国外断层封闭性评价方法研究进展

时间:2022-08-09 06:59:35

国外断层封闭性评价方法研究进展

[摘 要]断层既可以作为流体流动和压力传递的通道,也可以作为阻碍流体流动的屏障。断层封闭性研究是油藏勘探、开发和工程建设中的一项重要研究内容,其重要性历来受到学者们的重视。断层是否封闭对于油气的运移、油藏的分布、储量大小、开发方案的部署等都具有重要意义,即便是在开发后期,断层的研究依然是油藏研究的主题之一。

[关键词]断层 封闭性 油藏研究

中图分类号:TEl22.32 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)14-0308-01

引言

从1989年Allan提出断面图开展定性分析至今,断层封闭性分析经历了一个逐步发展和完善的过程。国外S. R. Freeman,R. J. Knipe,H. Fossen,G. Yielding等人都在此方面做了大量研究[1-3]。断层封闭性评价方法大体可以划分为定性评价和定量评价两大类,定性评价方法主要研究断层两盘岩层的对接关系,即岩性对置分析法,用于评价流体穿过断层的可能性;定量评价主要是研究断裂带内泥岩涂抹情况,以涂抹算法为主,主要是评价断裂带内断层岩粘土含量的分布。

1 岩性对置定性评价法

评价流体穿过断层流动情况的一种重要手段是绘制断层走向视图,或是断层上盘和下盘相交处在断层面上的岩性重叠图,这种方法统称为岩性对置分析法。目前,对置分析法主要有两种,分别为Allan图解法和三角图法。

1.1 Allan图解法

Allan图通常利用地震解释的层位来确定断层上盘和下盘的位移,并根据测井资料岩性解释结果来识别地震层位之间地层的变化[1]。根据地震和测井资料绘制的Allan图直观地说明了断层面两侧地层的对置关系。通常使用这样的图来识别沿断层走向上可能的流体运移通道、油气泄漏点。

1.2 三角图法

评价断层面上地层分布的另一种方法是使用简化的对置关系三角形图。利用三角图可以简单、迅速地评价地层的各种对置关系,进而快速地对断层的封闭能力作出初步的分析和预测[2]。这种图使得对单个断层面的地层对置关系分析得以简化,还可以快速评价多个小断距断层的影响。

目前,利用这种三角图,不仅可以简单评价断层两侧的地层对置关系,而且可以用来评价断层岩及其在断裂带内的特性。

2 泥页岩涂抹定量评价法

粘土含量在降低硅质碎屑岩断层的渗透率方面有重要作用,为此,学者们试图根据相邻地层的储层性质、粘土含量和页岩分布来计算断裂带的平均粘土含量分布,进而确定渗透率的总体分布,评价断层封闭能力。除断层泥比(SGR)和涂抹系数(CSP和SSF)这两种应用已久的常规算法外,最近,学者们提出了几种由SGR/CSP/SSF等基本算法派生出来的专有算法[4],其目的是把它们综合为一种预测断层粘土含量的均衡平均化方法。

2.1 常规涂抹算法

主要包含三种方法:断层泥比、粘土涂抹势和页岩涂抹系数,都考虑了把粘土矿物和不连续层状页岩卷入断裂带的某些基本地质作用。这些预测算法都要依据地球物理测井资料得出“粘土含量”这一基本参数来评价断裂带内断层岩粘土含量的分布情况,因此要确保根据地球物理资料计算得到的“页岩”或“粘土”含量值与独立的粘土含量测量值(通常由岩心样品获得)保持一致。

2.2 有效页岩断层泥比(ESGR)

Knipe(2004)对SGR算法进行了改进,提出了有效页岩断层泥比法(ESGR=Effective Shale Gouge Ratio)[3]。有效页岩断层泥比是断层移距矢量方向上有限的粘土混合,是SGR算法的加权版本。在分析过程中,使用该方法能够更好地弄清楚断层岩沿断层面的结构和分布情况。

利用该方法可以用断层面中原来每一点相对应的剖面上的非均匀粘土分布来模拟更为复杂的断裂带过程,距离源泥岩层越近,对涂抹的贡献越大。与SGR算法相比,这种算法所得结果的变化要快得多,因为有性质相差很大的地层移过了研究点。

2.3 概率页岩涂抹系数(PSSF)

Childs(2007)在研究新西兰一些断裂浊积岩层序露头时发现,粘土涂抹的厚度并不随着与粘土源岩层距离的增加而变薄,而是不论离粘土源岩层多远,涂抹层的厚度基本不变,为了研究这种类型的变化,提出了概率页岩涂抹系数(PSSF=Probabilistic Shale Smear Factor)[5]。PSSF表示的是断层面上某一点不存在涂抹层的概率。特点是粘土涂抹层在断层位移较小时能保持连续,同时随着位移增大而破裂。

3 定量评价法对比及标定

3.1 几种定量评价法的对比

这些算法虽然并不相同,但是都是基于泥岩涂抹的不同假设,因此,必须根据涂抹过程中算法的具体含义来解释这些算法的结果。目前,主要是根据在三角洲相发育的油田和同沉积断层中获得的经验证据对这些算法进行校正,因此这些算法可以用于此类油田。

泥岩涂抹与断层断距、泥岩厚度及分布、成岩和断裂活动特征等密切相关,且多是在第一次发生断裂活动时得出的才是泥岩涂抹最有效的断距。为此应是以构造发育史、压实史研究为基础,定位出断层首次活动的时期及埋深,进一步结合成岩的研究来确定被断岩层的成岩状态,即可能的流变性,这样最有可能确定其是否发生过泥岩涂抹。

3.2 定量评价法的标定

评价断层封闭性的所有定量算法都需要用某种方式来标定,因为算得的数值本身并不是对封闭能力的预测。最简单的标定方法是寻找一个临界值,这个临界值能够区分断层面上的封闭区域和非封闭区域(或者严格的说,区分可能的封闭区域和可能的非封闭区域)。

4 问题及前景[5-6]

因为断裂带固有的复杂性,以及对断层的石油物理性质缺乏量化的了解,并且在油井中难以进行断裂带取样和试验,同时将断层露头观测结果与地下条件联系起来存在困难,描述油气盆地内的断裂历来构成重大挑战。

同时,在利用地震资料研究断层几何特征、利用测井资料标定地下地层和压力、将地表露头获得的构造与岩性等地质信息应用于地下等方面,断层封闭性评价总是伴随着不确定性。因此,断层封闭性分析的有效性在于对以上不确定性的有效控制。

目前,断层封闭性分析仅能应用于数据充分的碎屑岩储层中对正断层的分析。即便是在这些情况下,泥岩涂抹的定量研究也超出了对其它封闭过程的定量评价。另外,我们对于逆冲断层和碳酸盐岩中断层的封闭过程了解很少。因此,在今后的研究中,有关逆冲断层和碳酸盐岩储层中的断层以及发育在碎屑岩储层中更复杂的正断层的研究将是研究的重点。断层封闭性研究无疑将会为石油勘探和开发以及对断层和断层形成过程的科学解释提供巨大的帮助。

参考文献

[1] G. YIELDING, P. BRETAN, B. FREEMAN. 2010. Fault seal calibration: a brief review. Reservoir Compartmentalization. Geological Society, London, Special Publications, 347, 243C255.

[2] CHRISTOPHER A. J. WIBBERLEY, GRAHAM YIELDING, et al. 2009. Recent advances in the understanding of fault zone internal structure: a review. The Internal Structure of Fault Zones: Implications for Mechanical and Fluid-Flow Properties. 299, 5C33.

[3] Fisher QJ和Knipe RJ:Fault Sealing Processes in Siliciclastic Sediments. Faulting, Fault Sealing and Fluid Flow in Hydrocarbon Reservoirs. SP,1998,117-134

[4] Alvar Braathen, Jan Tveranger, Haakon Fossen, et al. 2009. Fault facies and its application to sandstone reservoirs. AAPG 93(7): 891-917

[5] N. Fredman, J. Tveranger, N. Cardozo, et al. 2008. Fault facies modeling: Technique and approach for 3-D conditioning and modeling of faulted grids. AAPG 92(11): 1457-1478

[6] Muhammad Fachri, Jan Tveranger, Nestor Cardozo, et al. 2011. The impact of fault envelope structure on fluid flow: A screening study using fault facies. AAPG 95(4): 619C648

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