東辛油田永3斷塊低級序斷層特征及其對注水開發(fā)的影響

侯甫，楊少春，路智勇，，王欣，趙娟，文璐

（1.中國石油大學（華東）地球科學與技術(shù)學院，山東 青島 266580；2.中國石化勝利油田分公司東辛采油廠，山東 東營 257094；3.中國石油西南油氣田分公司川中油氣礦，四川 遂寧 629000）

0 引言

東辛永3斷塊構(gòu)造復雜，低級序斷層發(fā)育，目前已進入注水開發(fā)后期，目的層段沙河街組沙二下亞段（Es2下）水驅(qū)控制程度和儲量動用程度僅有75.9%和65.4%，儲層和斷層聯(lián)合控制的剩余油富集區(qū)達到44個，開發(fā)矛盾突出。前人對永3斷塊高級序斷層的形態(tài)分布已經(jīng)有了清楚的認識，但是對低級序斷層的特征、其與高級序斷層組合樣式、對剩余油分布的控制作用和注水開發(fā)的影響研究需要系統(tǒng)分析[1-3]。針對以上問題，此次研究結(jié)合永3斷塊局部構(gòu)造應力場資料，采用人工三維地震解釋和螞蟻追蹤技術(shù)[4-8]，有效識別連續(xù)性較差的低級序斷層，總結(jié)其剖面、平面特征和組合樣式，并結(jié)合開發(fā)動態(tài)資料，從斷層規(guī)模、斷層封閉性以及斷層組合類型分析低級序斷層對注水開發(fā)的影響。

1 地質(zhì)概況

東辛永3斷塊位于勝利永安油田南部，面積近4.3 km2，構(gòu)造位于濟陽坳陷東營凹陷的東北部，坨莊—勝利村—永安鎮(zhèn)構(gòu)造帶東段，北鄰永55和永42斷塊，東接永2斷塊。研究區(qū)自下而上鉆遇地層有古近系沙河街組和東營組、新近系館陶組和明化鎮(zhèn)組以及第四系平原組，主要含油層位沙二下亞段，儲層巖性以粉細砂巖為主，油層厚36.4 m，含油面積 1.5 km2，地質(zhì)儲量719.5×104t。

永3斷塊受一條北界南傾近東西向的永3二級斷層控制，整體北陡南緩、西翼較東翼陡峭，地層傾角一般為10～15°，北部最陡處傾角可達20°以上，斷層落差在150～450 m，總體呈斷鼻構(gòu)造。斷塊內(nèi)部發(fā)育2條規(guī)模較大的近東西走向的三級斷層，將斷塊切割為高、中、低3個斷鼻構(gòu)造帶（見圖1）。在張扭作用和多期構(gòu)造應力機制影響下，內(nèi)部發(fā)育一系列四級及更低級次的斷層，即所謂的低級序斷層。其中，四級斷層大體為NNE，NNW走向，延伸長度數(shù)百米，最大斷層落差100～350 m。五級及其以下低級序斷層總體為EW走向，發(fā)育于斷塊內(nèi)部，斷層兩盤落差較小，僅在數(shù)十米，且延伸長度最長不超過200 m。

圖1 東辛永3斷塊沙河街組二段5砂組（Es25）頂面構(gòu)造

2 永3斷塊低級序斷層特征

東辛永3斷塊低級序斷層主要形成于沙河街組晚期，近南北向伸展的作用力、局部底辟上拱和走滑作用是研究區(qū)低級序斷層發(fā)育的主要構(gòu)造背景。統(tǒng)計分析研究區(qū)低級序斷層產(chǎn)狀得知，永3斷塊傾角在50°以上的斷層約占55%，屬于高角度斷層，反映出斷層強烈的走滑性質(zhì)。斷層的傾向大部分處于160～240°及0～30°，表明永3斷塊曾受到近南北向的伸展作用，符合該地區(qū)的斷裂特征及張扭性的區(qū)域應力機制[9]（見圖2）。總之，永3斷塊低級序斷層斷面傾角陡、傾向分布較集中，且多分布在研究區(qū)主要轉(zhuǎn)換斷層附近，這些現(xiàn)象與研究區(qū)現(xiàn)有資料中的斷裂特征及張扭性的區(qū)域應力機制是相符的。相比于研究區(qū)高級序斷層（二級、三級斷層），永3斷塊低級序斷層發(fā)育規(guī)模小，活動性弱，在局部地區(qū)其斷層的形成和分布特征受高級序斷層的構(gòu)造活動和應力場影響，并與高級序斷層在剖面、平面上呈現(xiàn)不同的組合樣式[10]。

圖2 東辛永3斷塊斷層產(chǎn)狀投影

2.1 剖面特征

通過應力場分析得出，研究區(qū)低級序斷層的產(chǎn)生主要存在拉張正斷層、拉張-走滑斷層及走滑斷層3種類型，尤以拉張正斷層分布較多。這些斷層傾向相同或相反，在剖面上向下收斂于高級序斷層，形成“y”型、反“y”型、地塹型和地壘型為主的斷裂組合形式。而拉張-走滑斷層和走滑斷層主要構(gòu)成負花狀和樹枝狀組合樣式，在永 3 斷塊分布較少[11]（見圖 3）。

圖3 東辛永3斷塊低級序斷層組合樣式

2.2 平面特征

研究區(qū)東西部主要發(fā)育近東西向斷裂，中北部永3J1井附近主要發(fā)育近南北向斷裂。在張扭應力作用下，高級序斷層易在其尾端、交會處、拐點、平行斷層以及兩斷層所夾斷塊間各自派生南北向為主的低級序斷層，并相互切割構(gòu)成了不同組合樣式；而低級序斷層則為平直狀展布，平面延伸距離較短，主要以帚狀、平行狀以及放射狀等組合形式分布[11]。

3 低級序斷層對注水開發(fā)的影響

3.1 斷層規(guī)模的影響

永3斷塊低級序斷層主要為四、五級斷層，分別占該區(qū)斷層總數(shù)的21.69%和60.24%。四級斷層斷距數(shù)十米至上百米，垂向上能切穿部分較薄地層，如Es27層位。平面上延伸長度達到數(shù)百米，局部地區(qū)劃分了大小不一的自然斷塊，具有各自獨立的油水分布系統(tǒng)。而五級斷層斷距僅數(shù)米到數(shù)十米，平面上延伸長度不超過200 m，對局部構(gòu)造和油氣運聚不起作用，僅在四級斷層劃分的含油斷塊的基礎(chǔ)上對油水關(guān)系進行復雜化。因此，永3斷塊剩余油富集程度主要受四級斷層發(fā)育規(guī)?？刂疲鋽鄬拥拇嬖趯⑵茐膬拥倪B續(xù)性，形成局部剩余油富集區(qū)；而五級斷層的發(fā)育程度是注采井組部署的重要依據(jù)，影響剩余油富集區(qū)注水開發(fā)效果[12-13]。

3.2 斷層封閉性的影響

永3斷塊低級序斷層總體為張性斷裂，從力學性質(zhì)上分析，為開啟性斷層。但位于沙河街組沙二下段的低級序斷層斷面較小，平均傾角大于50°，斷點井深為1 500～2 400 m，且斷層長期處于靜止狀態(tài)。通過查閱地層巖性、流體資料分析得知，沙河街組泥巖和砂巖的抗壓強度分別為2.0 MPa和6.0 MPa。斷層裂縫所承受的壓應力為

式中：p為斷層裂縫所承受的壓應力，MPa；H為斷點井深，m；ρr為巖石密度，103kg/m3；ρw為地層水的密度，103kg/m3；θ為斷面傾角，（°）。

假設(shè) ρr=2.00×103kg/m3，ρw=1.05×103kg/m3， 由式（1）計算得知，永3斷塊低級序斷層斷面所受上覆地層壓力遠大于巖石強度，導致斷面合攏形成封閉。因此，永3斷塊低級序斷層具有一定的遮擋能力，導致油藏水驅(qū)效率較低[14-15]。如斷塊中部的永3-53井轉(zhuǎn)注水后（見圖4），位于同高程的鄰井永3-55在沙二段7砂組目的層段出油，而高部位永3-146井在相同層段不見效，是具有注采開發(fā)矛盾的井組。

圖4 油水井見效對應曲線

在沉積和儲層巖性變化分析基礎(chǔ)上，運用螞蟻體追蹤技術(shù)識別出永3-53井和永3-146井之間存在一條低級序斷層（見圖5），該斷層的存在導致砂體連通性降低，具有很好的滲流遮擋作用，將永3-1斷塊分割成2個獨立的油水系統(tǒng)，合理解釋了2口井油氣顯示情況，為新一步的井網(wǎng)部署提供了地質(zhì)依據(jù)。

3.3 斷層組合樣式的影響

由于前期對永3斷塊低級序斷層的分布特征、組合樣式以及斷層封閉性認識不清，導致油藏開發(fā)過程中注采井網(wǎng)不完善，構(gòu)造高部位斷層交會處形成的封閉區(qū)導致注采井不對應，水驅(qū)效果差，在平面上形成剩余油區(qū)[16]。

圖5 永3斷塊Es27砂組低級序斷層的封閉性

如圖6所示，在研究區(qū)沙河街組沙二段7砂組層位，位于永3-1斷層末端的低級序斷層發(fā)育，與主斷層形成帚狀組合樣式，且斷層具有良好的封閉性，砂體平面的連通性差，剩余油在構(gòu)造高部位主次斷層交會處富集。而目前該剩余油未完全受井網(wǎng)控制，尤其是在斷層交會處無采油井部署，導致構(gòu)造低部位的永3-53井注水時，位于構(gòu)造高部位的采油井水驅(qū)效率低或者不見效，形成水動力滯留區(qū)。

圖6 永3斷塊低級序斷層組合樣式對注水開發(fā)影響

4 結(jié)論

1）永3斷塊強烈的走滑、伸展作用和局部底辟上拱是形成低級序斷層的主要構(gòu)造背景。

2）永3斷塊低級序斷層主要分布于高級序斷層的尾端、交會處、拐點、平行斷層以及兩斷層所夾斷塊間。剖面上低級序斷層表現(xiàn)為“y”型、反“y”型、地塹型和地壘型，平面上呈帚狀、平行狀及放射狀等組合樣式。

3）永3斷塊四級斷層控制剩余油分布，五級斷層影響注采井網(wǎng)部署；且斷層封閉性好，具有一定的滲流遮擋作用，且不同斷層組合樣式形成不同的剩余油富集區(qū)，現(xiàn)有注采井網(wǎng)無法控制，導致注水開發(fā)效果差，形成水動力滯留區(qū)。

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