西湖凹陷Z构造断层封堵性研究

尹春蕾

（中国石油化工股份有限公司上海海洋油气分公司勘探开发研究院，上海 200120）



西湖凹陷Z构造断层封堵性研究

尹春蕾

（中国石油化工股份有限公司上海海洋油气分公司勘探开发研究院，上海 200120）

摘 要：西湖凹陷Z构造受F3和F98两条断层控制，因此需要进行断层封堵性研究，以确定这两条断层是否利于油气保存，同时可以通过断层封堵性研究确定有效圈闭面积的大小，为后期井位部署提供依据。 经过研究发现，F3断层H1上部和H3封堵能力较弱，其它部位封堵能力较强，F98断层 H1封堵能力较差，其它部位封堵能力较好。 并且同等埋深下F98封堵能力大于F3断层，说明F3断层侧向封堵能力较弱，按木桶原理，F3断层的封堵能力决定Z构造的有效圈闭幅度。

关键词：断层封堵；断层泥岩比；烃柱高度；有效圈闭

E-mail：yinchunlei.shhy@sinopec.com。

一般来讲，断层在垂向上伴随构造运动，它是有利的油气运移通道。而侧向上，由于断层的断距及断层的活动性，造成断层一侧的砂层与另一盘的泥层并置或造成沿断层带泥质单元变形所形成黏土涂抹以及砂粒被压碎成致密的断层泥、导致断层具有较高的毛管压力形成侧向封堵；另外沿断层面发生的选择性胶结作用，也会使原来渗透性的断层面丧失孔渗性，从而导致断层在相对静止期自身具备一定的侧向封堵能力而使油气成藏。

断层对油气的封堵和开启不是一成不变的，它随着油气上浮力的增大、运聚逸散平衡时间的推移以及后期开采造成的压力下降，都会使断层的封堵和开启发生转换。

1 基本原理

泥岩涂抹是通过泥岩层的泥化并进入发育中的断层带而形成的。当断层发生位移错动时，泥岩涂抹在上、下盘削截砂岩层断面处形成较薄的泥质层，对储集层产生封闭。泥岩涂抹发育程度直接影响断层对油气藏的封堵能力，这是因为泥岩涂抹产生沿断层面分布一个连续低渗透黏土物质带，因而赋予断层本身很高的排驱压力，对油气产生封堵作用。由于单一泥岩错断过程中，泥岩的涂抹厚度随断距的加大而变薄[1，2]，这种泥岩涂抹的空间连续性与泥岩厚度比例和断层位移密切相关，基于此原理可对泥岩涂抹进行定量评价。

目前，常用的定量研究泥岩涂抹封闭能力的算法有三种：页岩涂抹因子（SSF：断距与泥岩层厚度比值）、黏土涂抹势（CSP：泥岩层厚度与垂直断距的比值）、断层泥比率（SGR：泥岩层厚度与垂直断距的比值）[3-5]。本文主要应用的是断层泥比率。

通过构造和断层模型的建立，将测井解释的砂层以构造解释结果为约束条件投影到断层面上，可进行断层面上下盘储层并置的分析，并利用公式进行断层带断层泥比率的计算（图1），并通过本区已钻井获得的泥质含量对油气封堵断层计算断层泥比率的门槛值：大于此门槛值是倾向封堵的，而小于此门槛值是倾向泄漏的。

如果本区无钻测井资料，我们可以通过邻区的以及世界相同类型盆地的经验进行标定，并对其结果随着本区勘探程度的提高不断修正。另外，我们还遵从以下的基本规律：

图1 断层泥比率计算原理[3]

当SGR<15%～20%， 破裂带中的泥饼仅仅能够支撑最小压差（即等于0.1 巴，或几十米烃柱高度，注：1巴=100 kPa）。当SGR从20%增大到50%时，页硅酸盐骨架断层岩石明显可以承受较大压力（即1~40 巴）。当黏土涂抹很好时，SGR在50%时出现饱和状态，这时可以承受数十巴的压差，等于数百米的烃柱高度。在深度小于3 000 m处，断层带合成物主要控制了封堵能力。当深度大于3 000 m时，埋深成为控制封堵能力的第二个因素。埋深大于4 000 m的破碎岩石有能力承受很大的过断层压差。

2 模型格架建立

本次断层封堵分析利用以下基层资料建立了基础模型格架。

首先利用三维地震解释花港组T24（顶面）、T25（上下段分界面）、T30（底面）构造层位资料以及Z构造的F98（南）和F3（北）号断层建立本区的构造框架模型。然后根据邻区A1井钻井揭示的储层发育情况，重点对目标层段花港组储层进行了划分。最后利用三维地震解释追踪的花港组H1~H7储层层位，建立本区的砂层模型。整个断层、构造、砂层模型框架见图2。

图2 Z构造断层封堵分析模型框架图

3 断层封堵分析

本次研究利用Traptester软件对西湖凹陷重点勘探目标Z构造的断层进行了断层两侧可能储层并置分析以及断层泥比率的计算，以降低钻探目标由于断层可能侧向不封堵性而引起的风险。

3.1 井的分析（钻井断层泥比率分析）

通过对邻区A1井目标层段花港组的储层含油气情况、烃柱高度、结合对控制Z构造断层的断距情况的分析，其结果认为本区储层单砂层厚度大约在1~50 m，大多在20 m左右，而含油气层最大厚度不大于15 m，基本见底水，烃柱高度基本为储层圈闭最高点到与断层面接触点上。

从利用A1井泥岩质量分数数据计算的断层泥比率来看，在断距小于20 m，本井的断层泥比率大约在10%。依据本区储层厚度发育特点、含油气情况及断层断距情况，大致确定本区的断层封堵的门槛值大约在10%～15%，即断层泥比率小于封堵门槛值，断层没有封堵能力（此值会根据其它资料的获得进行逐步修正）。由此推断本区的断块圈闭在断层断距小于20 m时，储层发育特征十分相似情况下，泄漏的可能性大于封堵性（图3）。

图3 A1井断层泥可支撑烃柱高度

3.2 F3断层的封堵性分析

F3断层是控制Z构造西侧的一条断层，走向近北南，西倾，Z构造位于其上升盘一侧（图4）。从此断层的断距发育情况来看，目标层段的断距尤其在与另一挟持断层F98接触段断距较小，大约为10~20 m，因此依据上述分析结果，此断层的封堵能力相对是较差的（图5）。从断层两侧砂岩储层并置情况来看， H1砂层组上部储层、H3砂层组大部储层、H7砂层组大部储层存在并置情况严重，由储层并置引起的储层油气泄漏可能性极大（图6）。

从对本断层计算的断层泥比率情况来看，也是在H1砂层组的上部大部分、H3砂层组大部其储层对应的断层泥比率值小于15%（绿黄两种颜色），基本处在不封堵的位置；而其它储层对应的断层泥比率高于封堵门槛值，可能具有一定的封堵能力（图7）。从对本断层断层泥比率可支撑的烃柱高度分析认为，本断层在2 250～2 400 ms断层泥可支撑的烃柱高度为在15 m；在2 400 ～2 650 ms、大致对应H1~H2砂层组，断层泥可支撑的烃柱高度为30 m；在2 600 ～2 700 ms、大致对应H3～H4砂层组，断层泥可支撑的烃柱高度为40～45 m；2 700 ms以下埋深（包括H5砂层组及花下段的H6、H7、H8）烃柱高度可达60 m（图8）。

图4 Z构造T25层位深度图

图5 F3断层断层落差图

图6 F3断层两侧储层并置图（上升盘）

图7 F3断层泥比率图

图8 F3断层泥比率可支撑烃柱高度图

3.3 F98断层的封堵性分析

F98断层是控制Z构造东侧近东西向的一条断层，走向近东西，北倾，Z构造位于其下降盘一侧。从此断层的断距发育情况来看，目标层段的断距尤其在与另一挟持断层接触段断距较小，大约为50 m以上的断距，因此，此断层的封堵能力相对F3断层是较强的（图9）。从断层两侧砂岩储层并置情况来看， H1砂层组上部储层、H2砂层组大部储层、H3砂层组上部大部储层砂体存在并置情况严重，这些并置的储层引起储层油气泄漏可能性 较大，而H4～H7储层砂体基本无并置情况（图10）。

图9 F98 断层断层落差图

图10 F98 断层两侧储层并置图

从断层泥比率和断层泥可支撑的烃柱高度图上，我们可以看出，由于此条断层的断距大于F3断层，在相同的储层砂体发育情况下，其侧向封堵能力是大于F3的，在断层泥比率图上，仅在H1第4套储层砂体位置上，断层泥比率低于10%，不能形成封堵，其它部位均大于此门槛值，具有一定的封堵能力（图11）。从断层泥可支撑的烃柱高度图可看出（图12），在2 300 ms以上可支撑的烃柱高度为18 m、在2 320～2 400 ms处可支撑的烃柱高度达到30 m、在2 500～2 600 ms处达50 m、在2 600 ms以下可支撑的烃柱高度达到58～60 m，同等埋深下其封堵能力都是大于F3断层的。也就是说，F3断层是侧向封堵能力弱的断层，而按木桶原理，F3断层的封堵能力决定Z构造的有效圈闭幅度。

图11 F98断层泥比率图

图12 F98 断层泥比率可支撑烃柱高度图

3.4 有效圈闭面积分析

以T25构造层深度图为例，对各层的有效圈闭进行了分析（图13）。Z构造高点在西南夹角处，在断块中部还存在一个与夹角处不完全连通的单独的构造高点，此高点低于西南角。

图13 Z构造有效圈闭分析

对于H1～H2砂层组，F3断层支撑烃柱高度在30 m时，有效圈闭见红线圈闭范围，南部和中部两个圈闭加起来的面积为9.3 km2（6.6 + 2.7，图中红线）；H3～H4砂层埋深时，断层的烃柱高度达到45 m ， 此时的有效圈闭为图上绿线所示，南北两圈闭总的有效圈闭为9.8 km2（6.6 + 3.2，图中绿线）；对于H5及其以下花下段储层对应断层泥可支撑的烃柱高度为60 m，此断层封堵能力有所增大，这时圈闭的有效范围南北两块加起来为11.6 km2（6.6 + 5.1，图中粉红线）

4 结论

利用Traptester软件对西湖凹陷Z构造F3、F98断层的封堵性各参数的计算，综合研究结果分析表明：

（1）F3断层H1上部和H3封堵能力较弱，其它部位封堵能力较强，F98断层 H1封堵能力较差，其它部位封堵能力较好。

（2）同等埋深下F98断层封堵能力大于F3断层，说明F3断层侧向封堵能力较弱，按木桶原理，F3断层的封堵能力决定Z构造的有效圈闭幅度。

（3）对于H1～H2砂层组，F3断层支撑最大烃柱高度为30 m，中部和南部有效圈闭面积共为9.3 km2；H3～H4砂层组，最大烃柱高度达到45 m，有效圈闭面积为为9.8 km2； H5及其以下花下组地层的储层，可支撑的最大烃柱高度为60 m，圈闭的有效面积为11.6 km2。

由此分析可见，在推测断层支撑最大烃柱高度圈闭范围内有效性高，可考虑钻探，如设计井位A3 井，成功机率较大。

参考文献：

[1]赵密福，李阳，李东旭，等.泥岩涂抹定量研究[J].石油学报，2005，26（1）：60-62.

[2]BOUVIER J D，KAARS-SIJPESTEIJN C H，KLUESNER D F，et al. Three-dimensional seismic interpretation and fault sealing invesdgations，Nun River field，Nigeria[J]．AAPG Bulletin，1989，73（11）：1397-1414．

[3]YIELDING G ， FREEMAN B ， NEEDHAM D T . Quantitative Fault Seal Prediction [J]. AAPG Bulletin ， 1997 ， 81（6） ：897-917.

[4]崔艳敏，陆正元，钟伟.肇州油田芳169区块断层封堵性研究[J].岩性油气藏，2008，20（3）：83-88.

[5]KNIPE R J．Juxtaposition and seal diagrams to help analyze fault seals in hydrocarbon reservoirs[J]．AAPG Bulletin，1997，81（2）：187-195．

Study about the Sealing Capability of Faults in Z Structure of Xihu Depression

YIN Chunlei
（Institute of Exploration and Development, SINOPEC Shanghai Offshore Oil & Gas Company, Shanghai 200120, China）

Abstract：Z structure of Xihu depression is controlled by fault F3 and fault F98. Therefore, it is necessary to conduct study on the fault sealing capacity in order to make sure whether these two faults are favorable for hydrocarbon preservation. At the same time, through study on fault sealing capacity, the effective area of the trap can be determinated, which can provide the foundation for the planning of well location. It is found through study that the sealing capacity of fault F3 at the top of sand layer H1 and sand layer H3 is weak, and is stronger in other place. The sealing capacity of fault F98 at the top of sand layer H1 is weak, and is stronger in other place. In addition, the sealing capacity of fault F98 is stronger than fault F3 at the same depth, which means that the lateral sealing capacity of fault F3 is weaker than fault F98. Base on the Cannikin Law, the effective trap closure of Z structure is decided by the sealing capacity of fault F3.

Keywords ：fault sealing; SGR; hydrocarbon column height; effective trap

中图分类号：TE122.3

文献标识码：A

DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2016.01.012

文章编号：1008-2336（2016）01-0012-05

收稿日期：2015-09-06；改回日期：2015-12-02

作者简介：尹春蕾，女，1987年生，工程师，2010年获吉林大学硕士学位，主要从事物探解释方面工作。