【石油天然气】5-断层封闭性与油气成藏

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1、第五章断层封闭性与油气运聚成藏 断层封闭性理论 断层封闭性能评价 断裂活动与油气运移聚集 1、研究意义 评价圈闭的有效性，指导油气勘探; 断层封闭与开启影响注采措施及开发效果，有助于布置合理开 发井网; 预测注水开发后断层的活化，减小套管损失。 一、断层封闭性理论 2、断层封闭性的理论模型含义 储层排替压力小于断层另一盘对置岩层的排替压力-断层封闭； 断层两盘砂岩层对置，断裂带填隙物或断裂带本身可起封闭作 用。 断层的封闭性本质上取决于差异排替压力： 当目的层排替压力小于断层另一侧对置岩层排替压力（无断裂充 填时）或断裂带的排替压力（有断裂充填时），断层在侧向上封 闭; 当目的储集层排替压力小

2、于上覆盖层中断裂带的排替压力时，断 层在垂向上封闭。 断移地层以泥岩为主， 形成泥质填隙物。 断开地层以砂岩为主， 形成砂质填隙物。 3、断裂封闭机理 （1）对置封闭（Juxtaposition)：储层砂岩与具有高排替压力的泥岩 类低渗透对置。 （2）泥岩涂抹封闭(Clay smear) ：塑性泥岩层沿断裂带涂抹其上， 使断裂带本身具有高排替压力。 3、断裂封闭机理 （3）颗粒碎裂封闭(Cataclasis) ：碎裂作用使断裂带中颗粒颗级和 渗透率大大降低，如砂质颗粒破碎形成细粒的断层泥。 断层位移增大，碎裂作用也增强。 （4）成岩封闭(Diagenesis) ：沿初始渗透性断层带的胶结作用，

3、使 断裂带渗透性降低。 二、断层封闭性评价 1、断层两侧地层对置样式及封闭性评价 Allan假设，断层既不是封闭的，也不是运移通道，断层对油气 运移聚集的影响取决于断层两盘并置断块的构造形态。 断层切割的渗透层与非渗透层并置，可提供封闭面；与渗透层 并置，油气穿过断层溢出。 （1）断层面剖面： 断层两侧并置的地层接触面的几何形态。 将断层两侧对置地层投影到断面上，剖面为断层面，不是垂直 面。 按同样的比例尺作两个剖面（上盘和下盘），它们共用一条剖 面线，即所研究断层面的走向。将两条剖面叠置在一起。 下盘剖面位 于上盘剖面的 前面。 封闭条框- 渗透性砂岩； 空白-非渗 透泥岩 在由断层决定的闭

4、合区内，一条断层 的圈闭潜力对每个渗透层段来说都是 不同的 2、泥岩涂抹封闭评价 三种泥岩涂抹类型： （1）剪切涂抹(Shear Smear)-涂抹厚度随离泥岩“源”层的距 离增大而减小。 （2）磨蚀涂抹(Abrasion Smear)-砂岩在泥岩地层中滑动时易产 生磨蚀现象，当断距较小且发生在较厚“源”岩层中时，这种 滑抹较厚 （3）注入涂抹(Injection Smear)-断裂活动期体积变化的局部响 应，厚度变化较大。 粘土涂抹潜力（Clay Smear Potential)：沿断层面某一点上来自单 个页岩“源”岩层粘土涂抹的相对量，CSP随页岩源岩层厚度而 增大，随在断层面上经过某一定

5、点的源岩层数而增大，但随断 距增加而减小。它表述沿断层砂/砂对接时粘土涂抹形成的能力。 CSP = (页岩层厚 度）2 / 离“源”岩层 距离 适合于距离小于断 层断距的情况。 CSP 大于5时可形成 断层封闭。 泥岩涂抹因子（Shale smear factor） 塑性泥岩层沿断裂带的涂抹量主要与泥岩厚度和泥岩与研究点的距 离有关，还与泥岩塑性、断层倾角、有效应力有关。 泥岩涂抹因子（Shale smear factor） = 断层断距/泥岩层 厚度 SSF = Fault throw/Shale layer thickness SSF用于评价涂抹的连 续性， SSF小于4，可形 成连续涂抹

6、，封闭 在厚层非均质层序中很难对每个页岩层进行制图和考虑它对断层面的 效应，可用页岩断层泥比（Shale Gouge Ratio) (SGR) 来描述： SGR = （页岩层厚 ）/ 断层断距 100 % 页岩厚度在一个高 度等于断距的“窗 口”内测量，该“ 窗口”表示滑过断 面上该点的岩石柱 子。 对一储集层段来说， 其内细粒物质的贡献可 用粘土含量及该段的厚 度来表示： SGR = （区段厚区 段内粘土分数） /断层 断距 100% SGR 大体表示以各种机 制加入到断裂中页岩或 粘土的比例。围岩中页 岩越多，断裂带页岩的 比例越大。 该比值反映了滑过断裂面上某一点的岩石层段中封闭 性岩性

7、的比例。(a)对页岩/粘土层较清楚而剖面中再 无页岩的层序的计算；Z是每一页岩层的厚度；(b)对 储集层序列的计算，Z是每一储集层段的厚度，VCL是 该层段粘土体积分数 3、断层垂向封闭性评价 取决于断面的紧闭程度（正压力大小）和断移地层泥岩层含量 P = H (r-w) 0.009876cos P -断面所受的正应力，(MPa) H-断面埋深 ，(m) r 、w ：上覆地层、地层水密度,g/cm3 ：断面倾角 断面所受正压力大于泥岩的变形强度时，泥岩变形导致断裂裂 缝愈合，断层垂向封闭 超过一定埋深，张应力不存在，断层开启必须有流体压力的作 用。 当流体压力大于断面上的正压力时，断层可张开成

8、为流体运移 的通道；反之，断层成为流体运移的遮挡物。 断层封闭性的分析步骤及主要图件 （1）断层的几何要素及力学性质的确定：断层的产状，力学性 质，断面构造图、断面压力图 （2）断层两侧岩性分析：砂泥比、沉积相图，断面剖面图 （3）断层封闭性综合分析：横向、纵向封闭性综合分析 （4）断层封闭史研究：古构造发育史、古断面剖面 （5）利用对置和封闭图解分析断层封闭性 （Juxtaposition and seal diagrams) （6）利用计算机方法绘制断面剖面图 (Allan section) 三、断裂活动与油气运移 断裂活动是区域应力场主应力的积累超过岩石的破裂极限时 产生断层的应力释放过

9、程。断层一旦形成，沿断裂部位构造应 力迅速释放。此时周围未破裂的岩石中尚存在较大的应力，岩 石中的流体在该应力的驱动下，由断裂两盘应力的高值部位向 低应力区-断层运移。 原来已闭合了的断层需要很小的流体压力足以使它重新张开。 由于断层活动，断层附近应力释放，岩石孔隙度渗透率增大， 促使断层附近流体压力下降，导致围岩中流体向断层运移，烃 源岩内及早期储集在断层下方岩层中的油气即向断层带快速运 移。 1、断裂活动与地震泵运移模式： Sibson在研究热液金属矿与古代断层破碎带的关系后，提出 地震泵的模式来解释热液矿床的输运问题。 矿脉横切面说明，矿化作用是多期的，呈幕式发生的。认为 含矿热液是通过

10、较深古断层呈幕式输送的，它受地震作用控制， 地震作用如同泵一样，将较深部热液抽出，由断层运移至具较 低正应力的张裂隙中。地震泵作用有利于油气在构造活动区的 运移。 储集层砂岩 断层 深部砂层 高压流体源 断层与储层之间 的裂缝对流体进 入砂岩储集层起 “单向阀”作用 兴5井产液量变化与地震关系(据吴起林等，1983) 地震前后井异常统计表(据吴起林等，1983) 井号 等应地 震 距震 中(公 里) 油层 中部 深度 (m) 异常时间异常情况及幅度 断裂情况备注 起至时间( 年月日) 天数 产液量( 方/日) 产水 量(方 /日) 产气量 (万方/ 日) 兴5井 海域 7.3 80 1850.

11、 3 74.10.9至 75.2.4 118 上升 38(240) 上升 16.8(0 .217 ) 下降 0.8(3.6 2.8) 通过北东向 断层与近东 西向断层交 汇处 自喷能力 加强 热10- 6井 海域 7.3 80 1923. 0 74.12.1至 74.12.29 28 上升 76(480) 上升 3(25 ) 变化不 大 通过东西向 断层 抽油变自 喷井底大 量出砂和 泥浆 兴201 井 唐山 7.8 380 1586. 1 76.4至 76.7 约90 通过北东向 断层与近东 西向断层交 汇处 抽油变白 喷 于11 井 官屯 6.0 202530 78.5.12至 78.5.

12、18 3 上升 53(247 7) 上升 10(3 13) 上升 4.7(0.3 5) 通过北东向 断层与近东 西向断层交 汇处 抽油变自 喷 大1井 官屯 6.0 20 1785. 1 78.4.9至 78.5.18 39 上升 30(407 0) 上升 16(14 30) 上升 1.89(0. 32.2) 北西向断层 附近 震后静压 继续上升 板 804* 唐山 7.8 120 2767. 0 76.3至 76.7.28 149 北东向断层 附近 震前突降 震后突升 渤海 2* 宁河 6.9 503070 76.11.15 至 76.11.26 11 下降后 上升 83(157 90) 下

13、降 后上 升 12(7 214) 临震前油 量突增 坨3- 5-13* 唐山 7.8 2501981 76.7.22至 76.7.26 5 上升 35.5(76 112.5) 下降 2.5(25 22.5 ) 位于北东向 断层端部 Figure1 Location map showing wells discussed in text and location of geologic cross Section AA(figure3) and fluid pressure cross section BB(Figure16) .Locations of wells Providing flui

14、d pressure and vitrinite reflectance(underlined) data are shown. Structure Contour map is of OI1 sand. Modified from Holland et al.91990).FBA=fault block A, FBB=fault block B, FBC=fault block C, O/W=oil/water contact. Figure3-Southwest-northeast cross section AA (see Figure1 for location),Block 330

15、, Showing A20ST(Pathfinder)and A6ST wells, Afault and subsidiary structures ,and Selected sand tops.Depth si in milliseconds two-way traveltime(TWTT);1 ms approxi- Mately corresponds to 1 m depth in this section 断层发育期断层对油气运移影响示意图 2、断裂发育期两 侧地层对置对油气 运聚的影响 3、断层产状和性质与油气聚集关系： 断层面由陡变缓处往往是有利的油气聚集部位； 相同条件下，扭断层比压性断层和张性断层的封闭性好。