松辽盆地东部地区火山岩储层裂缝预测研究

吴 满,杨风丽,陆建林

(1.海洋地质国家重点实验室 同济大学,上海 200092;2.同济大学,上海 200092; 3.中石化石油勘探开发研究院,江苏 无锡 214151)

松辽盆地东部地区火山岩储层裂缝预测研究

吴 满1,2,杨风丽1,2,陆建林3

(1.海洋地质国家重点实验室 同济大学,上海 200092;2.同济大学,上海 200092; 3.中石化石油勘探开发研究院,江苏 无锡 214151)

基于三维地震资料,从构造裂缝产生的应力驱动因素出发,采用构造应力场正反演的思路对松辽盆地东部地区火山岩储层裂缝的密度、方位与开启性三项特征参数进行预测并展开分析,结果表明开启性是相对最好的有效储层预测参数。预测结果符合火山岩裂缝发育规律并得到实际资料验证,构造应力场正反演方法可以为有效火山岩储层的预测提供一定的指导。关键词:裂缝预测;特征参数;构造应力场;火山岩储层;松辽盆地

引 言

火山岩储层本身具有岩性多样、分布复杂、致密性极高、非均质性极强等特点。可能容纳流体的储集空间常包括气孔、粒间孔、晶间孔、溶蚀孔、溶蚀缝和构造缝等,其中构造缝可大范围沟通孤立的孔、洞等,对储层性能的好坏起决定性作用[1-2]。

前人采用成相测井法[3]、曲率分析法[4]、构造应力场数值模拟[5]、地震属性预测法[6]、地震相干分析法[7]等对火山岩裂缝储层进行了技术方法上的探讨及预测研究。而基于3D地震资料,在研究区域概况基础上,采用构造应力场正反演的思路和相应技术手段,可直接对构造裂缝的平面展布密度、方位、开启性参数做出全面的分析和预测,进而对火山岩储层裂缝各项特征和成因展开分析和讨论。

1 地质背景

松辽盆地处于活动大陆边缘,晚侏罗世时期,盆地东部地区区域性上升隆起基本结束,在东西向张性应力的控制作用下,主断裂开始活动,断距逐渐增大。至白垩世早期营城组沉积形成后,主断裂再次活动,并且一部分次级伴生断裂也相应产生,为火山岩活动提供了重要的通道。造成了营城组一条主断裂纵贯南北,次级断裂两盘发育,火山岩储层大量分布的特点。到早白垩世晚期,张性应力减弱、火山活动基本结束,营城组多期叠置、关系复杂的岩浆喷出体与侵入体大都固结成岩。在固结的火山岩中,受应力作用影响,裂缝开始形成。之后,应力场又经历了压扭—张扭—压扭 3个时期的转变,每个时期中又有若干应力性质不同的阶段。每一次应力场性质转变都会引起营城组地层各点微观起伏状态的改变和应力的重新分布,在应力自行调整平衡的过程中,大量的裂缝就会随之产生并且逐期叠加。

2 构造正反演裂缝预测

2.1 基本原理

2.1.1 裂缝预测

构造正反演裂缝预测是一种地质成因法。在假设地层为变形前后体积和面积不变的理想模型前提下,首先通过对地层的构造发育历史进行反演得出正确的三维地质模型,然后再根据正演来计算每期构造运动对地层产生的应变量。以此应变量为主控因素,对裂缝发育的相对富集带及主要发育方向进行预测。其算法分为 2组:非运动学算法—忽略了断层的几何形态;运动学算法—考虑断层几何形状对上盘的影响[8]。

2.1.2 裂缝开启性分析

裂缝“开启性”指在一定应力条件下裂缝的开启程度(未考虑后期充填情况),以扩张趋势参数来表达:

式中:σ1为最大主应力,σ3为最小主应力,σn为应力场中任一平面 (裂缝面或断层面)上的正应力[9]。

2.2 实现过程与模拟参数的选取

本次研究采用非运动学算法,以主断裂上下盘作为 2个地块进行主断裂关闭与开启的反演恢复与正演模拟。实现过程包括:①精细地震解释建立初始地质—物理模型;②反演恢复计算应力场 (曲率)分布;③选取适当参数进行“洒缝”(图 1);④预测裂缝的开启性(图 2)。

图 1 营城组顶面预测裂缝分布

模拟参数的选取在裂缝模拟过程中至关重要,为了使模拟发育的裂缝更接近于真实状况,在基于前人成像测井、岩心资料研究的基础上,选择最小裂缝距离 200、每步种子点数为 250控制密度;以步距离为 50控制缝长;用倾向和走向分别控制裂缝方向;以长宽比为 10、末端角度为 30、最大宽度为 10和投影参数为 0控制裂缝形态。

3 松辽盆地东部地区火山岩储层裂缝发育特征与预测效果分析

3.1 构造应力场正反演预测裂缝特征参数分析

3.1.1 密度参数特征

研究区密度参数特征表现为总体上数值较大、平面上呈不均一状分布。从平面分布特征上分析(图 1),裂缝广泛发育区主要集中在 2种区带:一是断层附近与断层交叉处;一是断层转弯处与断层尾部。

裂缝的密度主要是受区域断裂发育、应力平衡过程的影响。在断层附近、断层交叉处,地壳最为活跃,应力相对集中,因此产生最大的形变 (曲率),进而在应力的重新分布平衡作用中产生裂缝。在断层转弯处,由于部分应力仍有平衡方向的转变而向原方向继承性发展的趋势,因此在使断层分叉的同时产生伴生裂缝;而在断层尾部,剩余的应力集中释放,因其不足以使断层继续延伸,所以形成了规模次于断层的裂缝。

图 2 营城组顶面裂缝发育开启性裂缝分布

3.1.2 走向方位

预测结果表明(图 1),裂缝按走向方位可分为3组:近东西向、近南北向、北东向和北西向。结合前人对应力场的分析研究[10-11],基本可将不同走向的裂缝划归不同的形成时期:晚侏罗世—早白垩世、早白垩世晚期—晚白垩世、古近纪和新近纪。

晚侏罗世—早白垩世时期,整个松辽盆地处在以东西向张扭应力为主的应力场中,在营城组火山岩固结成岩后,持续的拉伸破裂机制使部分南北向裂缝伴随着主断裂相应形成。至晚白垩世,应力场逐渐转变为压扭性质,压扭作用越来越强烈,岩层又受共轭剪切作用形成北东向与北西向两组共轭缝。在古近纪,应力场又经历了一次张扭—压扭的旋回,此次应力事件对裂缝总体发育情况改变不大,但可能会在局部影响到裂缝的数量。新近纪以来,应力又转变为压扭为主,张扭压扭复合的性质,多数东西向裂缝在此时期挤压破裂生成。

3.1.3 开启性特征

开启性参数表现为数值普遍大于 0.5,在 0.5与 0.999两点附近呈双峰态分布。由图 2可知,数值在 0.999附近的近东西向裂缝 (粉红色)表现为开启性,其余方向的裂缝数值在 0.5附近,开启性相对差。而开启性数值距 0.5和 0.999较远的裂缝极少存在。

由扩张趋势公式 (1)可知,开启性裂缝的方向与最大主应力方向一致,大小由最大主应力、最小主应力和任一平面的正应力的大小关系决定。松辽盆地东部地区现今处于东西向挤压力为主的应力场中[12],因此,近东西向裂缝的开启性最大。

3.2 预测效果分析

将研究区密度、方位与开启性 3项参数分别与钻井资料进行对比。结果表明,开启性参数与有效储层的对应关系相对较好。

区域主断层上盘北部、中南部,下盘北部、中部等地区都有大范围开启性裂缝集中分布 (图 2)。位于开启性裂缝集中分布区的 7口钻井中,4口为高产,2口获得好的油气显示,1口失利。预测结果与实际资料的吻合程度大于 85%,据此有理由相信,在松辽盆地东部地区其余未钻井的开启性裂缝集中分布区,营城组也应存在较好的火山岩储层。

4 结 论

(1)松辽盆地东部地区火山岩储层特征表现为密度参数总体数值大,平面分布不均一;走向可分为近东西向、近南北向、北西向和北东向 3组;开启性参数在两点处集中分布,而东西向裂缝为有效储层。在密度、走向方位和开启性 3项特征参数中,开启性参数预测结果与已知井的吻合程度在85%以上,预测火山岩有效储层最为直接有效。

(2)用构造正反演方法从裂缝产生的力学机制出发,虽然无法准确预测出裂缝的长度和绝对密度特征,但能够对裂缝的相对关系与发育状况做出确定的预测,其结果也是可信的,因此不失为一种好的预测火山岩有效储层的方法。

[1]陆建林,张玉明,徐宏节,等 .松辽盆地长岭断陷火山岩储层形成特征研究 [J].石油实验地质,2009,31 (5):441-448.

[2]白雪峰 .松辽盆地营城组火山岩储层裂缝特征[J].世界地质,2009,28(3):318-325.

[3]关键,贾春明,赵卫军 .成像测井资料在车排子地区火山岩储层研究中的应用 [J].新疆地质,2008,26(4): 415-417.

[4]黄光玉,卢双舫,杨峰平 .曲率法在松辽盆地徐家围子断陷营城组地层裂缝预测中的应用[J].大庆石油学院学报,2003,27(4):9-13.

[5]秦启荣,苏培东 .构造裂缝类型划分与预测[J].天然气工业,2006,26(10):33-36.

[6]王泽胜,段天友,杨飞 .地震属性分析在中拐五八区火山岩储层预测中的应用 [J].内蒙古石油化工,2008 (21):88-112.

[7]龚洪林,许多年,蔡刚 .高分辨率相干体分析技术及其应用[J].中国石油勘探,2008(5):45-49.

[8]时华星,王秀玲,季玉新,等 .构造正反演裂缝预测方法及其应用实例 [J].石油物探,2004,43(4):337-342.

[9]孙松领,李琦,李娟,等 .低渗透砂岩储层构造裂缝预测及开启性分析[J].特种油气藏,2007,14(1):30-34.

[10]陈德兵,范玉杰,赵宏武 .中国北东部及邻区火山岩成因分析[J].地质与资源,2001,10(2):65-70.

[11]蔡周荣,刘维亮,万志峰,等 .徐家围子深层构造样式特征的成因机制分析 [J].华南地震,2009,29(增刊):38-43.

[12]任德生,张兴洲,陈树民 .松辽盆地徐家围子断陷芳深 9井区火山岩储层裂缝预测[J].地质力学学报, 2002,8(3):279-286.

编辑 王 威 孟凡勤

TE122

A

1006-6535(2010)05-0060-03

20100610;改回日期:20100724

吴满 (1985-),女,2008年毕业于成都理工大学石油工程专业,现为同济大学海洋地质系在读硕士研究生,现从事油气藏勘探与油藏描述研究工作。