斷層封堵性評價方法及影響因素分析

沙木哈爾·葉列吾拜

（新疆油田公司風城油田地質研究所，新疆克拉瑪依 834000）

目前，隨著勘探開發的日漸加深，我國大部分油田都邁入了生產的中后期，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，主要研究內容有：①斷層內部的構造特征；②斷層系統的分析與劃分；③斷層封堵性機理及評價；④斷層封堵的差別及影響因素分析；⑤斷層油氣輸導性能評價；⑥斷裂封堵的線索追查；⑦斷層控藏及有效性評價[1]。根據全球各大油田勘探開發研究及實踐表明，斷層在一定程度上增加了勘探開發工作的難度，但是70%以上的油氣圈閉都與斷層有關，斷層對油氣藏的形成和發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能夠當作油氣運移的通道；④控制油氣聚集和保存。斷層封堵性的分析與探索，一直都是石油從業者關注的熱點和難點[1]。因此，本文主要對斷層封堵性評價方法及影響因素進行了分析與研究，以期為油田勘探開發工作提供一定的借鑒和依據，從而為油田企業的穩定發展保駕護航。

1 斷層封堵簡介

斷層封堵（Fault sealing），也稱斷層封閉，是指斷裂發育帶或者斷層面對油氣的運移起到一定的阻滯作用，從而可以對油氣進行封堵[2]。經過大量的研究及實踐可知，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，因此斷層的封閉機理主要分為2個方面：①側向封堵性；②垂向封堵性。前者是指斷層上、下兩盤不出現油氣運移，即斷層發育帶和油氣運移盤的巖性會存在一定的排替壓力差，并且差值大小直接影響側向封堵的能力[3]。后者是指如果油氣運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：①斷層面兩側巖石的封堵能力；②斷裂發育帶物質。總體而言，斷層封堵主要存在3種方式：①涂抹作用；②破裂作用；③成巖膠結作用。

2 斷層封堵性評價方法

2.1 定性分析

（1）Allan圖法。Allan圖是假設斷層面沒有封堵能力，然后認為斷層上下盤都是砂巖的對接，以此來作為油氣運移通道。1967年，Allan提出了Allan圖法，對“混合橫剖面”概念進行優化和完善，并將其應用于油氣勘探工作。Allan圖法的關鍵是對斷層上下盤的巖性對置關系進行精細刻畫，巖性對置關系通常會影響斷層的側向封堵能力。這種方法是利用地震資料來識別斷層附近地層的構造形態，然后與鉆井資料進行結合，以此來分析地層的沉積特征，進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接時，油氣就能夠在砂體中進行運輸；斷層上下盤的砂巖與泥巖相互對接時，油氣就會受到泥巖的側向封堵，油氣便不會進行疏導。

（2）壓實成巖程度。斷層的封堵主要由斷裂發育帶充填物的排替壓力差決定，而排替壓力與斷裂發育帶充填物的成巖程度具有十分密切的關系。隨著地層埋藏深度的持續增加，上覆地層對斷層帶的壓力也會不斷加大，與此同時，砂泥巖的排替壓力都會逐漸增大，但是隨著泥巖比例的不斷變大，巖樣的排替壓力明顯增大，由此可見泥質含量的加大，在一定程度上會增大壓實成巖作用，這時斷層的垂向封堵性也會慢慢增強[4-5]。一般而言，壓性以及壓扭性的斷層所受到的應力被稱為擠壓力，壓實作用比較強烈，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，對其進行了一定的優化和完善，主要是利用鉆井資料對斷層附近的地層巖性進行識別，然后結合巖性柱狀圖開展三角對接工作，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接巖層的巖性，進而對斷層的封堵性進行定性評價，這種方法的操作性更強，并且獲取資料更方便，能夠及時做出評價，效率較高，但是這種方法的斷層面是假設的。在使用Knipe圖解法進行斷層封堵性評價時，需要注意以下3點：①利用地震資料對斷距進行精確的識別與刻畫；②利用大量的井數據對巖性進行判定；③斷層封堵性評價影響因素，不能僅僅分析大斷層斷距。

（4）充填膠結作用。充填膠結作用是因為地層的地質條件發現一定變化，使一些礦物質在斷裂發育帶中出現沉淀膠結。地層水后期會發生礦化作用，這時會形成比較多的小微粒，進而將原生孔隙充填，或者是在油氣運移時出現降解，會生成很多沉淀物，進而將斷裂充填的物質進行膠結，最終會降低它們內部的滲透性，大幅增加了排替壓力，從而加強了斷層的側向封堵能力[4-6]。如果斷裂發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，該方法是指沿斷層面某一個點被泥巖層所涂抹的數量大小，這個數量是一個相對的數值，并且這個數值與泥巖的厚度和層數有關，隨著泥巖厚度和層數的不斷增加，涂抹量會不斷增大，而斷距會不斷減小。SSF是頁巖涂抹因子法，該方法是指利用實際資料進行統計分析，然后計算出用來描述泥巖涂抹層連續程度的參數，這個參數同樣與泥巖的厚度和斷距有關，隨著泥巖厚度不斷增加，SSF會不斷減小，SSF與斷距的大小成正比，最終可以通過SSF的數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，會讓之前疏導到裂隙中的流體進入壓力比較小的裂隙或者沿著斷層面疏導到上覆地層之中。根據剪切強度公式可知，地層流體的壓力不斷增強，巖層的剪切強度持續降低，一旦剪應力累計強度大于剪切強度，剪切裂隙就會大范圍發育，因此，可用地層模型法來評估斷層的封堵性。目前研究人員通常利用測井資料獲得沿井眼的連續地應力剖面，再采用實驗的方法得到相應數據，最終通過建模來預測地層應力，以此來對評估斷層的封堵能力。

（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，但是忽略了泥巖涂抹量會隨著斷面位置變化而變化，進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，兩者都是通過計算斷層巖的泥質含量大小，以此來對斷層的側向封堵能力進行分析和評價（圖1）。SGR法是通過計算斷層面某一個點經過滑動之后泥巖的累積厚度與斷距的比值，SGR法可以準確地描述地層中的泥質含量，能夠彌補SSF的 缺陷[5-6]。

圖1 SGR法與ESGR法示意圖

（4）斷面虛擬井法。常規的斷層封堵性定量分析是采用巖性對置法，這種方法比較直觀，而且易于操作，但是由于不同實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。研究人員對巖性對置法進行了優化和改進，提出了斷層面虛擬井法，這種方法是在斷面上設置2口虛擬井，井1、井2分別表示斷層上升盤、下降盤的巖性，然后結合實鉆井的巖性，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置關系。

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個方面：①斷面壓力，如果斷裂處于靜止期，斷面上都會受到上覆地層的重力和區域主應力的作用，這些力的強度越大，斷層的垂向封堵性越好。其次，在壓力作用下，斷面還會出現比較多的伴生構造，不但增大了巖石內部的孔隙壓力，而且還有利于油氣封堵；②斷層性質，如果斷層處于活動期內，則斷層是沒有封堵能力的。如果斷層處于靜止期內，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，如果斷層斷移地層巖性以泥巖為主，斷裂填充物也應以泥質成分為主，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，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 結論

在油田勘探開發過程中，斷層封堵性的研究具有十分重要的作用和意義。目前，斷層封堵性評價方法眾多，在實際應用中，應該綜合考慮各種方法的優劣性，優選科學有效的方法對斷層封堵性進行評價，提高評價的精度和可靠性，為油田勘探開發提供一定的技術支持。其次，斷層封堵性的影響因素也比較多，在研究過程中，必須認真細致，做好基礎工作，正確認識斷層，做好斷層封堵性的研究工作。