斷層封閉性研究綜述

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姓名：鄧力銘

專業(yè)班級：地質(zhì)工程11-7班

指導(dǎo)老師：蔣有錄（教授）

日期：2012/7/18

斷層封閉性研究綜述

引言

斷層既作為油氣運移的重要通道，也作為油氣聚集的遮擋條件，對油氣聚集成藏具有雙重作用。其封閉性是形成油氣藏及控制油氣成藏規(guī)模的重要因素，控制圈閉油氣的多少，油氣運移的路徑，烴類的縱橫向分布，以及油田開發(fā)過程中烴類的運動過程。分析斷層封閉性的影響因素，探討各種評價斷層封閉性的方法具有重要的學(xué)術(shù)和應(yīng)用價值。

一、斷層封閉原理

斷層封閉能力主要取決于斷裂帶物質(zhì)及其兩側(cè)巖性的排替壓力,即烴類進(jìn)入水濕巖石的最大孔喉所需的毛管壓力[1],其公式為:Pc=2RcosH/R(1)式中:pc為排替壓力,MPa;R為流體界面張力,Pa;H為流體浸潤角,(b);R為相互聯(lián)結(jié)的粒間孔喉半徑,m。而地層中烴類的壓力可以通過浮力求得:p=(Qw-Qh)gh(2)式中:Qw為儲層中水的密度,g/cm3;Qh為儲層中烴的密度,g/cm3;g為重力加速度,m/s2;h為儲層中烴柱的高度,m。當(dāng)pc大于P時,斷層的封閉性好,能封住儲層中的油氣;反之,則斷層的封閉性差,不能封住儲層中的油氣。根據(jù)流體運移的方向可將斷層封閉分為垂向封閉和側(cè)向封閉2種。斷層垂向封閉是指油氣不能沿斷層垂直向上運移,但可能穿越斷層面運移至對置的儲集層中。側(cè)向封閉是指油氣不能穿越斷層面運移到對置的儲層中去。

二、斷層封閉影響因素

影響斷層封閉性的因素很多,可以分為以下這些方面[2-3]:（1）斷層性質(zhì)

通常斷層的傾角越小，區(qū)域主應(yīng)力越大且與斷層走向越接近垂直，斷層埋深越深，一定程度內(nèi)斷距越大，斷層封閉性越好;走滑斷層封閉性最好，壓性、扭性斷層封閉性較好，張性最差;斷層在靜止期封閉性相對較好，活動期封閉性差。

（2）斷層兩盤巖性配置

如果兩盤是滲透性地層相對置，則封閉性差;反之，封閉性好。一般認(rèn)為，當(dāng)斷層兩盤砂巖與泥巖對接時，斷層封閉性好。

（3）斷層泥巖涂抹

斷層活動將塑性層帶入斷裂帶未經(jīng)研磨、重結(jié)晶作用或?qū)r石研磨成泥狀再經(jīng)過重結(jié)晶都可以形成斷層泥，導(dǎo)致斷層的封閉性。其中泥質(zhì)含量越高封閉性越好。

（4）斷層組合形式

一定面積內(nèi)，斷層條數(shù)越多，巖石破碎得越嚴(yán)重，封閉性越差。相同條件下，地墊鏨型斷層從上到下逐漸收斂，斷面摩擦力和壓力增大，比地壘型斷層封閉性要好。

（5）填充物

斷層兩盤泥巖含量越高，斷裂帶填充物泥質(zhì)含量越高，斷裂面壓力大于泥質(zhì)成分塑性變形極限，封閉性越好。此外，地下流體攜帶的成巖物質(zhì)膠結(jié)成巖以及油氣沿斷裂帶運移中，原油氧化形成固體瀝青等均

可堵塞連通孔隙，形成封閉性。

（6）流體性質(zhì)

在地層水密度一定的情況下，烴的密度越小，斷層封閉的烴柱高度就越小。斷層內(nèi)流體的壓力越大，斷層封閉性越差;反之，封閉性越好。。

三、斷層封閉機理的論述

斷層封閉機理可概括為三個方面：一是接觸性毛管壓力的差別導(dǎo)致的斷層封閉［4］；二是斷裂帶內(nèi)被不滲透物質(zhì)充填而表現(xiàn)為封閉性；三是在斷裂活動過程中，在斷裂帶外側(cè)伴生的巖石細(xì)?；?、剪切等作用導(dǎo)致斷層的封閉。而與上述斷層封閉機理可以伴生的作用類型有：并置作用、泥巖涂抹、碎裂作用、成巖作用、不純砂巖的斷層巖封閉作用、新礦物沉淀導(dǎo)致的膠結(jié)封閉作用、剪切作用等。以往斷層封閉性研究主要側(cè)重于斷層封閉性的靜態(tài)參數(shù)研究，而忽視了動態(tài)參數(shù)。因此，使斷層封閉性研究缺乏了可信度和驗證標(biāo)準(zhǔn)。所以還要重視下列因素。

（1）斷層走向

一般來說，走向與區(qū)域最大主應(yīng)力方向垂直的斷層，其封閉幾率比之走向與區(qū)域最小主應(yīng)力方向垂直的斷層要大［5］。

（1）埋深

大量事實證明，封閉斷層數(shù)量與非封閉斷層數(shù)量相比在2500m深度以下明顯增加［3］。隨著埋深增大，斷裂帶封閉性越好。

（2）斷層

斷距對一特定巖類來說，斷距越大，斷層帶寬度就可能越大，孔隙度

和滲透率的機械減少就越大。魯兵等認(rèn)為，斷距大，斷層帶物質(zhì)經(jīng)受的摩擦強，易形成斷層泥，造成好的封閉。但斷層斷距與斷

層封閉性之間很難確定一種半定量—定量關(guān)系。

（3）凈厚度與總厚度的比值

是指凈儲集層厚度與所研究層段的總厚度之比。在碎屑巖層序中，非儲集層巖石的百分比和分布，指示塑性涂抹或這些非儲集層巖石沿斷層帶注入的可能性。該比值也同樣表示斷層兩側(cè)砂巖與砂巖對接的可能性，但并不一定是同一砂巖單元。

（4）斷層的同生性

同沉積斷層有利于泥巖涂抹的產(chǎn)生，這是因為泥巖通常是欠壓實的，所以易沿斷層面發(fā)生泥巖涂抹。

（5）斷層力學(xué)性質(zhì)

走滑斷層封閉性最好，壓性斷層較好，張性斷層次之。目前對斷層力學(xué)性質(zhì)的研究還不能進(jìn)行定量分析，仍有很大的人為誤差。

（6）斷面傾角

通常斷層的斷面傾角越小，斷面正應(yīng)力就大。這樣斷裂帶愈合程度較好，有利于斷層封閉；反之，則斷層封閉性差。

（7）斷裂帶填充物的成分

斷層能否形成封閉，在一定程度上應(yīng)取決于斷裂帶填充物的成分，而斷裂帶填充物的成分又受斷層錯開地層巖性控制。若錯開地層以泥巖為主，斷裂填充物也應(yīng)以泥質(zhì)成分為主。

（8）斷層密度

單位面積內(nèi)斷層條數(shù)越多，巖石破碎越厲害，變形程度越大，因而斷層封閉性越差；反之，斷層封閉性越好。

（10）斷面正應(yīng)力

斷面正應(yīng)力越大，斷面的緊閉程度越好，封閉性越強。而對于斷面正應(yīng)力的計算應(yīng)考慮最大主應(yīng)力、最小主應(yīng)力、重力及流體壓力的

綜合效應(yīng)［6］。

（11）油水界面

可以利用油水關(guān)系判別原始狀態(tài)下斷層密封性?；驹瓌t是：當(dāng)兩個斷塊的油水界面一致時，斷層可能不封閉；當(dāng)兩個斷塊的油水界面不同時，斷層一定是封閉的。

（12）壓力法

斷層兩側(cè)若無巖性、物性的橫向劇變，且不屬于同一個壓力系統(tǒng)，那么斷層應(yīng)是封閉的。另外，干擾試井法、示蹤劑法及油水井生產(chǎn)動態(tài)分析法等也對斷層封閉性研究有重要意義。

四、斷層封閉性評價方法

目前斷層封閉性的評價方法有三大類:斷層析法、地球物理化學(xué)方法、數(shù)學(xué)地質(zhì)分析法。

4.1斷層分析法

4.1.1巖性配置分析法

在斷層力學(xué)性質(zhì)為張性或張扭性，斷裂帶厚度薄或不連續(xù)，斷層兩側(cè)巖石直接接觸的情況下，分析斷層兩側(cè)巖性配置，能較為準(zhǔn)確的評價斷層封閉性。目前，研究巖性配置的方法有:斷面剖面分析法［7］

(Allan圖),通過某一斷層斷面圖，比較直觀、準(zhǔn)確的判斷斷層兩側(cè)巖性配置和泥巖涂抹情況，但是Allan斷面圖的制作的難點是需要繪制詳細(xì)的地層與斷層面相交的幾何形態(tài)，Knipe提出了新的作圖觀

點［8］，首先在僅考慮斷距和巖性，而不考慮沿斷層走向構(gòu)造形態(tài)的變化的情況下生成簡單的巖性并置圖，其次對那些可能是油氣泄漏的位置繪制詳細(xì)的Allan斷面圖;砂泥對接概率法，該方法僅適用于井少的地區(qū);地震解釋和三維可視化技術(shù)研究斷裂帶巖性對置與泥巖涂抹，可以得到直觀的SGR圖;斷層巖性疊置斷面圖法［9］，以斷層兩側(cè)的巖性和斷距的相互作用為基礎(chǔ)繪制巖性疊置斷面圖，優(yōu)點是能夠評價斷層所有部位的封閉性;計算砂巖百分含量、砂巖連通率法等。由于大斷層的周圍小斷層成群出現(xiàn)，實際研究中，常把一組小斷層解釋為單一斷層，得出的斷層兩盤巖性配置結(jié)論誤差較大，因此，巖性配置分析法的難點是準(zhǔn)確確定斷層的規(guī)模、斷層巖的總厚度和小斷層分布情況。

4.1.2斷面泥巖涂抹分析法

目前，泥巖涂抹的計算方法主要有3種:(1)Bouvier運用三維地震切片技術(shù)提出泥巖玷污潛力(CSP)，表示斷面某點、某泥巖層被涂抹的相對量;(2)泥巖玷污因子(SSF)，是斷層沿一個橫截面內(nèi)的位移傾斜斷距(L)與斷面附近發(fā)生明顯位移的泥頁巖厚度(H)之比;(3)斷層泥巖比率(SGR)，就是在斷層位移段內(nèi)測定泥和(或)頁巖所占的比例。其中，CSP適用于斷面剪切型的涂抹，考慮到了不同位置泥巖涂抹量的差異及多次泥巖的涂抹效應(yīng)。SSF適用于壓入性的涂抹。SGR

適用于厚的非均質(zhì)的碎屑巖層序［10］。

4.1.3斷層封堵系數(shù)法

橫向封堵系數(shù)是評價斷層橫向封閉性的參數(shù)，是構(gòu)造封堵系數(shù)與儲集系數(shù)之和再與巖性封堵系數(shù)相乘之積。其值越大，橫向封閉性越好?？v向封堵系數(shù)是評價斷層縱向上對流體封堵能力的參數(shù)，是斷層落差與蓋層厚度的比值。其值越小，縱向封閉性越好［11］。

4.1.4物化性質(zhì)指示和油氣滲濾速度法

利用斷層兩盤油、氣、水物化性質(zhì)能直接判斷出斷層的封閉性，當(dāng)斷層兩側(cè)對應(yīng)層位具有統(tǒng)一的油水界面、壓力系統(tǒng)時，斷層可能是不封閉的;當(dāng)斷層兩側(cè)具有不同的油水界面、油水氣性質(zhì)、壓力時，斷層一定是封閉的［12］。

4.1.5斷層封閉性演化分析法

在恢復(fù)斷層埋藏史、古構(gòu)造演化史、斷層在各時期古落差的基礎(chǔ)上，通過繪制斷面剖面圖、模擬砂泥對接概率等方法，研究斷層不同時期的側(cè)向封閉性。通過求取不同時期斷面應(yīng)力大小和斷裂帶泥質(zhì)含量等，定量研究斷層不同時期的垂向封閉性［13］。

4.2地球物理化學(xué)方法

4.2.1聲波時差法

聲波時差與斷層的排替壓力之間具有明顯的負(fù)相關(guān)，如果聲波通過斷層填充物得速度小于圍巖的速度，則封閉性好;反之，封閉性差。付廣等利用聲波時差在斷點反映的巖性致密程度來推測斷層的封閉性。該方法為定性評價，且需要鉆遇斷層的測井資料。

4.2.2地震速度普識別法

該方法的目的是求取地層泥質(zhì)含量來評價斷層的封閉性，利用地震速度譜資料求取地層的層速度，然后根據(jù)速度與地層泥質(zhì)含量的相關(guān)性求取地層泥質(zhì)含量。該方法適用于探井少，勘探程度低且斷距大于20m的地區(qū)，而且泥質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是預(yù)測值而非真實值［14］。

4.2.3油藏地球化學(xué)分析法

根據(jù)斷層附近油藏的油樣GC指紋、流體包裹體、原油成熟度等判斷斷層封閉性。能夠反映地質(zhì)歷史時期，特別是排烴期的斷層封閉性。可判斷“巖性連通，流體不連通”儲層封閉性［15］，該方法適用于勘探程度高，地球化學(xué)數(shù)據(jù)豐富的地區(qū)。

4.3數(shù)學(xué)地質(zhì)分析法

4.3.1邏輯信息法

其原理是將影響封閉性的各因素用0和1表示，在假設(shè)相同封閉能力的斷層具有類似的影響因素前提下，通過對已知封閉性的斷層的影響因素進(jìn)行邏輯運算，篩選出主要地質(zhì)參數(shù)，根據(jù)它們對斷層封閉性影響的大小分別賦予權(quán)值，經(jīng)計算得出各標(biāo)準(zhǔn)對象的對象權(quán)，與其封閉性相對照，就可以建立斷層封閉性判別模型，對未知封閉性的斷層選擇變量并賦值，利用模型計算出的結(jié)果來評價斷層封閉性。吳元燕等利用該方法成功解釋了五彩灣未能形成整裝大氣田與呼圖壁氣田下盤有氣、上盤無氣的原因［16］。

4.3.2模糊綜合評判法［17-18］

應(yīng)用模糊變換和最大隸屬原則，對影響斷層封閉性的各種因素進(jìn)行綜

合研究。不同地區(qū)影響斷層封閉性的因素不同，各因素權(quán)重不同，其中，以已知封閉性的斷層為例，確定各因素的權(quán)重系數(shù)并建立單因素評價矩陣是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，該方法綜合考慮了影響斷層封閉性的各種因素，評價結(jié)果更準(zhǔn)確。

五、結(jié)語

斷層封閉性是一個極為復(fù)雜的地質(zhì)問題,它不僅受斷層的力學(xué)性質(zhì)、斷面承受應(yīng)力狀況、斷層剪切帶、泥巖玷污帶、斷層兩盤儲層排驅(qū)壓力、斷層兩盤巖性配置關(guān)系、斷層兩盤地層產(chǎn)狀配置關(guān)系和斷層活動時期與油氣運移聚集期的配置等多種地質(zhì)條件制約,而且也受構(gòu)造演化史、應(yīng)力場演化史、盆地充填史制約。我們研究油氣田斷層封閉性,就是要揭示油氣運移途徑、方向,認(rèn)識斷層是否能溝通烴源巖與儲集層、圈閉,建立起斷層封閉性與油氣藏圈閉的關(guān)系,為油氣勘探與開發(fā)工作服務(wù)［19-20］。

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[15]侯讀杰,朱俊章,唐友軍等.應(yīng)用