复杂断块油田断层快速精准定位方法研究

李晓娜 杨滔 张云 陈琦

摘 要：复杂断块油田由于断层极为发育，切割关系复杂，给构造研究带来较大的困难，其储量规模受断层控制.在开发中要合理动用该类油藏，必须精细刻画断层的平面展布特征，为开发井的部署提供依据.根据井型不同，断层类型不同，斜井轨迹沿构造的高低，通过公式法总结了12种模式来精准定位断层在平面上的位置.依靠研究成果，2018—2019年，在WJ油田部署了39口井，累计产油3.25×104 t，平均日产油3.5 t，取得了良好的开发效果，为该类油藏的动用提供了技术支撑.

关键词：复杂断块；平面展布特征；12种模式

中图分类号：TE347

文献标志码：A

文章编号：1004－5422（2023）03－0330－07DOI：10.3969/j.issn.1004-5422.2023.03.017

0 引 言

随着盆地油气勘探与开发向更复杂和更深入的方向发展，近年来，发现的隐蔽油气藏所占比重加大，而在这些隐蔽油气藏中，小断块油藏是重要的组成部分，勘探开发潜力巨大.精细描述复杂断块是摆在国内外地质开发工作者面前的一道难题.复杂断块油田通常含油面积较小且形态不规则［1-5］，其储量规模受断层控制，在开发中要合理利用该类油藏，精细刻画断层的剖面、平面和断面等特征，理顺其空间展布及交切关系.对于复杂断块油田，尤其是对于低缓断层控制的反向窄条状屋脊断块油藏和在主断裂由于走向扭动形成的断面转弯处形成的油藏，如何精准定位断层位置并定向钻穿各油层高点部位一直是研究的难点［6-8］.因此一种利用公式法快速精准定位不同类型正断层位置的方法，对于断块、断鼻及断层+岩性油藏的开发具有十分重要的意义.目前公式法定位断层所选取的参照井为直井，对于缺少直井的地方，难以对断层进行定位，影响定位精度.本研究以复杂小断块油田WJ油田为例，分析精准定位断层位置的方法.

1 研究区概况

泌阳凹陷是南襄盆地中的一个中新生代富含油气的次级小型断陷，面积约1 000 km2.凹陷被北西向栗园—唐河断裂和北东向栗园—泌阳断裂所挟持，形成南深北浅的箕状凹陷.构造格局大体可划分南部陡坡带、中部深凹带和北部斜坡带，局部构造以鼻状构造为主，背斜构造较少.北部斜坡带存在一系列面积较大的鼻状构造，且断层发育，将这些鼻状构造切割成多个断鼻断块.中部深凹带构造简单，断层稀少；凹陷内的局部构造多向深凹陷倾没，分布在生油区内或邻近生油区，为形成各种类型的油气藏提供了良好的构造背景.

WJ油田位于泌阳凹陷北部斜坡外带中段，物源主要来自东北部侯庄的辫状河三角洲砂体和西北部的张厂辫状河三角洲砂体，该油田断层发育，构造破碎，总体上为一向东南倾没的宽缓的鼻状构造，由于受北东向和北北东向正断层切割，形成了一系列由西南向东北逐渐抬升的单斜构造.纵横交错的断层把油田切割成253个断块，其油层上倾方向均为被断层遮挡形成的圈闭.含油面积大于1 km2的断块有6个，储量占油田总储量16.5%；0.4～1 km2的断块有27个，储量占油田总储量42%；0.2～0.4 km2的断块有26个，储量占油田总储量12.4%;小于0.2 km2的断块有194个，储量占油田总储量27.2%.断块油藏之间含油气富集程度差异大，油水关系复杂.

2 断裂特征

WJ油田主要发育北东及北东东走向为主的9条正断层，断距一般比较大，在50～360 m之间，断层延伸距离也比较长，为5～10 km.这些主控断层在WJ东部倾向北西，而在WJ西部倾向南东，形成了轴部鼻状隆起的一个较大规模的地堑.

剖面上，傾向北西和倾向南东的2组断层断面清晰，断层在剖面上呈“y”字型分布，相向倾斜，以核部地堑为中心向东西两侧呈放射状分布（见图1）.

平面上，2组断层以鼻状构造的轴部为中心呈雁形式排列，向南延伸至深凹区.自北向南断层走向由北东逐渐变为北东东向.由于廖庄组沉积末期，北部斜坡发生的强烈抬升运动和2条边界断裂的活动使WJ油田形成了一种张扭性应力场，形成了“y”字型切割关系的正断层.

该区断层发育具有以下几个方面的特点.

1）断层多期次、密度大：断层多而密集，横向上，在WJ油田1条9 km的地震剖面上，发育有断层27条，断层密度大；纵向上，多数钻井钻遇2条以上断层，EW25井上钻遇7个断点，且多期断层相互交织，形成复杂的断裂体系.

2）断裂构造样式多：在处于区域引张伸展应力场基本背景下，同时存在扭动和挤压应力环境.因此，不仅发育大量张性断裂，构成“叠瓦状”和“阶梯状”断裂构造样式；同时，也存在扭动断裂体系，构成“负花状”和“雁列式”断裂构造样式.

3）断块破碎：圈闭类型主要以2条以上断层控制的小断块为主，油气藏也以小型和特小型油藏为主，平均断块大小在0.1～0.3 km2范围内，最小为0.05 km2.

4）断层识别难度大：由于受地表和地下复杂地质条件的影响，深层系地震资料品质整体较差，目的层地震反射轴频率和分辨率都较低，断层隐蔽性强，识别难度大.

3 油藏类型

北部斜坡带在鼻状构造的背景上，北东走向的断层与垂直走向的砂体的良好配置易形成断层+岩性复合圈闭油藏.在断裂转折带区域，平面上发育弧形断层，易形成断鼻圈闭.其中，断层+岩性复合油藏为主要油藏类型，占总储量82%，断鼻断块油藏占总储量的18%.

4 公式法定位断层

公式计算法是利用完钻井实钻断点数据、井轨迹到断层方向的地层（视）倾角、断层（视）倾角和斜井断点到目的层平面位移等地质参数，计算出断层在不同顶面构造上相应的位置.该方法一般应用于井控程度较高的油气藏，解决构造恢复与油藏描述等相关问题［9］.结合该方法在不同断层钻遇状况下的应用情况，本研究共总结了12种模式（见图2）.其中，模式1（参照井为直井，钻穿反向正断层，目的层未缺失）和模式3（参照井为直井，钻穿反向正断层，目的层缺失）是目前断层定位的常用方法，但是地下断层钻遇情况复杂，因此本研究在此基础上又新增了10种模式，进一步推进了断层定位方法的研究.

4.1 地层视倾角与断层视倾角的确定

对于钻探程度较高的区域地层视倾角可通过构造图进行计算，断层视倾角可以通过断面图计算.值得注意的是，如果断层或者地层倾角在平面变化较大，计算时为减小误差，须选取参照井附近断层区域的地层和断层产状.井控程度较低区域地层或断层视倾角可参考地震解释结果.

4.2 不同情况下的公式应用

如要确定某顶面构造图中参照井到断层的距离，根据井型不同，断层类型不同，斜井轨迹沿构造的高低，对应断层的钻遇情况的12种模式，有12个公式可以精准定位断层的平面位置.井型主要有2类，分别是直井和定向井，断层类型指的是参照井与断层之间钻穿关系.当参照井为直井时，钻穿关系包括有钻穿同向正断层和钻穿反向正断层；当参照井为定向井时，钻穿关系包括有定向井轨迹从低到高钻穿反向正断层、定向井轨迹从高到低钻穿反向正断层、定向井轨迹从低到高钻穿同向正断层、定向井轨迹从高到低钻穿同向正断层，以及对应的目的层缺失情况.当参照井为直井时，其对应的断层定位模式只与断层视倾角α、地层视倾角β和断点距离目的层垂向距离H有关；当参照井为定向井时，其对应的断层定位模型除了与上述因素有关外，还与定向井断点到目的层水平位移a有关.

以模式1与模式5举例说明公式推导过程.

具体而言，当参照井为直井时，钻穿反向正断层示意图（模式1）如图3所示.

由图3可知，参照井在目的层顶面构造图上沿剖面线方向距断层距离L与断层视倾角α、地层视倾角β和断点距离目的层垂向距离H之间的关系为，

模式1的推导过程如下：

利用断面图和构造图可分别得到断层视倾角α与地层视倾角β的关系为，

从该关系中可以得到断层定位公式.

参照井为定向井时，定向井轨迹从低到高钻穿反向正断层示意图（模式5）如图4所示.

由图4可知，定向井顺向钻穿反向正断层的断层定位公式为，

模式5的推导过程如下：

利用断面图和构造图可分别得到断层视倾角α与地层视倾角β的关系为，

从该关系中可以得到断层定位公式.

其他10种模式的具体推导过程与模式1和模式5类似，不再具体说明.12种断层定位模式如下：

1）参照井为直井，钻穿反向正断层，目的层未缺失，见图2中模式1，公式为，

2）参照井为直井，钻穿同向正断层，目的层未缺失，见图2中模式2，公式为，

3）参照井为直井，钻穿反向正断层，目的层缺失，见图2中模式3，公式为，

4）参照井为直井，钻穿同向正断层，目的层缺失，见图2中模式4，公式为，

5）参照井为定向井，轨迹从低到高钻穿反向正断层，见图2中模式5，公式为，

6）参照井为定向井，轨迹从高到低钻穿反向正断层，见图2中模式6，公式为，

7）参照井为定向井，轨迹从高到低钻穿同向正断层，见图2中模式7，公式为，

8）参照井为定向井，轨迹从低到高钻穿同向正断层，见图2中模式8，公式为，

9）参照井为定向井，轨迹从低到高钻穿反向正断层，目的层缺失，见图2中模式9，公式为，

10）参照井为定向井，轨迹从高到低钻穿反向正断层，目的层缺失，见图2中模式10，公式为，

11）参照井为定向井，轨迹从高到低钻穿同向正断层，目的层缺失，见图2中模式11，公式为，

12）参照井为定向井，轨迹从低到高鉆穿同向正断层，目的层缺失，见图2中模式12，公式为，

式中，L为平面图上参照井距离断层任意方向距离，方向选取不一样L的计算结果也不同;H为 断点距离目的层垂向距离，对于目的层缺失，此时H需根据直井地层趋势推测目的层到断点下第1个小层的距离;α为断层视倾角；β为地层视倾角；a为 参照井断点到目的层水平位移.

5 精准定位EW23断块f7号断层

WJ油田EW23井区位于王集鼻状构造紧邻轴部的东翼.EW23井区断裂系统复杂，整个井区平面上发育主控断层f6、f7和f8号3条正断层，区内还发育有 f7-2和 f7-3号断层等五六级小断层.该区块f7号断层，紧邻鼻状构造轴部，走向扭动大，局部由北东向北东东偏转（见图5）.通过EW23井区构造剖面图（见图6）可以看出，EW23井区3条主控大断层纵向上相互切割；在浅部f7号断层平面展布为一弧形，和地层相配合，对油气聚集具有封堵和隔挡作用；而到深层系，f6号断层切割掉向相对的f7号断层，平面上只有f6和f8号断层发育，控制着深层系的东西两边含油边界.f7号断层有EW23和EW24等14口井钻遇，平面上呈弧形展布，纵向上上陡下缓，掉向西北，断距22～326 m，倾向315°～345°，倾角28°～47°;f6号断层有W7、EW23和EW24等16口井钻遇，掉向东南，断距55～195 m，倾向135°，倾角50°～52°；f8号断层有EW23和EW27等22口井钻遇，掉向西北，断距40～163 m，倾向320°，倾角23°～40°.EW23井区主要含油层位为H3Ⅳ3、Ⅴ5、Ⅵ1、Ⅵ3和Ⅵ4小层，油层埋藏深度为1 500～2 200 m，油层组合厚度3～12.5 m左右.油藏主要靠西北张厂砂体与北东向大断层f6、f7和f8号断层配置，或由候庄砂体转向后与北东向断层配置形成断块+岩性复合圈闭油藏.由于含油层段分散，断裂系统复杂，物性变化快，使得EW23井区油层叠合程度差，各油层含油边界不统一.

复杂断块油藏构造恢复的流程主要有以下4步：1）在研究内选取合理的闭合网状剖面作为开展研究的基干剖面；2）以井数据为基础，参考地震解释结果，按照断点组合的原则，对基干剖面上的断点进行初步组合，保证断点及地层均闭合，初步完成构造剖面；3）依据构造剖面，绘制断面图，研究主要断裂的空间形态，同时检查断层组合的合理性；4）在断点组合正确的基础上，利用构造图—断面图等深线交汇法构造剖面，恢复相应的各油组的顶

面构造在构造恢复的基础上，根据生产资料及油水关系，判断构造恢复的准确性.在研究复杂断块油藏时，本研究方法的应用可以实现利用公式法快速精准定位断层平面上位置.

5.1 确定剖面线

为了精准定位f7号断层平面位置，本研究利用公式法定位f7号断层在核三段Ⅳ顶位置 ，选取了10条剖面线（见图5），如果选取的参照井为斜井，则需要过斜井轨迹.

5.2 断层倾角和地层倾角的计算

沿剖面线方向地层视倾角可以根据图5构造图上高差和水平位移求得，断层的视倾角，可以根据断面图7求得.

5.3 应用效果

已知剖面线上参照井的断层倾角，地层倾角和断点距离目的层垂向距离H，斜井还要知道断点到目的层的水平位移，根据参照井井型不同，f7号断层的倾向与地层倾向相反，即反向断层，考虑斜井井轨迹沿构造的高低在该区域可以用公式（1）、公式（6）、公式（7）和公式（10）来精准定位f7号断层的平面位置，计算结果见表1.通过此方法，确定了WJ油田EW23断块H3Ⅳ顶构造中断层的具体位置（见图8），2018—2019年利用公式法精准落实了WJ油田的多条控油断层位置，在该油田部署了39口开发井，投产后累计产油3.25×104 t，日产油水平3.5 t.

6 结 论

复杂断块油藏油层形态及储量规模均受断层控制，精确定位断层位置可有效提高井网控制程度，提高开发效果.根据参照井井型不同，断层类型不同，斜井轨迹沿构造的高低，可以总结出12种断层钻遇情况的模式，并分别可以用公式精准定位断层的平面位置.

WJ油田EW23断块H3Ⅳ顶构造的应用实践表明，公式精准定位断层的方法可以精准落实断块油田控油断层的位置，为断块油田的后续开发提供重要支撑.

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（实习编辑：罗 媛）

Abstract：Complex fault block oilfields cause great difficulties for structural research due to their extremely developed faults and complex cutting relationship.The oilfields reserve scale is controlled by faults.In order to reasonably use this kind of reservoir in its development，the plane distribution characteristics of faults must be carefully characterized to provide basis for the deployment of wells.According to different well types，different fault types and the height of inclined well trajectory along the structure，this paper summarizes 12 modes by formula method to accurately locate the position of faults on the plane.According to the research results，39 wells were deployed in WJ oilfield from 2018 to 2019，with a cumulative oil production of 3.25 × 104t，with an average daily oil production of 3.5 t，which has achieved good development results and can provide technical support for the production of this kind of reservoir.

Key words：complex fault-block；the plane distribution characteristics；12 modes

作者简介：李晓娜（1973—），女，高级工程师，从事油气藏开发研究.E-mail：478859626@qq.com