基于模糊数学方法的涠西南凹陷D洼断圈成藏条件评价

2022-08-09黄苏卫戚家振

海洋石油 2022年1期

黄苏卫，戚家振，刘峰

（中国石油化工股份有限公司上海海洋油气分公司勘探开发研究院，上海 200120）

北部湾盆地主体位于北部湾海域，经历多起构造运动，断裂发育[1-2]。涠西南凹陷位于北部湾盆地北部坳陷（图1），发育A、B、C、D四个洼，以流沙港组二段为主力烃源岩，储集层涉及基底风化壳、长流组、流沙港组、涠洲组和下洋组。断裂的发育和演化十分复杂，断裂相关圈闭主要包括断块、断背斜、断鼻、背斜等，生储盖组合类型可划分为下生上储、自生自储、上生下储三种类型。断裂相关圈闭于始新世-渐新世形成，至渐新世末定型，油气成藏期主要为中中新世—现今[2-3]，可见圈闭定型期早于油气充注期，时间匹配有利。勘探实践表明，北部湾盆地的主要凹陷及周缘已发现的圈闭，除少数为上第三系的披覆背斜、地层超覆等岩性圈闭外，其中与断裂有关的占 70%，主要形成于盆地裂陷期，分布在古近系涠洲组和流沙港组，已发现油气藏以断裂封堵油气藏为主，且沿主要断裂分布（图2），其地质储量占凹陷已发现地质储量的80%以上[3-10]。

涠西南凹陷D洼位于涠西南凹陷西南缘，目前钻探多口钻井，平面上不同构造，甚至同一构造不同断块，含油气性差异巨大；垂向上不同储盖组合，甚至是同一断块含油气性差异巨大。因而，在实际勘探部署中，针对不同断圈，只开展油气成藏条件定性评价，对断圈的成藏条件及其优劣的相对顺序却是一个模糊概念，不利于优选排队。前人在不同盆地，针对不同地质因素，如烃源条件、圈闭条件、储层条件和区带优选等，利用模糊数学进行过定量，并取得了很好的效果[11-14]。因而，在涠西南凹陷D洼利用模糊数学方法开展涠洲组和流沙港组断圈成藏条件定量评价，便于目标的优选排队，提高勘探部署的效率。

1 方法及原理

模糊数学方法是研究和处理模糊体系规律的理论和方法，普通集合论只取0或1两个值的特征函数，由模糊数学方法处理，转换为在（0，1）区间上取值的隶属函数。圈闭相对优劣的评价思路与之十分相近，借助模糊数学方法可使圈闭成藏条件评价定量化。

基于模糊数学方法的断圈成藏条件定量评价中，首先应根据成藏过程设定地质要素评价体系，确定评价要素，然后再根据各要素成藏过程中控制作用的大小，赋予各评价要素相应的权重，然后根据专家打分法确定各要素的隶属度（评价级别），最后，通过模糊数学运算得出评价结果。

根据模糊数学原理建立的断圈成藏条件评价模型为：

选取断圈油气成藏控制因素的评价参数构成因素集合U，令

U=(U1，U2，U3，…Un) （n为控制因素个数）

若评价时用m个级别，则可设评价集合为V，令

V=(Vl，V2, V3，…Vm)

实际勘探中，考虑到每个因素在油气成藏过程中控制作用必然存在差异，设U上的模糊集合A为评价因素的权重分配，即：A=(a1，a2，a3，…an)，且∑ai=1。在用n个评价参数评价断圈含油气性时，还须定义从U到V的n个模糊映射R，依此变换矩阵R建立集合U与集合V之间的关系。

对断圈油气成藏的综合评价，所引用的地质因素基本上都是相对关系或是定性的描述，为了统一，采用子集R (Ui)将这些定性描述转化为定量数据进行计算评判，若评价集合V分为好、较好、中等、差四个级别，则按照表1中的评语级别表示子集R (Ui)。

表1 四级别评语表Table 1 Four-level evaluation table

评价参数的权重分配A与综合评判变换矩阵R的合成，称为断圈的综合评判，即B=A·R。若评价集合V分为4级，即C=[l，2，3，4]，则可求出断圈油气成藏的综合评价值D=B·CT，最后根据D值大小就可以确定断圈含油气性的等级或者进行排队优选。

2 控制因素及评价标准

断圈油气成藏过程中，受到多方面因素的控制，例如烃源岩发育情况、储层发育情况、断裂封闭性等。涠西南凹陷D洼流二段优质烃源岩发育，为研究区内各断圈油气成藏提供了良好的物质基础[15]。以前人研究为基础，本次评价考虑到不同储盖组合断圈中储层发育特征[6-8]、油气充注特征[2,6-9,16]、断裂垂向和侧向封闭特征[6,8,17]控制断圈油气成藏，主要从这四个方面进行评价。

2.1 储层特征及评价

涠西南凹陷D洼古近系发育长流组、流沙港组和涠洲组陆相砂岩，主要沉积类型有三角洲平原、前缘及浊积砂；新近系发育下洋组、角尾组海相砂岩[6-7]。目前D洼勘探中上组合以下洋组和角尾组海相砂岩为主要目的层，中组合以涠洲组三段和四段三角洲平原分支河道砂体以及三角洲前缘水下分流河道砂体为主要目的层，下组合以流三段扇三角洲和流二段浊积砂体以及长流组河流-洪积相砂体为主要目的层。从实钻井各沉积相相带物性统计来看，中新统海相砂体物性最好，中组合涠洲组三段三角洲平原分支河道砂体物性好，涠四段三角洲前缘近端砂体物性次之，三角洲前缘远端砂体物性偏差；下组合流二段浊积砂体物性较流三段扇三角洲砂体偏好，但钻探揭示砂体分布的连续性及砂体厚度，流三段较流二段明显偏好，长流组河流-洪积相，泥质含量高，多为泥石流沉积，故物性条件最差（表2）。

表2 D洼钻井储层物性特征及模糊评价结果Table 2 Reservoir physical property and fuzzy evaluation results in D sub-sag

2.2 充注特征及评价标准

断裂在含油气盆地内油气的运聚成藏中起着非常重要的作用，许多学者都曾做过研究和探讨，但多数仅集中在断裂本身对油气运聚成藏所起作用的研究[18-22]。然而，由于断裂与源岩、储层空间配置关系不同，其对油气运聚的作用形式和程度必然存在差异[23]。从宏观上讲，研究区内断块圈闭与烃源岩主要有“源上”和“源下”两种叠置关系，油气充注方式主要存在垂向充注和侧向充注两种，分别对应源内和源外两种断圈。其中垂向充注中又可分为“垂向正注”（有利）和“垂向倒注”（不利）两种，由输导断裂与地层产状的配置关系决定。同时，在进行断圈垂向充注评价时，还应考虑断圈是否具备侧向充注（侧向运移）作为补充。

涠西南凹陷D洼有效烃源岩的分布主要集中在洼南部，D洼东部斜坡带和北部处于有效烃源岩外[7]，主要发育源外侧向充注模式；D洼西部陡坡带位于有效烃源岩区内，主要发育垂向充注，进一步根据断圈目的层产状与输导断裂产状配置关系，分析各圈闭油气垂向充注的方式，并分析是否具备油气侧向充注条件，最终总结油气注入方式及模糊评价等级（图3）。

图3 D洼断圈充注方式与评价标准Fig. 3 Charging methods of fault-related traps and fuzzy evaluation standard in D Sub-sag

2.3 断裂侧向封堵特征及评价标准

断层封闭性是指断层与地层两者物性的各向异性相配合，形成能够使油气聚集的新的物性和压力系统，断层封闭的本质就是断裂带与围岩之间的差异渗透能力造成的，根据引起断裂带与围岩差异渗透能力的因素，可将断层封闭类型划分为对接封闭、断层岩封闭以及胶结封闭三种类型。

研究区内涉及断裂封堵的主要目的层有涠洲组和流沙港组，其中流沙港组储层主要发育在流三段，其上发育流二段大套泥岩，下部发育陆相混杂堆积的长流组地层。断层作用使流三段储层与流二段泥岩（反向断层）或者与长流组和基岩（正向断层）对接。封闭类型主要为对接封闭，封堵性优劣受对盘岩性及断裂性质控制，下组合流沙港组内顺向断层对盘岩性多为长流组洪积相混杂堆积，反向断层对盘岩性为流二段厚层泥岩，且理论分析和实例分析均表明反向断裂侧向封堵性优于顺向断层。因而，反向断层侧向封堵性评价为好，顺向断层侧向封堵性评价中等-差（图4）。

图4 研究区断裂封闭类型Fig. 4 Types of fault sealing in the study area

涠洲组储层主要在涠三段和涠四段发育，属于砂泥互层型地层，砂质含量较高，主要的侧向封闭类型为断层岩封闭，断层岩封闭能力与断层断距和断裂两盘砂泥岩百分含量密切相关，本质是受渗透能力的相对关系控制。如果断层岩渗透能力低于围岩储层，断层起封堵作用，反之断层起输导作用。断层封闭能力可利用断-储排替压力差法进行评价。断层岩的碎屑物质组成或泥质含量以及断层岩的成岩程度决定了其排替压力，其中断层岩的成岩程度由断点所承受的断面压力控制，且断面压力可由断点埋深和断层倾角计算获得。因而，只要获取了与断层岩泥质含量相同且承受静岩压力与断面压力相同的沉积地层的排替压力，可将此沉积地层的排替压力类比断层岩的排替压力，进行断层封闭性的评价。至此，该断点处的断层封闭性便可定量取得，基于以上思路，来评价断层侧向的封闭性。

首先根据WZ油田岩心样品排替压力分析测试结果（表3），建立排替压力与深度和泥质含量之间的关系（图5），建立回归公式：

图5 WZ油田排替压力随泥质含量及埋深变化关系Fig. 5 Relationship between displacement pressure and mud content and buried depth in WZ Oilfield

表3 D6井岩心样品实测排替压力及测井计算泥质含量Table 3 Measured displacement pressure and mud content calculated by logging of core samples from Well D6

式中：Pb为储层排替压力，MPa；Pd为断裂带内排替压力，MPa；Vsh为储层泥质含量，小数；SGR为砂层组断层泥比率，小数；h为埋深，m；θ为断层倾角，°。

其次，根据式（2）和式（3）计算储层排替压力和断层岩排替压力；最后根据计算结果比较储层排替压力和断层岩排替压力相对大小。如果Pd＜Pb，断层不具备封闭能力；如果Pd＞Pb，断层具备封闭能力，根据排替压力差值，利用式（4）计算其控制的烃柱高度值。

式中：H为烃柱高度，m；ρo为油密度（kg/m3）；ρw为水密度，kg/m3；g为重力加速度，9.8 m/s2；ΔP为断-储排替压力差（Pd-Pb），MPa。

为了提高断裂侧向封闭能力评价的效率，以D3涠三段四套砂层组钻井岩性为代表，利用断距穷举法评价断裂在不同断距情况下侧向封闭性评价。结果显示，W3Ⅰ砂层组整体封闭性较差；W3 II砂层组在断距100～300 m时，侧向封闭性相对较好；W3 III砂层组在断距100 m左右时，封闭性相对最好；W3 Ⅳ砂层组在断距200 m时，侧向封堵性相对较好，且所有砂层组随埋深增加，断裂的侧向封堵性逐渐变强（图6）。

图6 利用断-储排替压力差法计算D洼陡坡带断裂不同断距封闭烃柱高度Fig. 6 Calculation of sealed hydrocarbon column heights with different fault distance by fault-reservoir displacement pressure in the steep slope belt in D Sub-sag

综合下组合和中组合断裂侧向封闭类型和封闭能力的评价，制定了研究区内断裂侧向封堵能力的模糊评价标准（表4）。

表4 控圈断裂侧向封闭性评价标准Table 4 Evaluation criteria for fault lateral sealing

2.4 断-盖耦合垂向封盖能力评价

油气勘探实践表明，断裂不仅破坏盖层横向分布连续性，同时也会降低盖层对油气的保存能力。从时间先后来区分，可划分为成藏期以前断裂活动对盖层的破坏以及成藏后断裂对泥岩盖层的破坏，成藏期以前盖层的破坏程度控制了油气能否在区域盖层下有效富集；成藏期后的盖层破坏决定了盖层下油气的逸散程度。涠西探区D洼发育上、中、下三套储盖组合，油气成藏期主要为中中新世—现今[2-3]，之后全区几乎未经受强烈的构造运动，断裂活动基本停止，因而断裂对各储盖组合中盖层的破坏程度，决定了油气能否在相应的储层中进行有效的侧向运移和富集。若断裂对泥岩盖层综合破坏程度较大，盖层被完全错断，盖层将无法对油气进行封盖，油气可能沿断层持续向上运移至浅层储盖组合或者直接逸散；若断裂未将泥岩盖层完全错断，盖层仍具有一定的横向分布连续性，油气可能既发生向上的垂向运移，也发生侧向分流。断裂对泥岩盖层连续性的破坏程度，可用盖层的断接厚度来评价，即盖层被错断后仍保持连接的残余厚度，断接厚度越大，垂向封盖性越强。

研究区内上组合角尾组区域盖层未受到断裂破坏，区域分布连续，厚度大，封盖性能良好；中组合中WZ油田内实际钻井结果统计显示（图7），涠二段区域盖层断接厚度大于100 m时，紧邻盖层高产油层发育（D4井）；小于30 m时，发育油水同层，直至累计泥岩盖层断接厚度近50 m时，开始发育油层（D6井）；盖层被完全断穿或上升盘泥岩盖层剥蚀殆尽，仅发育水层（D5井）。下组合中，流二段区域盖层厚度大，且作为研究区内主力烃源岩，物性封闭和超压封闭发育，综合封盖能力良好[7,16]。因而，研究区内断-盖耦合封盖能力综合评价标准见表5。

图7 WZ油田油气发现井涠二段断接厚度统计Fig. 7 Statistical analysis on the juxtaposition thickness of Wei 2 Member in the oil and gas discovery wells in WZ Oilfield

表5 控圈断裂及区域盖层断-盖耦合封盖能力评价标准Table 5 Evaluation criteria for spatial matching types between faults and caprocks

3 评价控制因素权重

在模糊综合评判过程中，不同因素控制程度不同，因而权重的分配是关键，它必须是各个因素在综合评判过程中地位或作用的真实反映，否则，将直接影响到综合评判的结果。实际操作中，不可否认，专家经验法分配的权重，一定程度上能反映实际情况，但往往带有一定主观性，忽略某些客观情况，评判结果一定程度上“失真”，采用统计方法确定权重，更加准确合理。首先利用公式E=R·CT对已钻圈闭各控制单因素的得分进行求取，得到断圈各控制因素得分集合E，然后对每项控制单因素得分进行累加，再用加权平均法计算其所占的权重值，最终得到各因素权重A为（0.280，0.272，0.244，0.204），其计算过程见表6。

表6 已钻圈闭油气成藏控制单因素得分表Table 6 Score of the controlling factor of hydrocarbon accumulation in drilled traps

4 定量评价结果

通过以上断圈油气成藏条件的分析及评价标准的建立，并获取其各项因素在油气成藏过程中所占的权重，就可以对断圈油气成藏的综合评价值（D）进行计算，通过对表5中层圈闭进行计算，得到各个层圈闭成藏综合评价值。其中，成功井综合评价值最小值D成功min=0.807，半成功井综合评价值最小值D半成功min=0.691，失利井综合评价值最大值D失利max=0.618，以此三个值为断圈成藏评价标准的界限，制定断圈评价标准。当D≤0.618为超高风险断圈，当0.618＜D≤0.691时为高风险圈闭，当0.691＜D＜0.807时为中等风险圈闭，当D≥0.807时为低风险圈闭。