海上復(fù)雜斷塊油田斷層封閉性綜合評(píng)價(jià)
——以PL油田為例

王龍，孫福亭，何娟，郭麗娜，齊明明

（中海油研究總院，北京 100028）

海上復(fù)雜斷塊油田斷層封閉性綜合評(píng)價(jià)
——以PL油田為例

王龍，孫福亭，何娟，郭麗娜，齊明明

（中海油研究總院，北京 100028）

PL油田斷裂系統(tǒng)發(fā)育，斷層復(fù)雜。采用巖性對(duì)置法、斷層泥比率法等直接法和測(cè)試斷層兩側(cè)油水界面、原油性質(zhì)等間接方法，對(duì)PL油田典型斷層原始狀態(tài)下的封閉性進(jìn)行分析，并應(yīng)用油田原始?jí)毫?shù)據(jù)針對(duì)開發(fā)過(guò)程中斷層的封閉性變化情況，研究了斷層在不同時(shí)期的封閉性，分析了斷層封閉性改變的原因。結(jié)果表明，PL油田走滑斷層和正斷層原始狀態(tài)下多處于封閉狀態(tài)，但存在封閉薄弱區(qū)，隨著油田的不斷開發(fā)，斷塊間壓力平衡逐漸受到破壞，斷層局部封閉能力減弱，發(fā)生開啟現(xiàn)象。斷層在局部存在著封閉性薄弱區(qū)，斷層一側(cè)長(zhǎng)期生產(chǎn)而另一側(cè)未開發(fā)，導(dǎo)致斷塊間壓差逐漸增大，是斷層后期局部開啟的主要原因。通過(guò)對(duì)PL油田斷層封閉性研究方法的適用性分析得出，斷層泥比率法通常適用于斷距不大的斷層封閉性研究，而巖性對(duì)置法則適用于不同斷距的斷層。

巖性對(duì)置法；斷層泥比率法；適用性分析；斷層封閉性；復(fù)雜斷塊油田

0 引言

斷層的封閉性是指斷層面或破碎帶封堵地層流體并阻止流體向斷層兩側(cè)或破碎帶滲流的能力，受多種地質(zhì)因素和條件的影響，如斷層兩側(cè)斷塊的巖性配置、斷層泥的發(fā)育情況、斷層所受的力學(xué)性質(zhì)等［1-5］。通常，同一條斷層不同部位的封閉性可能會(huì)存在差異。此外，前人研究表明，斷層的封閉性在油田開發(fā)過(guò)程中也不是一成不變的，部分封閉斷層在油田開發(fā)中存在活化現(xiàn)象，若未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，有可能造成實(shí)際生產(chǎn)中注采井網(wǎng)不完善，嚴(yán)重影響油田開發(fā)效果［6］。因此對(duì)于生產(chǎn)中油田，斷層封閉性的研究不僅包括斷層原始狀態(tài)下的封閉性研究，同時(shí)在開發(fā)過(guò)程中開展斷層封閉性的研究也是非常必要的。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

PL油田位于渤海海域的中南部、渤南低凸起帶中段的東北端，是渤海有利的油氣富集區(qū)之一，具有優(yōu)越的油氣聚集成藏地質(zhì)條件。油田主力含油層系發(fā)育于新近系明化鎮(zhèn)組下段和館陶組，儲(chǔ)層巖性為河流相沉積的陸源碎屑巖。郯廬斷裂帶是我國(guó)東部一個(gè)重要的走滑斷裂帶，郯廬斷裂帶發(fā)育東、西兩條主干斷裂，其中，東支主干斷裂是由一系列走向大致為北北東向的郯廬斷裂帶東部分支斷裂組成［7-11］。PL油田位于郯廬斷裂帶渤海區(qū)域部分的東部分支斷裂帶上，受其影響，油田構(gòu)造主體斷裂系統(tǒng)復(fù)雜，發(fā)育2組近南北向的走滑斷裂，主控走滑斷裂帶以及北東—南西走向的派生斷層，將PL油田由北至南分割為10多個(gè)壘、塹相間的斷塊。油田內(nèi)共解釋各類斷層200余條（見圖1），其中2組主控走滑斷層基本貫穿了館陶組和明化鎮(zhèn)組的整套地層，走滑斷層多呈亞平行雁列式發(fā)育，延伸長(zhǎng)度1.3～14.0 km。正斷層多為走滑斷層的派生斷層，呈北東走向或近東西向延伸，長(zhǎng)度0.1～3.9 km，斷距一般為5～360 m。

PL油田內(nèi)發(fā)育復(fù)雜的斷層使得斷層的封閉性一直是備受關(guān)注的重點(diǎn)之一，特別是隨著油田的不斷開發(fā)，很多未投產(chǎn)區(qū)塊的地層壓力也出現(xiàn)了衰竭，進(jìn)一步搞清壓力變化的原因及區(qū)塊間斷層的封閉性迫在眉睫，開展斷層的封閉性研究顯得十分迫切和必要。

圖1 PL油田斷層平面位置

2 斷層封閉性分析

前人對(duì)斷層封閉性開展過(guò)大量的研究與實(shí)踐，形成了多種較為成熟的研究方法，歸納統(tǒng)計(jì)可以分為兩大類——直接法和間接法。直接法是從斷層本身的角度出發(fā)，開展斷層的封閉性研究。常用的包括巖性對(duì)置法、斷面物質(zhì)涂抹法（斷層泥比率SGR、頁(yè)巖涂抹因子SSF、黏土涂抹勢(shì)CSP）、排替壓力法、斷面應(yīng)力法、封閉系數(shù)法等，還有綜合考慮斷層斷距、傾角、斷層泥、斷層活動(dòng)性、斷面正應(yīng)力等斷層封閉性影響因素，利用模糊數(shù)學(xué)或連通概率對(duì)斷層的封閉性開展定量化綜合評(píng)判［12-21］。間接法則是不研究斷層本身，而是通過(guò)斷層兩側(cè)地層壓力的變化、流體的分布、性質(zhì)和地球化學(xué)特征的差異性來(lái)間接判別斷層封閉性［22-24］。

大量實(shí)踐表明，每一種斷層封閉性研究方法都有不同的適用條件，所需的資料基礎(chǔ)也有所差異，采用任何一種方法判斷斷層的封閉性，結(jié)果往往具有不確定性和局限性，因此本文采用多種方法對(duì)斷層封閉性進(jìn)行了研究，并對(duì)斷層封閉性進(jìn)行了綜合判別。

針對(duì)油田斷層發(fā)育的特點(diǎn)，選取了2條有代表性的斷層F1走滑斷層和F2正斷層展開分析，由于斷層長(zhǎng)度較大，各截取其中一段進(jìn)行分析（見圖1）。F1為走滑斷層，屬于PL油田走滑斷層的東支，走向?yàn)榻媳毕?，延伸長(zhǎng)度大于10.0 km，最大垂直斷距140 m，最小垂直斷距35 m（見圖2），本次研究該走滑斷層位于1區(qū)與2區(qū)間的部分。F2為正斷層，是1區(qū)與3區(qū)間的分界斷層，斷層傾向?yàn)楸蔽飨?，走向?yàn)楸睎|向，延伸長(zhǎng)度3.7 km，最大垂直斷距160 m（見圖3）。本次研究的是除靠近F3斷層少部分外的大部分。圖2中實(shí)線為2區(qū)地層與斷層相交線，虛線為1區(qū)地層與斷層相交線。圖3中實(shí)線為3區(qū)地層與斷層相交線，虛線為1區(qū)地層與斷層相交線。

圖2 F1走滑斷層斷距

圖3 F2正斷層斷距

2.1 直接法

2.1.1 巖性對(duì)置法

巖性對(duì)置法是最常用的定性研究斷層封閉性的方法，最初在20世紀(jì)80年代由Allan提出，因此也被稱為Allan法，目的是通過(guò)在斷層面上展示斷層兩側(cè)地層的巖性對(duì)置情況來(lái)研究斷層的封閉性［11］。該方法的基本設(shè)想是斷裂帶中沒(méi)有其他充填物質(zhì)，或者充填物不影響斷層封閉性，同時(shí)斷層既不是封閉面，也不是運(yùn)移通道，斷層的封閉性取決于斷層兩盤地層的巖性。當(dāng)儲(chǔ)集層與對(duì)盤非儲(chǔ)集層對(duì)接時(shí)，斷層具有封閉性；當(dāng)儲(chǔ)集層與對(duì)盤儲(chǔ)集層對(duì)接時(shí)，斷層不具有封閉性［12］。

模擬得到的F1走滑斷層砂巖對(duì)置圖顯示（見圖4），在走滑斷層?xùn)|側(cè)斷塊即2區(qū)的L50與L100層頂部出現(xiàn)了大片砂巖疊置區(qū)域。說(shuō)明斷層兩側(cè)的砂巖在這些層位出現(xiàn)了對(duì)接，反映出2區(qū)的L50和L100層為F1走滑斷層封閉的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。此外，在L80層也存在部分的砂巖疊置，說(shuō)明L80層也存在一定的封閉薄弱區(qū)。圖4中粉色條帶是1區(qū)砂巖地層，藍(lán)色條帶是3區(qū)砂巖地層；實(shí)線為2區(qū)地層與斷層相交線，虛線為1區(qū)地層與斷層相交線。

F2正斷層的砂巖對(duì)置圖（見圖5）顯示，在該正斷層上盤斷塊即3區(qū)的L80和L100層均出現(xiàn)了明顯的砂巖重疊區(qū)，表明F2正斷層在這2個(gè)層位存在封閉的薄弱區(qū)域。圖5中實(shí)線為3區(qū)地層與斷層相交線，虛線為1區(qū)地層與斷層相交線。

2.1.2 斷層泥比率法

斷層泥比率法是進(jìn)行斷層封閉性定量判別應(yīng)用最多的評(píng)價(jià)方法［3，13］。此方法認(rèn)為，斷層在斷裂過(guò)程中，兩盤的地層均勻涂抹在斷層帶內(nèi)，即假設(shè)滑動(dòng)段內(nèi)的圍巖以相同的比例混合成斷層泥，從而對(duì)儲(chǔ)集層產(chǎn)生封閉。斷層泥比率法的封閉門限值并沒(méi)有一個(gè)固定的標(biāo)準(zhǔn)，在不同的地區(qū)往往有不同的封閉門限值。Yielding等［13］用SGR區(qū)分?jǐn)鄬邮欠忾]還是開啟，其門限值為25%～30%，該值越大，封閉性越好。總的來(lái)說(shuō)，SGR越高，反映斷層封閉能力越強(qiáng)，SGR越低，說(shuō)明斷層的封閉能力越弱。

圖4 F1走滑斷層砂巖對(duì)置

圖5 F2正斷層砂巖對(duì)置

F1走滑斷層斷層泥比率圖顯示斷層面上以紅色為主，SGRgt;50%（見圖6），說(shuō)明斷層整體的封閉能力較好。斷層在走滑斷層?xùn)|側(cè)斷塊即2區(qū)的L50和L100層頂部存在低值區(qū)，SGR低于30%，反映出F1走滑斷層在2區(qū)的L50和L100層封閉能力存在薄弱區(qū)域；此外，在L80層的頂部也存在斷續(xù)分布的低SGR條帶，SGR低于35%，說(shuō)明F1走滑斷層L80層的封閉能力也相對(duì)較弱。圖6中實(shí)線為2區(qū)地層與斷層相交線，虛線為1區(qū)地層與斷層相交線。

對(duì)于F2正斷層，SGR圖顯示，斷層面上的SGR值都在50%以上（見圖7），反映出該斷層整體封閉能力較好。圖7中實(shí)線為3區(qū)地層與斷層相交線，虛線為1區(qū)地層與斷層相交線。

圖6 F1走滑斷層斷層泥比率

圖7 F2正斷層斷層泥比率

2.2 間接法

2.2.1 油水界面

在油田開發(fā)初期，不同斷塊的油水界面能夠間接反映斷層的封閉性。如果斷層整體是封閉的，那么斷層兩側(cè)斷塊油水界面會(huì)有明顯差異；相反，如果斷層兩側(cè)具有統(tǒng)一的油水界面，雖然不能肯定認(rèn)定斷層是封閉的，但多數(shù)情況下會(huì)認(rèn)為斷層不具有封閉性。

通過(guò)對(duì)F1走滑斷層、F2正斷層兩側(cè)油水界面的統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)各個(gè)斷塊的油水界面有明顯的差異（見表1）。

表1 各區(qū)塊的油水界面位置

F1走滑斷層兩側(cè)的油水界面分別為1區(qū)的-1437 m和2區(qū)的-1506 m，相差69 m，F(xiàn)2正斷層兩側(cè)油水界面相差32 m，說(shuō)明2條斷層在未開發(fā)狀態(tài)下具有良好的封閉性。

2.2.2 斷層兩側(cè)原油物性

在油氣運(yùn)移過(guò)程中，如果油、氣、水同屬一個(gè)連通的構(gòu)造圈閉，則油、氣、水應(yīng)具有相同的物理和化學(xué)性質(zhì)；若斷層兩側(cè)流體性質(zhì)差異明顯，則說(shuō)明斷層具有較好的封閉性：因此，可以通過(guò)分析各斷塊的原油物性與油田水性質(zhì)來(lái)間接判別斷層的封閉性。

F1走滑斷層斷距較小，該斷層兩側(cè)對(duì)應(yīng)層位基本為相同或鄰近的地層單元。分布在斷層?xùn)|側(cè)2區(qū)X3井和斷層西側(cè)1區(qū)X1井、X2井的流體性質(zhì)顯示（見表2），相近層位地層原油黏度分析結(jié)果均存在著一定的或者是較大的差別，如斷層?xùn)|側(cè)2區(qū)X3井L80與斷層西側(cè)1區(qū)X2井L70，X3井L100與斷層西側(cè)1區(qū)X1井L100及X2井L110，說(shuō)明F1走滑斷層兩側(cè)的地層在原始狀態(tài)下是處于分割狀態(tài)的，東側(cè)2區(qū)原油性質(zhì)較斷層西側(cè)1區(qū)差，也說(shuō)明原始狀態(tài)下，F(xiàn)1走滑斷層在這些層位是封閉的。

表2 1區(qū)、2區(qū)地層原油性質(zhì)分析結(jié)果

3 油田開發(fā)對(duì)斷層封閉性的影響

1區(qū)是PL油田內(nèi)開發(fā)時(shí)間最早的區(qū)塊，2區(qū)和3區(qū)開發(fā)時(shí)間均晚于1區(qū)，X4井為PL油田2區(qū)的第1口井。地層壓力測(cè)試結(jié)果表明，在該油田還未生產(chǎn)的情況下，其地層壓力已經(jīng)出現(xiàn)了一定的衰竭（見表2），其中L50，L80層壓力衰竭比較明顯，說(shuō)明F1走滑斷層目前在L50，L80，L100層位封閉程度較差，呈開啟狀態(tài)。與F1斷層類似，X5井是PL油田2區(qū)的第1口井，該井壓力測(cè)試結(jié)果表明（見表3），在該區(qū)塊還沒(méi)有任何一口生產(chǎn)井的情況下，其L80，L100層也出現(xiàn)了一定程度的壓力衰竭，其中L100層壓力衰竭明顯，反映出F2正斷層當(dāng)前在L80，L100層位局部開啟，封堵性能較差。

表3 X4，X5井各層位平均剩余壓力

結(jié)合以上對(duì)2條典型斷層巖性對(duì)置法和斷層泥比率法的分析結(jié)果，F(xiàn)1走滑斷層當(dāng)前在L50，L80，L100層位的開啟狀態(tài)與巖性對(duì)置法和斷層泥比率法的分析結(jié)果吻合，說(shuō)明F1走滑斷層在原始狀態(tài)下，在這3個(gè)層位的斷層封閉能力較為薄弱。隨著油田1區(qū)的開發(fā)，不斷降低的油藏壓力逐漸破壞了走滑斷層兩側(cè)1區(qū)和2區(qū)的壓力平衡。斷塊間不斷升高的壓力差誘使斷層在L50，L80，L100等封閉能力較差的層位逐漸開啟，從而造成了從未開發(fā)過(guò)的2區(qū)在這3個(gè)層位發(fā)生地層壓力衰減。

F2正斷層當(dāng)前在L80，L100層位的開啟狀態(tài)與該斷層巖性對(duì)置圖的結(jié)果一致，說(shuō)明該斷層原始存在的封閉薄弱區(qū)與1區(qū)的開發(fā)造成的1區(qū)、3區(qū)斷塊間壓力失衡，共同導(dǎo)致了F2正斷層在3區(qū)L80，L100層的開啟。

4 斷層封閉性研究方法適用性分析

從走滑斷層和正斷層的模擬結(jié)果可以看出：對(duì)于斷距不大的F1走滑斷層，斷層泥比率法與巖性對(duì)置法所反映的封閉性薄弱區(qū)比較一致；而對(duì)于斷距較大的F2正斷層，則二者對(duì)封閉性薄弱區(qū)的模擬結(jié)果差別較大。

為了判斷這一發(fā)現(xiàn)的準(zhǔn)確性，選取了另外2條斷層——F3走滑斷層和F4正斷層進(jìn)行驗(yàn)證（見圖1）。巖性對(duì)置法和斷層泥比率法的結(jié)果顯示，F(xiàn)3走滑斷層、F4正斷層和F1走滑斷層、F2正斷層具有相似的結(jié)果（見表4）。F3走滑斷層斷距較小，為20～40 m，出現(xiàn)砂巖對(duì)接的層位和斷層泥比率較低的層位相同，均為L(zhǎng)50，L100層；而F4正斷層斷距整體較大，80～110 m，模擬結(jié)果顯示在L100，L120層出現(xiàn)砂巖對(duì)接，而斷層泥比率SGR在整個(gè)斷層都高于50%。分析結(jié)果表明，斷層斷距的巨大差異導(dǎo)致了2種方法模擬結(jié)果的不一致，在PL油田，斷距對(duì)2種判別方法的結(jié)果具有較大的影響。

斷層泥比率法的應(yīng)用前提是認(rèn)為斷層兩盤物質(zhì)均勻涂抹在斷層內(nèi)，即假設(shè)滑動(dòng)段內(nèi)的圍巖以相同的比例混合成斷層泥。而這只是一種理想狀態(tài)，實(shí)際上，斷層泥的形成、分布，與斷層的性質(zhì)、斷層形成時(shí)的地層應(yīng)力、斷層的產(chǎn)狀、斷層兩盤地層的固結(jié)、疏松程度，都有密切的關(guān)系，在實(shí)際情況中往往難以形成斷層內(nèi)兩盤物質(zhì)的均勻涂抹。從概率的角度分析，斷距越大，在滑動(dòng)段內(nèi)形成均勻涂抹的可能性就越低。當(dāng)斷距較大，且地層砂地比較低時(shí)，對(duì)于斷層上的任意一點(diǎn)，SGR值近似于地層的平均泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，從而導(dǎo)致斷層面的SGR整體較高。若此時(shí)斷層兩盤有2套砂巖對(duì)接，且斷層泥并不很發(fā)育，就會(huì)出現(xiàn)SGR值高，但斷層封閉性并不好的情況。PL復(fù)雜斷塊油田很可能就屬于這種情況，該油田砂巖比例僅為20%～30%，對(duì)于斷距較大的斷層，斷層上的SGR近乎等同于整體地層的平均泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，大于50%，但實(shí)際上PL油田斷層的斷層泥可能發(fā)育并不好或分布不均勻，此時(shí)SGR值就不能真實(shí)反映出斷層封閉性薄弱區(qū)。

表4 斷層F3和F4巖性對(duì)置法與斷層泥比率結(jié)果

巖性對(duì)置法則不受這種計(jì)算的影響，該方法主要取決于斷層兩盤地層的巖性。當(dāng)儲(chǔ)集層與對(duì)盤非儲(chǔ)集層對(duì)接時(shí)，斷層具有封閉性；當(dāng)儲(chǔ)集層與對(duì)盤儲(chǔ)集層對(duì)接時(shí)，斷層不具有封閉性：因此，該方法的應(yīng)用條件相對(duì)簡(jiǎn)單，能更好地反映斷層面上不同位置的斷層封閉性。后續(xù)的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)資料也進(jìn)一步證明了，對(duì)于斷距比較大的斷層，巖性對(duì)置法的結(jié)果在PL油田更接近斷層封閉性的實(shí)際情況。因此巖性對(duì)置法相對(duì)于SGR法在復(fù)雜斷塊PL油田具有更好的適用性。

總的來(lái)說(shuō)，這2種常用斷層封閉性判別方法適用性的差異主要是，巖性對(duì)置法應(yīng)用條件比較簡(jiǎn)單，而斷層泥比率法的應(yīng)用條件更為嚴(yán)格，特別是在斷距較大且砂地比較低時(shí)，只有在斷層內(nèi)形成斷層兩盤物質(zhì)均勻涂抹的情況下該方法才會(huì)有效。

5 結(jié)論

1）PL油田的F1走滑斷層和F2正斷層在原始狀態(tài)下呈現(xiàn)出較好的封閉性，但在部分層位存在封堵的薄弱區(qū)。

2）隨著油田的不斷開發(fā)，斷層一側(cè)長(zhǎng)期生產(chǎn)而另一側(cè)未開發(fā)，斷塊間的壓力平衡逐漸遭到破壞，壓差逐漸增大，導(dǎo)致斷層在封閉薄弱區(qū)出現(xiàn)封堵能力減弱、局部開啟的現(xiàn)象。

3）斷層封閉性方法適用性分析表明，由于斷層泥比率法和巖性對(duì)置法應(yīng)用條件的差異和PL油田砂地比較低，斷層泥比率法主要適用于PL油田內(nèi)斷距不大的斷層封閉性研究，對(duì)斷距較大的斷層不能有效表征出斷層不同位置封閉性能的差異；巖性對(duì)置法則對(duì)PL油田內(nèi)不同斷距的斷層均適用，應(yīng)用效果更好。

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（編輯 孫薇）

Integrative evaluation of fault sealing property for complex offshore block oilfield:taking PL Oilfield as an example

WANG Long,SUN Futing,HE Juan,GUO Lina,QI Mingming
(CNOOC Research Institute,Beijing 100028,China)

With the complex and developed fault system of PL Oilfield,fault sealing property of representative faults in PL Oilfield was studied by lithologic juxtaposition method,shale gouge ratio method(SGR),OWC on the both sides of the fault and oil property under an original state.The initial pressure data of the oilfield was used to study the fault sealing property after the development of the oilfield.The paper makes clear the fault sealing property in different periods and the reason for the change of fault sealing property.The results show that strike-slip fault and normal fault were closed in original state,but fault sealing weakness zone existed in partial fault.With the development of the oilfield,the pressure balance between the blocks was gradually destroyed,and the sealing ability of the partial fault was weakened,finally,the fault opened.The fault sealing weakness in partial fault,the pressure difference caused by long-term production on the one side of the fault and non-development on the other side,are the two major reasons that lead the fault to open finally.The applicability of fault sealing property research methods in PL Oilfield shows that SGR method is applied to fault with relatively small fault throw and lithologic juxtaposition method is applied to fault with different fault throw.

lithologic juxtaposition method;shale gouge ratio method;applicability analysis;fault sealing property;complex block oilfield

TE122.2

A

10.6056/dkyqt201706006

2017-05-23；改回日期：2017-09-20。

王龍，男，1986年生，工程師，碩士，2012年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東），現(xiàn)主要從事油氣田開發(fā)地質(zhì)研究工作。E-mail：wanglong@cnooc.com.cn。

王龍，孫福亭，何娟，等.海上復(fù)雜斷塊油田斷層封閉性綜合評(píng)價(jià)：以PL油田為例［J］.斷塊油氣田，2017，24（6）：760-765.

WANG Long，SUN Futing，HE Juan，et al.Integrative evaluation of fault sealing property for complex offshore block oilfield：taking PL Oilfield as an example［J］.Fault-Block Oilamp;Gas Field，2017，24（6）：760-765.