埕岛油田低级序断层综合识别及其在注水开发中的应用

杨 彬，王优杰，杨鹏飞，武群虎，李琳艳

(1.中国石油大学(华东)，山东 青岛 266555；2.中国石化胜利油田分公司，山东 东营 257237)

0 引 言

埕岛油田位于渤海湾海域东南部，构造上处于济阳坳陷与渤中坳陷交会处埕北低凸起的东南端，西以埕北大断层与埕北凹陷相连，向东和东南分别倾没于渤中凹陷和黄河口凹陷，处于3个生油凹陷的包围之中(图1)。[1]构造上整体呈由南西向北东倾伏，坡度为1～5 °，地层相对平缓。埕岛油田自下而上钻遇地层包括太古界、古生界、中生界及新生界的沙河街组、东营组、馆陶组、明化镇组和平原组，主要产油层位为馆陶组上段的河流相沉积砂体，埋深为1 200～1 500 m，储集层高孔、高渗，属于典型的岩性构造层状油藏。埕岛油田的构造演化明显受到郯庐断裂带的影响，其在古生界稳定的克拉通盆地基础上，先后经历了印支期NNE—SSW向挤压、燕山早期NE—SW向拉张、燕山晚期郯庐断裂带左旋剪切应力和新构造运动期郯庐断裂带的右旋剪切应力，断层相对发育，并对油水系统的分布具有控制作用。前人对埕岛油田高级序断层的研究已经有了很清楚的认识：二级断层3条，为先挤压后拉张应力下形成的负反转断层[2]；三级断层10条；四级断层14条，均为走滑拉张应力下形成的构造调节断层。高级序断层对构造格局和油水分布具有明显的控制和切割作用，将埕岛油田划分为8个独立的开发区块。在开发区块内部，对于低级序断层的认识不清，刻画不准，很多井组存在很严重的注采矛盾，注采对应率较低。

图1 埕岛油田构造位置

低级序断层通常指由高级序断层派生的隐蔽性较强的四级、五级及以下级别断层[3]，其具有断距小(几米到几十米)、延伸短(不超过几百米)、采用常规单一手段难以识别等特点，并且容易与岩性的横向变化相混淆。低级序断层对于区域构造格局没有明显的控制作用，但在油田开发中，低级序断层很大程度上影响着注水开发效果及剩余油的分布规律[4-5]。低级序断层的识别和刻画对于研究砂体的横向连通性、圈闭封堵性、开发井网设计合理性[6]及剩余油的分布[7-9]等均具有至关重要的意义，特别是在油田开发中后期，随着油藏开发的深入，井网越来越密，低级序断层对于剩余油的分布和注采调整的影响作用也越来越大，低级序断层的研究已成为精细地质研究的重要内容。因此，有必要对低级序断层进行识别和验证，研究其在油田开发中的影响，指导剩余油挖潜，改善油藏开发效果。

1 低级序断层的识别和验证

埕岛油田馆陶组上段地层的纵向时窗范围为1 000～1 500 ms，强信号频谱主要集中在30 Hz左右，弱信号频谱主要集中在45 Hz。馆陶组地层砂泥岩速度差别不大，存在叠置现象，砂岩速度整体低于泥岩速度。正演结果表明，未经处理的地震资料只能识别断距大于10 m的断层，对于断距更小的五级断层或者更低级别断层的识别无能为力，并且低级序断层在地震剖面上常与砂体变化所造成断层假象混淆。因此，不仅要在提高地震资料分辨率的基础上综合利用多种手段识别低级序断层，还需要充分利用测井、生产动态等资料对断层进行验证。

1.1 断层的识别

提高地震资料的分辨能力是改善低级序断层识别精度的重要途径之一。采用地震拓频处理、构造导向滤波等叠后处理方法，对地震数据进行预处理。针对该区原始资料特点，拓频处理方法主要采用谱约束反褶积和时变反Q滤波技术，通过拓频处理，埕岛油田的地震资料优势频带拓宽14 Hz，有效频带拓宽18 Hz，主频提高8 Hz左右，目的层资料频带均大幅拓宽，在保护低频信号的同时提高了地震资料的主频。构造导向滤波处理则是在保持地震反射有效信息的基础上，抑制随机噪声，增强同相轴的连续性，使断面更加清晰[10-11]。

在此基础上，充分利用Petrel软件的蚂蚁体处理模块和3D功能，采用常规地震数据和蚂蚁体相互印证，剖面和切片相结合的方法对低级序断层进行识别(图2)。第1步，利用Petrel软件对蚂蚁体进行自动追踪断层，提取断裂碎片，去除干扰碎片，并对提取结果进行筛选[12]；第2步，加密纵、横测线解释密度，根据相邻剖面的相似性，在剖面上描述每条断层的位置，对断层的位置、延伸长度和组合方式进行仔细研究，实现断层的剖面合理组合；最后，对多个层位的断裂系统进行叠合，检验断层平面组合和断面空间展布的合理性。

图2 埕岛油田蚂蚁体、地震剖面与等时切片交会图

1.2 断层的验证

通过蚂蚁体和常规地震剖面结合的方法能有效识别绝大多数低级序断层，有效避免了人工解释过程中一些小断层的漏失，但其解释结果仍存在多解性。砂体的尖灭、相变及泥岩层的塑性变化也会使同相轴发生扭曲、合并，形成类似低级序断层的假象。同时，地震数据具有横向分辨率高、纵向分辨率低的特点，只应用地震数据来确定断距存在很大的误差，而测井资料横向分辨率虽然低于地震数据，但其纵向分辨率远远高于前者，通过测井资料能识别出垂直断距小于5 m的断层，其对于断距的确定也比前者精度更高[13-14]。在应用各种地震资料解释断层的基础上，结合测井资料进行精细地层对比和动态分析可以有效验证断层的存在。其中，利用动态分析法只能确定具有封堵性质的断层的存在，对于剖面上未完全错断的砂体和平面上未完全切割砂体的小断层的存在还需要进一步分析和研究。

2 低级序断层的发育特征

埕岛油田低级序断层主要是在新构造运动期郯庐断裂带的右旋剪切应力环境下形成的，统计分析结果表明，研究区共识别出195条低级序断层，倾角大于55 °的约占66.7%，这些高角度断层能反映出强烈的走滑性质。断层的倾向没有明显的规律，3条二级断层倾向为南西向，三、四级断层倾向主要是北北西和南南东向，低级序断层主要分布在高级序断层的附近，受高级序断层的控制，走向多为北东和南西向，基本与高级序断层呈平行或垂直。相比于高级序断层，研究区低级序断层发育规模小，活动性弱，这主要体现在断距小、断层横向和纵向延伸短，与高级序断层在剖面和平面上呈现了多种不同的组合样式。

埕岛油田的低级序断层主要分为拉张正断层、拉张-走滑断层和走滑断层3种类型(表1)。拉张正断层主要分布在高级序断层的上盘，是在区域拉张应力下[15]，由于高级序断层的活动而在其下降盘产生局部拉张应力场，下降盘地层破裂而形成。这些断层在平面上往往与高级序断层近于平行或呈很小的锐角，在尾部二者可合并；剖面上，与高级序断层倾向相同或相反，并向下收敛于高级序断层，形成地堑型、地垒型、阶梯型等组合形式。拉张-走滑断层和走滑断层则主要分布在高级序断层的两侧，其中，拉张-走滑断层是由于高级序断层活动而导致下降盘地层遭受连续破坏而产生的次生断裂，与拉张正断层的区别在于，其剖面上虽然表现为正断层，但可与高级序断层构成负花状断裂组合，平面上多呈帚状排列。走滑断层是在区域剪切应力环境下高级序断层的派生断裂，产状陡，延伸远且较直，倾向变化频繁，与高级序断层呈锐角相交，呈斜列状排列[16]。

表1 低级序断层基本特征

3 在注水开发中的应用

随着油田注水开发的不断深入，含水率越来越高，需要地质研究越来越精细，低级序断层的研究也越来越重要[17-19]。由于前期对埕岛油田低级序断层的分布特征、组合样式等认识不清，在之前的油藏开发过程中出现注采对应矛盾或者油水分布矛盾时，往往将原因归结为地层对比不准、砂体尖灭、隔夹层发育等因素，并未考虑到低级序断层的影响，从而导致这些矛盾无法得到有效解决。对埕岛油田低级序断层的识别和研究是解决注采对应矛盾[20]、研究油水关系、分析剩余油分布[21-22]等问题的有效手段。

3.1 解决注采对应矛盾

埕岛油田西北区断层发育，在断层的控制下，形成了相对独立的油水系统。埕北4A井组位于该区块的东部，近几年的开发过程中发现，埕北4A-6和4A-7井存在严重的注采不匹配。埕北4A-7井为该井组一口采油井，之前射开层位为下层系的Ng56-1和Ng56-2。2014年对该区块进行井网加密调整，为了提高储量动用率和井网注采对应率，对Ng31层进行补射，并利用埕北4A-6井对其注水。埕北4A-6井Ng31层的油水界面为-1 248 m，属于边外注水。埕北4A-7井于2014年8月开始生产Ng31层，到2015年12月，油井压力由4.2 MPa下降至1.6 MPa，日产液由105.9 t/d下降至65.7 t/d，日产油由43.5 t/d下降至16.4 t/d。4A-6井相关流量测试结果表明，Ng31层相对吸水百分比一直稳定在30%以上。以上情况表明：4A-6井注水后，4A-7井并未受效。2016年1月对4A-7井进行检泵作业，作业之后由于压降太大仍无法正常生产。在储层变化分析的基础上，利用蚂蚁体技术在4A-6井和4A-7井之间识别出一条低级序断层(图3)，该断层具有很好的渗流遮挡作用，从而导致砂体连通性变差，将该井区分割成2个独立的油水系统，合理地解释了这2口井注采不对应的问题。针对上述情况，计划对4A-6井Ng31层卡封，将4A-2井的Ng31层补孔，给4A-7井注水，预计能有效缓解该井区的注采对应矛盾。

图3 埕岛油田西北区4A井组Ng31层小层平面图

3.2 研究油水关系

埕岛油田北区Ng1+23层是主力产油层，反演结果和常规地震剖面显示，该层砂体连续性较好，平均厚度在5 m左右，该层石油地质储量为300余万吨，占该区储量的17.6%。该层油水关系一直存在矛盾，区块东部和西部的油水界面存在较大落差。2015年开始对北区进行井网加密调整，结合新钻井资料，对油水分布的研究和认识也越来越清楚，东部油水界面为-1 270 m，西部油水界面为-1 250 m，东西部油水界面相差20 m(图4)。前人在该区解释出6条高级序断层(4条三级断层，2条四级断层)，走向都为近东西向，后期通过对低级序断层的识别研究，发现在东西部之间存在一些走向近南北向的小断层。这些小断层组合在一起，控制了油水分布，将Ng1+23层砂体分割为2套不同的油水系统，有效解释了东西部油水关系的矛盾。

3.3 分析剩余油分布规律

断层是注水开发中流体渗流和水压传导的屏障，因此，在断层附近往往会形成剩余油富集区。断层对剩余油分布的影响主要体现在2个方面：①由于断层或断层组合的直接遮挡作用[23]，使剩余油在局部富集；②由于断层错断，使上升盘产生正牵引作用或者下降盘产生逆牵引作用，可能在对应盘紧邻断层处形成正向微构造，形成剩余油的富集区。因此，在平面上高剩余油饱和度分布区域绝大多数与断层面相邻，纵向上沿断层附近往往会形成高剩余油富集层的叠置，形成剩余油富集区，这些剩余油富集区是以后井网调整加密的主要指向区。

图4 埕岛油田北区Ng1+23层小层平面图

4 结 论

(1) 低级序断层的识别不能仅靠常规单一的手段，蚂蚁体技术虽然相比于其他方法识别精度更高、人为干扰因素少，但识别结果存在一些“假断层”，通过精细地层对比和动态开发数据等资料，对低级序断层进行验证，是不可缺少的重要环节。

(2) 埕岛油田在新构造运动期郯庐断裂带的右旋剪切应力环境下，低级序断层可以分为拉张正断层、拉张-走滑断层和走滑断层，其分别与高级序断层形成了不同的组合样式。拉张正断层形成了地堑、地垒及阶梯状等组合，拉张-走滑断层形成了反映走滑性质的负花状构造，走滑断层则呈斜列状分布在高级序断层的一盘。

(3) 低级序断层的解释有效解决了埕岛油田部分井组的注采对应问题和部分层位的油水关系矛盾，并对剩余油分布规律的预测以及提高注水开发阶段的采收率均具有重要意义。