断层侧向封闭性评价方法研究毕业设计论文(编辑修改稿)

断层侧向封闭性评价方法研究毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

图 21 断裂 带内部结构及封闭机理模式图 （ 2）破碎带 破碎带为与断层形成统一应力场和活动派生的应力场中形成的大量裂缝切大庆石油学院本科生毕业设计 （论文） 12 割围岩部分，因此具有比围岩更高的渗透性。 如果不考虑胶结作用 和成岩作用的影响 ，断层核渗透性往往比破碎带低得多 (付晓飞，方德庆，吕延防 等 ， 2020；Chester， Logan， 1986。 Scholz， Anders． 1994。 熊永旭 等． 1978。 Smith、 Forster、Evans， 1990。 Andersson、 Ekman、 Nordqvis、 Winberg， 1991)， 断层核表现为特低孔特低渗的特征， 破碎带由于大量裂缝的发育渗透性大大提高（图 21）。 断层侧向封闭机理及封闭类型 断层侧向封闭机理主要为薄膜封闭（ Membrane seal）即毛细管封闭(Hubbert． 1953。 Smith， 1966。 Engelder， 1997。 Smith， 1980)（图21） ，因此断层岩性质和两盘对接情况是决定断层封闭能力的关键因素。 基于断层封闭机理的认识， 断层封闭可以划分为 三型五类（图 22）： 图 22 断层侧向封闭类型及影响因素 大庆石油学院本科生毕业设计 （论文） 13 对 接封闭（ Juxtaposition seal） (Smith， 1995。 )： 其是指储层砂岩对接于低渗透性或非渗透性岩层所形成的封闭。 无论断裂带内部结构如何，无论断层核中断层岩性质如何，只要断层一盘渗透性地层与另一盘非渗透性地层对接，断层侧向是封闭的，这种模式适用于正、逆和走滑断层，也适用于各种沉积环境地层。 断层岩封闭（ Fault rock seal）： 断裂变形过程中卷入断裂带中并受变形影响形成的岩石，包括三种类型：一是碎裂岩封闭（ Cataclastic rock seal） （ Knipe， 1992a， 1992b） ：碎裂岩形成于粘土含量低、纯净的砂岩中（泥质含量不超过 15%），碎裂岩起因于破裂作用、颗粒磨擦滑动以及伴随有粒径减小的孔隙的崩塌 （ Knipe， 1992a， 1992b）。 碎裂岩破碎程度往往不足以产生高排替压力，只有随着埋藏深度的增加，石英压溶胶结可能使碎裂岩产生比围岩更低的物性特征。 石英压溶胶结取决于变形的温度、压力条件，主要的控制因素还是温度，普遍的结论是石英压溶胶结的温度大于80℃－ 90℃。 二是层状硅酸盐 框架断层岩（ Phylloslicateframe rock seal）：是由含一定层状硅酸盐不纯净砂岩的变形而形成的（泥质含量为 14（ 15%）－ 40％（ 50%））（ Knipe， 1992a， 1992b， 1997） ，由层状硅酸盐与框架石英混合形成的断层岩。 这些互相联结的微观泥质带可能具有与粘土封堵相似的特性，其封闭性是受变形层状硅酸盐的连续性和结构控制的，并不一定像泥岩涂抹那样要求厚而且塑性较强的粘土地层单元。 三是 泥岩涂抹封闭（ Clay smear seal） （ Knipe， 1992a， 1992b； Sverdrup，1997； Weber， 1975； Bouvier， 1989； Lehner， Pilaar ， 1997； Doughty， 2020；Aydin， Eyal， 2020； Clausen， Gabrielsen， 2020） ：泥岩涂抹是在断层在活动过程中，由于巨大的构造应力和上覆岩层重量的作用，在断层两盘削截砂岩层上形成一个薄薄的泥岩层，由于泥质颗粒侵入到砂质颗粒中，而且发生了动力变质和重结晶作用，使其成分均一化，物性明显降低，故具有非常高的排替压力，对被涂抹砂层中的油气起到侧向封堵作用。 Lindsay 等（ 1993）通过野外露头观察认为泥岩涂抹主要有三种类型：即研磨型（ Abrasion smear）、剪切型（ Shear zone smear）和注入型（ Injection smear）。 泥岩剪切强度和含水量是泥岩涂抹形成的主要控制因素 （ Bouvier， 1989； Lehner， Pilaar ， 1997； Doughty， 2020；Aydin， Eyal， 2020） ，其形成于同生断裂中，且埋藏深度不超过 50m［ 80］，但在固结成岩泥岩中的断裂作用也发育泥岩涂抹 （ Clausen， Gabrielsen， 2020；Knipe， 1998； Childs， Walsh ， Watterson， 1998）。 无论哪种 类型的泥岩涂抹，只要连续分布，就能对储层中油气具有封闭作用。 胶结封闭（ Cemented seal）： 断裂带形成后被后期胶结物充填，造成断裂带渗透性降低形成封闭条件，常见的胶结作用有：碎裂岩深埋石英压溶胶结、深部热液胶结和沥青塞作用等。 大庆石油学院本科生毕业设计 （论文） 14 除了胶结作用之外，岩性对接封闭和断层岩封闭性受控于断移地层岩性及断层规模，因此合理预测断层两盘岩性对接及断裂带填充物泥质含量成为断层侧向封闭性预测的核心内容 大庆石油学院本科生毕业设计 （论文） 15 第 3 章 断层侧向封闭性影响因素分析 断层侧向封闭性评价存在很多不确定性因素，这些不确定性因素极大影响断层的侧向 封闭能力，因此深入剖析这些因素，对正确评价断层的侧向封闭性具有重要的意义。 地层岩性特征和断距 地层岩性特征和断距是控制断裂带中泥质含量及封闭能力的主要因素。 这里所涉及的地层岩性特征主要指断移地层的砂泥比。 砂泥比值为某一层段内砂岩层总厚度与泥岩层总厚度的比值。 不难想象，如果为断层所错动的地层中砂泥比值较高，泥岩层对置的可能性就一定很小，断裂充填物的性质也以砂质为主。 在较高的砂泥比条件下，断层的封闭能力必然较低，因此当砂泥比值高到一定程度时，无论其它条件如何，断层都不具封闭能力。 断距也是影响封闭性的一 个主要因素，断距大小直接影响着泥岩涂抹的连续程度和涂抹的厚度，可以定性理解为断距越大涂抹越不连续，同时涂抹厚度越小，那么断层的封闭能力也就会随之下降。 断层封闭性定量评价的基础是断裂泥比率的计算， 目前存在多种计算方法（ SSF—— Shale Smear Factor、 CSP—— Clay Smear Potential 和 SGR—— Shale Gouge Ratio）（图 313），地层岩性特征和断距是影响断裂带中断层泥比率的关键因素。 泥岩厚度和断距共同约束断层泥比率的大小，断层泥比率与泥岩厚度、断距不存在单因素 的 相关关系。 野外定量表征这些计算方法，结果与实际测试的断裂带中泥质含量误差最小的为 SGR（图314），因此选择 SGR为预测手段。 图 31 断裂带中泥岩涂抹规律计算方法 大庆石油学院本科生毕业设计 （论文） 16 断层带厚度与后期充填物性质 毛细管压力大小、毛细管阻碍流体运移的程度是和断层带厚度成正相关的(Scholz， 1987。 Evans， 1990。 Knott， 1994。 Childs等人 ， 1997。 Sperrevik等人 ， 2020)。 断层带厚度这一因素是非常重要的，特别是在没有泥岩涂抹的位置，带内多个主滑动面和混杂的岩性将会大大改善断层封闭能力（ Roald和 F230。 rseth，2020）。 断裂充填是一种普遍的地质现象。 如果断裂充填物以泥岩为主 ， 由于其很高的排替压力使其具有很好的侧向封闭性 ， 并且也有很好的垂向封闭性。 由此可形成断层的垂向与侧向双重封闭性。 但如果断裂充填物以砂质为主 ， 且其排替压力不比目的盘储层排替压力高 ， 则该充填物不具备侧向封闭性 ， 同时也不具垂向封闭 性。 如果断裂充填物以砂质为， 但后期由于地层水的矿化作用 ， 使得原生孔隙被 次生矿物所充填 ， 或者由于石油沿其运移的过程中的降解作用 ， 也会形成断裂充填的封闭。 如果充填物具封闭性 ， 与目的盘砂层对置的断层另一盘为泥岩层，泥岩层可增强断裂充填的封闭能力 ， 减少油气侧向穿断层运移的风险 断层埋藏深度 多个盆地的研究结果表明，埋深对封闭性影响很大，同时深度越深对封闭性的影响越大 (Hindle， 1989。 Knott， 1993。 Gibson， 1994。 Hesthammer 等人 ， 2020。 Sperrevik 等人 ， 2020。 Yielding， 2020。 Bretan 等人 ， 2020)。 随埋深的增加，物理和化学方面的作用（压实和交结）都会产生孔喉半径减小、毛细管压力升高。 在埋深超过 3000米，或温度大于 90176。 C时，石英会发生结晶，从而增加断层的封闭能力 (Fisher和 Knipe， 2020)。 由于在埋深很大时，其他因素对封闭性的增强影响较涂抹而言不容忽略，因此即使深部和浅部的 SGR值相同，深部的断层封闭能力也会强于浅部。 断裂变形与埋藏史的关系 断裂变形发生的时间与埋藏的历史匹配关系有 2种类型： 第一种是早期断裂变形之后深埋形成断层岩，之后在埋藏过程中发生与围压大致相同的成岩作用 ，变得越来越致密，封闭性能有逐渐增强的趋势。 早期伸展后期没活动的断裂系统普遍具有这种特征，这类断层具有较强的侧向封闭能力。 第二种是早期深埋晚期断裂变形（未抬升），该类断层变形特征取决于岩石力学特征，塑性泥岩依然产生泥岩涂抹， 相应形成较强的封闭能力； 脆性砂岩多被研磨破碎 ，断裂带孔渗较高，相对的封闭能力较差。 大庆石油学院本科生毕业设计 （论文） 17 断层后期活动的影响 早期活动的断裂晚期再活动时，对早期形成的断层岩有改造和破坏的作用，主要有两个方面：一是早期形成的泥岩涂抹，由于后期活动断距增大，从而将泥岩涂抹拉断（吕延防等， 2020）；二是 早期形成的断层岩在晚期活动时产生裂缝，成为油气的运移通道（ RDR公司， 2020， 2020）。 因此早期形成的断层岩在晚期活动时容易被破坏，断层封闭性变差。 另外，我们可以利用原地压力状态的方向和大小、空隙压力、和断层几何形态来推测关键断层复活的可能性 (Bailey 等人 ， 2020)。 将要活动的断层，其内部的压力状态是不稳定的，很可能会将部分压力传给烃类。 相比较而言，稳定的断层更可能出于封闭状态 (Bola’ s and Hermanrud， 2020。 Wiprut and Zoback，2020。 Jones and Hillis， 2020)。 大庆石油学院本科生毕业设计 （论文） 18 第 4 章 断层侧向封闭性评价方法 定性评价方法 利用 Knipe 图解和 Allan 图定性评价断层侧向封闭性方法 对于研究区内以岩性对接为主要侧向封闭类型的断层，其断层侧向封闭能力取决于断层两盘的岩性 对接 关系，因此，我们可以利用 Knipe 图和 Allan 图对其进行断层侧向封闭性研究。 一、 Allan 图基本原理 1989 年， Allan 在研究墨西哥湾沿岸三角洲油气与构造关系的过程中提出了断层构造内油气运移和圈闭模式，以预测哪一类闭合度构成圈闭的可能性大以及这些圈闭所能容 纳的油气数量，开启了断层封堵评价的先河。 Allan 在其断层研究工作中提出了著名的 Allan 图，又称“断面图”。 断层错断岩层时，沿断层走向断距是变化的：断裂中心断距最大，向两侧逐渐减为零。 我们可以依据地震解释数据中断层断距的变化及断层两侧岩性关系，将上下盘同时投影到断层面上，就形成了 Allan 图（图 41）。 通过绘制 Allan 图，我们可以清楚的知道断层两侧的岩性 对接 关系。 图 41 断层在三维空间中的形态及 Allan图 二、 Knipe 图解基本原理 1992 年， Knipe 在研究北海 ULA 油气田时，对 Allan 图作了改进，采用断层upt hr o wndo wnt h rown(afte r A lla n, 1989)大庆石油学院本科生毕业设计 （论文） 19 面的实际形态作图，并在计算机上得到了实现。 紧接着， Knipe 等提出了传统三角图，在传统的三角图上除了绘出断层上下盘的岩性外，还用 x 轴表示了断层断距的变化。 其优点是它能对断距不同断层的 对接 关系和封堵性进行快速的初步评价。 尽管如此， Allan 图和传统三角图都只考虑了断层两侧地层的岩性 对接 关系，只能是一种定性的评价方法。 1993 年，由 Knipe 等对三角图进行了改进，改进后的三角图不仅考虑岩性、断距，而且考虑断层涂抹封堵，使断层封堵分析 向定量研究迈进了一步。 图 42 Knipe图解与实际断层面上两盘岩性对接关系对比（据 Knipe， 1997） Knipe 图解是以单井资料为基础，编制的理想状态下岩性 对接 及封堵图， X（水平）轴代表断层垂直断距的变化。 图 42所示的这种图表明一条伸展断层，其下盘地层保持水平，上盘地层保持倾斜， 对接 图的这种视角。