides of the fault and oil property under an original state.The initial pressure data of the oilfield was used to study the fault sealing property after the development of the oilfield.The paper makes clear the fault sealing property in different periods and the reason for the change of fault sealing property.The results show that strike-slip fault and normal fault were closed in original state,but fault sealing weakness zone existed in partial fault.With the development of the oilfield,the pressure balance between the blocks was gradually destroyed,and the sealing ability of the partial fault was weakened,finally,the fault opened.The fault sealing weakness in partial fault,the pressure difference caused by long-term production on the one side of the fault and non-development on the other side,are the two major reasons that lead the fault to open finally.The applicability of fault sealing property research methods in PL Oilfield shows that SGR method is applied to fault with relatively small fault throw and lithologic juxtaposition method is applied to fault with different fault throw.

lithologic juxtaposition method;shale gouge ratio method;applicability analysis;fault sealing property;complex block oilfield

TE122.2

A

10.6056/dkyqt201706006

2017-05-23；改回日期：2017-09-20。

王龙，男，1986年生，工程师，硕士，2012年毕业于中国石油大学（华东），现主要从事油气田开发地质研究工作。E-mail：wanglong@cnooc.com.cn。

王龙，孙福亭，何娟，等.海上复杂断块油田断层封闭性综合评价：以PL油田为例［J］.断块油气田，2017，24（6）：760-765.

WANG Long，SUN Futing，HE Juan，et al.Integrative evaluation of fault sealing property for complex offshore block oilfield：taking PL Oilfield as an example［J］.Fault-Block Oilamp;Gas Field，2017，24（6）：760-765.