断层的封闭性研究综述

断层的封闭性机理研究

中国石油大学（华东）

目录

第1章前言 (1)

1.1 研究的目的和意义 (1)

1.2 国内外研究现状 (1)

1.2.1断层的封堵原理 (1)

1.2.2 断层的封闭机理研究 (1)

1.2.3 地层封闭性评价 (2)

第2章断层的封闭机理 (6)

2.1 对接封闭机理 (6)

2.2 断裂带高排替压力封闭机理 (7)

2.3 泥岩涂抹形成的封闭机理 (9)

2.4 断层面紧闭封闭机理 (10)

2.4.1 断面压力 (10)

2.4.2 断面产状 (11)

第3章综合评价方法 (12)

3.1 断层封堵系数法 (12)

3.2 连通概率综合评价 (13)

3.3 模糊数学综合评价 (14)

3.4 声波测井信息法 (15)

参考文献 (17)

第1章 前 言

1.1 研究的目的和意义

在断层油气田，油气在运移过程中会遇到断层面。在不同的条件下，有的断层是开启的，可以作为油气运移的通道；而有的断层是封闭的，阻止油气的运移。当断层开启时，油气可以通过断层面侧向运移，由断层的一盘运移的另一盘，也可以沿着断层面做垂向运移；当断层是封闭时，断层可以在侧向上阻止油气穿过层面运移，垂向上防止油气沿断面向上部储层运移。地层中砂泥比值，断层填塞物的性质，泥岩涂抹层的厚度和连续性，地层深部流体以及断面所受的主应力都会对断层的封闭性和开启性造成影响。断层在不同地区和不同时期具有不同的封闭和开启性，使得他在油气藏形成和保存中所起的作用不同。研究断层的封闭与开启性不但可以认清油气的运行和分布规律，确定油气的勘探目的层，还可以合理的开发断层油气藏，保护其在开发过程中不至于受到伤害。断层的封闭性研究还可以为油气储量计算提供基础资料。

1.2 国内外研究现状

断层在油气运移和聚集成藏中起重要作用，受到石油地质界广泛关注。关于断层的封闭性，前人的研究主要体现在断层的封闭原理、影响因素及其评价分析方法等等。

1.2.1 断层的封堵原理

Smith 等论述了断层封闭性的基本原理：封闭层封闭烃类的能力是由烃类排替水所需要的最小排替压力(即毛细管压力P C )所决定的。P C 得自方程：

R P C θγcos 2⋅= (1-1)

式(1-1)中，R 为相互胶结的孔隙喉径；γ为半径界面张量；θ为润湿角。毛细管压力P C 能封存P 不大于P C 的烃柱，烃类的压力P 由浮力得来：

θρρcos 0098.0)(⋅⨯-⋅=w r H P （1-2）

式（1-2）中，w ρ为水的密度；r ρ为烃类的密度；H 为封存的烃类的高度。

当P C >P 时，断层的封闭性好，能封住储层中的油气，反之则断层的封闭性较差不能封住储层中的油气。从公式1-1中可知，据R 的大小可以判断封闭层的封闭能力。

1.2.2 断层的封闭机理研究

D.A.smith(1966)最早论述了断层封闭性的基本原理，根据排替压力及岩性配置关系提出了断层封闭性的判别模式[1，2]。在国内方面，吕延防等提出了详细的断层封闭机理。

断层的封闭性在空间上主要表现为侧向上的封闭性和垂直上的封闭性。

侧向封闭性常用的评价方法有砂岩百分比含量、砂岩连通率以及Allan断面图来研究岩性配置情况等，其中以Allan断面图应用最广。垂向封闭性是指沿断层面切线方向顺断层运移油气的封闭作用(吕延防等，1996)。根据断层两盘之间有无填充物、填充物成分以及是否经受过成岩改造等特征，可将断层垂向封闭性形成机制划分为两种形式:即断层面紧闭封闭机理和断层带高排替压力封闭机理。断层面紧闭封闭机理适用于断层两盘之间无断裂填充物、以“面”接触的断层，断面所受应力状态是造成断层垂向封闭性形成的主导因素。

断层的封闭机理可以概括为即并置对接、泥岩涂抹、断裂带填充封闭、成岩胶结作用(Knipe[3]、Watts[4])，动力变质作用以及深部流体影响。砂泥岩并置对接只能起到侧向封堵油气的作用；断裂带填充封闭，泥岩涂抹的方法均可达到断层垂向和侧向封闭的效果；而成岩作用、深部流体的影响是通过改变充填物质的性质，从而达到提高断层封闭性的效果。

1.2.3 地层封闭性评价

目前关于断层封闭性评价的方法很多，总的来说主要有定性和定量方法评价方法。

1.2.3.1 定性评价方法

常用定性评价法有地层对接样式法、油水界面分析法、声波时差分析、声波时差分析、Allan断面图法、断层活动性分析、断层活动性分析、物化性质指示法。

（1）地层对接样式法

断层侧向封闭性取决于断层两侧地层岩性对置情况，对于勘探程度较高、资料较充足的研究地区，断层两侧对置的岩性及其在三维空间的分布都比较清楚，根据不同岩性所要求的排驱压力不同来评价断层的封闭性。

（2）油水界面分析法

利用目前的油水关系可以判断当前的断层封闭性，其方法是：当一条断层两侧对应层位的断块油水界面一致时，断层可能是不封闭的；当油水界面不同时，断层则一定是封闭的。

(3)声波时差分析

国内外大量文献表明，测井声波时差与岩石排驱压力之间具有明显的反比关系，即声波时差越小，其排驱压力越大；反之则越小。因此，当声波通过封闭断层的充填物时，速度明显较其通过围岩的速度大而通过开启断层的充填物时，速度就明显较通过围岩的小。这样，可根据断层充填物的声波时差与围岩的声波时差的相对关系来确定断层的封闭性。但该法属于定性评价，且不能评价未钻遇断层的封闭性。

(4)Allan断面图法

通过做出某一断层断面图，依据断层上下盘岩层接触面积和岩性分布情况，直观、

准确地判断断层两侧的岩性配置及断层面物质涂抹的情况，用来评价的侧向封闭性。

(5)断层活动性分析

应用断层埋藏史和断层演化史，结合区域构造的演化，分析断层的性质、断面应力大小、活动的大小程度、时间与油气的运聚关系，评价断层的封闭性。

(6)物化性质指示法

断层两盘油、气、水物理化学性质不同，对断层封闭性的判断有很好的指示作用。开启断层两盘是连通的，有统一的油水界面，油气水性质也基本相同。但封闭断层两盘在纵横向上是独立的油气水系统，两盘的流体密度、粘度、地层水矿化度往往有差别，且油气产能和油气贫富差别也较大。

1.2.3.2 定量评价方法

地层对接样式法等方法只是宏观地、定性地分析断层两盘的岩性、油气性质等方面的差异性，存在较大的疑议，因此，可以从断层的一些参数、断层综合信息、断层模拟等综合、定量地判定断层封闭与否及封闭能力强弱。

(1)地质参数分析方法

断层横向封堵系数法

横向封堵系数用来评价断层面将两盘油气封闭起来，互不相串的一个参数，是构造封堵系数C与储集系数R之和再与岩性封堵系数G相乘之积其值越大，横向封堵能力越强；反之，封堵性较差岩性封堵系数G，其值在0-1之间，封堵层为纯砂岩，G为0；泥质砂岩G为0.5；砂质泥岩G为0.75泥岩G为1。其计算方法为(图1-1)。

图1-1 断层横向封堵烃柱示意图