斷層封堵性評(píng)價(jià)方法及影響因素分析

沙木哈爾·葉列吾拜

（新疆油田公司風(fēng)城油田地質(zhì)研究所，新疆克拉瑪依 834000）

目前，隨著勘探開發(fā)的日漸加深，我國大部分油田都邁入了生產(chǎn)的中后期，油氣開采的難度逐漸增加，需要解決的難題較多，其中比較核心的難題是油氣成藏，主要研究內(nèi)容有：①斷層內(nèi)部的構(gòu)造特征；②斷層系統(tǒng)的分析與劃分；③斷層封堵性機(jī)理及評(píng)價(jià)；④斷層封堵的差別及影響因素分析；⑤斷層油氣輸導(dǎo)性能評(píng)價(jià)；⑥斷裂封堵的線索追查；⑦斷層控藏及有效性評(píng)價(jià)[1]。根據(jù)全球各大油田勘探開發(fā)研究及實(shí)踐表明，斷層在一定程度上增加了勘探開發(fā)工作的難度，但是70%以上的油氣圈閉都與斷層有關(guān)，斷層對(duì)油氣藏的形成和發(fā)育起著十分重要的控制作用，主要有：①控制上覆蓋層的有效性；②控制砂體的沉積；③能夠當(dāng)作油氣運(yùn)移的通道；④控制油氣聚集和保存。斷層封堵性的分析與探索，一直都是石油從業(yè)者關(guān)注的熱點(diǎn)和難點(diǎn)[1]。因此，本文主要對(duì)斷層封堵性評(píng)價(jià)方法及影響因素進(jìn)行了分析與研究，以期為油田勘探開發(fā)工作提供一定的借鑒和依據(jù)，從而為油田企業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展保駕護(hù)航。

1 斷層封堵簡介

斷層封堵（Fault sealing），也稱斷層封閉，是指斷裂發(fā)育帶或者斷層面對(duì)油氣的運(yùn)移起到一定的阻滯作用，從而可以對(duì)油氣進(jìn)行封堵[2]。經(jīng)過大量的研究及實(shí)踐可知，斷層封堵的基本原因是斷層上下兩盤的排替壓力存在一定的差異。由于斷層封堵具有雙向性的特點(diǎn)，因此斷層的封閉機(jī)理主要分為2個(gè)方面：①側(cè)向封堵性；②垂向封堵性。前者是指斷層上、下兩盤不出現(xiàn)油氣運(yùn)移，即斷層發(fā)育帶和油氣運(yùn)移盤的巖性會(huì)存在一定的排替壓力差，并且差值大小直接影響側(cè)向封堵的能力[3]。后者是指如果油氣運(yùn)移過程中形成浮力小于斷層垂向的封閉力，則斷層面就具有一定的垂向封堵能力。斷層的封堵程度主要的決定因素有2點(diǎn)：①斷層面兩側(cè)巖石的封堵能力；②斷裂發(fā)育帶物質(zhì)?？傮w而言，斷層封堵主要存在3種方式：①涂抹作用；②破裂作用；③成巖膠結(jié)作用。

2 斷層封堵性評(píng)價(jià)方法

2.1 定性分析

（1）Allan圖法。Allan圖是假設(shè)斷層面沒有封堵能力，然后認(rèn)為斷層上下盤都是砂巖的對(duì)接，以此來作為油氣運(yùn)移通道。1967年，Allan提出了Allan圖法，對(duì)“混合橫剖面”概念進(jìn)行優(yōu)化和完善，并將其應(yīng)用于油氣勘探工作。Allan圖法的關(guān)鍵是對(duì)斷層上下盤的巖性對(duì)置關(guān)系進(jìn)行精細(xì)刻畫，巖性對(duì)置關(guān)系通常會(huì)影響斷層的側(cè)向封堵能力。這種方法是利用地震資料來識(shí)別斷層附近地層的構(gòu)造形態(tài)，然后與鉆井資料進(jìn)行結(jié)合，以此來分析地層的沉積特征，進(jìn)而將斷層上下兩盤的砂巖投影到斷層面上，最終就可以形成Allan圖[4]。斷層上下盤砂巖相互對(duì)接時(shí)，油氣就能夠在砂體中進(jìn)行運(yùn)輸；斷層上下盤的砂巖與泥巖相互對(duì)接時(shí)，油氣就會(huì)受到泥巖的側(cè)向封堵，油氣便不會(huì)進(jìn)行疏導(dǎo)。

（2）壓實(shí)成巖程度。斷層的封堵主要由斷裂發(fā)育帶充填物的排替壓力差決定，而排替壓力與斷裂發(fā)育帶充填物的成巖程度具有十分密切的關(guān)系。隨著地層埋藏深度的持續(xù)增加，上覆地層對(duì)斷層帶的壓力也會(huì)不斷加大，與此同時(shí)，砂泥巖的排替壓力都會(huì)逐漸增大，但是隨著泥巖比例的不斷變大，巖樣的排替壓力明顯增大，由此可見泥質(zhì)含量的加大，在一定程度上會(huì)增大壓實(shí)成巖作用，這時(shí)斷層的垂向封堵性也會(huì)慢慢增強(qiáng)[4-5]。一般而言，壓性以及壓扭性的斷層所受到的應(yīng)力被稱為擠壓力，壓實(shí)作用比較強(qiáng)烈，使得斷層巖性的滲透性比較差。其次，斷層巖性是泥巖或糜棱巖，那么斷層巖性的滲透性則會(huì)更差，說明斷層的封堵性更好；反之，張性以及張扭性斷層所受到的應(yīng)力被稱為張拉力，通常斷層巖性主要為碎屑礫石，形狀大小不均，存在較多的孔洞，則斷層的封堵性比 較差[5]。

（3）Knipe圖 解 法。1997年，Knipe等 以Allan圖為基礎(chǔ)，對(duì)其進(jìn)行了一定的優(yōu)化和完善，主要是利用鉆井資料對(duì)斷層附近的地層巖性進(jìn)行識(shí)別，然后結(jié)合巖性柱狀圖開展三角對(duì)接工作，最終就可以形成Knipe圖。與Allan圖法相比，Knipe圖解法能夠直接獲得對(duì)接巖層的巖性，進(jìn)而對(duì)斷層的封堵性進(jìn)行定性評(píng)價(jià)，這種方法的操作性更強(qiáng)，并且獲取資料更方便，能夠及時(shí)做出評(píng)價(jià)，效率較高，但是這種方法的斷層面是假設(shè)的。在使用Knipe圖解法進(jìn)行斷層封堵性評(píng)價(jià)時(shí)，需要注意以下3點(diǎn)：①利用地震資料對(duì)斷距進(jìn)行精確的識(shí)別與刻畫；②利用大量的井?dāng)?shù)據(jù)對(duì)巖性進(jìn)行判定；③斷層封堵性評(píng)價(jià)影響因素，不能僅僅分析大斷層斷距。

（4）充填膠結(jié)作用。充填膠結(jié)作用是因?yàn)榈貙拥牡刭|(zhì)條件發(fā)現(xiàn)一定變化，使一些礦物質(zhì)在斷裂發(fā)育帶中出現(xiàn)沉淀膠結(jié)。地層水后期會(huì)發(fā)生礦化作用，這時(shí)會(huì)形成比較多的小微粒，進(jìn)而將原生孔隙充填，或者是在油氣運(yùn)移時(shí)出現(xiàn)降解，會(huì)生成很多沉淀物，進(jìn)而將斷裂充填的物質(zhì)進(jìn)行膠結(jié)，最終會(huì)降低它們內(nèi)部的滲透性，大幅增加了排替壓力，從而加強(qiáng)了斷層的側(cè)向封堵能力[4-6]。如果斷裂發(fā)育帶的充填物主要為泥巖，則斷層中的排替壓力比較大，油氣從中溢散的難度較大，斷層具有比較好的封堵性。如果斷裂發(fā)育帶的充填物主要為砂巖，則斷層中的排替壓力比較小，說明斷層的側(cè)向封堵性較差。

2.2 定量分析

（1）CSP法與SSF法。1989年，Bouvier等泥巖涂抹勢法（CSP），1993年，Lindsay等的頁巖涂抹因子（SSF）。CSP是泥巖涂抹勢法，該方法是指沿?cái)鄬用婺骋粋€(gè)點(diǎn)被泥巖層所涂抹的數(shù)量大小，這個(gè)數(shù)量是一個(gè)相對(duì)的數(shù)值，并且這個(gè)數(shù)值與泥巖的厚度和層數(shù)有關(guān)，隨著泥巖厚度和層數(shù)的不斷增加，涂抹量會(huì)不斷增大，而斷距會(huì)不斷減小。SSF是頁巖涂抹因子法，該方法是指利用實(shí)際資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，然后計(jì)算出用來描述泥巖涂抹層連續(xù)程度的參數(shù)，這個(gè)參數(shù)同樣與泥巖的厚度和斷距有關(guān)，隨著泥巖厚度不斷增加，SSF會(huì)不斷減小，SSF與斷距的大小成正比，最終可以通過SSF的數(shù)值來分析斷層的封堵性。

（2）地層模型法。在地震泵的作用之下，會(huì)讓之前疏導(dǎo)到裂隙中的流體進(jìn)入壓力比較小的裂隙或者沿著斷層面疏導(dǎo)到上覆地層之中。根據(jù)剪切強(qiáng)度公式可知，地層流體的壓力不斷增強(qiáng)，巖層的剪切強(qiáng)度持續(xù)降低，一旦剪應(yīng)力累計(jì)強(qiáng)度大于剪切強(qiáng)度，剪切裂隙就會(huì)大范圍發(fā)育，因此，可用地層模型法來評(píng)估斷層的封堵性。目前研究人員通常利用測井資料獲得沿井眼的連續(xù)地應(yīng)力剖面，再采用實(shí)驗(yàn)的方法得到相應(yīng)數(shù)據(jù)，最終通過建模來預(yù)測地層應(yīng)力，以此來對(duì)評(píng)估斷層的封堵能力。

（3）SGR法與ESGR法。CSP法與SSF法都是與斷距大小和泥巖層的厚度相關(guān)，但是忽略了泥巖涂抹量會(huì)隨著斷面位置變化而變化，進(jìn)而沒有考慮泥巖的塑性問題。因此，研究人員提出了SGR法和ESGR法，前者是指頁巖斷層泥比率法，后者是指有效斷層比率法，兩者都是通過計(jì)算斷層巖的泥質(zhì)含量大小，以此來對(duì)斷層的側(cè)向封堵能力進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)（圖1）。SGR法是通過計(jì)算斷層面某一個(gè)點(diǎn)經(jīng)過滑動(dòng)之后泥巖的累積厚度與斷距的比值，SGR法可以準(zhǔn)確地描述地層中的泥質(zhì)含量，能夠彌補(bǔ)SSF的 缺陷[5-6]。

圖1 SGR法與ESGR法示意圖

（4）斷面虛擬井法。常規(guī)的斷層封堵性定量分析是采用巖性對(duì)置法，這種方法比較直觀，而且易于操作，但是由于不同實(shí)鉆井與斷面之間的距離不一致，因此這種方法很難完全代表斷面的巖性。研究人員對(duì)巖性對(duì)置法進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)，提出了斷層面虛擬井法，這種方法是在斷面上設(shè)置2口虛擬井，井1、井2分別表示斷層上升盤、下降盤的巖性，然后結(jié)合實(shí)鉆井的巖性，則能夠獲得井1、井2的井況，最終就可以得到斷面上下盤巖性的對(duì)置關(guān)系。

3 影響斷層封堵性的因素

斷層封堵性影響因素眾多，主要分為以下4個(gè)方面：①斷面壓力，如果斷裂處于靜止期，斷面上都會(huì)受到上覆地層的重力和區(qū)域主應(yīng)力的作用，這些力的強(qiáng)度越大，斷層的垂向封堵性越好。其次，在壓力作用下，斷面還會(huì)出現(xiàn)比較多的伴生構(gòu)造，不但增大了巖石內(nèi)部的孔隙壓力，而且還有利于油氣封堵；②斷層性質(zhì)，如果斷層處于活動(dòng)期內(nèi)，則斷層是沒有封堵能力的。如果斷層處于靜止期內(nèi)，則斷層的封堵能力比較好。如果斷層沒有斷穿上覆蓋層，那么蓋層中的斷層具有比較好的垂向封堵能力，如果斷層將上覆蓋層斷穿，那么蓋層中斷層不具備垂向封堵能力或者封堵性較差；③充填物和流體性質(zhì)，如果斷層斷移地層巖性以泥巖為主，斷裂填充物也應(yīng)以泥質(zhì)成分為主，則孔滲性差，垂向封閉性好。相反，如果斷層斷移地層以砂巖為主，斷裂填充物以砂質(zhì)成分為主，則孔滲性好，垂向封閉性差[7]。上凸下凹斷層的中間垂向封堵能力比較差，上下垂向封堵能力比較好；④斷面形態(tài)，如果斷層面陡處開啟，斷層具有比較差的垂向封堵能力。如果下凹形斷層面上部陡峭，下部比較平緩，則上部垂向封堵性比下部差。而上凸形斷層正相反。上凹下凸斷層的上下垂向的封堵能力較差，中間垂向封堵能力比較好[8]。

4 結(jié)論

在油田勘探開發(fā)過程中，斷層封堵性的研究具有十分重要的作用和意義。目前，斷層封堵性評(píng)價(jià)方法眾多，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)該綜合考慮各種方法的優(yōu)劣性，優(yōu)選科學(xué)有效的方法對(duì)斷層封堵性進(jìn)行評(píng)價(jià)，提高評(píng)價(jià)的精度和可靠性，為油田勘探開發(fā)提供一定的技術(shù)支持。其次，斷層封堵性的影響因素也比較多，在研究過程中，必須認(rèn)真細(xì)致，做好基礎(chǔ)工作，正確認(rèn)識(shí)斷層，做好斷層封堵性的研究工作。