用校正的泥岩断层泥比值估算油气柱高度

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2、a t i o n Ab r o a d No 2 J u n 2 o 0 3 用校正 的泥岩断层泥 比值估算 油气 柱高度 P e t e r B r e t a n等著 周瑾译 李 大荣校 【 摘要】 对用泥岩断层泥比值 ( S G R ) 算法所估算的断层带的组成可凭经验用压力数据进 行校 正 ， 以便 确定随深度 变化 的封 闭破裂 包络线 ， 从 而 可用 下式确定 S G R与断层 带毛 细管吸入 压 力( F Z P ) 之 间的关 系， 即 ： F Z P( b a r )：1 0 ( s G R 2 7 - c ) 。当埋深 小于 3 O k m 时， C为 O 5 ； 埋深

3、介 于 3 O一 3 5 k m 时 ， C为 0 、 2 5； 埋 深 超 出 3 5 k m 时 ， C为 0 。 封闭破 裂 包络 线法为估 算断层所 支撑 的油气柱 最大高度提供 了一种方 法。 当浮力压力超 出断 层的毛细管吸入 压力时就会发 生穿过 断层 的油气泄 漏， 并且 这种 泄漏不仅仅 只 限制在构 造顶 部或 甚至并非 限于泥岩 断层 泥比值 最低处 。 根据横 断层 的压差 所建立 的校 正 图概 括 了增加 S G R与 增加 的压 力保 持之 间的关 系。基 于浮 力压力建立的校正图表明， 油气数据揭示了增加 S G R值和增加浮力压力之间的相关性， 但仅限于 S

4、GR值 为 2 0 一4 0 。正如在 最大可支撑浮 力压 力增 长所反 映 出的一样 ， 在 S G R值 大约高 出油气 数据 4 0 时， 封闭强度没有表现 出任何增长。当S G R值在 5 0 一 1 0 0 的范围内变化 时， 油气柱 的 高度不会持 续增 长。 利用封闭属性估算油气柱高度取决于对模型的地质输入， 尤其是压力数据， 泥质物体积和断层 附近储集层几何 形状的三雏制 图的精度 。 【 主题词】 断层封闭 泥岩断层泥压差 并置 l 前 言 断层封闭性分析是针对油藏中断层封闭潜力和 非封闭潜力进行风险评估的一项技术。在不同的低 应力差地区， 有关在混合碎屑岩层序 中预测断层封

5、 闭性的方法近几 年已有很多报道 ( 例如， B o u v i e r 等 人 ， 1 9 8 9 ； J e v等人 ， 1 9 9 3 ； C h i l d s 等人 ， 1 9 9 7； F u u j a me s 等人 ， 1 9 9 7； K n i p e等 人 ， 1 9 9 7； N a r u k和 Ha n d s c h y ， 1 9 9 7； Y i e l d i n g 等人 ， 1 9 9 7； K n i p e等人 ， 1 9 9 8 ) 。 断层封闭性分析方法的主要内容就是标定能表 征断层 带组成 的断层封 闭属性 ， 利用 断层 上 、 下盘任 一

6、盘上 井 的压力数据可 证实断层 的封闭性 。从这 些 研究中可推导出断层封闭属性值与横断层压力数据 之间的经验关系 ， 这些值在未钻井的断层圈闭中可 作为预测断层封闭完整性的预测值使用。 标定的基础是基于很多油藏 中的断层属于薄膜 封 闭或 毛 细 管封 闭 的 观察 结 果 。在 油 气一 水 系统 中 ， 通过毛细 管作 用油气穿过亲水断层带 发生 泄漏 。 当水和烃相 ( 浮力 压力 ) 之 间的压 差 超 出油气 进 入 和穿过封闭断层中最大连通孔隙喉道的压力 ( 驱潜 压力 或毛细管吸入 压力 ) 时会 发生油 气 泄漏 。亲水 断层岩石中毛细管泄漏的驱动力是烃相的压力。在 断层

7、封闭分析工作 流程 中 ， 了解 断层封 闭属 性 的标 定是很关键的一步 ， 令人惊讶的是很少有报道描述 如何标定所预测的断层封闭属性。大部分工作只是 简单地解 释 了能够 支 撑单 位 压差 的特 殊 封 闭属 性 值。标定细节( 例如烃相并置 ) 、 埋藏深度和所使用 的数据并 没有完全标 明。 在油气 勘探 中 ， 标 定 断层 封 闭属性 的 目的是预 测远景圈闭中油气柱高度。有许多论文已描述了估 算油气柱高度的方法。这些方法描述了封闭岩石中 孔 吼的大小 ( 半径 ) 、 水和油气 之 间的界 面张力 和浮 力导致的压差。并置储层几何形态 的横 向变化、 断 层带性质以及封闭强度通

8、常被假定为沿整个断层长 度是均匀的。这些方法往往预测横断层泄漏会发生 在水相 ( 浮力 压力 ) 和烃 相之 间 压差 最 大 的构 造顶 部。最后， 这些定性方法需要对断层带中孔喉大小 5 0 国 外油 气地质信息 总第 8 6期 和储层条件下油水界面张力进行估算 ， 这些在大多 数 勘探 背景 中通 常不 被人 们 了解 。换句 话说 ， 在 很 简单的分析中， 油柱高度通 常是通过对简单假定的 闭合度的估算得到的， 闭合度是指油气向下充填至 构造图上最低构造溢 出点或地层溢 出点 的高度。 本文 的 目的是利 用已标定 的断层 封闭属性研究 一种经验方法以估算油气柱高度。我们描述了怎样

9、利用试采压力数据标定断层封闭属性， 尤其是泥岩 断层泥比值( S G R) ， 以便推断断层带毛细管吸人压 力的估算值。在本文中， 断层带的孔喉大小控制 了 毛 细管 吸入压 力 。一般来说 ， 孔喉半径越小 ， 封闭断 裂所需要的毛细管吸入 口压力越高， 可支撑 的油气 柱高度越大 。对 照横 断层压 差 ( A F P D) 建立 的断层 封闭属性的校正值主要取决于断层表面并置的流体 类型( 例如 ： 油水并置或气水并 置) 、 埋藏深度和断 层带中粘土含量的估算值。一个大型的断层数据库 可在所有断层 中使用 ， 在混合碎屑层序中所研究 的 是张性正断层。这些断层可使用 F A LL S软

10、件进行分 析。 2 用横断层压差校正泥岩断层泥 比值 静压条件下 断层封 闭特性 的主要控制 因素可能 是断层 带的粘土 含量 。 因此 ， 断层带 粘 土含量 的评 价对于预测烃 的可能 吸入 压力是必要 的。由于断裂 的机械作用导致粘土物质进入断层带 ， 因此 ， 可通过 计算粘土含量 的算法预测断层带的岩石类 型。其 后， 通过在油气圈闭的边界断层对这种算法进行测 试， 可对其进行经验性标定。 广泛用 于标定 研究 中的一 种类似 的算 法是 S G R算法。尽管标定研究 可使用交替封闭断层属 性， 诸如曾描述过的泥岩玷污潜力或 C S P ， 但是相比 而言却比使用 S G R算法标定

11、更为定性。 S GR算 法 的主 要输 入 是 邻 近 断层 层 段 的 泥岩 体积分数( V 泥 岩 ) 。V 泥 岩 参数是导出分量， 主要来 自 于 自然伽马测井 或 中子密 度测 井 ， 并 通 常作 为一种 常用术语描述产量 ， 这种产量来 自于岩石物理学家 在一组钻井记录中对矿物成分的分析。V 泥 岩 参数与 岩石实际的粘土体积含量 ( V 粘 + 或页状硅酸盐矿物 的百分含量) 并不一样。通过点计数或 x射线衍射 分析对薄片的详细分析必需确定粘土体积的实际百 分含量 ， 这些分 析很少 用 开采井 的岩心进 行。根 据 毛细管捕获作用， 孔喉半径的大小反过来控制驱替 压力 。当孔

12、喉半径 受矿物 颗粒 和碎 屑控 制 时 ， 决定 性 因素 是细粒状物质 的存在是否 能够减少孔喉 的大 小 。因为页状硅酸盐 矿物 是特别 细 粒 的矿 物 ， 所 以 它们最有可能是影响断层封闭发育的主要的主岩因 素。在这种影响下， 我们通常使用 S G R作为断层带 中页状硅酸盐成分的高标度估算值。 封闭属性 ， 例如 S G R， 必须用原始压力数据进 行标定 以便推导 出封 闭强 度 的大小 和油 气柱 高度 。 理想的情况是 S G R值应该用断层所圈闭的油气与 断层带 中的水之 间 的压差 来校 正 。然 而 ， 通 常不 可 能收集到断层带中水的准确压力数据。压差可以通 过测

13、量 同一储集层 中烃相和水相 的压差或 者通过测 量穿过 断层 的压差来得到 。 我们定义 A F P D为观测差值 ， 此观测差值是在 断层上 盘和断层下盘 同一高度处测得 的断层 表面的 原始压力值( 如图 1 ) 。从重复地层测试( R F r ) 中得 到的压力一深度数据点提供了井下压力范围的最初 观测 的测量值 。因为我们关注 的是烃 相与水相之 间 的绝对 压差 ， 所 以 A F P D总是表示为正值 。AF P D的 l= 井 2； 蚌 洱溲 l 砂 岩写 J 蔓断 葛上 深耋 图 1 穿过断层 的压差或 A F P D是在断层面同一深度上测 得的断层上盘( A) 的油气压力与

14、断层下盘 ( A ) 测得 的水的 压 之 间的压 差 在普通含水层中， A F P D值表示 浮力压力。井 的压力数据是沿 着断层的水平压力梯度( 流体静力学条件 ) 外推计算出来的 r ， ， ， 。 ， 。 。 上 往 深 覆 的 翘 卜 三 三 1 ： J 一 “ 一+ 扎 砂 断 室 第 2期 用校正 的泥岩 断层 泥 比值估算 油气柱 高度 5 1 定义假定断层带物质支撑在断层上盘和断层下盘之 间的压力差值 。同时还假 定横穿断层 的含水层与 断 层带 中水 的压 力相 同。不考 虑具有 不 同毛细管性 质 的并置砂层 中增长 的压差 。 有几位作 者把断层上 砂层一砂层并置 的封

15、 闭属 性 和 A F P D进行 了对 比。图 2是 由 Yi e l d i n g ( 2 0 0 2 ) 绘制的。一条边界线分开 了从封闭断层得到的数据 点区域和缺少数据的区域 。边界线是封闭破裂的包 络线 ， 并 且显 示 了在 已知 的 S G R 时能 支 撑 的最 大 A F P D值 。该 图的特 征是 A F P D值 随着 S G R值 的增 加而增加 。用 S G R和 AF P D定 义 的封 闭 破裂 包 络 线的方程可表示为 ( 以 b a r 为单 位， 1 b ar =1 0 P a 或 1 4 5 p s i ) ： A F P D( b ar)：1 O (

16、 一 ( 1 ) 埋 深小于 3 O k r a 时 ， C为 0 5； 埋深 介 于 3 0 3 5 k m 时 ， C为 0 2 5 ； 埋深超 出 3 5 k m时 ， C为 0。 随埋 藏深度 增 J 【 】 的封 闭 包珞线 0 1 0 2 0 3 0 40 50 6O 70 断层 泥 比f f f ( ) ( p 0 100b 1 OO 1O 圈 2 根据世界范围各种断层数 据集资料编制的砂层一砂 层并置的相对于穿过断层 的压差的断层泥比值标定圈 不同的埋深用不 同颜色 的数据表示： 小于 3 0 k m用深 兰色表 示； 3 0 3 5 k in用红色表示 ； 3 5 5 5 k i