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1、断层的封闭性机理研究中国石油大学（华东）目录第 1 章前言 11.1 研究的目的和意义 . 11.2 国内外研究现状 . 11.2.1断层的封堵原理 11.2.2 断层的封闭机理研究 11.2.3 地层封闭性评价 2第 2 章断层的封闭机理 62.1 对接封闭机理 . 62.2 断裂带高排替压力封闭机理. 72.3 泥岩涂抹形成的封闭机理. 92.4 断层面紧闭封闭机理 . 102.4.1 断面压力 102.4.2 断面产状 .11第 3 章综合评价方法 123.1 断层封堵系数法 . 123.2 连通概率综合评价 . 133.3 模糊数学综合评价 . 143.4 声波测井信息法 . 15参考
2、文献 17第 1 章前言1 第 1 章前言1.1 研究的目的和意义在断层油气田，油气在运移过程中会遇到断层面。在不同的条件下，有的断层是开启的，可以作为油气运移的通道；而有的断层是封闭的，阻止油气的运移。当断层开启时，油气可以通过断层面侧向运移，由断层的一盘运移的另一盘，也可以沿着断层面做垂向运移；当断层是封闭时，断层可以在侧向上阻止油气穿过层面运移，垂向上防止油气沿断面向上部储层运移。地层中砂泥比值，断层填塞物的性质，泥岩涂抹层的厚度和连续性，地层深部流体以及断面所受的主应力都会对断层的封闭性和开启性造成影响。断层在不同地区和不同时期具有不同的封闭和开启性，使得他在油气藏形成和保存中所起的作
3、用不同。 研究断层的封闭与开启性不但可以认清油气的运行和分布规律，确定油气的勘探目的层，还可以合理的开发断层油气藏， 保护其在开发过程中不至于受到伤害。断层的封闭性研究还可以为油气储量计算提供基础资料。1.2 国内外研究现状断层在油气运移和聚集成藏中起重要作用，受到石油地质界广泛关注。 关于断层的封闭性，前人的研究主要体现在断层的封闭原理、影响因素及其评价分析方法等等。1.2.1断层的封堵原理Smith 等论述了断层封闭性的基本原理：封闭层封闭烃类的能力是由烃类排替水所需要的最小排替压力 (即毛细管压力 PC)所决定的。 PC得自方程：RPCcos2(1-1) 式(1-1)中，R 为相互胶结的
4、孔隙喉径；为半径界面张量；为润湿角。毛细管压力 PC能封存 P 不大于 PC的烃柱，烃类的压力P 由浮力得来：cos0098.0)(wrHP（1-2）式（1-2）中，w为水的密度；r为烃类的密度； H 为封存的烃类的高度。当 PCP 时，断层的封闭性好，能封住储层中的油气，反之则断层的封闭性较差不能封住储层中的油气。从公式1-1 中可知，据 R 的大小可以判断封闭层的封闭能力。1.2.2 断层的封闭机理研究D.A.smith(1966)最早论述了断层封闭性的基本原理，根据排替压力及岩性配置关系提出了断层封闭性的判别模式1，2。在国内方面， 吕延防等提出了详细的断层封闭机理。第 1 章前言2 断
5、层的封闭性在空间上主要表现为侧向上的封闭性和垂直上的封闭性。侧向封闭性常用的评价方法有砂岩百分比含量、砂岩连通率以及 Allan断面图来研究岩性配置情况等， 其中以 Allan断面图应用最广。 垂向封闭性是指沿断层面切线方向顺断层运移油气的封闭作用 (吕延防等， 1996)。根据断层两盘之间有无填充物、填充物成分以及是否经受过成岩改造等特征， 可将断层垂向封闭性形成机制划分为两种形式:即断层面紧闭封闭机理和断层带高排替压力封闭机理。断层面紧闭封闭机理适用于断层两盘之间无断裂填充物、以“面”接触的断层，断面所受应力状态是造成断层垂向封闭性形成的主导因素。断层的封闭机理可以概括为即并置对接、泥岩涂
6、抹、断裂带填充封闭、成岩胶结作用(Knipe3、Watts4)，动力变质作用以及深部流体影响。砂泥岩并置对接只能起到侧向封堵油气的作用； 断裂带填充封闭， 泥岩涂抹的方法均可达到断层垂向和侧向封闭的效果；而成岩作用、深部流体的影响是通过改变充填物质的性质，从而达到提高断层封闭性的效果。1.2.3 地层封闭性评价目前关于断层封闭性评价的方法很多，总的来说主要有定性和定量方法评价方法。1.2.3.1 定性评价方法常用定性评价法有地层对接样式法、油水界面分析法、声波时差分析、声波时差分析、Allan断面图法、断层活动性分析、断层活动性分析、物化性质指示法。（1）地层对接样式法断层侧向封闭性取决于断层
7、两侧地层岩性对置情况，对于勘探程度较高、 资料较充足的研究地区， 断层两侧对置的岩性及其在三维空间的分布都比较清楚，根据不同岩性所要求的排驱压力不同来评价断层的封闭性。（2）油水界面分析法利用目前的油水关系可以判断当前的断层封闭性，其方法是： 当一条断层两侧对应层位的断块油水界面一致时，断层可能是不封闭的；当油水界面不同时，断层则一定是封闭的。(3)声波时差分析国内外大量文献表明， 测井声波时差与岩石排驱压力之间具有明显的反比关系，即声波时差越小， 其排驱压力越大； 反之则越小。 因此，当声波通过封闭断层的充填物时，速度明显较其通过围岩的速度大而通过开启断层的充填物时，速度就明显较通过围岩的小
8、。这样，可根据断层充填物的声波时差与围岩的声波时差的相对关系来确定断层的封闭性。但该法属于定性评价，且不能评价未钻遇断层的封闭性。(4)Allan断面图法通过做出某一断层断面图，依据断层上下盘岩层接触面积和岩性分布情况，直观、第 1 章前言3 准确地判断断层两侧的岩性配置及断层面物质涂抹的情况，用来评价的侧向封闭性。(5)断层活动性分析应用断层埋藏史和断层演化史，结合区域构造的演化，分析断层的性质、断面应力大小、活动的大小程度、时间与油气的运聚关系，评价断层的封闭性。(6)物化性质指示法断层两盘油、气、水物理化学性质不同，对断层封闭性的判断有很好的指示作用。开启断层两盘是连通的，有统一的油水界
9、面，油气水性质也基本相同。但封闭断层两盘在纵横向上是独立的油气水系统，两盘的流体密度、粘度、地层水矿化度往往有差别，且油气产能和油气贫富差别也较大。1.2.3.2 定量评价方法地层对接样式法等方法只是宏观地、定性地分析断层两盘的岩性、油气性质等方面的差异性，存在较大的疑议，因此，可以从断层的一些参数、断层综合信息、断层模拟等综合、定量地判定断层封闭与否及封闭能力强弱。(1) 地质参数分析方法断层横向封堵系数法横向封堵系数用来评价断层面将两盘油气封闭起来，互不相串的一个参数， 是构造封堵系数 C与储集系数 R之和再与岩性封堵系数G相乘之积其值越大，横向封堵能力越强；反之，封堵性较差岩性封堵系数G
10、，其值在 0-1之间，封堵层为纯砂岩， G为0；泥质砂岩G为0.5；砂质泥岩 G为0.75泥岩 G为1。其计算方法为 (图1-1)。图 1-1 断层横向封堵烃柱示意图第 1 章前言4 )sin(sinHLC(1-3) sin)sin(hLR(1-4) )(RCGF(1-5) 式1-3，式1-4，式1-5中，C为构造封堵系数； R为构造储集系数； G为岩性封堵系数；F为横向封堵系数； L为断层垂直落差； H为盖层厚度：为断层倾角；为储层倾角：h为储层厚度。断层面物质涂抹分析法断层面物质涂抹分析法是近些年来定量确定断层封闭性的一种有效方法，也是定量判断在断层面附近形成的泥岩涂抹带是否连续分布的一个
11、重要的参数。Bouvier(1989)提出“泥岩玷污潜力 CSP”，可以判断断层的相对封闭程度，表示沿断面某点某泥岩层被涂抹的相对量值，其值随泥岩厚度或泥岩层数的增加呈正相关关系，随断距的增大呈相反关系。其计算方法为(图1-2a)：CSP=(泥岩层厚度 )2/断距内某点至泥岩层距离。Lindsay(1993)提出了“泥岩玷污因子SSF”，表示泥岩涂抹层在空间上的连续性好坏程度， SSF 与源岩层的厚度、层数成反比，而与断距成正比。其计算方法为(图1-2b)。SSF=断距/泥岩层厚度 CSP适用于断面剪切型的涂抹，SSF适用于压层。Yielding(1997)等提出了“断层泥比率 SGR”，即涂
12、抹因子，对于砂泥岩层序，用断面中各泥岩层的厚度之和与断距之比SGR 来评价断面的封闭性，其方法比较实用简单。SGR=(泥岩层厚度 )n(断距内某点至源岩距离 )m断层泥比率法就是在断层位移段内测定泥和页岩所占的比例。用上盘或下盘均可以测定。其使用的前提条件是把进入断层带的非渗透性物质作为断层泥。它提供了一种更“平均”化或“夸张”化的断层封闭性评价方式。（ a） (b) (c) 图 1-2 泥岩涂抹层分析因子示意图第 1 章前言5 地震速度谱识别法断裂带排驱压力与断裂带中泥质百分含量有良好的相关性。断裂带泥质百分含量越高，其孔渗性越差，排驱压力越大，形成封闭的可能性越大；反之越小。利用地震速度谱
13、资料求取各地震层的层速度，利用地震层砂泥含量与层速度的相关性求取砂泥含量，进而求得泥质百分分量，评价断层封闭性。该法适用于勘探程度较低、探井较少或没有的地区。但该法泥质含量只是一个预测值而非真实值，又未考虑后期成岩作用，且只能判断断距大于 20m的断层。(2) 数学地质分析方法逻辑信息法逻辑信息法研究断层封闭性的基本原理是将影响断层封闭性的各种地质因素用0和1表示，认为具有相同封闭能力的断层具有类似的地质条件，即类似的影响因素5。通过对标准对象（典型已知封闭性的断层） 影响因素的逻辑运算， 筛选出最主要的地质参数，并计算这些参数的权重（贡献率），得到这些参数的权重构成的断层封闭性判别模型。对未
14、知封闭性断层选择变量并赋值，利用判别模型进行计算， 通过分析计算结果就可以达到评价断层封闭性是有效的判别其封闭性的目的。（3）综合地质分析方法以构造地质理论为依据， 从分析影响断层封闭性的地质因素人手，结合定性评价等方法，根据各种地质资料综合性地判断对断层的封闭性与能力大小，所研究的地质资料主要涉及断层几何特征、断层力学性质、断移地层的地层学特征、断层活动性、断层两盘流体性质和流体压力特征。 如在绘制 Allan断面图的基础上， 采用断层两盘砂泥对接概率模拟的方法， 计算各地史时期断层的侧向封闭程度。根据研究层段古埋深、 断层倾角，计算古断层压力。 根据各地史时期泥质岩的变形强度研究断层的封闭
15、性能，可作出断层封闭性的综合定量评价。第 2 章断层的封闭机理及其影响因素6 第 2 章断层的封闭机理断层的封闭性是指断层上下盘岩石或断裂带与上下盘岩石由于岩性、物性等差异导致排替压力的差异， 从而阻止流体继续通过断裂带或对应上下盘的性质。在地质的空间上可以分为两个方面，断层的垂向封闭性和侧向封闭性。断层侧向封闭性是指断层在侧向上对断层两盘对置层中沿断层面发现方向穿过断层面运移油气的封闭能力。 断层垂向封闭性是断层对沿断层面切线方向顺断层运移油气的能力。断层的上下盘的岩性配置，断层两盘之间填充物的成分及后期成岩改造，都可影响断层的封闭性。2.1 对接封闭机理当断层两盘的岩层以面接触时， 断层能
16、否形成侧向封闭主要取决于断层两侧对接岩层排替压力的相对大小。如图2-1 所示，如果位于油气运移方向上近油源的一盘的岩层的排替压力 PA小于远油源的一盘的岩层的排替压力PB， 则 B 盘可以阻止 A 盘油气的侧向运移，断层具有侧向封闭性。否则，油气将由A 盘穿过断层面向B 盘运移，断层不能形成侧向封闭。由于泥岩与砂岩相比，泥岩的孔渗性较差，排替压力高，当砂岩泥岩对置时，泥岩便可以对砂岩中的油气起到封闭作用，即所谓的砂泥对接原理。图 2-1 断层两盘以面接触的侧向封闭机制（ a）砂泥对接； （ b）砂砂对接砂泥对接封闭要求与砂岩层对置的泥岩层的厚度要大于砂岩层。对接的泥岩层的厚度越大，层数越多， 封堵效果越好。 如果泥岩层较小， 只能封堵部分砂岩层， 如图所示，油气会从砂岩未封堵部位进入对接盘的砂岩层，断层并不能起到封堵作用。砂泥对接只能对油气的运移起到侧向封闭性的作用，对垂向油气的运移不能形成封堵。如图所示，尽管有泥岩对接，油气可以绕过泥岩层，穿插迂回向上运移。第 2 章断层的封闭机理及其影响因素7 图 2-2
