CN105760668B - 断层侧向封闭性定量评价方法 - Google Patents
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Abstract
一种断层侧向封闭性定量评价方法。主要基于断层封闭性机理及其影响因素研究，在考虑断层承压时间的情况下对断层封闭性定量评价的断‑储排替压力差法进行改进，建立了考虑时间因素的断层封闭性定量评价地质与数学模型。采用给定步长、逐渐逼近的算法，确定围岩地层岩石具有与靶点断层岩相同泥质含量和成岩程度的埋深，再根据研究区所建立的岩石泥质含量和埋藏深度乘积与排替压力的关系，定量计算出靶点断层岩的排替压力，用目的盘储集层排替压力与之比较，定量评价断层的封闭与否及封闭能力的大小。本方法经实际资料的验证，以及与断层岩的泥质含量（SGR）法和未考虑承压时间的断‑储排替压力差评价断层封闭性方法相比较，证实具有可行性。
Description
技术领域：
本发明涉及一种应用于地球物理勘探领域中的断层侧向封闭性定量评价方法。
背景技术：
断层岩的渗透能力决定了断层的垂向、侧向封闭能力，即使目的盘储集层的对置盘是非渗透性地层，如果断层岩具渗透性，油气也将通过断层岩沿断层向上流动，所以，断层的垂向、侧向封闭能力主要取决于断层岩的渗透能力。在研究断层封闭性时，目前，绝大多数研究者着重研究断层岩的渗透能力，通过研究断层岩的结构、泥质含量、成岩程度等因素，定量评价断层的垂侧向封闭能力。基于断层岩定量研究断层封闭性的现有方法主要有3种：①通过计算断层岩的泥质含量间接评价断层的侧向封闭能力，主要有页岩涂抹系数(SSF)法、泥岩涂抹势(CSP)法、泥岩含量(CCR)法等；②通过断层岩的泥质含量兼顾其成岩程度利用统计学方法定量研究断层的侧向封闭能力，如断层岩的泥质含量(SGR)法；③通过研究断层岩的泥质含量及成岩程度，从断层岩封闭机理出发，定量评价断层封闭能力的断-储排替压力差法。第1种方法均是通过对断距和断层所错断的泥岩层厚度的计算估算泥岩涂抹程度，进而间接评价断层的侧向封闭能力，均为半定量评价。第2种方法是第1种方法的改进，根据断距和断层所错断的泥岩层厚度计算出断层岩的泥质含量，然后，通过对大量断层圈闭油气藏的压力统计，建立3个深度段内断层岩泥质含量与所能封闭的油气柱高度的统计公式，该方法具有定量评价属性。该方法的不足在于：①仅具有统计学意义，不是从封闭机理出发；②没有考虑断层倾角，断点埋深按深度段估算，评价精度低；③资料均来自于现存的油气藏，所建立的评价公式只能评价断层圈闭所能封闭的油气柱高度大小，对实际上不封闭的断层必然形成误判，无论SGR值多小，Ho均为正值，也就是说即使断层岩的泥质含量为零，断层也仍然具有封闭能力，这显然与实际不符。所以，第2种方法具有局限性。第3种方法是断-储排替压力差法，即通过计算断层岩和目的盘储集层的排替压力，比较二者差值大小。如果断层岩的排替压力大于储集层的排替压力，断层具有封闭性，其差值的大小表达断层封闭能力的强弱。反之，断层开启。在计算断层岩排替压力过程中考虑了断层岩的泥质含量、断点埋深、断层倾角。该方法是基于断层封闭机理提出的，考虑的因素相对全面，应用效果也更符合实际。但是，该方法没有考虑成岩时间的影响，而对于相同埋深的岩层而言，其承压时间越长，岩层的压实成岩程度就越高，物性也就越差。因此，不考虑时间因素影响的断层岩排替压力计算结果必然与实际情况存在偏差。
发明内容：
为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明给出的评价方法是借用断-储排替压力差法的研究思路，在研究断层岩的成岩程度时加入压实成岩的时间因素，假设断层岩与沉积地层具有相似的成岩影响因素，建立包含成岩时间因素的断层岩与地层压实成岩的相关关系，通过求取与断层岩具有相同成岩压力和成岩时间的地层岩石排替压力，求得断层岩的排替压力，进而评价断层的侧向封闭性，以期降低断层圈闭钻探风险。
本发明的技术方案是：该种断层侧向封闭性定量评价方法，其特征在于：通过建立考虑时间因素的断层封闭性定量评价地质与数学模型，采用给定步长、逐渐逼近的算法，确定围岩地层岩石具有与靶点断层岩相同泥质含量和成岩程度的埋深，再根据研究区所建立的岩石泥质含量和埋藏深度乘积与排替压力的关系，定量计算出靶点断层岩的排替压力，用目的盘储集层排替压力与之比较，定量评价断层的封闭与否及封闭能力的大小。
上述方法的具体实现步骤如下：
第一步，利用板桥断层断距和埋深，利用公式(1)计算求得不同储层对应断层岩的泥质含量
SGR-断层岩的泥质含量，％；
n-滑过断点的砂泥岩层层数；
i–滑过断点的第i层岩层；
△Zi-滑过断点的第i层岩层厚度，m；
Vshi-滑过断点的第i层岩层泥质含量，％；
H-断裂垂直断距，m；
第二步，利用不同岩性岩石样品的排替压力与泥质含量、压实成岩埋深之间的拟合关系公式(2)求取岩石排替压力；
pdf-岩石样品的排替压力，MPa；
Vshf-岩石的泥质含量，％；
Zf-岩石的压实成岩埋深，m；
a、b-与地区有关的常数，可通过歧口凹陷实测岩石排替压力与其压实成岩埋深和泥质含量乘积关系拟合得到；
第三步，按照以下步骤求取考虑了承压时间的断层岩排替压力；
首先，假设断裂带中任意一点断层岩的泥质含量与地层中任意一点岩石的泥质含量相同；在本步骤及随后的步骤中定义A点为断裂带中目的点；B点为断裂带中与K点具有相同泥质含量和成岩程度的点；K点为围岩中选定的某一点，其在计算过程中不断变化深度值，直至对应的B点与目的点A重合；C点为断裂的上断点；针对选定的某一地层试算点K，根据公式(3)计算出B点与C点之间的垂直距离Z1，即确定了B点的具体埋深；
Z1-B点与C点之间的垂直距离，m；
pr-地静压力，Pa；
tr–K点上覆地层沉积所用的时间，Ma；
ρr-上覆沉积岩层骨架密度，kg/m3；
ρw-地层水密度，kg/m3；
g-重力加速度，m/s2；
tf-断层最后一次停止活动至今的时间，Ma；
θ-断裂倾角，°；
Z2-C点与D点之间的垂直距离，m；
然后，比较B点与目的点A的相对位置关系，调整试算点K的埋深，重复上述计算，直至B点与A点重合，即Z1＝ΔZ，其中ΔZ为A点与C点之间的垂直距离，此时K点地层岩石的成岩程度与A点断层岩的成岩程度相同，K点地层岩石的排替压力即为A点断层岩的排替压力；由于K点的埋深已知，K点地层岩石的泥质含量与A点断层岩的泥质含量相同，即K点岩石的泥质含量也已知；
最后根据公式(2)计算出K点岩石的排替压力，亦为A点断层岩的排替压力；
第四步，求取储集层岩石排替压力；即选取储集层岩石样品，测试其排替压力及泥质含量，结合样品埋深，建立如公式(4)所述的数学统计公式；
pdr-储集层岩石排替压力，MPa；
Vshr-储集层岩石的泥质含量，％；
Zr-储集层岩石埋深，m；
p、q-与地区有关的常数，可通过歧口凹陷实测储集层岩石排替压力与其压实成岩埋深和泥质含量乘积关系拟合得到；
实际应用时，公式(4)中储集层岩石的泥质含量可根据自然伽马曲线值求得，岩石埋深即为现今埋深；
第五步，比较前述第三步中所确定的断层岩排替压力和第四步中所确定的目的盘储集层岩石排替压力的相对大小，对断层侧向封闭能力进行定量评价；
如果断层岩排替压力大于油气运移盘储集层岩石排替压力，断层侧向封闭，反之断层侧向开启；其封闭能力的大小取决于断-储排替压力差的大小，其差值越大，断层封闭能力越强，反之越小；
所能封闭的烃柱高度用公式(5)计算；
Hh-断层面某点所能封闭的烃柱高度，m；
pdf–断层岩石的排替压力，MPa；
pdr-储层岩石的排替压力，MPa；
ρr-上覆沉积岩层骨架密度，kg/m3；
ρw-地层水密度，kg/m3；
g-重力加速度，m/s2。
本发明具有如下有益效果：在以往的断层侧向封闭性定量评价方法中，并没有考虑承压时间对断层岩排替压力的影响，认为断层岩的承压时间和与其具有相同埋深围岩的承压时间是相同的，而实际上断层岩的承压时间要明显短于与其具有相同埋深围岩的承压时间，断层岩的承压时间是从断裂停止活动开始至今的时间段，而与断层岩具有相同埋深围岩的承压时间是从围岩沉积后开始至今的时间段。断层岩泥质含量越高，压实成岩压力越大，承压时间越长，其排替压力越大；反之则越小。断层岩所经历的成岩时间及在此时间内所经历的各种成岩作用对断层岩排替压力的影响非常大，在建立断层岩封闭能力评价方法时不能不考虑该因素的影响。因此，利用未考虑承压时间的断层侧向封闭性定量方法计算得到的断层岩排替压力值必然高于地下实际值，过高地估计了断层的侧向封闭能力，可能给油气勘探带来一定的风险。为此，本发明所提供的评价方法充分考虑了承压时间对断层侧向封闭能力的影响，对未考虑承压时间的断层侧向封闭性评价方法进行了改进，考虑承压时间的断-储排替压力差法评价断层侧向封闭性从断层封闭机理出发，较全面考虑了断层封闭性的主要影响因素，应用实例证实，该方法比SGR法和未考虑承压时间的断-储排替压力差法更科学合理，评价结果更符合实际。
附图说明：
图1是歧口凹陷岩石排替压力与其埋深、泥质含量之间关系图，对应全部岩石样品。
图2是考虑承压时间的断层岩排替压力计算地质模型图。
图3是歧口凹陷岩石排替压力与其埋深、泥质含量之间关系图，对应储集层岩石样品。
图4是歧口凹陷板桥断裂构造带B6井区沙一段中亚段底面构造图。
图5是过板桥断层地质剖面图，剖面位置见图4所示。
图6是板桥断层生长指数直方图。
具体实施方式：
下面对本发明给出详细说明：
首先分析断层侧向封闭机理及排替压力影响因素。断层活动后形成的裂缝空间内往往形成地层负压或低压，使围岩储集层内地层水迅速进入裂缝，并充满断层碎屑充填物的孔隙，使断裂碎屑充填物相对围岩有较大孔隙度和含水饱和度，该充填物在断面正压力的作用下逐渐排出孔隙水，慢慢压实成岩，形成断层岩。断层碎屑充填物向断层岩演化的过程即是孔隙度逐渐变小、成岩程度逐渐提高、封闭能力逐渐形成和变强的过程。断层充填物的封闭能力即代表油气穿过断层侧向运移的难易程度，可见，评价断层侧向封闭性的关键是评价断层岩的封闭能力。
评价断层岩封闭能力的关键参数是断层岩的排替压力，只有当断层岩的排替压力大于油气运移盘储集层岩石的排替压力时，断层在侧向上才能起到封闭油气的作用，反之断层则开启。断层岩排替压力的大小主要受断层岩泥质含量和压实成岩程度的影响，其内泥质含量越高，压实成岩程度越高，断层岩的排替压力就越大，反之则越小。而断层岩的压实成岩程度又受到压实成岩压力和压实成岩作用时间两方面的影响。一般情况下，断层岩所经历的成岩压实作用时间越长，岩石越致密，排替压力就越大。断层岩压实成岩压力的大小取决于断面所承受的正压力的大小，断面正压力越大，断裂充填物的成岩程度就越高，而断面正压力又取决于断点埋深和断层倾角的大小，断层倾角越小、断点埋深越大，断面压力越大，反之越小。
在以往的断层侧向封闭性定量评价方法中，并没有考虑承压时间对断层岩排替压力的影响，认为断层岩的承压时间和与其具有相同埋深围岩的承压时间是相同的，而实际上断层岩的承压时间要明显短于与其具有相同埋深围岩的承压时间，断层岩的承压时间是从断裂停止活动开始至今的时间段，而与断层岩具有相同埋深围岩的承压时间是从围岩沉积后开始至今的时间段。因此，利用未考虑承压时间的断层侧向封闭性定量方法计算得到的断层岩排替压力值必然高于地下实际值，过高地估计了断层的侧向封闭能力，可能给油气勘探带来一定的风险。为此，本发明给出的评价方法考虑了承压时间对断层侧向封闭能力的影响，对未考虑承压时间的断层侧向封闭性评价方法进行改进，提出了一种考虑承压时间因素的断层侧向封闭性定量评价方法。
本种断层侧向封闭性定量评价方法概述如下：即建立了考虑时间因素的断层封闭性定量评价地质与数学模型，采用给定步长、逐渐逼近的算法，确定围岩地层岩石具有与靶点断层岩相同泥质含量和成岩程度的埋深，再根据研究区所建立的岩石泥质含量和埋藏深度乘积与排替压力的关系，定量计算出靶点断层岩的排替压力，用目的盘储集层排替压力与之比较，定量评价断层的封闭与否及封闭能力的大小。
下面结合应用于渤海湾盆地歧口凹陷板桥断裂带板桥断层的侧向封闭性评价中的具体实施例和附图对本发明作进一步说明：
具体实施过程如下：
第一步，利用板桥断层附近的B6井等钻井所揭示的地层资料，根据板桥断层断距和埋深，利用公式(1)计算求得不同储层对应断层岩的泥质含量；
SGR-断层岩的泥质含量，％；
n-滑过断点的砂泥岩层层数；
i–滑过断点的第i层岩层；
△Zi-滑过断点的第i层岩层厚度，m；
Vshi-滑过断点的第i层岩层泥质含量，％；
H-断裂垂直断距，m。
Badleys公司将公式(1)软件化，在研究区地震与录测井资料的基础上，可以利用Traptester软件计算出板桥断层三维空间上各点断层岩的SGR值，根据储集层埋深确定不同储集层所对应断层岩的泥质含量如表1所示。
表1歧口凹陷板桥断层断层岩泥质含量数据表
第二步，利用歧口凹陷不同岩性岩石样品的排替压力与泥质含量、压实成岩埋深之间的拟合关系如图1所示，求取岩石排替压力，拟合关系为公式(2)；
pdf-岩石样品的排替压力，MPa；
Vshf-岩石的泥质含量，％；
Zf-岩石的压实成岩埋深，m。
第三步，按照以下步骤求取考虑了承压时间的断层岩排替压力；
首先，根据板桥断层最后停止活动时间(tf为15.6Ma)和断层上断点C及目的点A埋深，适当选择围岩地层试算点K，如图2所示，根据公式(3)可确定出B点与C点之间的垂直距离Z1，即确定了B点的埋深；所述A点、B点、K点、C点、D点在本步骤及随后的步骤中被定义为：A点为断裂带中目的点；B点为断裂带中与K点具有相同泥质含量和成岩程度的点；K点为围岩中选定的某一点，其在计算过程中不断变化深度值，直至对应的B点与目的点A重合；C点为断裂的上断点；D点为与C点对应的地面上一点；
Z1-B点与C点之间的垂直距离，m；
pr-地静压力，Pa；
tr–K点上覆地层沉积所用的时间，Ma；
ρr-上覆沉积岩层骨架密度，kg/m3；
ρw-地层水密度，kg/m3；
g-重力加速度，m/s2；
tf-断层最后一次停止活动至今的时间，Ma；
θ-断裂倾角，°；
Z2-C点与D点之间的垂直距离，m。
然后，比较B点与目的点A的相对位置关系，调整试算点K的埋深，再利用公式(3)逐渐逼近计算，直至B点与A点重合，即Z1＝ΔZ，其中ΔZ为A点与C点之间的垂直距离，此时K点的埋深即为目的点A的压实成岩埋深，而K点地层岩石的泥质含量与A点断层岩的泥质含量相同；
最后，根据K点岩石的泥质含量和埋深，利用公式(2)式计算出K点岩石的排替压力，亦为A点断层岩的排替压力，结果如表2所示；
表2歧口凹陷板桥断层断层岩排替压力数据表
第四步，求取储集层岩石排替压力；即选取歧口凹陷储集层岩石样品，测试其排替压力及泥质含量，结合样品埋深，建立如公式(4)所述的数学统计公式，如图3所示；
pdr-储集层岩石排替压力，MPa；
Vshr-储集层岩石的泥质含量，％；
Zr-储集层岩石埋深，m。
根据歧口凹陷不同目的储集层自然伽马测井曲线值，计算出储集层的泥质含量，再结合储集层现今埋深，利用公式(4)计算出目的储集层的排替压力，结果如表3所示。
表3歧口凹陷目的盘储集层岩石排替压力统计表
第五步，比较前述第三步中所确定的断层岩排替压力和第四步中所确定的目的盘储集层岩石排替压力的相对大小，对断层侧向封闭能力进行定量评价，获得结果为表4；
表4歧口凹陷板桥断层侧向封闭性评价参数表，注：烃柱高度按实际地层中发现的烃类性质计算。
其中，4、5、10、12、14、17、18a号储集层对应的断层岩排替压力均大于储集层岩石的排替压力，断层可以对这些储集层中的油气起到封闭作用，试油气结论证实，这些储集层均为气层或油层。而6、7、8、9、11、16、18b号储集层对应的断层岩排替压力均小于储集层岩石的排替压力，断层侧向开启，不能对这些层中的油气起到封闭作用，试油气结论证实，这些储集层均为干层或水层。
断层的封闭能力大小取决于断层岩与储层岩石的排替压力差，差值越大，断层封闭能力越强，反之越小；所能封闭的烃柱高度用公式(5)计算，结果如表4所示；
Hh-断层面某点所能封闭的烃柱高度，m；
pdf–断层岩石的排替压力，MPa；
pdr-储层岩石的排替压力，MPa；
ρr-上覆沉积岩层骨架密度，kg/m3；
ρw-地层水密度，kg/m3；
g-重力加速度，m/s2。
板桥断层圈闭油气藏的实际高度一般在29～48m，利用断层侧向封闭性评价方法预测的烃柱高度与实际烃柱高度基本相当，见表4，说明本方法用于计算断层封闭能力的正确性与可行性。
下面介绍公式(3)的获得过程：
如图2所示，断层断穿地层④后停止活动，其上沉积了地层③—①，在地层③沉积之前，断裂带内部碎屑充填物与刚刚沉积的地层一样，并未成岩，在上覆地层沉积载荷的作用下，断裂充填物中的地层水不断被挤压排出，固体充填物经压实胶结逐渐形成断层岩。所以，尽管断点埋藏较深(如图2中A点)，断裂充填物真正开始被压实向断层岩转化是从断层停止活动之后，图2中大致是在地层③开始沉积以后。
以图2为例，设断层岩的物质构成与围岩地层岩石相似，如果B点断层岩的泥质含量和成岩程度与围岩中K点岩石的泥质含量和成岩程度相同，B点断层岩的排替压力即等于K点地层岩石的排替压力，但二者岩石所经历的压实成岩时间不同。设断裂带中任意一点B断层岩的泥质含量均等于A点断层岩的泥质含量，A点断层岩泥质含量可由公式(1)式计算，
其压实成岩程度可用其所承受的断面正压力和断层停止活动至今时间的乘积表示。再设地层中任意一点岩石的泥质含量与A点断层岩的泥质含量相同，围岩地层中某点岩石的压实成岩程度也可用其上覆地层静岩压力和该点岩石经历的压实成岩时间的乘积表示。在围岩地层中任意给出一点K，其埋深和压实成岩时间已知，其岩石的压实成岩程度便可计算。如图2所示，设地层中K点的地静压力为pr，其上部地层沉积所用的时间为tr，断层最后一次停止活动至今的时间为tf，断裂带中B点的断层岩与地层中的K点岩石具有相同泥质含量和成岩程度，其断面所受的正压力(不考虑区域水平应力)为pfB，则有：
prtr＝pfBtf (6)
pfB＝pBcosθ＝ZB(ρr-ρw)gcosθ (7)
由于B点断层岩在C点沉积之前就承受了ΔpfB的断面压力，其大小为：
△pfB＝△pBcosθ＝Z1(ρr-ρw)gcosθ (8)
由(6)—(8)式得：
prtr＝pBtfcosθ＝(pCD+△pB)tfcosθ (9)
由于pCD＝Z2(ρr-ρw)g，△pB＝Z1(ρr-ρw)g，故(9)式可改写成：
prtr＝(Z1+Z2)(ρr-ρw)g tfcosθ (10)
由(10)式可得：
针对选定的某一地层试算点K，pf和tr已知，对于所研究的断层，tf和θ也已知，根据(3)式可计算出B点与C点之间的垂直距离Z1，即确定了B点的具体埋深。
然后，比较B点与目的点A的相对位置关系，调整试算点K的埋深，重复上述计算，直至B点与A点重合，即Z1＝ΔZ，此时K点地层岩石的成岩程度与A点断层岩的成岩程度相同，K点地层岩石的排替压力即为A点断层岩的排替压力。由于K点的埋深已知，K点地层岩石的泥质含量与A点断层岩的泥质含量相同，即K点岩石的泥质含量也已知，根据公式(2)便可计算出K点岩石的排替压力，亦为A点断层岩的排替压力。
以上便是考虑了断面压力和断层岩压实成岩时间的断层岩排替压力计算过程。应该特别指出的是，这里所述的成岩时间并非只单纯地代表断层岩形成所经历的时间，而是在这段时间里断层岩经历了所有成岩作用因素的综合。
下面以渤海湾盆地歧口凹陷板桥断裂带板桥断层圈闭为例，阐述考虑承压时间的断层侧向封闭性定量评价过程，同时利用SGR法和不考虑承压时间的断-储排替压力差法分别对其进行定量评价，对3种评价结果进行对比分析，评价本发明所述方法的实用性和有效性。
板桥断裂带是歧口凹陷主要的油气富集区，其位于北大港潜山构造带东北部，西北紧邻板桥凹陷，是一个被断层复杂化的北东走向的半背斜构造，受北东走向的大张坨断层和板桥断裂带切割，由北向南分为板北、板中、板南等3大断块区，其中板桥断层圈闭位于板中断块区(见图4)。该区自下而上发育有古生界，中生界，第三系孔店组、沙河街组、东营组、馆陶组、明化镇组及第四系。目前在馆陶组、东营组、沙一段、沙二段、沙三段等地层内发现了多套含油气层系，其中沙一段中亚段(Es1 z)是主要的产油气层，沙一段上亚段(Es1 s)发育的厚层泥岩是主要的区域性盖层。板桥断层附近钻井所揭示的地层发现，本区沙一段为砂泥岩互层段，泥岩单层厚度为2～8m，一般为2～4m；储集层岩性为灰白色细砂岩，单层厚度为2～13m，一般在4～8m。板桥断层是板桥鼻状构造重要遮挡断层，横贯东西。平面上断裂延伸长度约为10km，走向北东东，断面北倾；剖面上，断层在沙一段以及东营组沉积时期活动速率最大，垂直断距为50～400m，水平断距为20～330m，断层倾角40°～60°(见图5)。板桥断层是否封闭，决定了板桥断层圈闭的存在与否，其封闭能力的强弱，决定了板桥断层圈闭中所能聚集油气藏高度的大小，对板桥断层封闭能力的正确认识，是判断板桥断层圈闭有效程度的关键。
通过对板桥断层生长指数的统计分析可见，断层主要发育期为沙一段和东营组沉积时期，新近纪活动减弱直至停止(见图6)。通过对板桥断层发育史的研究可知，其在明化镇组沉积初期停止活动，自此之后，断裂充填物开始压实成岩，断层停止活动至今的时间tf为15.6Ma。
由研究区岩石样品的分析数据所建立的排替压力与其泥质含量和埋深关系散点图可见，岩石的泥质含量和岩石的埋藏深度乘积与岩石的实测排替压力之间具有非常好的指数关系(见图1)。对全部岩石样品做外包络线数学拟合，得到公式(2)，用于评价断层岩的最大封闭能力。对储集层岩石样品数据点进行数学拟合，得到公式(4)，用于计算砂岩的排替压力。
首先，利用板桥断层附近的B6井等钻井所揭示的地层资料，根据板桥断层断距与埋深，计算出板桥断层三维空间上各点断层岩的SGR值。此后，按前文提出的研究方法与步骤，根据板桥断层最后停止活动时间和断层上终止点及目的层埋深，适当选择围岩地层试算点K(见图2)，利用公式(3)逐渐逼近计算，确定与A点对应的K点的具体埋深。然后，根据A点断层岩的SGR值和埋深，用公式(2)计算出K点地层岩石的排替压力，此排替压力即为A点断层岩的排替压力。之后，根据目的储集层自然伽马测井曲线值，计算出储集层的泥质含量，再根据储集层埋深，利用公式(4)计算出目的储集层的排替压力。最后，求出断层岩与储集层在各点的排替压力差，取目的储集层所对置的断层岩与储集层排替压力差最小值作为断层对该储集层的封闭能力，并利用公式(5)计算出断层对该储集层所能封闭的油气柱高度。相关参数及计算结果见表五。
表五板桥断层(Es1 z)封闭性定量评价数据表
表五中，烃柱高度按实际地层中发现的烃类性质计算。由表五可见，B6井所揭示的各套储集层岩石的排替压力值为0.36～2.72MPa，利用上述方法计算B6井Es1 z储集层对应断层岩的排替压力值为0.43～0.55MPa，对比断层岩和储集层排替压力值发现，B6井Es1 z6、7、8、9、11、16、18b号储集层对应的断层岩排替压力均小于储集层岩石的排替压力，断层不能对这些层中的油气起到封闭作用，试油气结论证实，这些储集层均为干层或水层。而4、5、10、12、14、17、18a号储集层对应的断层岩排替压力均大于储集层岩石的排替压力，判断断层可以对这些储集层中的油气起到封闭作用，试油气结论证实，这些储集层均为气层或油层。受断层岩泥质含量(SGR)较低和断层岩承受的成岩压实时间较短的影响，断层岩的排替压力较小，致使断层封闭能力较弱，使得断层岩排替压力在很多位置比储集层排替压力低，断-储排替压力差出现负值；即使断-储排替压力差为正值位置，其差值也不大，所能封闭的烃柱高度有限。这种情况下，正确评价断层的封闭性能非常困难，而利用考虑承压时间的断-储排替压力差对断层封闭性的评价结果与实际油水分布吻合率高达100％，充分证明了该方法的科学性和可行性。
在利用本发明提出的断层封闭性定量评价方法对板桥断层的封闭性进行评价的同时，还利用SGR法和未考虑断层岩承压时间的断-储排替压力差法分别评价了板桥断层的封闭能力。由表五可见，无论断层岩是否有封闭能力，SGR法计算得到的结论均是封闭的，这一结论显然不正确，这也正是背景技术中所述SGR法评价断层封闭性的不足或局限性所在，尤其对封闭性较弱或不具备封闭能力的断层，SGR法评价结果会给钻探带来较大风险，此种情况下不建议用此法评价。利用未考虑承压时间的断-储排替压力差法评价板桥断层封闭性的结论与本文提出的方法所获结论一致，这也进一步证明断-储排替压力差法定量评价断层封闭性的可行性。然而，由于未考虑断层岩的承压时间，按断层岩现今所在深度计算岩石的排替压力，必然造成计算结果大于实际值，断层岩现今埋藏深度越大，断层停止活动时间越晚，计算结果与实际值偏差越大。板桥断层圈闭油气藏的实际高度一般在29～48m，利用本文方法预测的烃柱高度与实际烃柱高度基本相当，但利用未考虑承压时间的断-储排替压力差法计算的烃柱高度为实际值的7～20倍，由此可见本发明提出的考虑承压时间因素的断-储排替压力差法计算断层封闭能力更符合实际。
本发明中涉及的各种符号注释如下：a,b,c,d,p,q——常数；g——重力加速度，m/s2；Ho——断层所能封闭的油气柱高度，m；H——断裂垂直断距，m；Hh——断层面某点所能封闭的烃柱高度，m；n——滑过断点的砂泥岩层层数；pB——B点断层岩所受静岩压力，Pa；pCD——断层上终止点C到地面D点的静岩压力，Pa；pdf——岩石样品的排替压力，MPa；pdr——储集层岩石排替压力，MPa；pfB——断面B点所受的正压力(不考虑区域水平应力)，Pa；pr——地静压力，Pa；ΔpB——B点到C点地层的静岩压力，Pa；ΔpfB——C点沉积前B点断层岩承受的断面正压力，Pa；SGR——断层岩的泥质含量，％；tf——断层最后一次停止活动至今的时间，Ma；tr——上部地层沉积所用的时间，Ma；Vshf——岩石的泥质含量，％；Vshi——滑过断点的第i层岩层泥质含量，％；Vshr——储集层岩石的泥质含量，％；Z1——B点与断层上终止点C之间的垂直距离，m；Z2——断层上终止点C与D点之间的垂直距离，m；ZB——B点断层岩的现今埋深，m；Zf——岩石的压实成岩埋深，m；Zr——储集层岩石埋深，m；ΔZ——A点与断层上终止点C之间的垂直距离，m；ΔZi——滑过断点的第i层岩层厚度，m；θ——断裂倾角，(°)；ρo——原油密度，kg/m3；ρr——上覆沉积岩层骨架密度，kg/m3；ρw——地层水密度，kg/m3。
Claims (1)
1.一种断层侧向封闭性定量评价方法，其特征在于：通过建立考虑时间因素的断层封闭性定量评价地质与数学模型，采用给定步长、逐渐逼近的算法，确定围岩地层岩石具有与靶点断层岩相同泥质含量和成岩程度的埋深，再根据研究区所建立的岩石泥质含量和埋藏深度乘积与排替压力的关系，定量计算出靶点断层岩的排替压力，用目的盘储集层排替压力与之比较，定量评价断层的封闭与否及封闭能力的大小；
所述断层侧向封闭性定量评价方法的具体实现步骤如下：
第一步，利用板桥断层断距和埋深，利用公式(1)计算求得不同储层对应断层岩的泥质含量
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SGR-断层岩的泥质含量，％；
n-滑过断点的砂泥岩层层数；
i–滑过断点的第i层岩层；
△Zi-滑过断点的第i层岩层厚度，m；
Vshi-滑过断点的第i层岩层泥质含量，％；
H-断裂垂直断距，m；
第二步，利用不同岩性岩石样品的排替压力与泥质含量、压实成岩埋深之间的拟合关系公式(2)求取岩石排替压力；
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pdf-岩石样品的排替压力，MPa；
Vshf-岩石的泥质含量，％；
Zf-岩石的压实成岩埋深，m；
a、b-与地区有关的常数，可通过歧口凹陷实测岩石排替压力与其压实成岩埋深和泥质含量乘积关系拟合得到；
第三步，按照以下步骤求取考虑了承压时间的断层岩排替压力；
首先，假设断裂带中任意一点断层岩的泥质含量与地层中任意一点岩石的泥质含量相同；在本步骤及随后的步骤中定义A点为断裂带中目的点；B点为断裂带中与K点具有相同泥质含量和成岩程度的点；K点为围岩中选定的某一点，其在计算过程中不断变化深度值，直至对应的B点与目的点A重合；C点为断裂的上断点；针对选定的某一地层试算点K，根据公式(3)计算出B点与C点之间的垂直距离Z1，即确定了B点的具体埋深；
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Z1-B点与C点之间的垂直距离，m；
pr-地静压力，Pa；
tr–K点上覆地层沉积所用的时间，Ma；
ρr-上覆沉积岩层骨架密度，kg/m3；
ρw-地层水密度，kg/m3；
g-重力加速度，m/s2；
tf-断层最后一次停止活动至今的时间，Ma；
θ-断裂倾角，°；
Z2-C点与D点之间的垂直距离，m；
然后，比较B点与目的点A的相对位置关系，调整试算点K的埋深，重复上述计算，直至B点与A点重合，即Z1＝ΔZ，其中ΔZ为A点与C点之间的垂直距离，此时K点地层岩石的成岩程度与A点断层岩的成岩程度相同，K点地层岩石的排替压力即为A点断层岩的排替压力；由于K点的埋深已知，K点地层岩石的泥质含量与A点断层岩的泥质含量相同，即K点岩石的泥质含量也已知；
最后根据公式(2)计算出K点岩石的排替压力，亦为A点断层岩的排替压力；
第四步，求取储集层岩石排替压力；即选取储集层岩石样品，测试其排替压力及泥质含量，结合样品埋深，建立如公式(4)所述的数学统计公式；
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pdr-储集层岩石排替压力，MPa；
Vshr-储集层岩石的泥质含量，％；
Zr-储集层岩石埋深，m；
p、q-与地区有关的常数，可通过歧口凹陷实测储集层岩石排替压力与其压实成岩埋深和泥质含量乘积关系拟合得到；
实际应用时，公式(4)中储集层岩石的泥质含量可根据自然伽马曲线值求得，岩石埋深即为现今埋深；
第五步，比较前述第三步中所确定的断层岩排替压力和第四步中所确定的目的盘储集层岩石排替压力的相对大小，对断层侧向封闭能力进行定量评价；
如果断层岩排替压力大于油气运移盘储集层岩石排替压力，断层侧向封闭，反之断层侧向开启；其封闭能力的大小取决于断-储排替压力差的大小，其差值越大，断层封闭能力越强，反之越小；
所能封闭的烃柱高度用公式(5)计算；
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Hh-断层面某点所能封闭的烃柱高度，m；
pdf–断层岩石的排替压力，MPa；
pdr-储层岩石的排替压力，MPa；
ρr-上覆沉积岩层骨架密度，kg/m3；
ρw-地层水密度，kg/m3；
g-重力加速度，m/s2。
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