西湖凹陷Z構(gòu)造斷層封堵性研究

尹春蕾

（中國(guó)石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，上海 200120）

?

西湖凹陷Z構(gòu)造斷層封堵性研究

尹春蕾

（中國(guó)石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，上海 200120）

摘 要：西湖凹陷Z構(gòu)造受F3和F98兩條斷層控制，因此需要進(jìn)行斷層封堵性研究，以確定這兩條斷層是否利于油氣保存，同時(shí)可以通過(guò)斷層封堵性研究確定有效圈閉面積的大小，為后期井位部署提供依據(jù)。 經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)3斷層H1上部和H3封堵能力較弱，其它部位封堵能力較強(qiáng)，F(xiàn)98斷層 H1封堵能力較差，其它部位封堵能力較好。 并且同等埋深下F98封堵能力大于F3斷層，說(shuō)明F3斷層側(cè)向封堵能力較弱，按木桶原理，F(xiàn)3斷層的封堵能力決定Z構(gòu)造的有效圈閉幅度。

關(guān)鍵詞：斷層封堵；斷層泥巖比；烴柱高度；有效圈閉

E-mail：yinchunlei.shhy@sinopec.com。

一般來(lái)講，斷層在垂向上伴隨構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，它是有利的油氣運(yùn)移通道。而側(cè)向上，由于斷層的斷距及斷層的活動(dòng)性，造成斷層一側(cè)的砂層與另一盤(pán)的泥層并置或造成沿?cái)鄬訋噘|(zhì)單元變形所形成黏土涂抹以及砂粒被壓碎成致密的斷層泥、導(dǎo)致斷層具有較高的毛管壓力形成側(cè)向封堵；另外沿?cái)鄬用姘l(fā)生的選擇性膠結(jié)作用，也會(huì)使原來(lái)滲透性的斷層面喪失孔滲性，從而導(dǎo)致斷層在相對(duì)靜止期自身具備一定的側(cè)向封堵能力而使油氣成藏。

斷層對(duì)油氣的封堵和開(kāi)啟不是一成不變的，它隨著油氣上浮力的增大、運(yùn)聚逸散平衡時(shí)間的推移以及后期開(kāi)采造成的壓力下降，都會(huì)使斷層的封堵和開(kāi)啟發(fā)生轉(zhuǎn)換。

1 基本原理

泥巖涂抹是通過(guò)泥巖層的泥化并進(jìn)入發(fā)育中的斷層帶而形成的。當(dāng)斷層發(fā)生位移錯(cuò)動(dòng)時(shí)，泥巖涂抹在上、下盤(pán)削截砂巖層斷面處形成較薄的泥質(zhì)層，對(duì)儲(chǔ)集層產(chǎn)生封閉。泥巖涂抹發(fā)育程度直接影響斷層對(duì)油氣藏的封堵能力，這是因?yàn)槟鄮r涂抹產(chǎn)生沿?cái)鄬用娣植家粋€(gè)連續(xù)低滲透黏土物質(zhì)帶，因而賦予斷層本身很高的排驅(qū)壓力，對(duì)油氣產(chǎn)生封堵作用。由于單一泥巖錯(cuò)斷過(guò)程中，泥巖的涂抹厚度隨斷距的加大而變薄[1，2]，這種泥巖涂抹的空間連續(xù)性與泥巖厚度比例和斷層位移密切相關(guān)，基于此原理可對(duì)泥巖涂抹進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。

目前，常用的定量研究泥巖涂抹封閉能力的算法有三種：頁(yè)巖涂抹因子（SSF：斷距與泥巖層厚度比值）、黏土涂抹勢(shì)（CSP：泥巖層厚度與垂直斷距的比值）、斷層泥比率（SGR：泥巖層厚度與垂直斷距的比值）[3-5]。本文主要應(yīng)用的是斷層泥比率。

通過(guò)構(gòu)造和斷層模型的建立，將測(cè)井解釋的砂層以構(gòu)造解釋結(jié)果為約束條件投影到斷層面上，可進(jìn)行斷層面上下盤(pán)儲(chǔ)層并置的分析，并利用公式進(jìn)行斷層帶斷層泥比率的計(jì)算（圖1），并通過(guò)本區(qū)已鉆井獲得的泥質(zhì)含量對(duì)油氣封堵斷層計(jì)算斷層泥比率的門(mén)檻值：大于此門(mén)檻值是傾向封堵的，而小于此門(mén)檻值是傾向泄漏的。

如果本區(qū)無(wú)鉆測(cè)井資料，我們可以通過(guò)鄰區(qū)的以及世界相同類(lèi)型盆地的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行標(biāo)定，并對(duì)其結(jié)果隨著本區(qū)勘探程度的提高不斷修正。另外，我們還遵從以下的基本規(guī)律：

圖1 斷層泥比率計(jì)算原理[3]

當(dāng)SGR<15%～20%， 破裂帶中的泥餅僅僅能夠支撐最小壓差（即等于0.1 巴，或幾十米烴柱高度，注：1巴=100 kPa）。當(dāng)SGR從20%增大到50%時(shí)，頁(yè)硅酸鹽骨架斷層巖石明顯可以承受較大壓力（即1~40 巴）。當(dāng)黏土涂抹很好時(shí)，SGR在50%時(shí)出現(xiàn)飽和狀態(tài)，這時(shí)可以承受數(shù)十巴的壓差，等于數(shù)百米的烴柱高度。在深度小于3 000 m處，斷層帶合成物主要控制了封堵能力。當(dāng)深度大于3 000 m時(shí)，埋深成為控制封堵能力的第二個(gè)因素。埋深大于4 000 m的破碎巖石有能力承受很大的過(guò)斷層壓差。

2 模型格架建立

本次斷層封堵分析利用以下基層資料建立了基礎(chǔ)模型格架。

首先利用三維地震解釋花港組T24（頂面）、T25（上下段分界面）、T30（底面）構(gòu)造層位資料以及Z構(gòu)造的F98（南）和F3（北）號(hào)斷層建立本區(qū)的構(gòu)造框架模型。然后根據(jù)鄰區(qū)A1井鉆井揭示的儲(chǔ)層發(fā)育情況，重點(diǎn)對(duì)目標(biāo)層段花港組儲(chǔ)層進(jìn)行了劃分。最后利用三維地震解釋追蹤的花港組H1~H7儲(chǔ)層層位，建立本區(qū)的砂層模型。整個(gè)斷層、構(gòu)造、砂層模型框架見(jiàn)圖2。

圖2 Z構(gòu)造斷層封堵分析模型框架圖

3 斷層封堵分析

本次研究利用Traptester軟件對(duì)西湖凹陷重點(diǎn)勘探目標(biāo)Z構(gòu)造的斷層進(jìn)行了斷層兩側(cè)可能儲(chǔ)層并置分析以及斷層泥比率的計(jì)算，以降低鉆探目標(biāo)由于斷層可能側(cè)向不封堵性而引起的風(fēng)險(xiǎn)。

3.1 井的分析（鉆井?dāng)鄬幽啾嚷史治觯?/p>

通過(guò)對(duì)鄰區(qū)A1井目標(biāo)層段花港組的儲(chǔ)層含油氣情況、烴柱高度、結(jié)合對(duì)控制Z構(gòu)造斷層的斷距情況的分析，其結(jié)果認(rèn)為本區(qū)儲(chǔ)層單砂層厚度大約在1~50 m，大多在20 m左右，而含油氣層最大厚度不大于15 m，基本見(jiàn)底水，烴柱高度基本為儲(chǔ)層圈閉最高點(diǎn)到與斷層面接觸點(diǎn)上。

從利用A1井泥巖質(zhì)量分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)計(jì)算的斷層泥比率來(lái)看，在斷距小于20 m，本井的斷層泥比率大約在10%。依據(jù)本區(qū)儲(chǔ)層厚度發(fā)育特點(diǎn)、含油氣情況及斷層斷距情況，大致確定本區(qū)的斷層封堵的門(mén)檻值大約在10%～15%，即斷層泥比率小于封堵門(mén)檻值，斷層沒(méi)有封堵能力（此值會(huì)根據(jù)其它資料的獲得進(jìn)行逐步修正）。由此推斷本區(qū)的斷塊圈閉在斷層斷距小于20 m時(shí)，儲(chǔ)層發(fā)育特征十分相似情況下，泄漏的可能性大于封堵性（圖3）。

圖3 A1井?dāng)鄬幽嗫芍螣N柱高度

3.2 F3斷層的封堵性分析

F3斷層是控制Z構(gòu)造西側(cè)的一條斷層，走向近北南，西傾，Z構(gòu)造位于其上升盤(pán)一側(cè)（圖4）。從此斷層的斷距發(fā)育情況來(lái)看，目標(biāo)層段的斷距尤其在與另一挾持?jǐn)鄬覨98接觸段斷距較小，大約為10~20 m，因此依據(jù)上述分析結(jié)果，此斷層的封堵能力相對(duì)是較差的（圖5）。從斷層兩側(cè)砂巖儲(chǔ)層并置情況來(lái)看， H1砂層組上部?jī)?chǔ)層、H3砂層組大部?jī)?chǔ)層、H7砂層組大部?jī)?chǔ)層存在并置情況嚴(yán)重，由儲(chǔ)層并置引起的儲(chǔ)層油氣泄漏可能性極大（圖6）。

從對(duì)本斷層計(jì)算的斷層泥比率情況來(lái)看，也是在H1砂層組的上部大部分、H3砂層組大部其儲(chǔ)層對(duì)應(yīng)的斷層泥比率值小于15%（綠黃兩種顏色），基本處在不封堵的位置；而其它儲(chǔ)層對(duì)應(yīng)的斷層泥比率高于封堵門(mén)檻值，可能具有一定的封堵能力（圖7）。從對(duì)本斷層斷層泥比率可支撐的烴柱高度分析認(rèn)為，本斷層在2 250～2 400 ms斷層泥可支撐的烴柱高度為在15 m；在2 400 ～2 650 ms、大致對(duì)應(yīng)H1~H2砂層組，斷層泥可支撐的烴柱高度為30 m；在2 600 ～2 700 ms、大致對(duì)應(yīng)H3～H4砂層組，斷層泥可支撐的烴柱高度為40～45 m；2 700 ms以下埋深（包括H5砂層組及花下段的H6、H7、H8）烴柱高度可達(dá)60 m（圖8）。

圖4 Z構(gòu)造T25層位深度圖

圖5 F3斷層斷層落差圖

圖6 F3斷層兩側(cè)儲(chǔ)層并置圖（上升盤(pán)）

圖7 F3斷層泥比率圖

圖8 F3斷層泥比率可支撐烴柱高度圖

3.3 F98斷層的封堵性分析

F98斷層是控制Z構(gòu)造東側(cè)近東西向的一條斷層，走向近東西，北傾，Z構(gòu)造位于其下降盤(pán)一側(cè)。從此斷層的斷距發(fā)育情況來(lái)看，目標(biāo)層段的斷距尤其在與另一挾持?jǐn)鄬咏佑|段斷距較小，大約為50 m以上的斷距，因此，此斷層的封堵能力相對(duì)F3斷層是較強(qiáng)的（圖9）。從斷層兩側(cè)砂巖儲(chǔ)層并置情況來(lái)看， H1砂層組上部?jī)?chǔ)層、H2砂層組大部?jī)?chǔ)層、H3砂層組上部大部?jī)?chǔ)層砂體存在并置情況嚴(yán)重，這些并置的儲(chǔ)層引起儲(chǔ)層油氣泄漏可能性 較大，而H4～H7儲(chǔ)層砂體基本無(wú)并置情況（圖10）。

圖9 F98 斷層斷層落差圖

圖10 F98 斷層兩側(cè)儲(chǔ)層并置圖

從斷層泥比率和斷層泥可支撐的烴柱高度圖上，我們可以看出，由于此條斷層的斷距大于F3斷層，在相同的儲(chǔ)層砂體發(fā)育情況下，其側(cè)向封堵能力是大于F3的，在斷層泥比率圖上，僅在H1第4套儲(chǔ)層砂體位置上，斷層泥比率低于10%，不能形成封堵，其它部位均大于此門(mén)檻值，具有一定的封堵能力（圖11）。從斷層泥可支撐的烴柱高度圖可看出（圖12），在2 300 ms以上可支撐的烴柱高度為18 m、在2 320～2 400 ms處可支撐的烴柱高度達(dá)到30 m、在2 500～2 600 ms處達(dá)50 m、在2 600 ms以下可支撐的烴柱高度達(dá)到58～60 m，同等埋深下其封堵能力都是大于F3斷層的。也就是說(shuō)，F(xiàn)3斷層是側(cè)向封堵能力弱的斷層，而按木桶原理，F(xiàn)3斷層的封堵能力決定Z構(gòu)造的有效圈閉幅度。

圖11 F98斷層泥比率圖

圖12 F98 斷層泥比率可支撐烴柱高度圖

3.4 有效圈閉面積分析

以T25構(gòu)造層深度圖為例，對(duì)各層的有效圈閉進(jìn)行了分析（圖13）。Z構(gòu)造高點(diǎn)在西南夾角處，在斷塊中部還存在一個(gè)與夾角處不完全連通的單獨(dú)的構(gòu)造高點(diǎn)，此高點(diǎn)低于西南角。

圖13 Z構(gòu)造有效圈閉分析

對(duì)于H1～H2砂層組，F(xiàn)3斷層支撐烴柱高度在30 m時(shí)，有效圈閉見(jiàn)紅線圈閉范圍，南部和中部?jī)蓚€(gè)圈閉加起來(lái)的面積為9.3 km2（6.6 + 2.7，圖中紅線）；H3～H4砂層埋深時(shí)，斷層的烴柱高度達(dá)到45 m ， 此時(shí)的有效圈閉為圖上綠線所示，南北兩圈閉總的有效圈閉為9.8 km2（6.6 + 3.2，圖中綠線）；對(duì)于H5及其以下花下段儲(chǔ)層對(duì)應(yīng)斷層泥可支撐的烴柱高度為60 m，此斷層封堵能力有所增大，這時(shí)圈閉的有效范圍南北兩塊加起來(lái)為11.6 km2（6.6 + 5.1，圖中粉紅線）

4 結(jié)論

利用Traptester軟件對(duì)西湖凹陷Z構(gòu)造F3、F98斷層的封堵性各參數(shù)的計(jì)算，綜合研究結(jié)果分析表明：

（1）F3斷層H1上部和H3封堵能力較弱，其它部位封堵能力較強(qiáng)，F(xiàn)98斷層 H1封堵能力較差，其它部位封堵能力較好。

（2）同等埋深下F98斷層封堵能力大于F3斷層，說(shuō)明F3斷層側(cè)向封堵能力較弱，按木桶原理，F(xiàn)3斷層的封堵能力決定Z構(gòu)造的有效圈閉幅度。

（3）對(duì)于H1～H2砂層組，F(xiàn)3斷層支撐最大烴柱高度為30 m，中部和南部有效圈閉面積共為9.3 km2；H3～H4砂層組，最大烴柱高度達(dá)到45 m，有效圈閉面積為為9.8 km2； H5及其以下花下組地層的儲(chǔ)層，可支撐的最大烴柱高度為60 m，圈閉的有效面積為11.6 km2。

由此分析可見(jiàn)，在推測(cè)斷層支撐最大烴柱高度圈閉范圍內(nèi)有效性高，可考慮鉆探，如設(shè)計(jì)井位A3 井，成功機(jī)率較大。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙密福，李陽(yáng)，李東旭，等.泥巖涂抹定量研究[J].石油學(xué)報(bào)，2005，26（1）：60-62.

[2]BOUVIER J D，KAARS-SIJPESTEIJN C H，KLUESNER D F，et al. Three-dimensional seismic interpretation and fault sealing invesdgations，Nun River field，Nigeria[J]．AAPG Bulletin，1989，73（11）：1397-1414．

[3]YIELDING G ， FREEMAN B ， NEEDHAM D T . Quantitative Fault Seal Prediction [J]. AAPG Bulletin ， 1997 ， 81（6） ：897-917.

[4]崔艷敏，陸正元，鐘偉.肇州油田芳169區(qū)塊斷層封堵性研究[J].巖性油氣藏，2008，20（3）：83-88.

[5]KNIPE R J．Juxtaposition and seal diagrams to help analyze fault seals in hydrocarbon reservoirs[J]．AAPG Bulletin，1997，81（2）：187-195．

Study about the Sealing Capability of Faults in Z Structure of Xihu Depression

YIN Chunlei
（Institute of Exploration and Development, SINOPEC Shanghai Offshore Oil & Gas Company, Shanghai 200120, China）

Abstract：Z structure of Xihu depression is controlled by fault F3 and fault F98. Therefore, it is necessary to conduct study on the fault sealing capacity in order to make sure whether these two faults are favorable for hydrocarbon preservation. At the same time, through study on fault sealing capacity, the effective area of the trap can be determinated, which can provide the foundation for the planning of well location. It is found through study that the sealing capacity of fault F3 at the top of sand layer H1 and sand layer H3 is weak, and is stronger in other place. The sealing capacity of fault F98 at the top of sand layer H1 is weak, and is stronger in other place. In addition, the sealing capacity of fault F98 is stronger than fault F3 at the same depth, which means that the lateral sealing capacity of fault F3 is weaker than fault F98. Base on the Cannikin Law, the effective trap closure of Z structure is decided by the sealing capacity of fault F3.

Keywords ：fault sealing; SGR; hydrocarbon column height; effective trap

中圖分類(lèi)號(hào)：TE122.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2016.01.012

文章編號(hào)：1008-2336（2016）01-0012-05

收稿日期：2015-09-06；改回日期：2015-12-02

作者簡(jiǎn)介：尹春蕾，女，1987年生，工程師，2010年獲吉林大學(xué)碩士學(xué)位，主要從事物探解釋方面工作。