断-砂配置侧向输导油气能力研究方法的改进及应用

付红军，姜洪福，王运增，李 昂，付 广，胡慧婷，樊自立

(1.东北石油大学，黑龙江 大庆 163318； 2.中国石油 大庆油田有限责任公司 海拉尔石油勘探开发指挥部，黑龙江 大庆 163712；3.加拿大阿尔博塔大学，阿尔博塔 埃德蒙顿 T6G 2R3；4.中国石油 大庆油田有限责任公司 勘探开发研究院，黑龙江 大庆 163712)

油气勘探的实践表明，断裂对含油气盆地下生上储组合中断裂发育区油气的运聚成藏起着非常重要的作用，断裂不仅是油气从下伏源岩向上覆目的储层中运移的输导通道，而且其与砂体的配置控制着油气的成藏与分布。因为沿断裂向上运移的油气进入到目的储层后，由于受到上覆盖层的阻挡，油气将向断裂两侧砂体中发生侧向运移和聚集，这是下生上储组合中断裂发育区油气成藏的主要模式。然而，油气钻探揭示，并非断裂两侧目的层砂体中均有油气分布，这可能是油气沿断裂向两侧砂体发生侧向运移后，因断裂附近无圈闭聚集而散失了。但这种可能性不大，因为对于陆相沉积地层而言，其相变快，即使断裂附近无构造圈闭发育，也会有岩性圈闭发育，使沿断裂运移的油气向两侧砂体中发生侧向运移后，在断裂附近聚集成藏。断裂附近砂体中无油气分布，主要是由于沿断裂运移油气没有向其发生侧向运移造成的。沿断裂运移油气到底向两侧哪些砂体中发生侧向运移，是决定断裂附近油气分布的重要因素。关于断裂和砂体本身作为通道输导油气能力的研究，前人曾做过大量的研究[1-9]，但对断-砂配置侧向输导油气能力的研究目前主要是一些定性的研究[10-14]，缺少定量研究。有些文献[15]虽然对断-砂配置侧向输导油气能力进行了定量研究，但其只考虑了断-砂接触长度和砂体物性(泥质含量)对其侧向输导油气能力的影响，而没有考虑对断-砂配置侧向输导油气能力有重要影响的砂体倾角(因砂体倾角大小不同，油气沿断-砂配置侧向输导油气能力也不同)的影响，这无疑使得研究结果与地下实际情况出现偏差，影响下生上储组合中断裂发育区油气分布的正确认识，给油气勘探带来风险。因此，开展改进断-砂配置侧向输导油气能力的研究方法，对于正确认识下生上储组合中断裂发育区油气分布规律和指导油气勘探均具有重要意义。

1 断-砂配置侧向输导油气机理及其影响因素

沿断裂向上运移油气进入上覆目的储层后，由于受到其上覆盖层的阻挡，油气沿断裂向上运移受阻，不是停止向上运移，就是向上运移速度减缓，使油气全部或部分在盖层之下向断裂两侧砂体中发生侧向运移(图1)。油气到底向断裂两侧哪些砂体中发生侧向运移，主要受到砂体本身发育程度的影响，如断-砂接触长度、砂体物性和倾角等。砂体孔渗性越好，侧向输导油气能力越强；反之则越弱。然而，实际应用中砂体孔渗资料往往非常有限(只能通过探井岩心测试获得)，无法用以反映研究区某一砂体的物性空间变化规律，比较实用的方法是利用泥质含量(可用自然伽马测井曲线计算得到)来反映砂体的物性好坏。砂体中泥质含量越低，砂体纯度越高，孔渗性越好，侧向输导油气能力越强；反之侧向输导油气能力越差。砂体倾角越大，油气沿其运移的浮力越大，侧向输导油气能力越强；反之则越弱。断-砂接触长度越大，沿断裂运移油气向砂体中侧向运移量越大，侧向输导能力越强；反之则越弱。

图1 断-砂配置侧向输导油气运移模式Fig.1 The mode of hydrocarbon migration through lateral transport of the juxtaposed fault-sandstone

2 改进前断-砂配置侧向输导油气能力定量研究方法

文献[15]在上述断-砂配置侧向输导油气运移机理的基础上，主要通过断-砂接触长度和砂体物性(可用其泥质含量表示)两个方面来定量研究深度相近的断-砂配置侧向输导油气能力，认为断-砂接触长度越大，砂体中泥质含量越低，断-砂配置侧向输导油气能力越强；反之则越弱。在砂体上倾条件下，断裂与砂体接触面积(长度)越大，越有利于沿断裂运移油气向砂体中侧向运移。由图1根据断-砂配置关系及断裂、砂体本身发育特征，便可以得到断-砂接触长度与断裂倾角、砂体倾角和砂岩厚度之间的函数关系如式(1)所示。

(1)

式中：L——断-砂接触长度，m；

h——砂体钻遇厚度，m；

α——砂体倾角，(°)；

β——断裂倾角，(°)。

砂体中的泥质含量也是影响断-砂配置侧向输导油气能力的重要因素，其泥质含量越低，砂体物性越好，侧向输导油气能力越强；反之则越弱。砂体中泥质含量可利用其自然伽马测井资料，由式(2)计算求得。

(2)

(3)

式中：Vsh——砂体中泥质含量，小数；

GR——砂体自然伽马测井值；

GRmin——砂岩层自然伽马测井值；

GRmax——泥岩层自然伽马测井值；

IGR——自然伽马相对值；

GCUR——与地层年代有关的经验系数，新地层为3.7，老地层为2.0。

综合上述两个因素对断-砂配置侧向输导油气能力的影响，便可以得到断-砂配置侧向输导油气能力评价参数的计算公式为：

(4)

式中：T前——改进前断-砂配置侧向输导油气能力评价参数。

由式(4)中可以看出，T前与砂体钻遇厚度h、砂体倾角的余弦值cosα成正比，与砂体中泥质含量Vsh和断-砂倾角之和的正弦值sin(α+β)成反比，其值越大，断-砂配置侧向输导油气能力越强；反之则越弱。

3 改进后断-砂配置侧向输导油气能力定量研究方法

由上述可知，改进前断-砂配置侧向输导油气能力定量研究方法仅仅考虑了断-砂接触长度和砂体泥质含量对断-砂配置侧向输导油气能力的影响，而没有考虑砂体倾角对断-砂配置侧向输导油气能力的影响。砂体倾角除了影响断-砂接触长度(如式1)外，还在一定程度上可直接影响断-砂配置侧向输导油气运移能力的强弱，砂体倾角越大，油气沿砂体侧向运移的浮力越大，断-砂配置侧向输导油气能力越强；反之则越弱。由此看出，如果不考虑砂体倾角对断-砂配置侧向输导油气能力的影响，所得到的评价结果必然与实际产生偏差，影响对下生上储组合中断裂发育区油气分布的正确认识。因此，本文在定量评价断-砂配置侧向输导油气能力时(在断层活动强度、油气运移动力、烃源岩排烃强度等影响条件相同或相似环境下)，除了考虑断-砂接触长度和砂体中泥质含量的影响外，还要考虑砂体倾角的影响。因此，在定量研究断-砂配置侧向输导油气能力时，应在改进前评价参数计算公式中增加sinα一项，来表现砂体倾角的影响，其计算公式为：

(5)

式中：T后——改进后断-砂配置侧向输导油气能力评价参数。

由公式(5)只要确定出评价参数(T后)值，便可以据此对断-砂配置侧向输导油气能力进行研究，T后值越大，表明断-砂配置侧向输导油气能力越强；反之则越弱。

4 实例应用

本文选取渤海湾盆地南堡凹陷5个典型区块中浅层内12条油源断裂为例，利用改进前与改进后两种定量研究方法对其与16口井中浅层67个砂体配置形成的侧向输导油气能力进行了评价，并通过评价结果与目前已发现油气分布之间关系分析，验证改进后断-砂配置侧向输导油气能力评价方法较改进前断-砂配置侧向输导油气能力评价结果的合理性。

南堡凹陷从下至上发育的地层有古近系的孔店组、沙河街组、东营组，新近系的馆陶组、明化镇组及第四系。截至目前为止，南堡凹陷中浅层(东营组二段至明化镇组)已找到了大量油气，主要分布在柳赞、高尚堡、老爷庙、南堡1号、2号、3号、4号和5号(图2)。油气源对比结果表明，其油气主要来自下伏沙三段或沙一段—东三段源岩，由于下伏沙三段或沙一段—东三段源岩与上覆中浅层之间被多套泥岩相隔，沙三段或沙一段—东三段源岩生成的油气只能通过Ⅴ型和Ⅵ型(图3)油源断裂向上覆中浅层中运移聚集，使目前找到的中浅层油气藏主要分布在油源断裂附近(图2)。油气在沿Ⅴ型和Ⅵ型油源断裂由下至上运移过程中，到达中浅层后向其两侧哪些砂体中发生侧向运移聚集，是指导中浅层油气勘探的关键。

为了研究南堡凹陷5个典型区块内Ⅴ型和Ⅵ型油源断裂与中浅层砂体配置的侧向输导能力，选取其中12条油源断裂为例，利用上述改进前、后定量研究方法对其与16口井中浅层67个砂体配置形成的侧向输导油气能力进行定量评价(表1)。可以看出，利用改进前的方法得到的67个砂层断-砂配置侧向输导油气能力评价参数介于0.7～26.1。再利用改进后的研究方法对上述12条油源断裂与16口井中浅层67个砂层配置形成的侧向输导油气能力评价进行了定量评价，其结果介于0.1～9.6，其值明显小于改进前方法得到的断-砂配置侧向输导油气能力评价结果，这主要是由于改进后方法考虑了砂体倾角的影响，sinα值小于1造成的。

图2 南堡凹陷中浅层油源断裂与油藏分布关系Fig.2 The relationship between source rock-rooted faults and oil reservoir distribution in the middle-to-shallow strata of Nanpu Sag

由图4中可以看出，改进后方法计算得到的侧向输导油气能力评价参数值与目前砂层内已发现的油柱高度之间均具有正比关系，即断-砂配置侧向输导油气能力评价参数值越大，砂层内油柱高度越大；反之则越小。当断-砂配置侧向输导油气能力评价参数值大于0.4时，油气钻探为油层或油水同层，当断-砂配置侧向输导油气能力评价参数值小于0.4时，几乎全为水层或干层。改进后方法得到油层或油水层的断-砂配置侧向输导油气能力评价参数下限值也明显低于改进前方法得到的下限值(图4)。图4b改进后的断-砂配置侧向输导油气能力评价参数与油柱高度之间的关系数据更散，趋于包络线，这是因为改进后，增加了砂体倾角来体现浮力的影响，sina曲线形态为正弦曲线，计算出的数据更加符合实际的缘故。

为了验证改进后方法的评价结果在南堡凹陷中浅层内是否具有普遍适用性，本文选取NP1-5井为例，利用改进后方法对其中浅层东营组断-砂配置侧向输导油气能力进行了定量评价，结果如表2所示。NP1-5井东营组1～6和8号砂层断-砂配置侧向输导油气能力评价参数值均大于0.4，试油结果均为油层。而7和9～11号砂层断-砂配置侧向输导油气能力评价参数值均小于0.4，试油结果均为干层，这进一步证实改进后断-砂配置侧向输导油气能力研究方法在南堡凹陷中浅层应用中具有普遍适用性。

5 结论

1) 断-砂配置侧向输导油气能力主要受到断-砂接触长度、砂体泥质含量和倾角的影响，断-砂接触长度越大，砂体泥质含量越低，砂体倾角越大，断-砂配置侧向输导油气能力越强；反之则越弱。

2) 改进后断-砂配置侧向输导油气能力定量研究方法较改进前断-砂配置侧向输导油气能力定量研究方法多考虑了砂体倾角的影响，符合地下实际情况，而改进前方法的评价结果可能过高地评估了断-砂配置侧向输导油气能力，给油气勘探带来风险。

表1 改进前后南堡凹陷5个典型区块12条断裂与16口井中浅层67个砂层形成的侧向输导油气能力评价参数计算结果Table 1 Statistics showing the estimated lateral transport capacity of the configurations of 12 faults and 67 middle-to-shallow sandstone layers in 16 wells in five typical blocks of Nanpu Sag before and after parameter modification

续表1

注：Z.埋藏深度；Ho.油柱高度；h.钻遇砂岩厚度。

图3 南堡凹陷中浅层断裂系统划分模式Fig.3 The scheme showing the fault grouping in the middle-to-shallow strata of Nanpu Sag

图4 南堡凹陷5个典型区块12条断裂与16口井中浅层67个砂层形成的侧向输导油气能力评价参数改进前、后计算结果与油柱高度关系Fig.4 The scatter diagram of relation between oil column height and the estimated lateral transport capacity of configurations of 12 faults and 67 middle-to-shallow sand layers in 16 wells of five typical blocks of Nanpu Sag before and after modificationa.改进前方法；b.改进后方法

3) 改进后方法在南堡凹陷5个典型区块12条油源断裂与16口井中浅层67个砂层形成侧向输导油气能力评价中的应用结果表明，改进后方法研究得到的断-砂配置侧向输导油气能力评价参数值与砂体中的油气柱高度之间为正比关系，其值越大，砂体中油气柱越高；反之则越低。当断-砂配置侧向输导油气能力评价参数值大于0.4，油气钻探为油层或同层；当断-砂配置侧向输导油气能力评价参数小于0.4，油气钻探为干层或水层，表明其用于断-砂配置侧向输导油气能力评价是可行的。