斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力研究方法的改進(jìn)及應(yīng)用

付紅軍，姜洪福，王運(yùn)增，李 昂，付 廣，胡慧婷，樊自立

(1.東北石油大學(xué)，黑龍江 大慶 163318； 2.中國(guó)石油 大慶油田有限責(zé)任公司 海拉爾石油勘探開(kāi)發(fā)指揮部，黑龍江 大慶 163712；3.加拿大阿爾博塔大學(xué)，阿爾博塔 埃德蒙頓 T6G 2R3；4.中國(guó)石油 大慶油田有限責(zé)任公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712)

油氣勘探的實(shí)踐表明，斷裂對(duì)含油氣盆地下生上儲(chǔ)組合中斷裂發(fā)育區(qū)油氣的運(yùn)聚成藏起著非常重要的作用，斷裂不僅是油氣從下伏源巖向上覆目的儲(chǔ)層中運(yùn)移的輸導(dǎo)通道，而且其與砂體的配置控制著油氣的成藏與分布。因?yàn)檠財(cái)嗔严蛏线\(yùn)移的油氣進(jìn)入到目的儲(chǔ)層后，由于受到上覆蓋層的阻擋，油氣將向斷裂兩側(cè)砂體中發(fā)生側(cè)向運(yùn)移和聚集，這是下生上儲(chǔ)組合中斷裂發(fā)育區(qū)油氣成藏的主要模式。然而，油氣鉆探揭示，并非斷裂兩側(cè)目的層砂體中均有油氣分布，這可能是油氣沿?cái)嗔严騼蓚?cè)砂體發(fā)生側(cè)向運(yùn)移后，因斷裂附近無(wú)圈閉聚集而散失了。但這種可能性不大，因?yàn)閷?duì)于陸相沉積地層而言，其相變快，即使斷裂附近無(wú)構(gòu)造圈閉發(fā)育，也會(huì)有巖性圈閉發(fā)育，使沿?cái)嗔堰\(yùn)移的油氣向兩側(cè)砂體中發(fā)生側(cè)向運(yùn)移后，在斷裂附近聚集成藏。斷裂附近砂體中無(wú)油氣分布，主要是由于沿?cái)嗔堰\(yùn)移油氣沒(méi)有向其發(fā)生側(cè)向運(yùn)移造成的。沿?cái)嗔堰\(yùn)移油氣到底向兩側(cè)哪些砂體中發(fā)生側(cè)向運(yùn)移，是決定斷裂附近油氣分布的重要因素。關(guān)于斷裂和砂體本身作為通道輸導(dǎo)油氣能力的研究，前人曾做過(guò)大量的研究[1-9]，但對(duì)斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣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。有些文獻(xiàn)[15]雖然對(duì)斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力進(jìn)行了定量研究，但其只考慮了斷-砂接觸長(zhǎng)度和砂體物性(泥質(zhì)含量)對(duì)其側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力的影響，而沒(méi)有考慮對(duì)斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力有重要影響的砂體傾角(因砂體傾角大小不同，油氣沿?cái)?砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力也不同)的影響，這無(wú)疑使得研究結(jié)果與地下實(shí)際情況出現(xiàn)偏差，影響下生上儲(chǔ)組合中斷裂發(fā)育區(qū)油氣分布的正確認(rèn)識(shí)，給油氣勘探帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。因此，開(kāi)展改進(jìn)斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力的研究方法，對(duì)于正確認(rèn)識(shí)下生上儲(chǔ)組合中斷裂發(fā)育區(qū)油氣分布規(guī)律和指導(dǎo)油氣勘探均具有重要意義。

1 斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣機(jī)理及其影響因素

沿?cái)嗔严蛏线\(yùn)移油氣進(jìn)入上覆目的儲(chǔ)層后，由于受到其上覆蓋層的阻擋，油氣沿?cái)嗔严蛏线\(yùn)移受阻，不是停止向上運(yùn)移，就是向上運(yùn)移速度減緩，使油氣全部或部分在蓋層之下向斷裂兩側(cè)砂體中發(fā)生側(cè)向運(yùn)移(圖1)。油氣到底向斷裂兩側(cè)哪些砂體中發(fā)生側(cè)向運(yùn)移，主要受到砂體本身發(fā)育程度的影響，如斷-砂接觸長(zhǎng)度、砂體物性和傾角等。砂體孔滲性越好，側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力越強(qiáng)；反之則越弱。然而，實(shí)際應(yīng)用中砂體孔滲資料往往非常有限(只能通過(guò)探井巖心測(cè)試獲得)，無(wú)法用以反映研究區(qū)某一砂體的物性空間變化規(guī)律，比較實(shí)用的方法是利用泥質(zhì)含量(可用自然伽馬測(cè)井曲線(xiàn)計(jì)算得到)來(lái)反映砂體的物性好壞。砂體中泥質(zhì)含量越低，砂體純度越高，孔滲性越好，側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力越強(qiáng)；反之側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力越差。砂體傾角越大，油氣沿其運(yùn)移的浮力越大，側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力越強(qiáng)；反之則越弱。斷-砂接觸長(zhǎng)度越大，沿?cái)嗔堰\(yùn)移油氣向砂體中側(cè)向運(yùn)移量越大，側(cè)向輸導(dǎo)能力越強(qiáng)；反之則越弱。

圖1 斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣運(yùn)移模式Fig.1 The mode of hydrocarbon migration through lateral transport of the juxtaposed fault-sandstone

2 改進(jìn)前斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力定量研究方法

文獻(xiàn)[15]在上述斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣運(yùn)移機(jī)理的基礎(chǔ)上，主要通過(guò)斷-砂接觸長(zhǎng)度和砂體物性(可用其泥質(zhì)含量表示)兩個(gè)方面來(lái)定量研究深度相近的斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力，認(rèn)為斷-砂接觸長(zhǎng)度越大，砂體中泥質(zhì)含量越低，斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力越強(qiáng)；反之則越弱。在砂體上傾條件下，斷裂與砂體接觸面積(長(zhǎng)度)越大，越有利于沿?cái)嗔堰\(yùn)移油氣向砂體中側(cè)向運(yùn)移。由圖1根據(jù)斷-砂配置關(guān)系及斷裂、砂體本身發(fā)育特征，便可以得到斷-砂接觸長(zhǎng)度與斷裂傾角、砂體傾角和砂巖厚度之間的函數(shù)關(guān)系如式(1)所示。

(1)

式中：L——斷-砂接觸長(zhǎng)度，m；

h——砂體鉆遇厚度，m；

α——砂體傾角，(°)；

β——斷裂傾角，(°)。

砂體中的泥質(zhì)含量也是影響斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力的重要因素，其泥質(zhì)含量越低，砂體物性越好，側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力越強(qiáng)；反之則越弱。砂體中泥質(zhì)含量可利用其自然伽馬測(cè)井資料，由式(2)計(jì)算求得。

(2)

(3)

式中：Vsh——砂體中泥質(zhì)含量，小數(shù)；

GR——砂體自然伽馬測(cè)井值；

GRmin——砂巖層自然伽馬測(cè)井值；

GRmax——泥巖層自然伽馬測(cè)井值；

IGR——自然伽馬相對(duì)值；

GCUR——與地層年代有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，新地層為3.7，老地層為2.0。

綜合上述兩個(gè)因素對(duì)斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力的影響，便可以得到斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力評(píng)價(jià)參數(shù)的計(jì)算公式為：

(4)

式中：T前——改進(jìn)前斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力評(píng)價(jià)參數(shù)。

由式(4)中可以看出，T前與砂體鉆遇厚度h、砂體傾角的余弦值cosα成正比，與砂體中泥質(zhì)含量Vsh和斷-砂傾角之和的正弦值sin(α+β)成反比，其值越大，斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力越強(qiáng)；反之則越弱。

3 改進(jìn)后斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力定量研究方法

由上述可知，改進(jìn)前斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力定量研究方法僅僅考慮了斷-砂接觸長(zhǎng)度和砂體泥質(zhì)含量對(duì)斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力的影響，而沒(méi)有考慮砂體傾角對(duì)斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力的影響。砂體傾角除了影響斷-砂接觸長(zhǎng)度(如式1)外，還在一定程度上可直接影響斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣運(yùn)移能力的強(qiáng)弱，砂體傾角越大，油氣沿砂體側(cè)向運(yùn)移的浮力越大，斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力越強(qiáng)；反之則越弱。由此看出，如果不考慮砂體傾角對(duì)斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力的影響，所得到的評(píng)價(jià)結(jié)果必然與實(shí)際產(chǎn)生偏差，影響對(duì)下生上儲(chǔ)組合中斷裂發(fā)育區(qū)油氣分布的正確認(rèn)識(shí)。因此，本文在定量評(píng)價(jià)斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力時(shí)(在斷層活動(dòng)強(qiáng)度、油氣運(yùn)移動(dòng)力、烴源巖排烴強(qiáng)度等影響條件相同或相似環(huán)境下)，除了考慮斷-砂接觸長(zhǎng)度和砂體中泥質(zhì)含量的影響外，還要考慮砂體傾角的影響。因此，在定量研究斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力時(shí)，應(yīng)在改進(jìn)前評(píng)價(jià)參數(shù)計(jì)算公式中增加sinα一項(xiàng)，來(lái)表現(xiàn)砂體傾角的影響，其計(jì)算公式為：

(5)

式中：T后——改進(jìn)后斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力評(píng)價(jià)參數(shù)。

由公式(5)只要確定出評(píng)價(jià)參數(shù)(T后)值，便可以據(jù)此對(duì)斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力進(jìn)行研究，T后值越大，表明斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力越強(qiáng)；反之則越弱。

4 實(shí)例應(yīng)用

本文選取渤海灣盆地南堡凹陷5個(gè)典型區(qū)塊中淺層內(nèi)12條油源斷裂為例，利用改進(jìn)前與改進(jìn)后兩種定量研究方法對(duì)其與16口井中淺層67個(gè)砂體配置形成的側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并通過(guò)評(píng)價(jià)結(jié)果與目前已發(fā)現(xiàn)油氣分布之間關(guān)系分析，驗(yàn)證改進(jìn)后斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力評(píng)價(jià)方法較改進(jìn)前斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性。

南堡凹陷從下至上發(fā)育的地層有古近系的孔店組、沙河街組、東營(yíng)組，新近系的館陶組、明化鎮(zhèn)組及第四系。截至目前為止，南堡凹陷中淺層(東營(yíng)組二段至明化鎮(zhèn)組)已找到了大量油氣，主要分布在柳贊、高尚堡、老爺廟、南堡1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)和5號(hào)(圖2)。油氣源對(duì)比結(jié)果表明，其油氣主要來(lái)自下伏沙三段或沙一段—東三段源巖，由于下伏沙三段或沙一段—東三段源巖與上覆中淺層之間被多套泥巖相隔，沙三段或沙一段—東三段源巖生成的油氣只能通過(guò)Ⅴ型和Ⅵ型(圖3)油源斷裂向上覆中淺層中運(yùn)移聚集，使目前找到的中淺層油氣藏主要分布在油源斷裂附近(圖2)。油氣在沿Ⅴ型和Ⅵ型油源斷裂由下至上運(yùn)移過(guò)程中，到達(dá)中淺層后向其兩側(cè)哪些砂體中發(fā)生側(cè)向運(yùn)移聚集，是指導(dǎo)中淺層油氣勘探的關(guān)鍵。

為了研究南堡凹陷5個(gè)典型區(qū)塊內(nèi)Ⅴ型和Ⅵ型油源斷裂與中淺層砂體配置的側(cè)向輸導(dǎo)能力，選取其中12條油源斷裂為例，利用上述改進(jìn)前、后定量研究方法對(duì)其與16口井中淺層67個(gè)砂體配置形成的側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力進(jìn)行定量評(píng)價(jià)(表1)?？梢钥闯?，利用改進(jìn)前的方法得到的67個(gè)砂層斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力評(píng)價(jià)參數(shù)介于0.7～26.1。再利用改進(jìn)后的研究方法對(duì)上述12條油源斷裂與16口井中淺層67個(gè)砂層配置形成的側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力評(píng)價(jià)進(jìn)行了定量評(píng)價(jià)，其結(jié)果介于0.1～9.6，其值明顯小于改進(jìn)前方法得到的斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力評(píng)價(jià)結(jié)果，這主要是由于改進(jìn)后方法考慮了砂體傾角的影響，sinα值小于1造成的。

圖2 南堡凹陷中淺層油源斷裂與油藏分布關(guān)系Fig.2 The relationship between source rock-rooted faults and oil reservoir distribution in the middle-to-shallow strata of Nanpu Sag

由圖4中可以看出，改進(jìn)后方法計(jì)算得到的側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力評(píng)價(jià)參數(shù)值與目前砂層內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的油柱高度之間均具有正比關(guān)系，即斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力評(píng)價(jià)參數(shù)值越大，砂層內(nèi)油柱高度越大；反之則越小。當(dāng)斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力評(píng)價(jià)參數(shù)值大于0.4時(shí)，油氣鉆探為油層或油水同層，當(dāng)斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力評(píng)價(jià)參數(shù)值小于0.4時(shí)，幾乎全為水層或干層。改進(jìn)后方法得到油層或油水層的斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力評(píng)價(jià)參數(shù)下限值也明顯低于改進(jìn)前方法得到的下限值(圖4)。圖4b改進(jìn)后的斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力評(píng)價(jià)參數(shù)與油柱高度之間的關(guān)系數(shù)據(jù)更散，趨于包絡(luò)線(xiàn)，這是因?yàn)楦倪M(jìn)后，增加了砂體傾角來(lái)體現(xiàn)浮力的影響，sina曲線(xiàn)形態(tài)為正弦曲線(xiàn)，計(jì)算出的數(shù)據(jù)更加符合實(shí)際的緣故。

為了驗(yàn)證改進(jìn)后方法的評(píng)價(jià)結(jié)果在南堡凹陷中淺層內(nèi)是否具有普遍適用性，本文選取NP1-5井為例，利用改進(jìn)后方法對(duì)其中淺層?xùn)|營(yíng)組斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力進(jìn)行了定量評(píng)價(jià)，結(jié)果如表2所示。NP1-5井東營(yíng)組1～6和8號(hào)砂層斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力評(píng)價(jià)參數(shù)值均大于0.4，試油結(jié)果均為油層。而7和9～11號(hào)砂層斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力評(píng)價(jià)參數(shù)值均小于0.4，試油結(jié)果均為干層，這進(jìn)一步證實(shí)改進(jìn)后斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力研究方法在南堡凹陷中淺層應(yīng)用中具有普遍適用性。

5 結(jié)論

1) 斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力主要受到斷-砂接觸長(zhǎng)度、砂體泥質(zhì)含量和傾角的影響，斷-砂接觸長(zhǎng)度越大，砂體泥質(zhì)含量越低，砂體傾角越大，斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力越強(qiáng)；反之則越弱。

2) 改進(jìn)后斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力定量研究方法較改進(jìn)前斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力定量研究方法多考慮了砂體傾角的影響，符合地下實(shí)際情況，而改進(jìn)前方法的評(píng)價(jià)結(jié)果可能過(guò)高地評(píng)估了斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力，給油氣勘探帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。

表1 改進(jìn)前后南堡凹陷5個(gè)典型區(qū)塊12條斷裂與16口井中淺層67個(gè)砂層形成的側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力評(píng)價(jià)參數(shù)計(jì)算結(jié)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

續(xù)表1

注：Z.埋藏深度；Ho.油柱高度；h.鉆遇砂巖厚度。

圖3 南堡凹陷中淺層斷裂系統(tǒng)劃分模式Fig.3 The scheme showing the fault grouping in the middle-to-shallow strata of Nanpu Sag

圖4 南堡凹陷5個(gè)典型區(qū)塊12條斷裂與16口井中淺層67個(gè)砂層形成的側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力評(píng)價(jià)參數(shù)改進(jìn)前、后計(jì)算結(jié)果與油柱高度關(guān)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.改進(jìn)前方法；b.改進(jìn)后方法

3) 改進(jìn)后方法在南堡凹陷5個(gè)典型區(qū)塊12條油源斷裂與16口井中淺層67個(gè)砂層形成側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力評(píng)價(jià)中的應(yīng)用結(jié)果表明，改進(jìn)后方法研究得到的斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力評(píng)價(jià)參數(shù)值與砂體中的油氣柱高度之間為正比關(guān)系，其值越大，砂體中油氣柱越高；反之則越低。當(dāng)斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力評(píng)價(jià)參數(shù)值大于0.4，油氣鉆探為油層或同層；當(dāng)斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力評(píng)價(jià)參數(shù)小于0.4，油氣鉆探為干層或水層，表明其用于斷-砂配置側(cè)向輸導(dǎo)油氣能力評(píng)價(jià)是可行的。