低滲斷塊砂巖氣藏斷層封閉性研究及開發對策

王樂之，李銀花

(1.中國地質大學(北京)能源學院，北京 100083；2.中國石化中原油田分公司勘探開發科學研究院，河南 濮陽 457000)

斷層封閉性指斷層對斷層兩側儲層流體滲流的封閉性能，對于斷塊型氣田，斷層封閉性是影響開發效果的重要因素之一。WZ氣田位于中國東部渤海灣盆地東濮凹陷，該氣田斷裂發育，儲層以低孔低滲砂巖為主，為帶邊、底水斷塊干氣藏。對于氣田內斷層是否具有封閉性，多年來一直認識不清，一定程度上影響了氣田的開發決策。目前，氣田已進入開發中后期，各斷塊表現出不同的壓力分區，邊、底水活躍程度也具有明顯的差異。進一步研究氣田內部斷層，尤其是小斷層的封閉性，對制定合理的調整對策具有重要意義。

1 斷層發育情況

除控制氣田邊界的WD、WX兩個二級大斷層外，氣田內部發育的斷層主要分為兩個級別(圖1)。

圖1 WZ氣田斷裂格局圖

1.1 控制流體分布的氣田分塊斷層

屬于二級主斷裂的派生斷層，為凹陷內部的三級斷層，主要有FK1、FK2和FK3斷層，斷距60～350m，將氣田分割為西塊、主塊和東塊。其中，FK1、FK3斷層走向基本平行，南、北端與WD、WX大斷層相交。FK2斷層與WD斷層基本平行，兩端與FK1和FK3斷層相交。在該級斷層的作用下，氣田自西向東氣水界面逐階下掉。

1.2 斷塊內部發育兩組相交的小斷層

內部小斷層發育呈現明顯的規律性，主要發育北東向和近南北向兩組斷層，為4～5級斷層，斷距多為20～40m，延伸距離多小于2km。盡管斷塊內部小斷層斷距不大，但在開發過程中，由于其對砂體連通關系的改變及自身封閉程度的差異，對天然氣和邊、底水的流動規律也將產生不同的影響。

2 斷層封閉性評價

2.1 分塊斷層是典型的封閉性斷層

2.1.1 原始流體分布存在明顯差異

根據國內外關于斷層封閉性的研究文獻[1]， 當兩個斷塊的油(氣)水界面不一致時，斷層是封閉的。在東掉的FK1、FK3斷層的作用下，WZ氣田各斷塊氣水界面明顯不同，西塊為-2980m，主塊為-3000～-3050m，東塊則為-3100m左右。由此判斷，分塊斷層是封閉的。

2.1.2 各塊壓力變化差異明顯

氣水界面的差異反映的是原始狀態下斷層的封閉性。而氣田大量的動態也證實，在開發過程中，分塊斷層也是封閉的。如1990年，西塊的WX3井RFT測試表明，該塊壓力保持在原始狀態，而此時主塊已試采11年。東塊地層壓力變化也與主塊不同，2005年主塊平均地層壓力為18.5MPa，壓力下降6.0 MPa，而東塊為12.4 MPa，壓力下降幅度大大高于主塊。

2.1.3 壓力恢復資料解釋存在封閉性邊界

根據分塊斷層附近生產井的壓力恢復資料解釋結果(圖2)，分塊斷層在壓力恢復導數曲線上均有明顯的反映。西塊的WX2、WX3井歷年的壓力恢復資料解釋結果，均認為在距井20m附近存在封閉性邊界，即FK1斷層。據W14井壓力恢復資料，在距井30m左右解釋有封閉性邊界，即FK2斷層。

圖2 WX3井壓力恢復導數曲線

2.2 斷塊內部小斷層封閉性

斷塊內部小斷層，尤其是主塊內部的小斷層封閉性一直存在爭議。本次重點針對該問題，綜合應用涂抹系數、斷層兩盤巖性配置關系、動態分析法等多方法，確定了小斷層的封閉性。

2.2.1 斷層帶內填充物的封閉性

Bouvier等[2]1989年提出用“泥巖涂抹能力”(CSP)定量判斷斷層相對封閉程度以來，Lindsay、Yielding等也分別提出涂抹因子的計算方法[3-4]。

我國大慶石油學院付廣等，2002年提出了利用斷層兩盤地層斷裂填充物中泥質含量研究斷層封閉性的改進方法[5]。該方法認為，斷裂充填物中泥質含量是影響斷層封閉性的最主要因素，且假設斷裂填充物來自斷層兩盤地層。判別標準為，當斷裂帶內泥質含量Rm>0.75時，斷層封閉性好； Rm為0.50～0.75時，封閉性較好；Rm為0.25～0.50時，封閉性中等；Rm<0.25時，封閉性差。

本次采用該方法計算表明(表1)，WZ氣田斷塊內部小斷層Rm值在0.27～0.50之間。按照斷層封閉性等級標準，氣田小斷層封閉性屬于中等-中等偏弱，說明斷層封閉性不強。但是，中等封閉級別對于氣藏流體的封閉程度如何，在開發中能否形成阻擋流體流動的屏障，根據該結果尚不能有效地確定。

表1 斷裂填充物泥質含量法評價結果

2.2.2 斷層兩側巖性配置關系研究

在不考慮斷層面物質封閉性的條件下，斷層的封閉性主要取決于斷層兩側巖石的封堵能力。

2.2.2.1 斷層兩盤巖性配置關系模式的建立

通過配置關系分析，建立了氣田斷層兩盤巖性配置關系模式(圖3)。作為典型的受小型正斷層切割的砂巖氣藏，氣田主塊斷層兩盤巖性存在5種接觸方式：氣砂-膏鹽、氣砂-泥、氣砂-氣砂、氣砂-水砂、水砂-水砂接觸。

圖3 斷層兩盤巖性配置關系模式圖

2.2.2.2 不同巖性配置關系下的斷層封閉性分析

1)氣砂-膏鹽、氣砂-泥接觸：膏鹽層為氣田的良

好蓋層，泥巖為氣田內部的隔層，均具有較強的封堵性。氣田泥巖擊穿實驗表明，厚0.94cm的泥巖在15MPa壓差下仍為良好的隔層。因此，斷層在這兩種接觸方式的部位，無疑是封閉的。

2)氣砂-氣砂接觸：儲層物性條件較好的砂巖直接相接，斷層兩側巖石排驅壓力均較小，斷層不具備封閉能力。

3)水砂-水砂接觸：水在儲層中的流動阻力大于天然氣，且WZ氣田為低滲儲層，水層滲透率平均僅為1×10-3μm2，地層水滲流能力差，氣井射開水層時，無自噴或自溢現象。顯然，該接觸方式下，斷層是封閉的。

4)氣砂-水砂接觸：水難以逾越斷層向氣層內滲流，而在水層不生產的條件下，由于重力分異作用，天然氣也不會產生橫向流動，因此，該接觸方式下，斷層也具有封閉性。

2.2.2.3 斷層封閉性評價結果

根據以上封閉條件，分段研究了氣田小斷層封閉性(表2)。研究認為，氣田主塊內部小斷層在縱向上的封堵性具有明顯的差異。總體封堵規律為：斷距越小，封閉性越差。

表2 根據巖性配置關系判斷斷層封閉性實例

氣田含氣頂界發育厚層鹽膏層，氣田內部1～2砂組泥巖發育。因此，上升盤的1～2砂組與下降盤多呈氣砂-鹽、氣砂-泥接觸關系，封閉性強；而氣田3～6砂組主要為塊狀砂體，泥巖不發育，多呈透鏡狀與薄層狀展布，斷層上下盤主要呈氣砂-氣砂接觸、氣砂-水砂接觸，局部呈氣砂-泥接觸關系，因此，斷層僅具有局部封堵性；7～8砂組具有層狀特征，與下降盤的接觸關系以氣砂-水砂接觸、氣砂-泥為主，斷層具有封堵性或局部不封堵性。由于斷層兩盤巖性接觸關系在三維空間是不斷變化的，因此，同一條斷層的封閉程度在不同部位是存在差異的。

2.2.3 動態分析法

WZ氣田開發二十多年，系統RFT測壓、壓力恢復測試、干擾試井等大量的動態資料為研究內部小斷層封閉能力提供了重要依據。

2.2.3.1 小斷層整體上不具備封閉性

2.2.3.2 小斷層具有局部封閉性

如f5斷層，斷層上升盤的XW13井1990年未投產時，3～4砂組地層壓力即隨其下降盤的WZ2等開發井同步下降，反映該斷層不完全封閉。而2003年，斷層下降盤新鉆的WZ15井測壓資料顯示，該井6～7砂組并未受W13井生產的影響，仍保持原始地層壓力。分析認為，f5斷層北部，WZ15井6～7砂組氣層與其上升盤7～8砂組水層相接觸，因此具有局部封閉性。測壓資料反映f3、f1等斷層也具有局部封閉性，進一步分析其封閉性部位與層位，也與斷層兩盤巖性配置關系分析結果基本吻合。

3 氣田認識的深化及開發對策分析

3.1 斷層封閉性對氣田開發的影響分析

通過本次研究，確定了各斷層封閉程度，從而進一步分析其對開發的影響。

1)分塊斷層為封閉性斷層，進一步明確了氣田各斷塊氣藏類型及驅動條件，主塊和東塊為彈性驅動的定容封閉氣藏，西塊為彈性驅動的帶邊水氣藏。

2)由于分塊斷層的封閉性，即使西塊邊水推進至FK1斷層附近時，也不會造成主塊水淹，主塊氣井可保持較長的無水采氣期。

3)盡管小斷層的存在使主塊內部氣層連通狀況復雜，但由于小斷層不完全封閉，主塊宏觀上屬于同一個動壓力系統。

4)氣田為低滲透儲層，主塊底水不活躍，且小斷層對地層水具有封閉性，過斷層與氣層相接的底水不會產生橫向竄層而造成氣層水淹。

3.2 開發對策分析

根據以上研究結果及認識，在氣田開發調整中可采用相應的對策如下。

1)對于彈性氣驅的主塊定容氣藏，開發中可忽略底水影響。在供氣形勢需要時，可適當放大生產壓差，以提高采氣速度。

2)主塊小斷層的局部封閉性造成的儲量動用不充分部位，是氣田挖潛的重要目標。可采取補孔、壓裂、鉆調整井等措施，提高儲量動用程度及采收率。

3)壓裂改造是氣田增產的主要措施之一，但對主塊氣井進行壓裂時，應根據各井位置嚴格控制壓裂規模，防止人工裂縫縱向上穿越底部泥巖隔層，橫向上穿越小斷層，而使氣層與底水通過裂縫直接溝通，造成氣層水淹和底水錐進。

4 結論

1)氣田分塊斷層具有良好的封閉性，而主塊內部的四、五級小斷層整體上封閉性較差。

2)氣田主塊內部小斷層的封閉性，主要取決于斷層兩側巖性、流體配置關系。

3)小斷層對氣和水流動的封閉能力存在差異，即斷層的封閉性是相對的。

4)氣田主塊小斷層的封堵能力具有局部性，即同一條斷層可能在某部位或層位封閉，而在另一部位或層位不封閉。

5)主塊小斷層的局部封閉性造成的儲量動用不充分部位，是氣田挖潛的重要目標。

[1] 趙密福.斷層封閉性研究現狀[J].新疆石油地質，2004，25(3):333-336.

[2] Bouvier J D，et al.Three dimensional seismic interpretation and fault sealing investigations，Nun River field，Nigeria[J] .AAPG Bulletin，1989，73(11):1397-1414.

[3] Lindsay N G，Murphy F C，Walsh J J，et al.Outcrop studies of shale smear on fault surfaces[J].International Association of Sedimentologists Special Publication，1993，15:113-123.

[4] Yielding G，Freeman B，Needham D T.Quantitative fault seal prediction[J].AAPG Bulletin，1997，81(6):897-917.

[5] 付廣，楊勉.利用斷裂填充物中泥質含量研究斷層封閉性的改進方法[J].江漢石油學報，2002,24(1):1-5.