復(fù)雜斷塊油田小微斷層的顯性描述

姚紅生,蔣永平,劉 金

(中國石化華東分公司 采油廠, 江蘇 泰州 225300)

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·地球科學(xué)·

復(fù)雜斷塊油田小微斷層的顯性描述

姚紅生,蔣永平,劉 金

(中國石化華東分公司 采油廠, 江蘇 泰州 225300)

從小微斷層的成因入手，結(jié)合勝利、蘇北一些油區(qū)的勘探開發(fā)實踐，充分利用鉆井、測井、地震、動態(tài)等資料，綜合應(yīng)用“靜態(tài)4種技術(shù)、動態(tài)7項驗證”，較好地分辨出小微斷層和地層相變的差別，識別出小微斷層并對斷層定向，實現(xiàn)了小微斷層各類隱蔽特點的顯性化。小微斷層的顯性描述在近年來的蘇北盆地勘探開發(fā)中取得了顯著成果，對指導(dǎo)同類型油田的開發(fā)工作有著重要意義。

復(fù)雜斷塊；小微斷層；識別描述；勘探開發(fā)

渤海灣和蘇北等盆地是中國東部主要的含油氣盆地,目前已發(fā)現(xiàn)眾多油區(qū)。由于受強烈構(gòu)造運動的作用,很多油區(qū)斷層大量發(fā)育,構(gòu)造極其破碎復(fù)雜,屬復(fù)雜小斷塊油田[1-2]。如蘇北溱潼油區(qū)的臺興油田，被兩組斷層切割,加之伴生斷層發(fā)育,形成眾多小塊,最小斷塊面積僅0.01 km2[3];再如勝利油區(qū)的臨盤油田，斷層達800余條,每平方千米有3～8條斷層通過,單井平均鉆遇斷點3個,最多達11個[4]。

構(gòu)造活動所形成的斷層與油氣成藏關(guān)系密切,對油氣的運移、聚集、富集起著控制作用[5-6]。在20世紀80—90年代,隨著三維地震的應(yīng)用,對一、二級大斷層及部分三級斷層,已獲得較為準確的認識,但部分三級斷層，特別是四級以下斷層的認識可靠性差,落實程度低。進入21世紀,高精度三維技術(shù)得到大范圍應(yīng)用,地震精度明顯提高,三、四級斷層描述技術(shù)日益成熟,推動了復(fù)雜斷塊油田滾動勘探開發(fā)工作的發(fā)展[7-8]。

然而,隨著近幾年精細勘探、精細開發(fā)工作的深入，學(xué)者又面臨著新的問題,就是五、六級小斷層描述難題。由于五、六級斷層落差小,延伸短(本文把它們稱為“小微斷層”),它們是沉積蓋層中的伴生斷層,落差一般從幾米至十幾米不等,延伸長度多小于500 m。

小微斷層受地震精度的限制，較為隱蔽，難以識別。本文從小微斷層的成因分析入手，結(jié)合勝利、蘇北一些油區(qū)的勘探開發(fā)實踐，利用鉆井、測井、地震、動態(tài)等資料，綜合應(yīng)用“靜態(tài)4種技術(shù)、動態(tài)7項驗證”，挖掘隱蔽信息，實現(xiàn)了小微斷層各類隱蔽特點的顯性化，取得了較好的地質(zhì)效果。

1 小微斷層的成因及特征

落差僅幾米至十余米的小微斷層是低序級斷層中級別更低的一類,延伸短、規(guī)模小,屬次級派生斷層類。其在高級別斷層活動過程中受局部應(yīng)力作用形成，一般與高級斷層和局部構(gòu)造伴生,主要分布在四級斷層控制的自然斷塊，或與四級斷層相交,或孤立分布甚至獨立形成隱蔽斷塊,對沉積沒有明顯的控制作用。

在渤海灣和蘇北等盆地，小微斷層大量發(fā)育,紛繁復(fù)雜,具有多樣性。由于受區(qū)域張扭應(yīng)力的作用和高級斷層的控制,小微斷層發(fā)育也表現(xiàn)出一定的規(guī)律性和方向性[9],現(xiàn)舉以下3種樣式說明(見圖1)。

1)“羽狀”斷層:在平面上，小微斷層與高級別斷層斜交,斜列分布,呈“羽狀”排列。這種樣式主要是受走滑和伸展兩種應(yīng)力的共同作用,主斷層為張扭性斷層,在主斷層兩盤的相對運動中,派生出一系列的羽狀小微斷層。其一般與高級別斷層斜交,呈規(guī)律性分布,交角為銳角時,指示方向為所在盤的運動方向。

2)“棋盤格式”斷層:在平面上，小微斷層與一組近平行的較大斷層斜交,并與較大斷層一起構(gòu)成“棋盤格”的形式。這種情況往往是在前切應(yīng)力條件下,共軛形成兩組斷裂,一組為主斷層,斷距大,延伸長,另一組為次斷層,延伸短,落差小,表現(xiàn)為小微斷層的特點。

3)“y”字形斷層:剖面上顯示特點為，小微斷層斜交于主控斷層,一般形成于主控斷層的后期,局部構(gòu)造頂部也有表現(xiàn)為局部的伸展性特征,呈“y”字形,是在拉張應(yīng)力作用下伴隨主控斷層生長過程中形成的反向調(diào)節(jié)斷層。

圖1 3種小微斷層發(fā)育示意圖Fig.1 Development of three small and micro faults

2 小微斷層的顯性化描述

根據(jù)小微斷層的成因分析,其隱蔽性也有較為穩(wěn)定的規(guī)律,為探究其顯性化特征指明了方向：主要是充分利用鉆井、測井、地震、動態(tài)等資料對小微斷層進行描述,包括“靜態(tài)4種技術(shù)、動態(tài)7項驗證”。靜態(tài)4種技術(shù)包括“測井特征識別、測井相控對比、地震相控判識、地震相干分析”等技術(shù);動態(tài)7項驗證是利用“注采是否見效、示蹤劑示蹤結(jié)果、地化指標差異、油水關(guān)系矛盾、壓力分布不均衡、干擾試井成果、累產(chǎn)油與地質(zhì)儲量是否匹配”等資料進行分析驗證,找出顯性化證據(jù),落實小微斷層(見圖2)。

圖2 小微斷層識別描述方法流程圖Fig.2 Flow chart of identify the description method of small and micro faults

2.1 斷點識別方法

2.1.1 相控斷層對比 落差小是小微斷層隱蔽性的主要特征,在斷層對比時,易與正常地層相變混淆。因此，在地質(zhì)研究中,識別小微斷層要與沉積相緊密結(jié)合,稱之為相控對比[10]，其主要有兩種情況。

1)如果在標準層或標志層(多為湖相泥頁巖)中間出現(xiàn)小微斷層,由于這些地層相對穩(wěn)定,一般可用“數(shù)韻律”的規(guī)律和“厚度突變法”對比是否存在斷層,如有缺失,則通常由斷層造成。此種做法能顯性描述3 m以上的小微斷層(見圖3)。

圖3 數(shù)韻律識別小微斷層圖Fig. 3 Number rhythm identify of small and micro faults

2)如果小微斷層出現(xiàn)在砂體中間,往往存在多解性。因砂巖體遵循橫向加積原理,易發(fā)生相變,在這種情況下對比斷層時,為了與砂體尖滅區(qū)分,要理清砂巖的相變規(guī)律。如2-504井與鄰井對比缺失7 m砂巖,從地層對比看,無法確定是小斷層還是砂巖尖滅。但是，通過沉積相分析,該區(qū)砂巖為三角洲前緣相沉積,砂體穩(wěn)定；從砂體等厚圖看,2-504井砂巖應(yīng)當存在。因此判定，2-504井砂體缺失是小微斷層造成(見圖4)。

圖4 沉積相約束下的小斷層識別Fig.4 Small fault identify under the constraint of sedimentary facies

2.1.2 地震相控判識 在地震上，反射層的變化可能由斷層形成,也可能是地震相的正常變化,因此小微斷層的隱蔽性在地震上表現(xiàn)出多解性[11]。在這種情況下,小微斷層的判斷要與地震相充分結(jié)合,進行相控綜合判識[12]。常有以下3種情況。

1)一般情況下,選擇分布范圍廣、標志突出、容易辨認,并具有明顯地震特征的泥頁巖及灰質(zhì)巖作為標準反射層,波組的輕微變化如錯動、扭動和產(chǎn)狀變化等均表現(xiàn)為隱蔽小斷層的信息。

2)對于穩(wěn)定的三角洲前緣相沉積地層,反射層多個相位的錯動、扭動、產(chǎn)狀變化等信息,應(yīng)引起足夠重視,一般情況下是小微斷層造成的,要解釋出來(見圖5)。

圖5 穩(wěn)定地層情況下,小微斷層解釋圖Fig.5 Small and micro fault interpretation with stable formation

3)對于不穩(wěn)定的河流相地層,地層橫向變化較大,這種變化易造成地震反射層的紊亂。在這種情況下,不好區(qū)分小微斷層與地震相變,存在小微斷層的可疑情行,往往需要結(jié)合鉆井和生產(chǎn)動態(tài)特征進一步挖掘隱蔽信息。

2.1.3 測井特征識別 斷層在測井上往往具有響應(yīng)特征。同時，測井研究也需要與巖心分析、露頭觀察相結(jié)合。其主要表現(xiàn)為4種測井特征(見表1)。

1)斷層附近砂巖測井特征:對臨盤油田進行研究發(fā)現(xiàn),斷層附近砂巖由于地層水在斷層附近流動,使碳酸鈣和碳酸鎂等礦物在斷層附近的砂巖中沉淀下來(類似結(jié)垢),形成方解石和白云石膠結(jié),堵塞孔隙[13]。由于斷層附近砂巖變得致密堅硬,在測井聲波時差曲線上明顯變小，呈現(xiàn)一個“小尖”形態(tài)；受滲透性下降影響,自然電位幅度也顯著降低(見圖6)。

2)斷層附近泥巖測井特征:從XI503井巖心資料看,斷層附近泥巖碎裂嚴重。薄片觀察有塑性變形、顆粒定向、方解石充填擠壓、泥質(zhì)團塊擠壓等現(xiàn)象。由于斷層附近泥巖碎裂嚴重,測井響應(yīng)特征表現(xiàn)為聲波時差明顯變大(見圖6)。

表1 斷層測井響應(yīng)特征表Tab.1 Fault logging response characteristics

圖6 XI503井斷層附近巖電特征圖Fig.6 Lithological and electrical characteritics near faults of well XI503

3)傾角測井特征:斷面附近地層成層性差，傾角發(fā)生改變,傾角測井特征表現(xiàn)為傾角方向、大小突變,或變得雜亂。利用傾角測井識別斷層常有幾種情況,一是在成層性較好的泥頁巖地層中,區(qū)域構(gòu)造產(chǎn)狀(如傾角大小或方位)在上下兩段地層有明顯變化,都可判定為斷層;即使上下兩段地層的區(qū)域產(chǎn)狀未發(fā)生明顯變化,但在某一深度,傾角突然變得雜亂,也可能是斷層造成的。二是在砂泥巖互層中,砂巖常因?qū)永戆l(fā)育(包括波狀層理、交錯層理等),致使傾角變化較大,這時要以代表區(qū)域地層產(chǎn)狀的泥巖隔層傾角為準,泥巖隔層產(chǎn)狀(如傾角大小或方位)在上下兩段地層有明顯變化,可判定為斷層。

4)成像測井特征:斷面在圖像上表現(xiàn)為連續(xù)的或間斷的條帶,其條帶形狀酷似正玄波,與正常地層產(chǎn)狀明顯不一致或反向。利用成像測井能對小微斷層準確定位、定向,如P42-X12井小微斷層,斷點2 107.8 m,傾角73.4°,傾向25°(見圖7)。

圖7 P42-X12井斷層成像特征Fig.7 Fault imaging feature of well P42-X12

2.2 小微斷層組合方法

2.2.1 三維地震精細追蹤 1)保證鉆井分層、鉆井斷點與地震解釋的統(tǒng)一性。將所有井的分層、斷點投到地震剖面上,從井出發(fā),沿縱、橫、任意剖面,準確落實小微斷層,使地震解釋與實鉆資料達到統(tǒng)一。

2)在地震剖面上,仔細觀察、分析相位的錯動、扭動、產(chǎn)狀變化現(xiàn)象,逐道精細追蹤,落實小微斷層在空間的展布。

3)進行多個層位以及斷層的統(tǒng)一解釋,保證斷層的解釋精度。在地震解釋中,對區(qū)內(nèi)的斷層進行編號,逐條閉合解釋,做到縱向上淺、中、深層層位斷點準確，各斷層交接關(guān)系合理；平面上斷裂組合合理,更準確地反映其真實形態(tài),可避免上下層位間上盤與下盤的交叉[14]。在地震剖面上,對多層自下而上統(tǒng)一解釋,對斷層和層位統(tǒng)一解釋,這有利于弄清斷層發(fā)生、發(fā)展、消亡的特點以及斷層之間的伴生或切割關(guān)系(見圖8)。

圖8 小微斷層的精細追蹤Fig.8 Fine tracking of small and micro faults

2.2.2 地震相干分析 相干體技術(shù)的實質(zhì)是計算相鄰道地震波形的相似系數(shù),相干值較低的點與地質(zhì)不連續(xù)性(如斷層和特殊巖性體邊界)密切相關(guān)[15-16]。此種方法可為地震波形空間變化提供準確的成圖顯示,小微斷層的分辨率能大幅度提高。

傾角方位角技術(shù)是利用地震道之間的相關(guān)性以及反射同相軸解釋層位處傾角的變化來識別小斷層,通過幾個方向上的振幅累加判斷斷層方向,并利用傾角掃描估計傾角的變化[17]。對于小微斷層,這種方法有時比相干體更直觀(見圖9)。

圖9 L2區(qū)塊相干及傾角方位角分析Fig.9 Analysis of coherence cube and dip and azimuth of L2 block

2.2.3 傾角測井推斷走向 如田11-17井2 735 m處斷層,落差15～20 m,斷層上升盤西北傾,與區(qū)域產(chǎn)狀一致,而下降盤東南傾,產(chǎn)狀翻轉(zhuǎn)。綜合分析后推斷，小斷層北西走向,而且東南部落差大,造成下降盤地層南部掀斜。除傾角測井外,利用成像測井可以對斷層進行準確定位、定向(見圖10)。

圖10 利用傾角測井推斷斷層走向圖Fig.10 Fault strike infered by dipmeter survey

2.3 動靜態(tài)綜合驗證

小微斷層的準確描述,要通過生產(chǎn)動態(tài)資料進行驗證[18-19]。檢驗斷層的動態(tài)方法主要包括:利用注采對應(yīng)、示蹤劑追蹤、油水關(guān)系、壓力分布、地化指標、干擾試井等資料進行分析,同時與靜態(tài)資料緊密結(jié)合,多方面反復(fù)驗證,落實小微斷層。

1)利用注采對應(yīng)矛盾判斷斷層:如臺興油田在QK119井與QK107，QK112，QK116井之間落實一條近東西向斷層,斷距10～20 m,地震上反射同相軸錯斷或扭動現(xiàn)象明顯；從注采情況看,QK119對主力層臺III3，III4油層注水,對應(yīng)井QK107，QK112，QK116長期未見注水效果,應(yīng)與該斷層的遮擋有關(guān)。

2)通過示蹤劑追蹤判斷斷層:針對特殊井進行示蹤劑等監(jiān)測,可以進一步判斷小微斷層存在及連通情況。如L17-19井為L41-11單元一口注水井,在L17-19井中注放射性示蹤劑,不足3個月,與其有斷層相隔的油井L41-斜44，L41-斜436明顯見到示蹤劑。

3)利用地化指標差異判斷小微斷層:如X53-3塊水井X53-斜6與油井X53-54，X53-斜51屬同一斷塊且對應(yīng)層位注水,井距250 ～300 m,水井已累注水4萬m3,對應(yīng)油井始終未見效,動液面長期保持在1 700～1 800 m。X53-3井與X53-斜6井分屬不同斷塊,該井因供液差于2003年2月關(guān)井,關(guān)井前日油0.8 t,含水40 %,動液面1 740 m。利用地化指紋對4口井的連通性進行分析,X53-X6與X53-54，X53-斜51指紋存在明顯差異,可能不同塊；而X53-斜6與X53-3井指紋具有明顯的相似性,兩井之間的斷層可能不存在。根據(jù)這個認識對斷裂系統(tǒng)進行修改,并對X53-3井恢復(fù)生產(chǎn),初期日油5.6 t,含水81 %,動液面865 m,能量狀況較關(guān)井前明顯變好,這證明X53-斜6井與X53-3井之間油層連通,注水受效。

研究表明,在小微斷層隱蔽信息中,利用“測井相控對比、地震相控解釋”方法能夠較好地分辨小微斷層和地層相變之區(qū)別;傾角測井、成像測井結(jié)合區(qū)域地層產(chǎn)狀分析,能夠識別小微斷層并對斷層定向;地震相干分析、傾角方位角技術(shù)能夠提高小微斷層的分辨率,進而確定斷層走向;檢驗小微斷層的動態(tài)方法,包括注采對應(yīng)、示蹤劑追蹤、油水關(guān)系、壓力分布、地化指標、干擾試井等關(guān)系,找出矛盾和動靜結(jié)合,從而準確描述小微斷層。

3 應(yīng)用及認識

3.1 小微斷層描述要“綜合”判斷研究

從表面上看，小微斷層描述是一項具體的、專一的工作,實際上其涉及到地球物理、地層沉積、構(gòu)造地質(zhì)、石油地質(zhì)、油藏工程等多門學(xué)科,是一項高度綜合的技術(shù)工作,地質(zhì)人員在工作中要注意綜合研究。例如，在蘇北儲家樓油田,地震對于十余米的斷層難以識別,在這種情況下,地質(zhì)人員利用測井資料認真對比了斷點、斷距,對井斜資料去偽存真,分析了鉆井深度與地震產(chǎn)狀趨勢規(guī)律,研究了本區(qū)斷裂系統(tǒng)發(fā)育規(guī)律,驗證了油水關(guān)系、生產(chǎn)動態(tài)資料,試驗了多種解釋方案,最后經(jīng)反復(fù)推敲、綜合研究,確定了多條小微斷層，繪制了新的構(gòu)造圖(見圖11),利用新構(gòu)造圖進行注采調(diào)整，取得了較好的開發(fā)效果。

圖11 儲家樓油田新舊構(gòu)造圖對比圖Fig.11 Contrast of new and old structure of Chujialou Oilfield

3.2 復(fù)雜斷塊油田的勘探開發(fā)潛力寓于“復(fù)雜的小微斷層”之中

小微斷層盡管小,但作用不小。從勘探角度看,一些十米左右的斷層仍能控藏[20]。在臨盤油區(qū)、溱潼油區(qū)的油氣勘探工作中,早前認為高級別斷層控制著油氣聚集和富集,五、六級小微斷層僅起到干擾油水關(guān)系的作用,對小微斷層的描述往往未被引起足夠重視。但是，近年來的勘探開發(fā)實踐證明，滿足一定條件的小微斷層對薄層油藏和厚油藏均能起到封堵作用。實例如臨盤油區(qū)的XI509斷塊沙四段，含油面積2.0 km2,石油地質(zhì)儲量約230萬t,起控藏封堵作用的為東部小斷層,斷距僅15 m,是典型的落差十余米小微斷層對大面積薄層砂巖封堵成藏的例子;再如臨盤XI509斷塊的沙三下厚層油藏,含油厚度約50 m,起到控藏封堵作用的是斷塊內(nèi)兩個小微斷層,斷距僅10 m左右,也進一步證實了小微斷層能夠?qū)駥訅K狀砂巖起到控藏作用[21]。上述情況在溱潼油區(qū)也有發(fā)現(xiàn)。因此，近幾年，研究區(qū)加強了小微斷層的描述,通過鉆探,發(fā)現(xiàn)多個新含油斷塊,新增石油地質(zhì)儲量達千萬噸。所以我們相信，隨著小微斷層描述精度的提高,將會有更多較隱蔽的斷塊油藏被發(fā)現(xiàn)。

從開發(fā)角度看,小微斷層錯斷了油層,干擾油水系統(tǒng)[22]。溱潼油區(qū)近5年,開展了小微斷層描述,對斷裂系統(tǒng)進行修正,先后對臺興、茅山、儲家樓、角墩子、陶思莊等油田的注采井網(wǎng)進行了調(diào)整，實現(xiàn)了油田產(chǎn)能的恢復(fù)和上產(chǎn),增加了可觀的可采儲量,提高采收率5～10個百分點。

4 結(jié) 語

在中國東部渤海灣和蘇北等盆地,小微斷層屬于沉積蓋層中發(fā)育的五、六級斷層,具有落差小、延伸短特點，其自身隱蔽性強,給勘探開發(fā)工作帶來挑戰(zhàn)。小微斷層盡管識別難度大,但充分利用鉆井、測井、地震、動態(tài)等資料,可對小微斷層進行描述。其中，利用“測井相控對比、地震相控解釋”方法能夠較好地分辨小微斷層和地層相變之區(qū)別;傾角測井、成像測井結(jié)合區(qū)域地層產(chǎn)狀分析,能夠識別小微斷層并對斷層定向;地震相干分析、傾角方位角技術(shù)能夠提高小微斷層的分辨率,確定斷層走向;利用動態(tài)資料,如注采對應(yīng)、示蹤劑追蹤、油水關(guān)系、壓力分布、地化指標、干擾試井等資料進行分析,動靜結(jié)合，綜合分析驗證，可實現(xiàn)小微斷層的顯性描述,指導(dǎo)同類油田的精細開發(fā)工作。

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(編 輯雷雁林)

Dominant description of small and micro faults of complex fault block oilfields

YAO Hong-sheng, JIANG Yong-ping, LIU Jin

(Oil Production Plant, East China Company, SINOPEC, Taizhou 225300， China)

To identify and describe the small and micro faults which develop in the complex fault block oilfields of eastern China. From the formation factors of the small and micro faults, and the exploration and development practice of Shengli and North Jiangsu Oilfields, dominant description of small and micro faults was carried out by the data like drilling, logging, seism, dynamic and so on. Meanwhile, four static techniques and seven dynamic verifications were comprehensively applied. It may distinguish well the difference between the small faults and strata facies-changes, and the orientation of the small faults. It has yielded notable results that the dominant description of small and micro faults in the exploration and development of North Jiangsu Basin in recent years, and has important significance for the development of the similar oilfields.

complex fault block; small and micro fault; identification and description; exploration and development

2015-03-01

國家“863”計劃基金資助項目(2009AA063401)

姚紅生,男,江蘇揚中人,高級工程師，從事油氣勘探研究。

TE112.3

：ADOI：10.16152/j.cnki.xdxbzr.2015-03-019