低滲斷塊砂巖氣藏斷層封閉性研究及開發(fā)對策

王樂之，李銀花

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院，北京 100083；2.中國石化中原油田分公司勘探開發(fā)科學(xué)研究院，河南 濮陽 457000)

斷層封閉性指斷層對斷層兩側(cè)儲層流體滲流的封閉性能，對于斷塊型氣田，斷層封閉性是影響開發(fā)效果的重要因素之一。WZ氣田位于中國東部渤海灣盆地東濮凹陷，該氣田斷裂發(fā)育，儲層以低孔低滲砂巖為主，為帶邊、底水?dāng)鄩K干氣藏。對于氣田內(nèi)斷層是否具有封閉性，多年來一直認(rèn)識不清，一定程度上影響了氣田的開發(fā)決策。目前，氣田已進(jìn)入開發(fā)中后期，各斷塊表現(xiàn)出不同的壓力分區(qū)，邊、底水活躍程度也具有明顯的差異。進(jìn)一步研究氣田內(nèi)部斷層，尤其是小斷層的封閉性，對制定合理的調(diào)整對策具有重要意義。

1 斷層發(fā)育情況

除控制氣田邊界的WD、WX兩個二級大斷層外，氣田內(nèi)部發(fā)育的斷層主要分為兩個級別(圖1)。

圖1 WZ氣田斷裂格局圖

1.1 控制流體分布的氣田分塊斷層

屬于二級主斷裂的派生斷層，為凹陷內(nèi)部的三級斷層，主要有FK1、FK2和FK3斷層，斷距60～350m，將氣田分割為西塊、主塊和東塊。其中，F(xiàn)K1、FK3斷層走向基本平行，南、北端與WD、WX大斷層相交。FK2斷層與WD斷層基本平行，兩端與FK1和FK3斷層相交。在該級斷層的作用下，氣田自西向東氣水界面逐階下掉。

1.2 斷塊內(nèi)部發(fā)育兩組相交的小斷層

內(nèi)部小斷層發(fā)育呈現(xiàn)明顯的規(guī)律性，主要發(fā)育北東向和近南北向兩組斷層，為4～5級斷層，斷距多為20～40m，延伸距離多小于2km。盡管斷塊內(nèi)部小斷層斷距不大，但在開發(fā)過程中，由于其對砂體連通關(guān)系的改變及自身封閉程度的差異，對天然氣和邊、底水的流動規(guī)律也將產(chǎn)生不同的影響。

2 斷層封閉性評價

2.1 分塊斷層是典型的封閉性斷層

2.1.1 原始流體分布存在明顯差異

根據(jù)國內(nèi)外關(guān)于斷層封閉性的研究文獻(xiàn)[1]， 當(dāng)兩個斷塊的油(氣)水界面不一致時，斷層是封閉的。在東掉的FK1、FK3斷層的作用下，WZ氣田各斷塊氣水界面明顯不同，西塊為-2980m，主塊為-3000～-3050m，東塊則為-3100m左右。由此判斷，分塊斷層是封閉的。

2.1.2 各塊壓力變化差異明顯

氣水界面的差異反映的是原始狀態(tài)下斷層的封閉性。而氣田大量的動態(tài)也證實(shí)，在開發(fā)過程中，分塊斷層也是封閉的。如1990年，西塊的WX3井RFT測試表明，該塊壓力保持在原始狀態(tài)，而此時主塊已試采11年。東塊地層壓力變化也與主塊不同，2005年主塊平均地層壓力為18.5MPa，壓力下降6.0 MPa，而東塊為12.4 MPa，壓力下降幅度大大高于主塊。

2.1.3 壓力恢復(fù)資料解釋存在封閉性邊界

根據(jù)分塊斷層附近生產(chǎn)井的壓力恢復(fù)資料解釋結(jié)果(圖2)，分塊斷層在壓力恢復(fù)導(dǎo)數(shù)曲線上均有明顯的反映。西塊的WX2、WX3井歷年的壓力恢復(fù)資料解釋結(jié)果，均認(rèn)為在距井20m附近存在封閉性邊界，即FK1斷層。據(jù)W14井壓力恢復(fù)資料，在距井30m左右解釋有封閉性邊界，即FK2斷層。

圖2 WX3井壓力恢復(fù)導(dǎo)數(shù)曲線

2.2 斷塊內(nèi)部小斷層封閉性

斷塊內(nèi)部小斷層，尤其是主塊內(nèi)部的小斷層封閉性一直存在爭議。本次重點(diǎn)針對該問題，綜合應(yīng)用涂抹系數(shù)、斷層兩盤巖性配置關(guān)系、動態(tài)分析法等多方法，確定了小斷層的封閉性。

2.2.1 斷層帶內(nèi)填充物的封閉性

Bouvier等[2]1989年提出用“泥巖涂抹能力”(CSP)定量判斷斷層相對封閉程度以來，Lindsay、Yielding等也分別提出涂抹因子的計算方法[3-4]。

我國大慶石油學(xué)院付廣等，2002年提出了利用斷層兩盤地層斷裂填充物中泥質(zhì)含量研究斷層封閉性的改進(jìn)方法[5]。該方法認(rèn)為，斷裂充填物中泥質(zhì)含量是影響斷層封閉性的最主要因素，且假設(shè)斷裂填充物來自斷層兩盤地層。判別標(biāo)準(zhǔn)為，當(dāng)斷裂帶內(nèi)泥質(zhì)含量Rm>0.75時，斷層封閉性好； Rm為0.50～0.75時，封閉性較好；Rm為0.25～0.50時，封閉性中等；Rm<0.25時，封閉性差。

本次采用該方法計算表明(表1)，WZ氣田斷塊內(nèi)部小斷層Rm值在0.27～0.50之間。按照斷層封閉性等級標(biāo)準(zhǔn)，氣田小斷層封閉性屬于中等-中等偏弱，說明斷層封閉性不強(qiáng)。但是，中等封閉級別對于氣藏流體的封閉程度如何，在開發(fā)中能否形成阻擋流體流動的屏障，根據(jù)該結(jié)果尚不能有效地確定。

表1 斷裂填充物泥質(zhì)含量法評價結(jié)果

2.2.2 斷層兩側(cè)巖性配置關(guān)系研究

在不考慮斷層面物質(zhì)封閉性的條件下，斷層的封閉性主要取決于斷層兩側(cè)巖石的封堵能力。

2.2.2.1 斷層兩盤巖性配置關(guān)系模式的建立

通過配置關(guān)系分析，建立了氣田斷層兩盤巖性配置關(guān)系模式(圖3)。作為典型的受小型正斷層切割的砂巖氣藏，氣田主塊斷層兩盤巖性存在5種接觸方式：氣砂-膏鹽、氣砂-泥、氣砂-氣砂、氣砂-水砂、水砂-水砂接觸。

圖3 斷層兩盤巖性配置關(guān)系模式圖

2.2.2.2 不同巖性配置關(guān)系下的斷層封閉性分析

1)氣砂-膏鹽、氣砂-泥接觸：膏鹽層為氣田的良

好蓋層，泥巖為氣田內(nèi)部的隔層，均具有較強(qiáng)的封堵性。氣田泥巖擊穿實(shí)驗(yàn)表明，厚0.94cm的泥巖在15MPa壓差下仍為良好的隔層。因此，斷層在這兩種接觸方式的部位，無疑是封閉的。

2)氣砂-氣砂接觸：儲層物性條件較好的砂巖直接相接，斷層兩側(cè)巖石排驅(qū)壓力均較小，斷層不具備封閉能力。

3)水砂-水砂接觸：水在儲層中的流動阻力大于天然氣，且WZ氣田為低滲儲層，水層滲透率平均僅為1×10-3μm2，地層水滲流能力差，氣井射開水層時，無自噴或自溢現(xiàn)象。顯然，該接觸方式下，斷層是封閉的。

4)氣砂-水砂接觸：水難以逾越斷層向氣層內(nèi)滲流，而在水層不生產(chǎn)的條件下，由于重力分異作用，天然氣也不會產(chǎn)生橫向流動，因此，該接觸方式下，斷層也具有封閉性。

2.2.2.3 斷層封閉性評價結(jié)果

根據(jù)以上封閉條件，分段研究了氣田小斷層封閉性(表2)。研究認(rèn)為，氣田主塊內(nèi)部小斷層在縱向上的封堵性具有明顯的差異。總體封堵規(guī)律為：斷距越小，封閉性越差。

表2 根據(jù)巖性配置關(guān)系判斷斷層封閉性實(shí)例

氣田含氣頂界發(fā)育厚層鹽膏層，氣田內(nèi)部1～2砂組泥巖發(fā)育。因此，上升盤的1～2砂組與下降盤多呈氣砂-鹽、氣砂-泥接觸關(guān)系，封閉性強(qiáng)；而氣田3～6砂組主要為塊狀砂體，泥巖不發(fā)育，多呈透鏡狀與薄層狀展布，斷層上下盤主要呈氣砂-氣砂接觸、氣砂-水砂接觸，局部呈氣砂-泥接觸關(guān)系，因此，斷層僅具有局部封堵性；7～8砂組具有層狀特征，與下降盤的接觸關(guān)系以氣砂-水砂接觸、氣砂-泥為主，斷層具有封堵性或局部不封堵性。由于斷層兩盤巖性接觸關(guān)系在三維空間是不斷變化的，因此，同一條斷層的封閉程度在不同部位是存在差異的。

2.2.3 動態(tài)分析法

WZ氣田開發(fā)二十多年，系統(tǒng)RFT測壓、壓力恢復(fù)測試、干擾試井等大量的動態(tài)資料為研究內(nèi)部小斷層封閉能力提供了重要依據(jù)。

2.2.3.1 小斷層整體上不具備封閉性

2.2.3.2 小斷層具有局部封閉性

如f5斷層，斷層上升盤的XW13井1990年未投產(chǎn)時，3～4砂組地層壓力即隨其下降盤的WZ2等開發(fā)井同步下降，反映該斷層不完全封閉。而2003年，斷層下降盤新鉆的WZ15井測壓資料顯示，該井6～7砂組并未受W13井生產(chǎn)的影響，仍保持原始地層壓力。分析認(rèn)為，f5斷層北部，WZ15井6～7砂組氣層與其上升盤7～8砂組水層相接觸，因此具有局部封閉性。測壓資料反映f3、f1等斷層也具有局部封閉性，進(jìn)一步分析其封閉性部位與層位，也與斷層兩盤巖性配置關(guān)系分析結(jié)果基本吻合。

3 氣田認(rèn)識的深化及開發(fā)對策分析

3.1 斷層封閉性對氣田開發(fā)的影響分析

通過本次研究，確定了各斷層封閉程度，從而進(jìn)一步分析其對開發(fā)的影響。

1)分塊斷層為封閉性斷層，進(jìn)一步明確了氣田各斷塊氣藏類型及驅(qū)動條件，主塊和東塊為彈性驅(qū)動的定容封閉氣藏，西塊為彈性驅(qū)動的帶邊水氣藏。

2)由于分塊斷層的封閉性，即使西塊邊水推進(jìn)至FK1斷層附近時，也不會造成主塊水淹，主塊氣井可保持較長的無水采氣期。

3)盡管小斷層的存在使主塊內(nèi)部氣層連通狀況復(fù)雜，但由于小斷層不完全封閉，主塊宏觀上屬于同一個動壓力系統(tǒng)。

4)氣田為低滲透儲層，主塊底水不活躍，且小斷層對地層水具有封閉性，過斷層與氣層相接的底水不會產(chǎn)生橫向竄層而造成氣層水淹。

3.2 開發(fā)對策分析

根據(jù)以上研究結(jié)果及認(rèn)識，在氣田開發(fā)調(diào)整中可采用相應(yīng)的對策如下。

1)對于彈性氣驅(qū)的主塊定容氣藏，開發(fā)中可忽略底水影響。在供氣形勢需要時，可適當(dāng)放大生產(chǎn)壓差，以提高采氣速度。

2)主塊小斷層的局部封閉性造成的儲量動用不充分部位，是氣田挖潛的重要目標(biāo)?？刹扇⊙a(bǔ)孔、壓裂、鉆調(diào)整井等措施，提高儲量動用程度及采收率。

3)壓裂改造是氣田增產(chǎn)的主要措施之一，但對主塊氣井進(jìn)行壓裂時，應(yīng)根據(jù)各井位置嚴(yán)格控制壓裂規(guī)模，防止人工裂縫縱向上穿越底部泥巖隔層，橫向上穿越小斷層，而使氣層與底水通過裂縫直接溝通，造成氣層水淹和底水錐進(jìn)。

4 結(jié)論

1)氣田分塊斷層具有良好的封閉性，而主塊內(nèi)部的四、五級小斷層整體上封閉性較差。

2)氣田主塊內(nèi)部小斷層的封閉性，主要取決于斷層兩側(cè)巖性、流體配置關(guān)系。

3)小斷層對氣和水流動的封閉能力存在差異，即斷層的封閉性是相對的。

4)氣田主塊小斷層的封堵能力具有局部性，即同一條斷層可能在某部位或?qū)游环忾]，而在另一部位或?qū)游徊环忾]。

5)主塊小斷層的局部封閉性造成的儲量動用不充分部位，是氣田挖潛的重要目標(biāo)。

[1] 趙密福.斷層封閉性研究現(xiàn)狀[J].新疆石油地質(zhì)，2004，25(3):333-336.

[2] Bouvier J D，et al.Three dimensional seismic interpretation and fault sealing investigations，Nun River field，Nigeria[J] .AAPG Bulletin，1989，73(11):1397-1414.

[3] Lindsay N G，Murphy F C，Walsh J J，et al.Outcrop studies of shale smear on fault surfaces[J].International Association of Sedimentologists Special Publication，1993，15:113-123.

[4] Yielding G，F(xiàn)reeman B，Needham D T.Quantitative fault seal prediction[J].AAPG Bulletin，1997，81(6):897-917.

[5] 付廣，楊勉.利用斷裂填充物中泥質(zhì)含量研究斷層封閉性的改進(jìn)方法[J].江漢石油學(xué)報，2002,24(1):1-5.