CN113589371B - 碳酸盐岩内断层的封闭性评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种碳酸盐岩内断层的封闭性评价方法，包括：利用三维地震数据、速度场数据获取目的断层及两盘地层解释成果；获取断层平面展布图，获取断层两盘各地层厚度，获取断层及地层产状，获取流体包裹体样品；计算各时期断层活动速率，获取局部应力场特征及断层性质，获取地层与断层的产状匹配关系，获取流体性质；建立断层活动强度、局部应力场特征、断层性质、产状匹配、流体性质的评价结果；综合5个参数的评价结果，获取断层封闭性评价结果。该碳酸盐岩内断层的封闭性评价方法中使用的各参数容易获取，综合评价方法简单易行，有效的评价碳酸盐岩内发育的断层相关圈闭的有效性，值得在深层勘探的碳酸盐岩型油气田中推广应用。

Description

碳酸盐岩内断层的封闭性评价方法

技术领域

本发明涉及油气田勘探技术领域，特别是一种碳酸盐岩内断层的封闭性评价方法。

背景技术

断层封闭性评价是油气田勘探过程中一项重要工作，也是决定断层相关圈闭有效性的重要参数。近几年深层潜山油气藏勘探成为东部油田增储的主要方向，碳酸盐岩是深层油气勘探目的层系中重要的岩石类型，其中寒武—奥陶系碳酸盐岩为潜山油气藏勘探的重点目标层系，其内发育断层的侧向封闭性是影响深层断层相关圈闭有效性的主要因素，因此准确的评价断层封闭性，影响到圈闭位置、面积等参数的有效性，从而正确认识碳酸盐岩地层内的油气分布，进而指导油气勘探。

经过几十年的油气勘探，油气地质工作者总结出了断层排替压力(吕延防，2016)、泥岩涂抹势(Bouvier，1989)、泥岩涂抹因子(Lindsay， 1993)、断层泥比率(Yielding，1997)等一系列的评价断层封闭性的方法。吴智平(2009)等总结出了包括岩性配置、泥岩涂抹、产状配置、断面正应力等一系列断层封闭性影响因素及综合利用上述单因素的模糊数学评价方法，蒋有录等(2018)提出了基于古泥岩涂抹因子、古泥岩涂抹势和古断层泥比率的断层侧向封闭性评价方法，于雯泉等(2018) 通过改进断层泥比率的计算方法，提出了一种新的断层封闭性方法。

在申请号：201810087049.3的中国专利申请中，涉及到一种断层封闭性的评价方法，依次包括如下步骤：⑴在储集层错断的断层上选择需要进行封闭性评价的评价断点，以该评价断点为基点，确定该基点的对应盘面滑过该评价断点的各砂泥地层，滑过该评价断点最近的砂泥地层为第1 层，由近及远，滑过该评价断点最远的砂泥地层为第n层；确定各砂泥地层的厚度ΔZ，ΔZi为第i层砂泥地层的厚度，i取值1到n；⑵依次获取滑过所述评价断点的各砂泥地层的泥质含量Vsh，Vshi为第i层砂泥地层的泥质含量；⑶依次求取滑过所述评价断点的各砂泥地层的加权系数 W；⑷计算所述评价断点的加权泥岩断层泥比率WSGR值，具体公式为：

式中L为所述断层在所述评价断点处的总断裂垂直断距，单位为米；⑸利用加权泥岩断层泥比率WSGR值对储集层在所述评价断点位置的封闭性进行评价，当WSGR值大于等于0.6时表明该评价断点位置的断层封闭性较好，能够对油气形成有效的封堵，大概率为油层或含油水层；当WSGR值小于0.6时表明该评价断点位置的断层封闭性较差，对油气的封堵能力较低，大概率为水层；Wi为滑过所述评价断点的第i层砂泥地层的反距离加权系数，具体公式为：

式中Li为滑过所述评价断点的第i层砂泥地层到所述评价断点的断裂垂直断距，单位为米。

在申请号：201811073289.4的中国专利申请中，涉及到一种断层侧向封闭性定量评价方法，该评价方法包括如下步骤：针对油气成藏期至现今时期之前的每个时间单元，通过去压实校正法对油气成藏期至现今时期之前的每个时间单元的地层进行恢复，分别计算每个时间单元时不同深度单砂层所对应的古泥岩涂抹因子、古泥岩涂抹势和古断层泥比率；计算现今时期对应的现今泥岩涂抹因子、现今泥岩涂抹势和现今断层泥比率；当古时期和现今时期对应的泥岩涂抹因子、泥岩涂抹势和断层泥比率均达到门限要求时，断层侧向封闭；否则，断层曾侧向开启。

上述评价方法及公开发表的专利中，仅适用于砂岩及泥岩互层的地层中发育断层的侧向封闭性，泥地比、泥岩涂抹因子及泥岩涂抹势是上述方法在断层封闭性评价中使用的3个重要参数。碳酸盐岩地层中泥岩含量低，甚至不含泥岩，岩性配置、泥岩涂抹因子、泥岩涂抹势等参数在评价碳酸盐岩内发育的断层的封闭性时是无效的。为此我们发明了一种新的发育在碳酸盐岩内断层的封闭性评价方法，解决了以上技术问题。

发明内容

为解决碳酸盐岩内发育断层的侧向封闭性问题，本发明提供一种新方法，该方法能较好的半定量评价碳酸盐岩内发育的不同性质断层的侧向封闭性，为进一步评价潜山圈闭的有效性提供依据。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：碳酸盐岩内断层的封闭性评价方法，该碳酸盐岩内断层的封闭性评价方法包括：步骤1，利用三维地震数据、速度场数据获取目的断层及两盘地层解释成果；步骤2，获取断层平面展布图，获取断层两盘各地层厚度，获取断层及地层产状，获取流体包裹体样品；步骤3，计算各时期断层活动速率，获取局部应力场特征及断层性质，获取地层与断层的产状匹配关系，获取流体性质；步骤4，建立断层活动强度、局部应力场特征、断层性质、产状匹配、流体性质的评价结果；步骤5，综合5个参数的评价结果，获取断层封闭性评价结果。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

在步骤1中，利用三维地震资料、速度场资料，对目的断层进行构造解释，形成断层不同位置剖面特征及断层两盘的地层特征。

在步骤2中，通过平面追综断层，形成断层平面图；通过时深转换，获取断层两盘地层的厚度；通过在地震剖面上分析地层与断层的产状特征，形成地层和断层的倾斜方向；通过磨制断裂带岩心样品获取流体包裹体。

在步骤3中，断层活动强度通过断层活动速率表征，断层活动速率通过断层下降盘地层厚度减上升盘该地层厚度除以该地层沉积时间获取；断层性质分为正断层、逆断层和走滑断层，走滑断层依据其派生构造进一步划分为纯走滑段、释压段和增压段；通过对比地层和断层的倾斜方向，形成两者之间的匹配关系；通过单个流体包裹体的激光拉曼测试和冰点、均一温度测试，形成流体性质。

在步骤4中，依据各参数的计算结果或分析测试结果，形成各参数的评价结论，即依据步骤3中定量和定性分析得到的结果，对各参数进行评价，每个参数分为好、中、差三个级别。

在步骤5中，综合各参数的评价结果，评价断层的层向封闭性，其中三个或三个以上参数的评价结果为同一级别时，则该断层的封闭性即为该级别；若无三个或三个以上参数的评价结果为同一级别，但评价为同一级别的参数分别有两组，则着重流体性质的评价结果，若流体性质评价结果为好或中，则断层侧向封闭性评价结果为两组参数中较好的级别，若流体性质评价结果为差，则断层侧向封闭性评价结果为两组参数中较差的级别。

本发明中的碳酸盐岩内断层的封闭性评价方法，利用基于三维地震资料、钻井资料及地质资料获得的地层厚度、断层及地层产状、断层性质及平面展布特征、流体包裹体等数据和资料，计算断层活动速率、分析测试流体包裹体获取流体性质、依据断层性质及断层平面展布特征，定性分析区域应力场特征，依据断层与地层产状关系，获取两者产状匹配关系，进而，对5个参数综合评价，半定量的表征断层侧向封闭性。该方法建立的碳酸盐岩内断层的封闭性评价方法，充分考虑了碳酸盐岩内发育断层无泥岩涂抹、流体性质对碳酸盐岩影响显著、走滑派生构造产生的区域应力场差异等因素，真实的反映了影响碳酸盐岩内发育的断层封闭性的真实情况，对深层勘探的碳酸盐岩型油气田断块油气藏的勘探提供了圈闭侧向封闭性评价基础。

附图说明

图1为本发明的碳酸盐岩内断层的封闭性评价方法的一具体实施例的流程图；

图2为本发明的一具体实施例中解释得到的地震剖面及断层平面展布图；

图3为本发明的一具体实施例中CBGX14井横测线地震剖面图；

图4为本发明的一具体实施例中走滑断层派生构造特征及其派生应力场示意图；

图5为本发明的一具体实施例中CBZH地区下古生界顶面构造图；

图6为本发明的一具体实施例中断层性质判识标准的示意图；

图7为本发明的一具体实施例中断层与两侧岩层产状组合关系示意图；

图8为本发明的一具体实施例中的流体包裹体的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。

如图1所示，图1为本发明的碳酸盐岩内断层的封闭性评价方法的流程图。

步骤101，通过三维地震资料、速度场资料及井资料获取断层及地层解释成果，平面上追踪断层，获取断层平面展布图。如图2所示，在一实施例中，利用三维地震资料、速度场资料，对滩海地区长堤断层进行解释，平面追踪，形成断层平面展布图。

在步骤102中，利用在步骤101中获取的断层及地层数据，获取地层厚度、断层与地层产状、流体包裹体。

在步骤103中，综合步骤102中计算或分析得到的数据，评价各参数的结果：

断层活动强度：该参数使用断层活动速率定量表征，断层活动速率的计算已有成熟的方法，在此不再赘述。当断层活动速率小于10m/Ma时，该参数评价为好；介于10～20m/Ma时，该参数评价为中；大于20m/Ma时，该参数评价为差。

以CBGX14西断层为例，见图3(图中粗线表示的断层)，该断层未断至新生界，因此在成藏期(Es1～Es2)该断层活动速率为零，基于该参数的评价结果为“好”。

断层性质：正断层评价为差，逆断层评价为好，走滑断层则依据走滑派生构造的特征进一步划分，纯走滑评价为中，走滑释压段评价为差，走滑增压段评价为好。图4(b) 为走滑断裂体系中，走滑派生构造及其应力场的分析示意图，图中表“+”的区域为增压区，图中表“-”的区域为释压区，未标注区域为剪切区。

图5中中CBGX14西断层(图中粗线表示)走向NNE，与埕北30北断层(图中右侧箭头所指，郯庐断裂一条分支断裂)走向一致，在埕北30北断层左旋走滑过程中属于同向走滑断裂，为左旋走滑断层；其位于左旋的埕北30 北断层与右旋的埕北20断层(图中左侧箭头所指)共轭增压处，因此为左旋压扭断层，基于断层性质的评价结果为“好”。

局部应力场的性质：拉张及张扭应力评价为差，纯剪切应力评价为中，挤压及亚扭应力评价为好。

图5中CBGX14西断层位于左旋走滑的NNE向埕北30北断层(图中右侧箭头所指)及右旋走滑NNW向埕北20断层之间(图中左侧箭头所指)，处于两条断层走滑派生的共轭增压区，因此基于局部应力场的评价为“好”。

产状配置：图7中(1)和(2)两种情况下评价为好，(3)和(4) 两种情况下评价为差，(5)情况下评价为中。

CBGX14井钻遇的下古生界与CBGX14西断层产状相反，两者的产状配置属于图7中的(1)，基于该参数的评价结果为“好”。

流体性质：流体性质通过流体包裹体的测定确定(流体包裹体测定流体性质的已有成熟方法，在此不在赘述)，测定流体PH值小于6.5时，该参数评价为差；介于6.5～7.5之间时，该参数评价为中；大于7.5时，该参数评价为好。

由于该井在下古生界未钻遇断层且未取岩心，因此利用周边其余钻井流体包裹体数据评价该参数。碳酸盐岩裂缝内充填的方解石脉内流体包裹体的均一温度及校正后的捕获压力见表1，计算得到的流体pH值为6.0，依据流体性质评价的断层封闭性结构为“差”。

表1方解石脉内纯水体系流体包裹体的均一温度、捕获压力及pH值表

包裹体	均一温度(℃)	捕获压力(Kbar)	pH值
				1	104.5	0.76	6.0
2	107.5	0.70	6.0
				3	97.5	0.65	6.0
4	100.8	0.68	6.0
				5	105.6	0.71	6.0
6	98.7	0.67	6.0
				7	102.8	0.70	6.0
平均值	102.5	0.70	6.0

在步骤104中，综合评价五个参数的结果，有三个或三个以上参数的评价结果为同一级别时，则该断层的封闭性即为该级别；若无三个或三个以上参数的评价结果为同一级别，但评价为同一级别的参数分别有两组(如断层活动强度评价结果为中，局部应力场的性质为差，断层性质评价结果为差、产状配置评价结果为中、流体性质评价结果为好)，则着重流体性质的评价结果，若流体性质评价结果为好或中，则断层侧向封闭性评价结果为两组参数中较好的级别，若流体性质评价结果为差，则断层侧向封闭性评价结果为两组参数中较差的级别，如上述实例中断层侧向封闭性的综合评价结果为中。

对CBGX14北断层的评价参数中，除基于流体性质这一参数评价的结果为“差”外，其余四个参数的评价结果都为“好”，因此基于该评价方法的 CBGX14北断层封闭性为好。CBGX14井在奥陶系顶部钻遇油层，与评价结果一致。

根据发明内容主要流程如下：

(1)地层及断层解释

地层及断层的解释已有相关成熟技术，在此不再赘述，本次研究仅使用利用相关成熟技术得到的解释成果(图2(a)和(b))

(2)断层活动强度分析

断层活动强度定量表征的方法众多，本发明采用断层活动速率来表征断层活动强度。依据断层活动对两盘地层所造成的沉积、剥蚀作用的差异性，针对不同类型的断层，确定了不同的计算方法：

同沉积正断层：

边界正断层：

逆断层：

(3)局部应力场分析

与正断层及逆断层有关的应力场已有定论，在此不再赘述。

同一走滑应力场之下，不同位置局部应力场差异、不同方向应变差异导致了走滑及其派生构造发育类型与样式的多样性，包括在走滑弯曲带的局部增压与释压，在叠接带的释压拉张与增压挤压形成的拉张与挤压的双重构造，在走滑断裂带末端形成的叠瓦扇；以及块体活动的改变与断层方向的变化造成的差异，都可以使走滑及其派生构造发育类型与样式的多样性，因此本发明通过识别走滑派生构造来进一步分析不同区域的局部应力场。图4(a)为本发明识别的济阳坳陷滩海地区走滑派生构造样式，图4 (b)为不同走滑派生构造局部应力场特征。

(4)断层性质分析

断层主要包括正断层、逆断层和走滑断层，各种断层的确定方法已有成熟的方法，利用该方法确定的滩海地区各断层性质见图6。对断层封闭性而言，压性断层封闭性最好，走滑断层较好，张性断层较差。

(5)产状配置关系分析

正断层与其两侧岩层产状的配置关系可分为同向正断层、反向正断层、屋脊式正断层、反向屋脊式正断层几种组合形式(图7)，通常认为反向正断层、屋脊式正断层>同向正断层>反向屋脊式正断层。对于滩海地区，从研究区实际油藏分布来看，主断裂多为同向正断层，封闭性较差；分支断层多为反向正断层，封闭性较好。

(6)流体性质分析

断裂带内活动流体的性质可通过对充填矿物中的流体包裹体分析测试获取，获取的参数包括温度、压力、盐度、成分、密度、流体体系、pH 值、Eh值等，获取方法已有相关成熟技术。本发明利用相关成熟技术，对一具体断裂实例中的流体包裹体(图8)进行分析。实验测定的包裹体均一温度为72℃，校正得到的包裹体捕获压力为1.0kbar，包裹体中盐类未能测出，将其以纯H₂O体系处理，在纯H₂O体系中有水离解形成[H+]的反应为：

H₂O(aq)＜＝＞H⁺+OH^-(4)

其平衡常数为：

溶液中处于平衡状态的纯液体的活度等于1，则有

Kw＝{H⁺}{OH^-}＝[H⁺][OH^-]°γ_H+γ_OH- (6)

当纯水中离子浓度较小时，离子活度系数等于1或者近似等于1，上式为：

Kw＝{H⁺}{OH^-}＝[H⁺][OH^-] (7)

两边取负对数：-logKw＝-log[H⁺]-log[OH^-] (8)

即pKw＝pH+pOH

有式4可以看出，纯水中H+、OH-离子浓度相等，因此pH的计算公式为：pH＝pKw/2 (9)

由此计算得到的不同温度、压力下纯水的pH值见表2。

表2不同温度、压力下纯水包裹体的pH值表

本发明在碳酸盐岩内发育的断层是一种有效的评价断层封闭性的方法，包括：利用地震资料获取相关层位地层厚度，进而计算断层活动速率；通过分析断层性质及走滑断层派生构造的分析，获取局部应力场特征；通过断层两盘地层的相对移动方向，获取断层性质；利用断层与地层的产状关系，获取产状配置关系；利用流体包裹体成分测试及均一温度、冰点分析，获取流体性质；通过对五个参数分别评价，获取单个参数的评价结果，进而综合5个参数的评价结果，达到综合评价断层侧向封闭性的目的。本发明的有益效果是，可以有效的解决碳酸盐岩内发育断层的侧向封闭性评价问题，进而有效的指导潜山圈闭有效性的评价。

Claims (5)

1.碳酸盐岩内断层的封闭性评价方法，其特征在于，该碳酸盐岩内断层的封闭性评价方法包括：

步骤1，利用三维地震数据、速度场数据获取目的断层及两盘地层解释成果；

步骤2，获取断层平面展布图，获取断层两盘各地层厚度，获取断层及地层产状，获取流体包裹体样品；

步骤3，计算各时期断层活动速率，获取局部应力场特征及断层性质，获取地层与断层的产状匹配关系，获取流体性质；

步骤4，建立断层活动强度、局部应力场特征、断层性质、产状匹配、流体性质的评价结果；

步骤5，综合5个参数的评价结果，获取断层封闭性评价结果；

在步骤5中，综合各参数的评价结果，评价断层的侧向封闭性，其中三个以上参数的评价结果为同一级别时，则该断层的封闭性即为该级别；若无三个以上参数的评价结果为同一级别，但评价为同一级别的参数分别有两组，则着重流体性质的评价结果，若流体性质评价结果为好或中，则断层侧向封闭性评价结果为两组参数中较好的级别，若流体性质评价结果为差，则断层侧向封闭性评价结果为两组参数中较差的级别。

2.根据权利要求1所述的碳酸盐岩内断层的封闭性评价方法，其特征在于，在步骤1中，利用三维地震资料、速度场资料，对目的断层进行构造解释，形成断层不同位置剖面特征及断层两盘的地层特征。

3.根据权利要求1所述的碳酸盐岩内断层的封闭性评价方法，其特征在于，在步骤2中，通过平面追踪断层，形成断层平面展布图；通过时深转换，获取断层两盘地层的厚度；通过在地震剖面上分析地层与断层的产状特征，形成地层和断层的倾斜方向；通过磨制断裂带岩心样品获取流体包裹体。

4.根据权利要求1所述的碳酸盐岩内断层的封闭性评价方法，其特征在于，在步骤3中，断层活动强度通过断层活动速率表征，断层活动速率通过断层下降盘地层厚度减上升盘该地层厚度除以该地层沉积时间获取；断层性质分为正断层、逆断层和走滑断层，走滑断层依据其派生构造进一步划分为纯走滑段、释压段和增压段；通过对比地层和断层的倾斜方向，形成两者之间的匹配关系；通过单个流体包裹体的激光拉曼测试和冰点、均一温度测试，形成流体性质。

5.根据权利要求1所述的碳酸盐岩内断层的封闭性评价方法，其特征在于，在步骤4中，依据各参数的计算结果或分析测试结果，形成各参数的评价结论。

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