断层封闭性研究

断层封闭性研究 第 卷 第 期Vol.23 No.5 岩 性 油 气 藏 23 5 2011 年 10 月 LITHOLOGIC RESERVOIRS Oct. 2011 文章编号,1673-8926 ,2011 ,05-0101-05 断层封闭性研究方法 任森林，刘琳，徐雷 ,中国地质大学,北京,能源学院, 摘 要,断层在油气运移成藏过程中起双重作用，断层开启为油气运移提供通道，断层封闭为油气藏形成 提供遮挡，因此评价断层封闭性对油气勘探开发意义重大。 目前研究断层封闭性方法很多，归纳统计可分 为岩性角度、力学角度、流体性质、流体包裹体与综合评价五大类 。 该文选取 这五大类断层封闭性研究方 法 和 部 分 专 家 的 研 究 实 例 ，详 细 阐 述 各 类 方 法 的 原 理 、特 点 以 及 应 用 情 况 ，系 统 总 结 断 层 封 闭 性 研 究 方 法，有助于正确评价断层封闭性。 关键词,断层封闭性,岩性对接,泥岩涂抹,模糊数学,连通概率中图分类号,P618.130. 2文献标识码,A 引言岩性角度0 1 断层封闭性与油气藏形成、破坏关系密切，其研 研究断层封闭性的前提条件是确定断层的基 究意义在于它能揭示油气运移的方向和途径，认识 本参数，如断层断距、断层倾向与倾角、断层断开地 烃源岩与储集层、圈闭的沟通关系，明确成藏期后 层岩性以及断面受力情况等，通过这些参数来定性 新生断层和继承性断层对油气的控制和再分配作 或定量 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 断层的封闭性。 岩性角度主要是从断层 用等。 国内外许多学者都曾研究和探索过断层的封 断开地层岩性和断裂带填充物岩性来研究断层封 闭性这一难题，并且取得了一系列进展和认识，已从 闭性。 单一学科、单一手段逐步向多学科、多角度来研究 1. 1 断层两盘岩性对接模型 ,,1-2断层的封闭性。 笔者通过分析前人的主要研究 当储集砂岩层与对盘泥岩层对接时断层具侧 成果，从岩性角度、力学角度、流体性质、流体包裹 向封闭性,图 1a,,当储集砂岩层与对盘砂岩层对接 ,24,-体和综合评价五大类进一步对断层的封闭性进行 时，断层在侧向上可能不具封闭性,图 1b,。 断层 两盘砂泥岩能否对接，受断层断距和断移地层岩性 了探讨。 ,a, ,b, 断层砂岩层泥岩层 图 1 断层两盘岩性对接关系示意图 Fig. 1 Sketch map showinglitho logy joint on fault section ,, 砂泥对接,,, 砂砂对接 ab-- 收稿日期,2010- 07-23,修回日期,2010- 08 24 -第一作者简介,任森林，1984 年生，男，中国地质大学,北京,在读硕士研究生，主要从事含油气盆地构造解释与分析工作。 地址,10008,3, 北京市海淀区学院路 29 号中国地质大学,北京,能源学院。 E-mail,rensl_2010@126.com 。，， 被完全错断，砂泥对接的可能性大, 反之可能性展现上、下盘砂泥岩层沿断面垂向和走向的接触关- 系。 如图 2 蓝色与绿色条带为断层上升盘与下降盘 。 如果断移地层岩性以泥岩为主或泥地比值较小 砂岩层在断面处的水平投影，砂岩条带间空白区为 高，那么断层两盘砂泥对接的可能性就大，侧向封 泥岩层在断面的水平投影，图中显示，在 950-998 线 闭性好,反之，断层两盘砂泥对接的可能性则小，侧 区域的部分砂岩小层砂-砂接触关系较好，断层侧向 向封闭性差。 封闭性差，其它区域砂泥接触关系较好，断层侧向 -目前，研究断层两盘砂泥岩对接关系，通常使 封闭性好。 该图解法是断层两盘岩性对接的定性直 用 Allan 断层截面图和计算泥岩百分率等方法来研 观分析方法，只适用于评价断层的侧向封闭性。 ,5, 究砂泥岩并置关系。Allan 图是以断面为镜面，将 1034 1022 902 914 1046 950 998 1010 962 974 926 986 938 f18 f16 1058 1070 1082 1094 f14 f12 1106 f8 f6 f4 h14 h12 f18 h8 h6 f14 h4 f8 950 902 f4 914 938 926 974 986 962 998 h4 1010 1046 1022 1070 1058 1094 1118 1082 1106 1034 图 2 断层两盘砂泥岩并置关系 Allan 图 Fig. 2 Juxtaposition relationshipof sand and shaleon fault section 1. 2 断面泥岩涂抹 ，因而赋予断层本身很高的排驱压力，对油气产带 生封堵作用。 由于单一泥岩错断过程中，泥岩的涂 泥岩涂抹是通过泥岩层的泥化并进入发育中 ,,6抹厚度随断距的加大而变薄，这种泥岩涂抹的空 的断层带而形成的。 当断层发生位移错动时，泥岩 间连续性与泥岩层厚度比例和断层位移密切相关， 涂抹在上、下盘削截砂岩层断面处形成较薄的泥质 基于此可对泥岩涂抹进行定量评价。 ，对储集层产生封闭,图 3, 。泥岩涂抹发育程度层目前，常用的定量研究泥岩涂抹封闭能力的算 直接影响断层对油气藏的封堵能力，这是因为泥岩法有 3 种,页岩涂抹因子,SSF,断距与泥岩层厚度 涂抹产生沿断层面分布一个连续低渗透黏土物质 比值,、黏土涂抹势,CSP,泥岩层厚度平方与泥岩涂 抹距离的比值,、断层泥比率,SGR,泥岩层厚度与垂 ,7-8,直断距的比值,,图 4, 。 上述泥岩涂抹算法都在 一定程度上反映了纵向泥岩涂抹情况，是目前重要 的断层封闭性定量评价方法，但这些方法要求泥岩 处于易塑性流动状态。 成岩早期泥岩易塑性流动， 沿断面可被大量拖曳，导致大范围地涂抹断面,成岩 后期泥岩层处于脆性状态，断层使岩石碎裂，难以 ,，,69出现泥岩涂抹。 所以在使用上述算法进行断层 封闭性定量研究时，首先要考虑岩石所处状态是塑 性还是脆性。 1. 3 断裂带填充物 断裂是在外界应力超过岩石强度极限时，微裂 隙扩张并集中形成的，导致宏观上岩石破裂。 当应 力超过岩石摩擦阻力时，两盘开始相对滑动，破碎 泥岩砂岩断层 图 3 断面泥岩涂抹示意图 Fig. 3 Sketch map showing shale smearon fault section 年任森林等 ,断层封闭性研究方法 103 200011 2 泥岩厚度 Σ ,泥岩厚度, 垂直断距 CSP =SSF = Σ SGR = ×100% 涂抹距离泥岩厚度 垂直断距 涂抹距离 垂直断距 垂直断距 ,a, ,c, ,b, 图 4 断面泥岩涂抹定量计算示意图 Fig. 4 Sketch map showingquantitativ e calculationof shale smearon fault section ,a, 页岩涂抹因子,b,, 黏土涂抹势,c,, 断层泥比率 ,10,0 m 断层线的岩石填入断层拉开的空间形成断裂填充。 从断 裂带形成的区域可将其划分为断层岩带、破碎带和 H P 1 裂缝发育带 3 个部分。 断层岩带位于断裂中心，破 碎严重，颗粒细小,破碎带变质程度小，颗粒大小混P 1β 杂且大部分未胶结,裂缝发育带岩石没有破碎，伴生 α σ 低级别及多次序裂隙的发育。 由于断裂带内部的不同分带，其岩性和变质程 P P 2 ,a, ,b, 度的差异导致物性特征不尽相同，影响断层封闭性。 , ,P = P+ P= σ sin β sin α + Hρρcos α - 断层岩带由于颗粒小和矿物沉淀作用使其与相邻 1 2 b w P,断层面正压力，MPa ,P,区域主压应力分量，MPa,P,上覆地层 12区域相比具有较低孔隙度和渗透率,破碎带因变质 ，MPa,σ,区域主压应力，MPa,H,断层面埋深，m, ρ,上覆 静岩压力b程度与胶结程度不同导致物性差异较大,裂缝发育 33 地层的平均密度，kg/cm, ρ,地层水密度，kg/cm,α,断层面倾角,w带中如果裂缝处于开启状态，大量裂隙构成裂隙网， β，σ,与断层走向夹角 不利于断层封闭。 因此，断层垂向封闭的必要条件 图 5 断面受力分析图 Fig. 5 Sketch map showing force analysis of fault section 是破碎带需填充大量断层泥使孔渗性低于围岩，且 ,, 剖面图,,, 平面图 ab裂缝发育带中的裂缝处于封闭状态。 从断裂带内部 结构来研究断层的封闭性是最为直接的研究方法， 鄂西泥质岩的抗压实验研究可知，当压力超过 5 MPa 但该方法的研究较为复杂，资料获取难度较大。 时，泥岩便发生塑性变形流动，堵塞断层面紧闭后 所遗留的渗漏空间形成垂向封闭。 否则，断层面虽 可在压力的作用下紧闭，但泥岩不能发生塑性变形 流动，断层仍会遗留渗漏空间，不能在垂向上形成 力学角度2 ,,12 2. 1 断面压力 。根据上述研究结果，可通过计算断面正压封闭 断面的紧闭程度是影响断层垂向开启与否的 力来定量评价断层封闭与否，但不同地区和层位泥关键因素之一。 如果断面紧闭，断层垂向封闭性好， 岩塑性变形的弹性极限压力不尽相同，在具体研究 油气难以沿断面作垂向运移,否则，断层开启，断层 时需要重新确定。 可作为油气运移的通道。 断面的紧闭程度通常取决 2. 2 异常地层压力 于断面所受正压力的大小，较大的正压力使得断面 泥页岩地层如果具有异常压力，就会降低其弹 两侧地层在断层活动过程中趋于变形，减小了断层 性极限，使其塑性增强发生流动。 当断层两侧的泥 面的孔隙，甚至导致断层裂缝闭合。 断层面所受到 岩具有异常压力，那么断层面就容易被塑性流动的 的正压力,P,主要有 2 个,一个是来自区域主压应 泥岩充填造成封堵。 在断裂带上一般均有断层泥等 力 σ 的作用,P,,另一个是来自上覆岩层静岩石压 1泥质成分存在，这种泥质成分在埋藏成岩过程中若 ,11-12,力的作用,P,,图 5, 。2存在异常压力，那么就有可能造成断层面附近泥岩 由岩石受力变形理论可知，泥岩所受压力达到塑性变形充填孔隙，形成较大的排驱压力，造成断 其弹性极限后，便会发生塑性变形。 根据前人对湘、 层封闭。 因此，断层的封闭性与断裂两侧泥岩地层 。、 ,13, ，来判断断层的封闭性,图 6, 。 开启性 性质的差异大，泥岩塑性变形越强，断层封闭性越好。 以断裂 断层两盘油气水物理、化学性质基本相同，具有统 带泥岩层压力是否具有超压作用为依据能较为直 一的油水界面,而封闭性断层两侧油气水性质存在 观地判断断层的封闭性，用测井资料能较为简便地 较大差异，各自具有独立的、纵,横,向上极为复杂 获取地层的压力数据，因此是一种较为简便的定量 ,,14的油、气、水关系，可形成特殊的油气藏。 因此，在 判断断层封闭性方法。 理论上利用断层两侧储层流体性质研究断层封闭 性是可行的，但该方法只适用于断层两侧具有明确 流体性质3 的油气藏。 从储层流体性质来分析断层的封闭性，即根据 油 A 油 A A 油 油水界面油水界面油 B 油水界面 开启 封闭 ,a, ,b, 图 6 断层封闭性与两盘含油性示意图 Fig. 6 Sketch map showing fault sealing and oil-bearingpropertie s of two walls ,15, 陈世佳等以准噶尔盆地西北缘红车断裂带 5 综合评价 为例，根据断层上、下盘储层原油和天然气的组成 由于断层封闭性的影响因素较多，如断层倾角、 以及油气藏分布特征，研究该断层在不同地质历史 ,,19-20断距、断层泥、断层活动性等，往往这些因素中 时期对油气的封堵作用，得出断层的启闭性影响了 的 1 种或者 2 种并不能代表或评价断层的封闭性 ,,16油气来源。 侯读杰等通过油层地球化学组成的差 状况，如何把这些因素结合起来综合评价断层封闭 异，证实了小断层的存在，并且认为小断层具有封 性将是一个不可忽视的研究方向。 闭性。 5. 1 模糊数学综合评价 断层封闭性能在不同地史时期可能不同，它与 4 流体包裹体 断层发育史，断层本身的几何学、运动学和动力学 沉积物在沉积、成岩过程中，由于温压逐渐升 ,, 21特征参数密切相关。 周新桂等以笔架岭油田为 高，沉积矿物进行着结晶或重结晶作用，可以捕获 例，依据油田断层特点、研究程度及评价方法的可 正在活动的流体，使其成为流体包裹体。 断层在开 操作性，提取了该油田中影响断裂封闭性能的 8 个 启活动过程中，流体十分活跃，此时断裂中若有结 主要因素指标，确定了其评价标准，且根据专家经 晶或重结晶矿物存在就容易捕获到流体，并形成流 验依次给定各指标权重,表 1,，运用模糊数学原理 体包裹体。 通过对断裂充填物、胶结物中流体包裹 体的系统研究，能定性或定量地判断断层形成的时 ,21, 笔架岭油田影响断裂封闭性能主要因素评价指标,17-18, 表 1 间。Table 1 Evaluation indicators of main factors affecting 基于上述原理，沿断裂带走向提取不同深度的 fault sealing in Bijialing Oilfield 流体包裹体，测定其均一化温度，并根据包裹体流 评价指标权重 体性质确定断裂中流体活动的时间，进而获得断层 断层活动速率0.10 的启闭时间。 若流体活动时间连续，说明断裂长期 泥岩厚度与总厚之比 0.18 开启,若流体活动时间间断，说明断裂在流体活动 泥岩与砂岩厚度之比 0.16 断层倾角间断期封闭。 此方法是运用流体在断层中活动所遗 0.08 断层走向与现今主压应力方向间夹角 留的包裹体痕迹来判断断层的封闭性，是一种直接 0.14 断层力学性质的方法，但目前在实际应用中还不够成熟。 0.19 断层产状与地层产状匹配关系 0.05 断层活动与油气运聚期匹配关系 0.10 年任森林等 ,断层封闭性研究方法 105 200011 C，即 闭系数 对断层的封闭性进行了定量化综合评判。 该研究方 法综合考虑了断层封闭性的多个影响因素，较为准 δ C = PSGR ?确地评价了断层封闭性,但统计各要素数据工作量 在此基础上，大量随机选取横切断层的已知典 较大, 。在实际应用中，首先需要筛选出对工区断层 型油气藏剖面，根据其上、下两盘储层内是否含油 封闭性具有影响的主要因素和各因素所具有的权 气来确定其启闭性,图 7,，计算断面不同位置处的 重，再进行模糊数学综合评价。 启闭系数，统计不同启闭系数范围所具有的连通概 5. 2 连通概率综合评价 率,将启闭系数最小与最大值间等分，在每等分中 ,, 22断层连通概率法是张立宽等以大港油田埕 统计开启油藏所占比例，即该等分启闭系数所对应 北断阶带断层作为研究对象，提出的一种定量评价 的连通概率,，建立研究区断层连通概率与断层启闭 断层启闭特征的新方法。 该方法将影响断层启闭性 系数间的相关关系。 对研究区未知油藏断层区域， 的主要因素归结为泥岩流体压力 ,δ, 、断面正应力 通过计算断层启闭系数 C，代入连通概率与启闭系 数关系式中求取该断层处的连通概率，从而定量获 ,P,和断层泥比率,SGR, 3 个代表性参数，依据其影 得断层的封闭性。 响断层启闭性的机理构建出一个无量纲的断层启 A A A 含 油 含 油 气 层 气 层 干 层 或 水 层 A B B B C B 开启 开启 干 层 或 含 油 气 层 封闭水 层 含 油 气 层 C C C ,b, ,d, ,a, ,c, 图 7 断层启闭性的判识方法示意图,据参考文献,22, , Sketch map showing the methods for determiningfault sealingproperties Fig. 7 赵密福，李阳，张煜，等.断层两盘岩性配置关系及断层的封闭 ,3, 结束语6 性,J,.中国石油大学学报,自然科学版，2006，30,1,7,-9. 在油气田断层发育区，断层封闭性研究对油气 ，.,J,.李文学张志坚断层侧向封闭形成的主控因素大庆石油 ,4, ，2005，29,2,101,-103. 学院学报勘探、区块评价、储量计算、井位选择及制订正确开 ，，，. FAPS 王晓红郭秋麟米石云等预测断层封堵性的软件系 发 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 具有重要意义。 断层的封闭性受多种因素控 ,5, ,J,.石油勘探与开发，2001，28,5,37,-38. 统制，如断层产状、断层力学性质以及断裂带填充物 赵密福 ， 李阳 ， 李东旭 ， 等. 泥岩涂抹定量研究 ,J,. 石 油 学 报 ， 质等，但不同地区、不同层位断层封闭性的主控因 ,6, 2005，26,1,60,-62. Yielding G ，Freeman B ，Needha mD T. Quantitative FaulSealt 素却不尽相同。 所以进行断层封闭性研究，首先需 Prediction,J,. AAPGBulleti n，1997，81,6,897,-917. ,7, 要优选出工区断层封闭性的主控因素来确定研究 崔艳敏，陆正元，钟伟.肇州油田芳 169 区块断层封堵性研究 角度，再针对现有资料条件，选择前述五大类中最 ,J,.岩性油气藏，2008，20,3,83,-88. ,8, 合适的方法进行研究。 另外，随着对工区研究的不 吕延防，张发强，吴春霞，等.断层涂抹层分布规律的物理模拟 断深入，现有资料条件逐渐完善，寻找最恰当的研 ,J,.石油勘探与开发，2001，28,1,30,-32. 实验研究,9, 周庆华.从断裂带内部结构探讨断层封闭性,J,.大庆石油地质 究方法将是一个不断探索和更新的过程。 ，2005，24,6,1,-3. 与开发参考文献, ,10, 周新桂，孙宝珊，谭成轩，等.现今地应力与断层封闭效应,J,. 石油勘探与开发，2000，27,5, ,127-130. 付广，刘洪霞，段海风.断层不同输导通道封闭机理及其研究 ,11, ,J,.石油实验地质，2005，27,4,404,-408. 方法,1, 宋来明，贾达吉，徐强，等.断层封闭性研究进展,J,.煤田地质与 白新华，罗群利用异常地层压力参数判,下转第 126 页, .勘探，2006，34,5,13,-16. ,12, ,2, SmithD A. Theoratical considerationo f sealing and no -sealing n faults,J,. AAPGBulleti n，1966，50,2,363,-371. ,13, ,J,.大庆石油地质与开发，2003，22,20,2,4-27. 报，2008，30,3,334,-336. ,15, 王洪辉. 河南双河油气田?_ ,1-3, 层系夹层分布 研 究 ,J,. 天 ,13, ，，，.窦松江季岭王海波等王官屯油田中生界厚油层内隔夹层 ，2000，20,3,26,-29. ,J,.石油地质与工程，2008，22,1,48,-51. 然气工业研究 Researchon Triassic interbeds in block one of Tahe Oilfield LIU Hai-lei， DAI Jun-sheng， YIN He， JIA Kai-fu ,Faculty of Geo-Resources andInformatio n， China University of Petroleu， Qingdaom26655 5， China, Abstract, According to the egological characteristics of Triassic reservoir in block oneo f TaheO ilfield, the logging datao f 37 wells in this area aredea lt with, and the idstribution of interbeds is studied. The study areisa divided into 3 oil layer groups,1 1 sublayers, 10 interlayers and 26 interbeds. The distribution of interlayers and interbeds is described, and the relationship betweenin terbeds and ther emaining oil distribution are analyzed. Ther esult shows that thient erlayers between the main reservoirs extend lao ng distance with the stable thickness and a nerichment of remaining oil at the bottom, anthde distribution frequency and density of thei nterbeds in the main reservoirs areh igh with a high level of remaining oil. Key words, interbeds distribution, remaining oil, Triassic, block onef o Tahe ilofield ,本文编辑 ,郭言青 , ,上接第 页,105 ,18, 断断层封闭性,J,.大庆石油地质与开发，2005，24,2,13,-15. 沈传波，李祥权，杜学斌.流体包裹体在油田断裂研究中的某 徐樟有，宋丽，吴欣松，等.川中地区上三叠统须家河组典型气 些应用,J,.大庆石油地质与开发，2003，22,4,4,-6. ,14, ,J,.岩性油气藏，2008，20 马中良，曾溅辉，赵乐强，等.断层物性和倾角变化对济阳坳陷 藏解剖与天然气成藏主控因素分析,19, ,1,75,-82. ,J,.岩性油气藏，2008，20,3,, 斜坡带油气运聚影响的实验模拟 陈世加，冉乙钧，路俊刚，等.红车断裂带断层封闭性的地球化 109-113. ,15, ,J,.西南石油大学学报,自然科学版，2008，30,1,2,1-24. 学研究王冰洁，何生，倪军娥，等.板桥凹陷钱圈地区主干断裂活动性 ,20, 侯读杰，朱俊章，唐友军，等.应用地球化学方法评价断层的封 ,J,.岩性油气藏，2008，20,1,75,-82. 分析,16, ,J,. 地球科学—— 中国地质 大 学 学 报 ，2005，30 ,1,9,7- 闭性周新桂，陈永峤，操成杰，等.笔架岭油田断层封闭性定量研究 ,21, 101. ,J,.江汉石油学院学报，2003，25,2,32,-34. 李云，时志强.四川盆地中部须家河组致密砂岩储层流体包裹 张立宽，罗晓容，廖前进，等.断层连通概率法定量评价断层的 ,J,.岩性油气藏，2008，20,1,27,-32. ,J,.石油与天然气地质，2007，28,2,181,-189. 体研究启闭性,17, ,22, Researchmethod s of fault sealing REN Sen-lin， LIU Lin， XU Lei ,School of Energy Resource， Chinas University of Geoscience， Beijings 10008，3 China, Abstract, Faults play a dul raole in hydrocarbon migration and accumulation, which provides migration pathso r close hydrocarbon, so that etheval uation of fault sealing has a greasitg nificance in oil and gasx eploration and development. There are many ways to studyf ault sealing at present, andth ey can be summarizeadsli thology, mechanicsfl, uid nature, fluid inclusions and comprehensive evaluation. Thesed ifferent research methods and some studyfro mcase expse rtsa re selected to elaborate the principles, characteristics and application of various typeosf research methodsin detail, in ordert o evaluate fault sealing reasonably. Key words, fault sealing, lithology joint, shale smear, fuzzy mathematics, connetcivity probability ,本文编辑 ,杨琦,