断层封堵性评价方法及影响因素分析
时间：2023-02-28 09:00:05 来源：千叶帆 本文已影响人
沙木哈尔·叶列吾拜
（新疆油田公司风城油田地质研究所，新疆克拉玛依 834000）
目前，随着勘探开发的日渐加深，我国大部分油田都迈入了生产的中后期，油气开采的难度逐渐增加，需要解决的难题较多，其中比较核心的难题是油气成藏，主要研究内容有：①断层内部的构造特征；
②断层系统的分析与划分；
③断层封堵性机理及评价；
④断层封堵的差别及影响因素分析；
⑤断层油气输导性能评价；
⑥断裂封堵的线索追查；
⑦断层控藏及有效性评价[1]。根据全球各大油田勘探开发研究及实践表明，断层在一定程度上增加了勘探开发工作的难度，但是70%以上的油气圈闭都与断层有关，断层对油气藏的形成和发育起着十分重要的控制作用，主要有：①控制上覆盖层的有效性；
②控制砂体的沉积；
③能够当作油气运移的通道；
④控制油气聚集和保存。断层封堵性的分析与探索，一直都是石油从业者关注的热点和难点[1]。因此，本文主要对断层封堵性评价方法及影响因素进行了分析与研究，以期为油田勘探开发工作提供一定的借鉴和依据，从而为油田企业的稳定发展保驾护航。
断层封堵（Fault sealing），也称断层封闭，是指断裂发育带或者断层面对油气的运移起到一定的阻滞作用，从而可以对油气进行封堵[2]。经过大量的研究及实践可知，断层封堵的基本原因是断层上下两盘的排替压力存在一定的差异。由于断层封堵具有双向性的特点，因此断层的封闭机理主要分为2个方面：①侧向封堵性；
②垂向封堵性。前者是指断层上、下两盘不出现油气运移，即断层发育带和油气运移盘的岩性会存在一定的排替压力差，并且差值大小直接影响侧向封堵的能力[3]。后者是指如果油气运移过程中形成浮力小于断层垂向的封闭力，则断层面就具有一定的垂向封堵能力。断层的封堵程度主要的决定因素有2点：①断层面两侧岩石的封堵能力；
②断裂发育带物质。总体而言，断层封堵主要存在3种方式：①涂抹作用；
②破裂作用；
③成岩胶结作用。
2.1 定性分析
（1）Allan图法。Allan图是假设断层面没有封堵能力，然后认为断层上下盘都是砂岩的对接，以此来作为油气运移通道。1967年，Allan提出了Allan图法，对“混合横剖面”概念进行优化和完善，并将其应用于油气勘探工作。Allan图法的关键是对断层上下盘的岩性对置关系进行精细刻画，岩性对置关系通常会影响断层的侧向封堵能力。这种方法是利用地震资料来识别断层附近地层的构造形态，然后与钻井资料进行结合，以此来分析地层的沉积特征，进而将断层上下两盘的砂岩投影到断层面上，最终就可以形成Allan图[4]。断层上下盘砂岩相互对接时，油气就能够在砂体中进行运输；
断层上下盘的砂岩与泥岩相互对接时，油气就会受到泥岩的侧向封堵，油气便不会进行疏导。
（2）压实成岩程度。断层的封堵主要由断裂发育带充填物的排替压力差决定，而排替压力与断裂发育带充填物的成岩程度具有十分密切的关系。随着地层埋藏深度的持续增加，上覆地层对断层带的压力也会不断加大，与此同时，砂泥岩的排替压力都会逐渐增大，但是随着泥岩比例的不断变大，岩样的排替压力明显增大，由此可见泥质含量的加大，在一定程度上会增大压实成岩作用，这时断层的垂向封堵性也会慢慢增强[4-5]。一般而言，压性以及压扭性的断层所受到的应力被称为挤压力，压实作用比较强烈，使得断层岩性的渗透性比较差。其次，断层岩性是泥岩或糜棱岩，那么断层岩性的渗透性则会更差，说明断层的封堵性更好；
反之，张性以及张扭性断层所受到的应力被称为张拉力，通常断层岩性主要为碎屑砾石，形状大小不均，存在较多的孔洞，则断层的封堵性比 较差[5]。
（3）Knipe图 解 法。1997年，Knipe等 以Allan图为基础，对其进行了一定的优化和完善，主要是利用钻井资料对断层附近的地层岩性进行识别，然后结合岩性柱状图开展三角对接工作，最终就可以形成Knipe图。与Allan图法相比，Knipe图解法能够直接获得对接岩层的岩性，进而对断层的封堵性进行定性评价，这种方法的操作性更强，并且获取资料更方便，能够及时做出评价，效率较高，但是这种方法的断层面是假设的。在使用Knipe图解法进行断层封堵性评价时，需要注意以下3点：①利用地震资料对断距进行精确的识别与刻画；
②利用大量的井数据对岩性进行判定；
③断层封堵性评价影响因素，不能仅仅分析大断层断距。
（4）充填胶结作用。充填胶结作用是因为地层的地质条件发现一定变化，使一些矿物质在断裂发育带中出现沉淀胶结。地层水后期会发生矿化作用，这时会形成比较多的小微粒，进而将原生孔隙充填，或者是在油气运移时出现降解，会生成很多沉淀物，进而将断裂充填的物质进行胶结，最终会降低它们内部的渗透性，大幅增加了排替压力，从而加强了断层的侧向封堵能力[4-6]。如果断裂发育带的充填物主要为泥岩，则断层中的排替压力比较大，油气从中溢散的难度较大，断层具有比较好的封堵性。如果断裂发育带的充填物主要为砂岩，则断层中的排替压力比较小，说明断层的侧向封堵性较差。
2.2 定量分析
（1）CSP法与SSF法。1989年，Bouvier等泥岩涂抹势法（CSP），1993年，Lindsay等的页岩涂抹因子（SSF）。CSP是泥岩涂抹势法，该方法是指沿断层面某一个点被泥岩层所涂抹的数量大小，这个数量是一个相对的数值，并且这个数值与泥岩的厚度和层数有关，随着泥岩厚度和层数的不断增加，涂抹量会不断增大，而断距会不断减小。SSF是页岩涂抹因子法，该方法是指利用实际资料进行统计分析，然后计算出用来描述泥岩涂抹层连续程度的参数，这个参数同样与泥岩的厚度和断距有关，随着泥岩厚度不断增加，SSF会不断减小，SSF与断距的大小成正比，最终可以通过SSF的数值来分析断层的封堵性。
（2）地层模型法。在地震泵的作用之下，会让之前疏导到裂隙中的流体进入压力比较小的裂隙或者沿着断层面疏导到上覆地层之中。根据剪切强度公式可知，地层流体的压力不断增强，岩层的剪切强度持续降低，一旦剪应力累计强度大于剪切强度，剪切裂隙就会大范围发育，因此，可用地层模型法来评估断层的封堵性。目前研究人员通常利用测井资料获得沿井眼的连续地应力剖面，再采用实验的方法得到相应数据，最终通过建模来预测地层应力，以此来对评估断层的封堵能力。
（3）SGR法与ESGR法。CSP法与SSF法都是与断距大小和泥岩层的厚度相关，但是忽略了泥岩涂抹量会随着断面位置变化而变化，进而没有考虑泥岩的塑性问题。因此，研究人员提出了SGR法和ESGR法，前者是指页岩断层泥比率法，后者是指有效断层比率法，两者都是通过计算断层岩的泥质含量大小，以此来对断层的侧向封堵能力进行分析和评价（图1）。SGR法是通过计算断层面某一个点经过滑动之后泥岩的累积厚度与断距的比值，SGR法可以准确地描述地层中的泥质含量，能够弥补SSF的 缺陷[5-6]。
图1 SGR法与ESGR法示意图
（4）断面虚拟井法。常规的断层封堵性定量分析是采用岩性对置法，这种方法比较直观，而且易于操作，但是由于不同实钻井与断面之间的距离不一致，因此这种方法很难完全代表断面的岩性。研究人员对岩性对置法进行了优化和改进，提出了断层面虚拟井法，这种方法是在断面上设置2口虚拟井，井1、井2分别表示断层上升盘、下降盘的岩性，然后结合实钻井的岩性，则能够获得井1、井2的井况，最终就可以得到断面上下盘岩性的对置关系。
断层封堵性影响因素众多，主要分为以下4个方面：①断面压力，如果断裂处于静止期，断面上都会受到上覆地层的重力和区域主应力的作用，这些力的强度越大，断层的垂向封堵性越好。其次，在压力作用下，断面还会出现比较多的伴生构造，不但增大了岩石内部的孔隙压力，而且还有利于油气封堵；
②断层性质，如果断层处于活动期内，则断层是没有封堵能力的。如果断层处于静止期内，则断层的封堵能力比较好。如果断层没有断穿上覆盖层，那么盖层中的断层具有比较好的垂向封堵能力，如果断层将上覆盖层断穿，那么盖层中断层不具备垂向封堵能力或者封堵性较差；
③充填物和流体性质，如果断层断移地层岩性以泥岩为主，断裂填充物也应以泥质成分为主，则孔渗性差，垂向封闭性好。相反，如果断层断移地层以砂岩为主，断裂填充物以砂质成分为主，则孔渗性好，垂向封闭性差[7]。上凸下凹断层的中间垂向封堵能力比较差，上下垂向封堵能力比较好；
④断面形态，如果断层面陡处开启，断层具有比较差的垂向封堵能力。如果下凹形断层面上部陡峭，下部比较平缓，则上部垂向封堵性比下部差。而上凸形断层正相反。上凹下凸断层的上下垂向的封堵能力较差，中间垂向封堵能力比较好[8]。
在油田勘探开发过程中，断层封堵性的研究具有十分重要的作用和意义。目前，断层封堵性评价方法众多，在实际应用中，应该综合考虑各种方法的优劣性，优选科学有效的方法对断层封堵性进行评价，提高评价的精度和可靠性，为油田勘探开发提供一定的技术支持。其次，断层封堵性的影响因素也比较多，在研究过程中，必须认真细致，做好基础工作，正确认识断层，做好断层封堵性的研究工作。
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