復(fù)雜斷塊油田斷層快速精準(zhǔn)定位方法研究

李曉娜 楊滔 張?jiān)? 陳琦

摘 要：復(fù)雜斷塊油田由于斷層極為發(fā)育，切割關(guān)系復(fù)雜，給構(gòu)造研究帶來(lái)較大的困難，其儲(chǔ)量規(guī)模受斷層控制.在開(kāi)發(fā)中要合理動(dòng)用該類(lèi)油藏，必須精細(xì)刻畫(huà)斷層的平面展布特征，為開(kāi)發(fā)井的部署提供依據(jù).根據(jù)井型不同，斷層類(lèi)型不同，斜井軌跡沿構(gòu)造的高低，通過(guò)公式法總結(jié)了12種模式來(lái)精準(zhǔn)定位斷層在平面上的位置.依靠研究成果，2018—2019年，在WJ油田部署了39口井，累計(jì)產(chǎn)油3.25×104 t，平均日產(chǎn)油3.5 t，取得了良好的開(kāi)發(fā)效果，為該類(lèi)油藏的動(dòng)用提供了技術(shù)支撐.

關(guān)鍵詞：復(fù)雜斷塊；平面展布特征；12種模式

中圖分類(lèi)號(hào)：TE347

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1004－5422（2023）03－0330－07DOI：10.3969/j.issn.1004-5422.2023.03.017

0 引 言

隨著盆地油氣勘探與開(kāi)發(fā)向更復(fù)雜和更深入的方向發(fā)展，近年來(lái)，發(fā)現(xiàn)的隱蔽油氣藏所占比重加大，而在這些隱蔽油氣藏中，小斷塊油藏是重要的組成部分，勘探開(kāi)發(fā)潛力巨大.精細(xì)描述復(fù)雜斷塊是擺在國(guó)內(nèi)外地質(zhì)開(kāi)發(fā)工作者面前的一道難題.復(fù)雜斷塊油田通常含油面積較小且形態(tài)不規(guī)則［1-5］，其儲(chǔ)量規(guī)模受斷層控制，在開(kāi)發(fā)中要合理利用該類(lèi)油藏，精細(xì)刻畫(huà)斷層的剖面、平面和斷面等特征，理順其空間展布及交切關(guān)系.對(duì)于復(fù)雜斷塊油田，尤其是對(duì)于低緩斷層控制的反向窄條狀屋脊斷塊油藏和在主斷裂由于走向扭動(dòng)形成的斷面轉(zhuǎn)彎處形成的油藏，如何精準(zhǔn)定位斷層位置并定向鉆穿各油層高點(diǎn)部位一直是研究的難點(diǎn)［6-8］.因此一種利用公式法快速精準(zhǔn)定位不同類(lèi)型正斷層位置的方法，對(duì)于斷塊、斷鼻及斷層+巖性油藏的開(kāi)發(fā)具有十分重要的意義.目前公式法定位斷層所選取的參照井為直井，對(duì)于缺少直井的地方，難以對(duì)斷層進(jìn)行定位，影響定位精度.本研究以復(fù)雜小斷塊油田WJ油田為例，分析精準(zhǔn)定位斷層位置的方法.

1 研究區(qū)概況

泌陽(yáng)凹陷是南襄盆地中的一個(gè)中新生代富含油氣的次級(jí)小型斷陷，面積約1 000 km2.凹陷被北西向栗園—唐河斷裂和北東向栗園—泌陽(yáng)斷裂所挾持，形成南深北淺的箕狀凹陷.構(gòu)造格局大體可劃分南部陡坡帶、中部深凹帶和北部斜坡帶，局部構(gòu)造以鼻狀構(gòu)造為主，背斜構(gòu)造較少.北部斜坡帶存在一系列面積較大的鼻狀構(gòu)造，且斷層發(fā)育，將這些鼻狀構(gòu)造切割成多個(gè)斷鼻斷塊.中部深凹帶構(gòu)造簡(jiǎn)單，斷層稀少；凹陷內(nèi)的局部構(gòu)造多向深凹陷傾沒(méi)，分布在生油區(qū)內(nèi)或鄰近生油區(qū)，為形成各種類(lèi)型的油氣藏提供了良好的構(gòu)造背景.

WJ油田位于泌陽(yáng)凹陷北部斜坡外帶中段，物源主要來(lái)自東北部侯莊的辮狀河三角洲砂體和西北部的張廠辮狀河三角洲砂體，該油田斷層發(fā)育，構(gòu)造破碎，總體上為一向東南傾沒(méi)的寬緩的鼻狀構(gòu)造，由于受北東向和北北東向正斷層切割，形成了一系列由西南向東北逐漸抬升的單斜構(gòu)造.縱橫交錯(cuò)的斷層把油田切割成253個(gè)斷塊，其油層上傾方向均為被斷層遮擋形成的圈閉.含油面積大于1 km2的斷塊有6個(gè)，儲(chǔ)量占油田總儲(chǔ)量16.5%；0.4～1 km2的斷塊有27個(gè)，儲(chǔ)量占油田總儲(chǔ)量42%；0.2～0.4 km2的斷塊有26個(gè)，儲(chǔ)量占油田總儲(chǔ)量12.4%;小于0.2 km2的斷塊有194個(gè)，儲(chǔ)量占油田總儲(chǔ)量27.2%.斷塊油藏之間含油氣富集程度差異大，油水關(guān)系復(fù)雜.

2 斷裂特征

WJ油田主要發(fā)育北東及北東東走向?yàn)橹鞯?條正斷層，斷距一般比較大，在50～360 m之間，斷層延伸距離也比較長(zhǎng)，為5～10 km.這些主控?cái)鄬釉赪J東部?jī)A向北西，而在WJ西部?jī)A向南東，形成了軸部鼻狀隆起的一個(gè)較大規(guī)模的地塹.

剖面上，傾向北西和傾向南東的2組斷層斷面清晰，斷層在剖面上呈“y”字型分布，相向傾斜，以核部地塹為中心向東西兩側(cè)呈放射狀分布（見(jiàn)圖1）.

平面上，2組斷層以鼻狀構(gòu)造的軸部為中心呈雁形式排列，向南延伸至深凹區(qū).自北向南斷層走向由北東逐漸變?yōu)楸睎|東向.由于廖莊組沉積末期，北部斜坡發(fā)生的強(qiáng)烈抬升運(yùn)動(dòng)和2條邊界斷裂的活動(dòng)使WJ油田形成了一種張扭性應(yīng)力場(chǎng)，形成了“y”字型切割關(guān)系的正斷層.

該區(qū)斷層發(fā)育具有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn).

1）斷層多期次、密度大：斷層多而密集，橫向上，在WJ油田1條9 km的地震剖面上，發(fā)育有斷層27條，斷層密度大；縱向上，多數(shù)鉆井鉆遇2條以上斷層，EW25井上鉆遇7個(gè)斷點(diǎn)，且多期斷層相互交織，形成復(fù)雜的斷裂體系.

2）斷裂構(gòu)造樣式多：在處于區(qū)域引張伸展應(yīng)力場(chǎng)基本背景下，同時(shí)存在扭動(dòng)和擠壓應(yīng)力環(huán)境.因此，不僅發(fā)育大量張性斷裂，構(gòu)成“疊瓦狀”和“階梯狀”斷裂構(gòu)造樣式；同時(shí)，也存在扭動(dòng)斷裂體系，構(gòu)成“負(fù)花狀”和“雁列式”斷裂構(gòu)造樣式.

3）斷塊破碎：圈閉類(lèi)型主要以2條以上斷層控制的小斷塊為主，油氣藏也以小型和特小型油藏為主，平均斷塊大小在0.1～0.3 km2范圍內(nèi)，最小為0.05 km2.

4）斷層識(shí)別難度大：由于受地表和地下復(fù)雜地質(zhì)條件的影響，深層系地震資料品質(zhì)整體較差，目的層地震反射軸頻率和分辨率都較低，斷層隱蔽性強(qiáng)，識(shí)別難度大.

3 油藏類(lèi)型

北部斜坡帶在鼻狀構(gòu)造的背景上，北東走向的斷層與垂直走向的砂體的良好配置易形成斷層+巖性復(fù)合圈閉油藏.在斷裂轉(zhuǎn)折帶區(qū)域，平面上發(fā)育弧形斷層，易形成斷鼻圈閉.其中，斷層+巖性復(fù)合油藏為主要油藏類(lèi)型，占總儲(chǔ)量82%，斷鼻斷塊油藏占總儲(chǔ)量的18%.

4 公式法定位斷層

公式計(jì)算法是利用完鉆井實(shí)鉆斷點(diǎn)數(shù)據(jù)、井軌跡到斷層方向的地層（視）傾角、斷層（視）傾角和斜井?dāng)帱c(diǎn)到目的層平面位移等地質(zhì)參數(shù)，計(jì)算出斷層在不同頂面構(gòu)造上相應(yīng)的位置.該方法一般應(yīng)用于井控程度較高的油氣藏，解決構(gòu)造恢復(fù)與油藏描述等相關(guān)問(wèn)題［9］.結(jié)合該方法在不同斷層鉆遇狀況下的應(yīng)用情況，本研究共總結(jié)了12種模式（見(jiàn)圖2）.其中，模式1（參照井為直井，鉆穿反向正斷層，目的層未缺失）和模式3（參照井為直井，鉆穿反向正斷層，目的層缺失）是目前斷層定位的常用方法，但是地下斷層鉆遇情況復(fù)雜，因此本研究在此基礎(chǔ)上又新增了10種模式，進(jìn)一步推進(jìn)了斷層定位方法的研究.

4.1 地層視傾角與斷層視傾角的確定

對(duì)于鉆探程度較高的區(qū)域地層視傾角可通過(guò)構(gòu)造圖進(jìn)行計(jì)算，斷層視傾角可以通過(guò)斷面圖計(jì)算.值得注意的是，如果斷層或者地層傾角在平面變化較大，計(jì)算時(shí)為減小誤差，須選取參照井附近斷層區(qū)域的地層和斷層產(chǎn)狀.井控程度較低區(qū)域地層或斷層視傾角可參考地震解釋結(jié)果.

4.2 不同情況下的公式應(yīng)用

如要確定某頂面構(gòu)造圖中參照井到斷層的距離，根據(jù)井型不同，斷層類(lèi)型不同，斜井軌跡沿構(gòu)造的高低，對(duì)應(yīng)斷層的鉆遇情況的12種模式，有12個(gè)公式可以精準(zhǔn)定位斷層的平面位置.井型主要有2類(lèi)，分別是直井和定向井，斷層類(lèi)型指的是參照井與斷層之間鉆穿關(guān)系.當(dāng)參照井為直井時(shí)，鉆穿關(guān)系包括有鉆穿同向正斷層和鉆穿反向正斷層；當(dāng)參照井為定向井時(shí)，鉆穿關(guān)系包括有定向井軌跡從低到高鉆穿反向正斷層、定向井軌跡從高到低鉆穿反向正斷層、定向井軌跡從低到高鉆穿同向正斷層、定向井軌跡從高到低鉆穿同向正斷層，以及對(duì)應(yīng)的目的層缺失情況.當(dāng)參照井為直井時(shí)，其對(duì)應(yīng)的斷層定位模式只與斷層視傾角α、地層視傾角β和斷點(diǎn)距離目的層垂向距離H有關(guān)；當(dāng)參照井為定向井時(shí)，其對(duì)應(yīng)的斷層定位模型除了與上述因素有關(guān)外，還與定向井?dāng)帱c(diǎn)到目的層水平位移a有關(guān).

以模式1與模式5舉例說(shuō)明公式推導(dǎo)過(guò)程.

具體而言，當(dāng)參照井為直井時(shí)，鉆穿反向正斷層示意圖（模式1）如圖3所示.

由圖3可知，參照井在目的層頂面構(gòu)造圖上沿剖面線方向距斷層距離L與斷層視傾角α、地層視傾角β和斷點(diǎn)距離目的層垂向距離H之間的關(guān)系為，

模式1的推導(dǎo)過(guò)程如下：

利用斷面圖和構(gòu)造圖可分別得到斷層視傾角α與地層視傾角β的關(guān)系為，

從該關(guān)系中可以得到斷層定位公式.

參照井為定向井時(shí)，定向井軌跡從低到高鉆穿反向正斷層示意圖（模式5）如圖4所示.

由圖4可知，定向井順向鉆穿反向正斷層的斷層定位公式為，

模式5的推導(dǎo)過(guò)程如下：

利用斷面圖和構(gòu)造圖可分別得到斷層視傾角α與地層視傾角β的關(guān)系為，

從該關(guān)系中可以得到斷層定位公式.

其他10種模式的具體推導(dǎo)過(guò)程與模式1和模式5類(lèi)似，不再具體說(shuō)明.12種斷層定位模式如下：

1）參照井為直井，鉆穿反向正斷層，目的層未缺失，見(jiàn)圖2中模式1，公式為，

2）參照井為直井，鉆穿同向正斷層，目的層未缺失，見(jiàn)圖2中模式2，公式為，

3）參照井為直井，鉆穿反向正斷層，目的層缺失，見(jiàn)圖2中模式3，公式為，

4）參照井為直井，鉆穿同向正斷層，目的層缺失，見(jiàn)圖2中模式4，公式為，

5）參照井為定向井，軌跡從低到高鉆穿反向正斷層，見(jiàn)圖2中模式5，公式為，

6）參照井為定向井，軌跡從高到低鉆穿反向正斷層，見(jiàn)圖2中模式6，公式為，

7）參照井為定向井，軌跡從高到低鉆穿同向正斷層，見(jiàn)圖2中模式7，公式為，

8）參照井為定向井，軌跡從低到高鉆穿同向正斷層，見(jiàn)圖2中模式8，公式為，

9）參照井為定向井，軌跡從低到高鉆穿反向正斷層，目的層缺失，見(jiàn)圖2中模式9，公式為，

10）參照井為定向井，軌跡從高到低鉆穿反向正斷層，目的層缺失，見(jiàn)圖2中模式10，公式為，

11）參照井為定向井，軌跡從高到低鉆穿同向正斷層，目的層缺失，見(jiàn)圖2中模式11，公式為，

12）參照井為定向井，軌跡從低到高鉆穿同向正斷層，目的層缺失，見(jiàn)圖2中模式12，公式為，

式中，L為平面圖上參照井距離斷層任意方向距離，方向選取不一樣L的計(jì)算結(jié)果也不同;H為 斷點(diǎn)距離目的層垂向距離，對(duì)于目的層缺失，此時(shí)H需根據(jù)直井地層趨勢(shì)推測(cè)目的層到斷點(diǎn)下第1個(gè)小層的距離;α為斷層視傾角；β為地層視傾角；a為 參照井?dāng)帱c(diǎn)到目的層水平位移.

5 精準(zhǔn)定位EW23斷塊f7號(hào)斷層

WJ油田EW23井區(qū)位于王集鼻狀構(gòu)造緊鄰軸部的東翼.EW23井區(qū)斷裂系統(tǒng)復(fù)雜，整個(gè)井區(qū)平面上發(fā)育主控?cái)鄬觙6、f7和f8號(hào)3條正斷層，區(qū)內(nèi)還發(fā)育有 f7-2和 f7-3號(hào)斷層等五六級(jí)小斷層.該區(qū)塊f7號(hào)斷層，緊鄰鼻狀構(gòu)造軸部，走向扭動(dòng)大，局部由北東向北東東偏轉(zhuǎn)（見(jiàn)圖5）.通過(guò)EW23井區(qū)構(gòu)造剖面圖（見(jiàn)圖6）可以看出，EW23井區(qū)3條主控大斷層縱向上相互切割；在淺部f7號(hào)斷層平面展布為一弧形，和地層相配合，對(duì)油氣聚集具有封堵和隔擋作用；而到深層系，f6號(hào)斷層切割掉向相對(duì)的f7號(hào)斷層，平面上只有f6和f8號(hào)斷層發(fā)育，控制著深層系的東西兩邊含油邊界.f7號(hào)斷層有EW23和EW24等14口井鉆遇，平面上呈弧形展布，縱向上上陡下緩，掉向西北，斷距22～326 m，傾向315°～345°，傾角28°～47°;f6號(hào)斷層有W7、EW23和EW24等16口井鉆遇，掉向東南，斷距55～195 m，傾向135°，傾角50°～52°；f8號(hào)斷層有EW23和EW27等22口井鉆遇，掉向西北，斷距40～163 m，傾向320°，傾角23°～40°.EW23井區(qū)主要含油層位為H3Ⅳ3、Ⅴ5、Ⅵ1、Ⅵ3和Ⅵ4小層，油層埋藏深度為1 500～2 200 m，油層組合厚度3～12.5 m左右.油藏主要靠西北張廠砂體與北東向大斷層f6、f7和f8號(hào)斷層配置，或由候莊砂體轉(zhuǎn)向后與北東向斷層配置形成斷塊+巖性復(fù)合圈閉油藏.由于含油層段分散，斷裂系統(tǒng)復(fù)雜，物性變化快，使得EW23井區(qū)油層疊合程度差，各油層含油邊界不統(tǒng)一.

復(fù)雜斷塊油藏構(gòu)造恢復(fù)的流程主要有以下4步：1）在研究?jī)?nèi)選取合理的閉合網(wǎng)狀剖面作為開(kāi)展研究的基干剖面；2）以井?dāng)?shù)據(jù)為基礎(chǔ)，參考地震解釋結(jié)果，按照斷點(diǎn)組合的原則，對(duì)基干剖面上的斷點(diǎn)進(jìn)行初步組合，保證斷點(diǎn)及地層均閉合，初步完成構(gòu)造剖面；3）依據(jù)構(gòu)造剖面，繪制斷面圖，研究主要斷裂的空間形態(tài)，同時(shí)檢查斷層組合的合理性；4）在斷點(diǎn)組合正確的基礎(chǔ)上，利用構(gòu)造圖—斷面圖等深線交匯法構(gòu)造剖面，恢復(fù)相應(yīng)的各油組的頂

面構(gòu)造在構(gòu)造恢復(fù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)生產(chǎn)資料及油水關(guān)系，判斷構(gòu)造恢復(fù)的準(zhǔn)確性.在研究復(fù)雜斷塊油藏時(shí)，本研究方法的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)利用公式法快速精準(zhǔn)定位斷層平面上位置.

5.1 確定剖面線

為了精準(zhǔn)定位f7號(hào)斷層平面位置，本研究利用公式法定位f7號(hào)斷層在核三段Ⅳ頂位置 ，選取了10條剖面線（見(jiàn)圖5），如果選取的參照井為斜井，則需要過(guò)斜井軌跡.

5.2 斷層傾角和地層傾角的計(jì)算

沿剖面線方向地層視傾角可以根據(jù)圖5構(gòu)造圖上高差和水平位移求得，斷層的視傾角，可以根據(jù)斷面圖7求得.

5.3 應(yīng)用效果

已知剖面線上參照井的斷層傾角，地層傾角和斷點(diǎn)距離目的層垂向距離H，斜井還要知道斷點(diǎn)到目的層的水平位移，根據(jù)參照井井型不同，f7號(hào)斷層的傾向與地層傾向相反，即反向斷層，考慮斜井井軌跡沿構(gòu)造的高低在該區(qū)域可以用公式（1）、公式（6）、公式（7）和公式（10）來(lái)精準(zhǔn)定位f7號(hào)斷層的平面位置，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1.通過(guò)此方法，確定了WJ油田EW23斷塊H3Ⅳ頂構(gòu)造中斷層的具體位置（見(jiàn)圖8），2018—2019年利用公式法精準(zhǔn)落實(shí)了WJ油田的多條控油斷層位置，在該油田部署了39口開(kāi)發(fā)井，投產(chǎn)后累計(jì)產(chǎn)油3.25×104 t，日產(chǎn)油水平3.5 t.

6 結(jié) 論

復(fù)雜斷塊油藏油層形態(tài)及儲(chǔ)量規(guī)模均受斷層控制，精確定位斷層位置可有效提高井網(wǎng)控制程度，提高開(kāi)發(fā)效果.根據(jù)參照井井型不同，斷層類(lèi)型不同，斜井軌跡沿構(gòu)造的高低，可以總結(jié)出12種斷層鉆遇情況的模式，并分別可以用公式精準(zhǔn)定位斷層的平面位置.

WJ油田EW23斷塊H3Ⅳ頂構(gòu)造的應(yīng)用實(shí)踐表明，公式精準(zhǔn)定位斷層的方法可以精準(zhǔn)落實(shí)斷塊油田控油斷層的位置，為斷塊油田的后續(xù)開(kāi)發(fā)提供重要支撐.

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（實(shí)習(xí)編輯：羅 媛）

Abstract：Complex fault block oilfields cause great difficulties for structural research due to their extremely developed faults and complex cutting relationship.The oilfields reserve scale is controlled by faults.In order to reasonably use this kind of reservoir in its development，the plane distribution characteristics of faults must be carefully characterized to provide basis for the deployment of wells.According to different well types，different fault types and the height of inclined well trajectory along the structure，this paper summarizes 12 modes by formula method to accurately locate the position of faults on the plane.According to the research results，39 wells were deployed in WJ oilfield from 2018 to 2019，with a cumulative oil production of 3.25 × 104t，with an average daily oil production of 3.5 t，which has achieved good development results and can provide technical support for the production of this kind of reservoir.

Key words：complex fault-block；the plane distribution characteristics；12 modes

作者簡(jiǎn)介：李曉娜（1973—），女，高級(jí)工程師，從事油氣藏開(kāi)發(fā)研究.E-mail：478859626@qq.com