CN115390156A - 岩性油气藏盖层完整性定量评价方法 - Google Patents

岩性油气藏盖层完整性定量评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及的是岩性油气藏盖层完整性定量评价方法，其包括：获取盖层岩石实验室突破压力数据，对无测试数据的盖层突破压力进行预测；对实验数据校正，得到代表真实地下条件的盖层突破压力；对盖层内发育裂缝进行精细识别；标定和统计裂缝间的切割关系，将每条裂缝所具有的平均切割结点数量标定为裂缝连通性系数，判断裂缝是否连通；评价盖层内构造裂缝的连通性；开展岩石力学实验，获得盖层岩石力学参数；利用研究区密度测井数据和地层漏失测试数据，计算研究区地应力大小；确定盖层水力破裂模式及破裂条件；确定盖层保持完整性的约束条件，建立盖层完整性的综合评价图版。本发明可定量评价由多因素控制的盖层完整性，更好的分析油气富集规律。

Description

岩性油气藏盖层完整性定量评价方法
技术领域：
本发明涉及的是岩性油气藏地质勘探与开发技术领域中盖层完整性的定量表征方法，具体涉及的是岩性油气藏盖层完整性定量评价方法，一种基于盖层微观封闭机理和不同类型破裂构造定量评价的盖层完整性综合定量评价方法。
背景技术：
盖层是沉积盆地内油气聚集成藏的关键因素，盖层质量的好坏直接影响了油气的运移过程、富集层位及富集程度。盖层质量的好坏主要体现在盖层的完整性。当盖层保持完整性，则具有较好的封盖能力，是优质盖层；相反，当盖层完整性被破坏，盖层的封盖能力随着完整性破坏程度的增加而逐渐降低，盖层质量相应逐渐变差。通过大量对含油气盆地的油气藏保存条件的分析，可以明确盖层完整性受到盖层自身的微观封闭能力和盖层是否发生破裂共同控制。其中，盖层微观封闭能力是由其与下部储层由于物性差异而产生的毛细管力所决定的，毛细管力越大，盖层能封闭的烃柱高度越大，大量油田数据也证明了油气藏的烃柱高度与盖层毛管力之间存在明显的正相关性。当盖层普遍具有一定的微观封闭能力和宏观展布时，盖层是否发生破裂以及破裂的程度成为评价盖层完整性的重点。受不同地质因素的影响，盖层内可能发生多种类型和模式的破裂，涵盖了构造破裂和水力破裂。构造破裂是盖层岩石在强应力的作用下逐渐形成的裂缝，这些裂缝随着构造应变的逐渐增强，由独立的、互不连通的裂缝逐渐演化为连通的裂缝网络，最终成为油气发生渗漏的潜在风险。水力破裂是指在低差应力的条件下，由于孔隙流体压力增加导致的岩石发生张性破裂，形成新的水力张性破裂或使原有的裂缝再度张开。在不同盆地中，既可能发生单一类型的破裂，也可能出现两种类型破裂同时存在的现象。其中任何一种破裂的都可能导致盖层的完整性被破坏而失去封闭能力，或封闭能力减弱。目前，已经在多个盆地中发现由于盖层破裂而导致勘探失利的情况。例如，我国南海莺歌海盆地中央坳陷带的乐东气田，早期受底辟构造活动控制伴生大量构造裂缝，晚期流体超压使盖层进一步发生水力破裂，致使深层天然气散失，多口井位勘探失利。此外，我国珠江口盆地、中西部前陆盆地以及欧洲北海盆地、挪威盆地和东南亚马来盆地也普遍存在因盖层破裂而发生油气渗漏的现象。因此，准确的评价盖层完整性、明确油气保存条件可以为寻找油气聚集有利区提供地质支撑，从而进一步指导油田的勘探开发和探井部署。
目前，尚未提出一种综合多因素的盖层完整性的定量评价方法，大多数的研究仍集中在单一因素的定性或半定量的分析，主要还是从盖层的宏观发育特征和物性封闭机理定性的评价盖层是否封闭，或是只对应力集中构造部位开展裂缝发育特征的研究，或是以异常高孔隙流体压力为基础，评价盖层是否发生水力破裂等等。这些参数和方法的应用虽然能够从一定程度上评价盖层的保存条件，但是对于真实地质条件，盖层的完整性往往是由多个因素共同控制的，要想准确的评价盖层的完整性件需要综合考虑盖层自身的微观封闭能力和盖层破裂的情况，不能以一个参数的好坏表征盖层的完整性。
发明内容：
本发明的目的是提供岩性油气藏盖层完整性定量评价方法，这种岩性油气藏盖层完整性定量评价方法用于解决目前不能够综合定量评价由多种因素控制的盖层完整性的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种岩性油气藏盖层完整性定量评价方法包括如下步骤：
a.利用钻井岩心进行盖岩突破压力的测试，获取盖层岩石实验室突破压力数据，通过盖层岩性、岩石物性参数、岩石测井声波时差，建立盖层突破压力与声波时差、物性的关系，利用拟合的关系式，对无测试数据的盖层突破压力进行预测；
b.利用步骤a中获得的盖层突破压力，基于实际研究区块的地层温度、流体界面张力对实验数据进行校正，得到代表真实地下条件的盖层突破压力；
c.利用成像测井资料分析，结合钻井岩心和显微薄片镜下观察，对盖层内发育裂缝进行精细识别，涉及裂缝几何学特征参数包括裂缝发育的类型、倾向、倾角、开度、长度以及密度；
d.利用步骤c中获得的各项裂缝几何学特征参数，基于可识别裂缝的空间组合模式，标定和统计裂缝间的切割关系，将每条裂缝所具有的平均切割结点数量标定为裂缝连通性系数CL，作为判断裂缝是否连通的参数；
e.基于统计不同类型裂缝的发育数量、长度、密度参数，利用步骤c中观察获得的裂缝分布照片，经过图像倾斜和坐标校正后，导入MapGIS软件，并随机模拟大范围裂缝发育，基于步骤d中提出的裂缝连通性系数，评价盖层内构造裂缝的连通性；
f.利用盖层岩心样品，开展岩石力学实验，获得盖层岩石力学参数；
g.利用研究区密度测井数据和地层漏失测试数据，计算研究区地应力大小，其中，垂向主应力通过密度测井积分求取，水平主应力通过地层漏失测试数据和抗张强度获得；
h.基于步骤f和步骤g，计算盖层岩石抗张强度与相对应深度地应力差值大小，确定盖层水力破裂模式及破裂条件，将地层流体压力与盖层破裂压力的相对比值定义为盖层水力破裂压力系数，作为判断盖层是否发生水力破裂的参数；
i.在步骤b、步骤e和步骤h中分别确定的盖层微观封闭能力、裂缝连通性及水力破裂临界条件的基础上，确定盖层保持完整性的约束条件；对盖层完整性约束条件中涉及的参数进行排列组合，将所有排列组合输入SPSS软件中开展判别分析，建立盖层完整性的综合评价图版。
上述方案步骤a中盖岩突破压力的测试时，对研究区盖层进行取样，取样规格为直径2.5cm，长度不低于1.5cm的圆柱形岩塞样品。
上述方案步骤a中拟合的关系式为：
Φ＝aΔt-b (式1)
式中，Φ为泥质岩盖层孔隙度，％；Δt为泥质岩盖层的声波时差，μs/m；a和b为常数；
pc＝cΦd (式2)
式中：Pc为泥岩的突破压力，MPa；Φ为泥质岩盖层孔隙度，％；c和d为常数。
上述方案步骤b中基于实际研究区块的地层温度、流体界面张力对实验数据进行校正的方法：利用式3、式4、式5，换算得到代表真实地下条件的盖层突破压力，式3、式4、式5如下：
Figure BDA0003822856490000031
式中：σw-g为气、水界面张力；σo-g为气、煤油界面张力；Pw为饱和水介质的突破压力，MPa；Po为饱和煤油介质的突破压力，MPa；
σw-g＝4275/(T+32.5) (式4)
式中：T为地层温度，℃，由下式表示：
Figure BDA0003822856490000041
式中：T为地层温度，℃；H为埋深，m；T’为地温梯度，℃/100m；H0为恒温层厚度，m；a为地表温度，℃。
上述方案步骤d中标定和统计裂缝间的切割关系的方法：
将裂缝之间的切割关系进行分类统计，识别出三类切割关系：孤立型结点、邻接型结点以及交叉型结点，其连通性依次变好；这些结点将一条裂缝分割成若干个裂缝分枝，分枝数量越多，表示结点数量越多，连通性越好；将每条裂缝所具有的平均结点数量CL标定为裂缝连通性系数，当其大于3.57时，裂缝为连通状态；当其介于2～3.57时，裂缝为临界连通状态；当其小于2时，裂缝未连通。
上述方案步骤f中岩石力学实验的方法：在盖层内的钻井岩心上钻取规格为直径2.5cm，长度5cm的圆柱形岩塞样品，利用圆柱形岩塞样品进行不同围压、孔压条件下的岩石力学三轴压缩实验，获取盖层岩石的力学参数，盖层岩石的力学参数包括岩石的弹性模量、泊松比、抗张强度、内聚力、内摩擦角、摩擦系数。
上述方案步骤h中确定盖层水力破裂模式的方法：通过对不同深度差应力ΔS与岩石抗张强度的比较得到盖层初次发生水力破裂的类型，ΔS为最大主应力与最小主应力的差值，当地层所受差应力小于4倍地层抗张强度时，地层发生张性破裂，当地层所受差应力大于6倍抗张强度时发生剪切破裂，当地层所受差应力介于4和6之间时发生张剪混合破裂；在判别破裂模式的基础上，利用不同的破裂准则确定盖层的破裂压力；利用地层流体压力与盖层破裂压力的相对比值，即盖层水力破裂压力系数评价盖层水力破裂风险，其值大于1表示盖层已发生破裂或具有极强的水力破裂的风险性，小于1表示该地层压力条件下不发生水力破裂。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明的目的在于通过对盖层完整性影响因素的定量评价，建立研究区盖层完整性综合评价图版，有助于寻找优质盖层及油气富集有利区，提高了评价盖层保存条件的准确性。
2、本发明是建立在对盖层微观封闭能力、盖层内构造裂缝连通性及盖层水力破裂临界条件的评价基础上，可同时考虑单一因素也可考虑多因素建立盖层完整性综合评价图版；可直接将各参数数据在图版上进行投点，综合评价单点盖层完整性，也可以利用图版对研究区内盖层完整性进行区域评价，划分盖层级别。
3、本发明对于知道油田勘探开发具有重要实际意义，可在油田实际勘探开发工作之前，定量评价由多因素控制的盖层完整性，更好的分析油气富集规律，对寻找勘探有利目标区提供可靠的地质依据。
附图说明
图1为本发明案例中盖层孔隙度与声波时差的关系图；
图2为本发明案例中盖层孔隙度与突破压力的关系图；
图3为本发明案例中显微薄片镜下裂缝发育特征图；
图4为本发明案例中数值模拟裂缝组合分布模型图；
图5为本发明案例中裂缝发育各种类型节点所占比例图；
图6为本发明案例中盖层地应力计算图；
图7为本发明案例中盖层完整性单井判别图版；
图8为本发明案例中盖层完整性综合评价图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
这种岩性油气藏盖层完整性定量评价方法步骤如下：
a.根据研究区的实际情况，在盖层段进行取样，样品规格为直径2.5cm，长度不低于1.5cm的圆柱形岩塞样品，利用岩心样品进行盖岩突破压力的测试，获取盖层岩石实验室突破压力数据。实验过程遵循中华人民共和国石油天然气行业标准《岩石气体突破压力测定方法》(ST/Y 5748-2013)。通过盖层岩性、岩石物性参数(孔隙度或渗透率)、岩石测井声波时差，建立盖层突破压力与声波时差、孔隙度的关系，利用拟合的关系式(式1、式2)，对无测试数据的盖层突破压力进行预测。
Φ＝aΔt-b (式1)
式中，Φ为泥质岩盖层孔隙度，％；Δt为泥质岩盖层的声波时差，μs/m；a和b为常数。
pc＝cΦd (式2)
式中：Pc为泥岩的突破压力，MPa；Φ为泥质岩盖层孔隙度，％；c和d为常数。
b.步骤a中涉及的突破压力是实验室数据，不能完全代表地下真实条件的盖层突破压力，在真实地层条件下，岩石一般是水饱和的，所以饱和煤油条件下获得的气驱煤油的突破压力与地下盖层突破压力存在差异，需要通过步骤b，利用地层温度和界面张力对实验数据进行校正，以便获取地下真实条件的盖层突破压力。具体为：利用步骤a中获得的盖层突破压力，基于实际研究区块的地层温度、流体界面张力对实验数据进行校正，利用公式3、4、5，得到可以代表真实地下条件的盖层突破压力，校正公式如下：
Figure BDA0003822856490000061
式中：σw-g为气、水界面张力；σo-g为气、煤油界面张力；Pw为饱和水介质的突破压力，MPa；Po为饱和煤油介质的突破压力，MPa。
σw-g＝4275/(T+32.5) (式4)
式中：T为地层温度，℃，可由下式表示：
Figure BDA0003822856490000062
式中：T为地层温度，℃；H为埋深，m；T’为地温梯度，℃/100m；H0为恒温层厚度，m；a为地表温度，℃。
c.利用成像测井资料分析，结合钻井岩心和显微薄片镜下观察，观察获得的裂缝分布照片，对盖层内发育裂缝进行精细识别，涉及参数包括裂缝发育的类型、倾向、倾角、开度、长度以及密度。
d.构造裂缝连通性评价需要识别裂缝间的切割关系，利用步骤c中获得的各项裂缝几何学特征参数，基于可识别裂缝的空间组合模式，标定和统计裂缝间的切割关系，将裂缝之间的切割关系进行分类统计，可以识别出三类切割关系：孤立型结点(I型)、邻接型结点(Y型或T型)以及交叉型结点(X型)，其连通性依次变好；这些结点将一条裂缝分割成若干个裂缝分枝，分枝数量越多，表示结点数量越多，连通性越好。将每条裂缝所具有的平均结点数量(CL)标定为裂缝连通性系数，当其大于3.57时，裂缝为连通状态；当其介于2～3.57时，裂缝为临界连通状态；当其小于2时，裂缝未连通。
e.利用步骤c中观察获得的裂缝分布照片，经过图像倾斜和坐标校正后，导入MapGIS软件，基于统计的不同类型裂缝的发育特征，包括裂缝数量、单挑裂缝长度、裂缝密度等参数，数值模拟相同地质条件下大范围裂缝发育随机分布，统计不同类型裂缝切割关系所产生的对应结点数量裂缝数量、分枝数量及长度等参数，计算不同类型结点的比例。基于步骤d中提出的裂缝连通性系数，评价盖层内构造裂缝的连通性。对于无成像测井、岩心及薄片数据地区，可以基于已有裂缝发育模式及特征，利用软件进行数值模拟并对裂缝连通性进行分析评价。
f.在盖层内的钻井岩心上钻取规格为直径2.5cm，长度5cm的圆柱形岩塞样品，利用岩塞样品进行不同围压、孔压条件下的岩石力学三轴压缩实验，获取盖层岩石的力学参数，涉及参数包括岩石的弹性模量、泊松比、抗张强度、内聚力、内摩擦角、摩擦系数。
g.利用研究区密度测井数据和地层漏失测试数据，计算研究区地应力大小，其中，垂向主应力可以通过密度测井积分求取，水平主应力通过地层漏失测试数据和抗张强度获得。评价水力破裂除了盖层岩石力学参数外，最主要的是盖层的地应力特征，包含垂向主应力和水平主应力。
其中，垂向主应力是由于上覆岩层的重力引起的，可以通过对密度测井进行积分求得，公式如下：
Figure BDA0003822856490000071
式中：Sv为垂向主应力，MPa；ρ(h)表示密度，g/cm3；为深度h的函数，m；g为重力加速度，m/s2。
在海上区域需要考虑海水对垂向主应力的影响，以上公式更正为：
Figure BDA0003822856490000072
式中：Sv为垂向主应力，MPa；ρw表示海水的密度，约为1g/cm3；hw表示海水的深度，m；g为重力加速度，m/s2。
水平主应力包含水平最小主应力和水平最大主应力，需要利用地层漏失测试和岩石抗张强度得到。通过对研究区不同单井地层漏失数据的统计识别地层漏失压力和地层破裂压力，漏失压力的包络线代表水平最小主应力的大小。计算出的水平最小主应力结合地层破裂压力、岩石抗张强度和盖层内孔隙流体压力，通过公式8可计算水平最大主应力：
SH＝σt+3Sh-PFBP-Pp (式8)
式中：SH为水平最大主应力，MPa；σt为抗张强度，MPa，可以利用岩石力学实验进行测量；Sh为水平最小主应力，MPa；PFBP为地层破裂压力，MPa；Pp为孔隙压力，MPa。
h.基于步骤f和g，计算盖层岩石抗张强度与相对应深度地应力差值大小，确定盖层水力破裂模式及破裂条件，将地层流体压力与盖层破裂压力的相对比值定义为盖层水力破裂压力系数，以此作为判断盖层是否发生水力破裂的参数。通过对不同深度差应力ΔS(最大主应力与最小主应力的差值)与岩石抗张强度T的比较即可得到盖层初次发生水力破裂的类型，当地层所受差应力小于4倍地层抗张强度时，地层发生张性破裂，破裂准则为：
P＝S3+σt (式9)
式中：P为盖层破裂压力，MPa；S3为最小主应力，MPa；σt为抗张强度，MPa。
当差应力大于6倍抗张强度时发生剪切破裂，破裂准则为：
P＝Sn+(C-τ)/μ (式10)
式中：P为盖层破裂压力，MPa；Sn为正应力，MPa；C为岩石内聚力，MPa；τ为剪应力，MPa；μ为摩擦系数。
当差应力介于两者之间时发生张剪混合破裂，破裂准则为：
P＝Sn+(4T2-τ2)/4σt (式11)
式中：P为盖层破裂压力，MPa；Sn为正应力，MPa；σt为抗张强度，MPa；τ为剪应力，MPa。
在确定破裂模式的基础上，利用不同的破裂准则(式9、10、11)确定盖层的破裂压力。通过计算地层流体压力与盖层破裂压力的相对比值，即盖层水力破裂压力系数评价盖层水力破裂风险，其值大于1表示盖层已发生破裂或具有极强的水力破裂的风险性，小于1表示该地层压力条件下不发生水力破裂。
i.在步骤b、e、h中分别确定的盖层微观封闭能力、裂缝连通性及水力破裂临界条件的基础上，确定盖层保持完整性的约束条件；
j.对步骤i中盖层完整性约束条件中涉及的参数进行排列组合，将所有排列组合输入SPSS(Statistical Product and Service Solutions)软件中开展Fisher判别分析，建立盖层完整性的综合评价图版，实现对盖层完整性综合评价。
利用SPSS软件中的Fisher判别分析，Fisher判别的基本思路是将高维度的数据点投影到低维度的空间上，盖层完整性评价涉及盖层微观封闭能力、构造裂缝连通性和水力破裂三个参数，建立盖层完整性约束条件的基础上，根据三个参数的特征，利用Fisher判别进行多变量统计分析。
利用SPSS软件中的Fisher判别分析，需要遵循以下步骤：
(1)选择分类变量及其范围；
(2)指定判别分析的自变量；
(3)选择观测量；
(4)指定分类参数和判别结果；
(5)指定生成并保存在数据文件中的新变量；
(6)提交运行Discriminant过程。
采用本发明对莺歌海XD10气田盖层完整性综合评价研究的保密性实验如下：
案例为“莺歌海XD10气田盖层完整性综合评价”。案例涉及到的区块位于我国南海莺歌海盆地中央坳陷带，是由北向南贯穿的大型水道岩性圈闭群，尽管位于同一个水道体系，岩性圈闭能否成藏以及成藏圈闭的充满程度存在明显差异，在良好的烃源条件下，盖层能否提供有效的保存条件是天然气成藏差异性主控因素之一。因此，对XD气田开展盖层完整性综合评价研究，为明确天然气成藏主控因素，寻找天然气富集有利区具有重要意义，还可为其他区块勘探开发提供一定的理论支撑，更好的指导探井部署。
实施的基本条件：
1、研究区具有较好的三维地震资料、测井资料以及钻井岩心资料，为本方法研究提供了全面的数据基础。
2、申请单位实验室具有研究过程中涉及到的实验仪器和分析软件，为本方法研究提供了各种软硬件支持。
实施过程：
a.获取盖层突破压力数据，建立盖层突破压力与声波时差、物性的关系
根据研究区的实际情况，在盖层段进行取样，样品规格为直径2.5cm，长度不低于1.5cm的圆柱形岩塞样品，利用岩心样品进行盖岩突破压力的测试，实验过程遵循中华人民共和国石油天然气行业标准《岩石气体突破压力测定方法》(ST/Y 5748-2013)。实验全部结束后，可得到一组盖层突破压力实验数据。通过统计研究区泥岩孔隙度和对应声波时差可以得到(图1)：
Φ＝0.4128Δt-26.467 (式12)
式中：Φ为泥质岩盖层孔隙度，％；Δt为泥质岩盖层的声波时差，μs/m。
孔隙度和泥岩突破压力的关系(图2)：
Pc＝43.248Φ-0.784 (式13)
式中：Pc为泥岩的突破压力，MPa；Φ为泥质岩盖层孔隙度，％。
将公式12带入公式13，即可得到研究区声波时差与实验测得突破压力的关系：
Pc＝43.248(0.4128Δt-26.467)-0.784 (式14)
式中：Pc为泥岩的突破压力，MPa；Δt为泥质岩盖层的声波时差，μs/m。
b.盖层突破压力校正
基于实际研究区块的地层温度、流体界面张力，利用公式3、4、5，对步骤a中所得盖层突破压力进行校正，可得到代表真实地下条件的盖层突破压力计算公式：
Figure BDA0003822856490000101
式中：Pw为校正盖层突破压力，MPa；Pc为实验盖层突破压力，MPa；T’为地温梯度，℃/100m。基于公式15求得的岩石地下的突破压力，才更能代表地下岩石的真实情况，从而比较客观的评价盖层的微观封闭能力。
c.盖层内裂缝发育特征观察
根据对成像测井、岩心及薄片研究，构造裂缝具有明显的规律性和方向性，研究区发育有北西-南东向、近东西向、近南北向以及北东东-南西西向4组天然裂缝，观察描述不同类型裂缝发育密度、裂缝之间的切割关系等特征(图3)。
d.标定裂缝连通性性系数
利用步骤c中观察获得的裂缝分布及发育特征参数，可以识别出三类切割关系：孤立型结点(I型)、邻接型结点(Y型或T型)以及交叉型结点(X型)，其连通性依次变好；这些结点将一条裂缝分割成若干个裂缝分枝，分枝数量越多，表示结点数量越多，连通性越好。将每条裂缝所具有的平均结点数量(CL)标定为裂缝连通性系数，当其大于3.57时，裂缝为连通状态；当其介于2～3.57时，裂缝为临界连通状态；当其小于2时，裂缝未连通。
e.评价盖层内构造裂缝的连通性
利用步骤c中观察获得的裂缝分布照片，经过图像倾斜和坐标校正后，导入MapGIS软件，基于统计的不同类型裂缝的发育特征，包括裂缝数量、单挑裂缝长度、裂缝密度等参数，数值模拟相同地质条件下大范围裂缝发育随机分布(图4)，计算统计三种类型裂缝切割关系所产生的对应结点数量裂缝数量、分枝数量及长度等参数，计算不同类型结点的比例(图5)。根据裂缝平均结点数量(CL)，判断裂缝连通状况，其中XD10区缝连通性整体较差，主要分布在未连通区域，XD15区裂缝连通性最好，大量裂缝处于连通状态。
f.获取盖层岩石力学特征参数
在XD10-4井盖层内的钻井岩心上钻取规格为直径2.5cm，长度5cm的7块圆柱形岩塞样品，利用岩塞样品进行不同围压、孔压条件下的岩石力学三轴压缩实验，获取盖层岩石的力学参数，涉及参数包括岩石的弹性模量、泊松比、抗张强度、内聚力、内摩擦角、摩擦系数。
g.计算盖层地应力
评价水力破裂除了盖层岩石力学参数外，最主要的是盖层的地应力特征，包含垂向主应力和水平主应力。
盖层垂向主应力大小利用对密度测井数据，通过公式6进行积分求得，具体如下：
ρ＝1158×h0.0949 (式16)
Sv＝0.010576×h1.0949-0.607 (式17)
式中：ρ为密度，kg/m3；Sv为垂向主应力，MPa；h为深度，m。
盖层水平主应力包括水平最小主应力和水平最大主应力。水平最小主应力通过统计研究区单井地层漏失试验的地层漏失压力，漏失压力的包络线代表水平最小主应力的大小。水平最大主应力通过地层破裂压力、水平最小主应力、抗张强度和流体压力计算，具体见公式8，地层漏失压力和地层破裂压力如图6所示。
h.盖层水力破裂评价
①确定盖层水力破裂模式及破裂准则
通过对比不同深度差应力ΔS(最大主应力与最小主应力的差值)与岩石抗张强度T的相对大小即可得到盖层初次发生水力破裂的类型。由上述步骤得到的数据，计算可知研究区内ΔS始终小于4σt，因此，研究区内盖层发生张性破裂，选择公式9作为盖层破裂的评价准则。
②盖层水力破裂压力系数计算
在判别破裂模式的基础上，利用地层流体压力与盖层破裂压力的相对比值，即盖层水力破裂压力系数评价盖层水力破裂风险，其值大于1表示盖层已发生破裂或具有极强的水力破裂的风险性，小于1表示该地层压力条件下不发生水力破裂。评价结果表明，XD10-3、XD10-4、XD10-10井发生水力破裂，其他井未破裂。
i.确定盖层完整性的约束条件
在真实地质条件下，盖层的完整性不仅仅是单一因素控制的，而是由两种或三种因素共同控制的，因此基于上述不同因素评价参数的临界标准，建立了相应的盖层完整性约束条件，如表1。
表1盖层完整性约束条件
Figure BDA0003822856490000121
j.建立盖层完整性的综合评价图版
以上述约束条件为依据，利用盖层的突破压力、裂缝连通系数和水力破裂压力系数，在可控的精度范围内，通过编辑程序生成四个等级区域内的所有参数的排列组合，并将其导入到SPSS中，共识别数据80756组，所有组别中没有缺失变量，利用Fisher判别分析建立判别函数(表2)，具体可以表示为：
F1＝-0.089Pd+17.485Pbc+0.135CL-18.418 (式18)
F2＝0.725Pd+2.462Pbc-0.039CL-4.378 (式19)
F3＝0.065Pd-3.638Pbc-0.621CL-1.981 (式20)
表2盖层完整性Fisher判别典型区别函数系数
Figure BDA0003822856490000131
通过得到的判别函数，将不同等级区域内的参数进行判别分组，形成最终的盖层完整性判别函数图版(图7)，通过判别函数的预测，对所有数据进行交叉验证，预测的分类结果与初始设置分类结果对比，正确率达到98.1％，，可以适用于盖层完整性的定量评价。
基于判别函数，对XD黄流组一段及各个气组顶部泥岩隔夹层的盖层完整性进行评价，最终可实现对研究区内盖层完整性的区域评价，明确优质盖层分布范围(图8)。

Claims (7)

1.一种岩性油气藏盖层完整性定量评价方法，其特征在于包括如下步骤：
a.利用钻井岩心进行盖岩突破压力的测试，获取盖层岩石实验室突破压力数据，通过盖层岩性、岩石物性参数、岩石测井声波时差，建立盖层突破压力与声波时差、物性的关系，利用拟合的关系式，对无测试数据的盖层突破压力进行预测；
b.利用步骤a中获得的盖层突破压力，基于实际研究区块的地层温度、流体界面张力对实验数据进行校正，得到代表真实地下条件的盖层突破压力；
c.利用成像测井资料分析，结合钻井岩心和显微薄片镜下观察，对盖层内发育裂缝进行精细识别，涉及裂缝几何学特征参数包括裂缝发育的类型、倾向、倾角、开度、长度以及密度；
d.利用步骤c中获得的各项裂缝几何学特征参数，基于可识别裂缝的空间组合模式，标定和统计裂缝间的切割关系，将每条裂缝所具有的平均切割结点数量标定为裂缝连通性系数CL，作为判断裂缝是否连通的参数；
e.基于统计不同类型裂缝的发育数量、长度、密度参数，利用步骤c中观察获得的裂缝分布照片，经过图像倾斜和坐标校正后，导入MapGIS软件，并随机模拟大范围裂缝发育，基于步骤d中提出的裂缝连通性系数，评价盖层内构造裂缝的连通性；
f.利用盖层岩心样品，开展岩石力学实验，获得盖层岩石力学参数；
g.利用研究区密度测井数据和地层漏失测试数据，计算研究区地应力大小，其中，垂向主应力通过密度测井积分求取，水平主应力通过地层漏失测试数据和抗张强度获得；
h.基于步骤f和步骤g，计算盖层岩石抗张强度与相对应深度地应力差值大小，确定盖层水力破裂模式及破裂条件，将地层流体压力与盖层破裂压力的相对比值定义为盖层水力破裂压力系数，作为判断盖层是否发生水力破裂的参数；
i.在步骤b、步骤e和步骤h中分别确定的盖层微观封闭能力、裂缝连通性及水力破裂临界条件的基础上，确定盖层保持完整性的约束条件；对盖层完整性约束条件中涉及的参数进行排列组合，将所有排列组合输入SPSS软件中开展判别分析，建立盖层完整性的综合评价图版。
2.根据权利要求1所述的岩性油气藏盖层完整性定量评价方法，其特征在于：所述的步骤a中盖岩突破压力的测试时，对研究区盖层进行取样，取样规格为直径2.5cm，长度不低于1.5cm的圆柱形岩塞样品。
3.根据权利要求2所述的岩性油气藏盖层完整性定量评价方法，其特征在于：所述的步骤a中拟合的关系式为：
Φ＝aΔt-b (式1)
式中，Φ为泥质岩盖层孔隙度，％；Δt为泥质岩盖层的声波时差，μs/m；a和b为常数；
pc＝cΦd (式2)
式中：Pc为泥岩的突破压力，MPa；Φ为泥质岩盖层孔隙度，％；c和d为常数。
4.根据权利要求3所述的岩性油气藏盖层完整性定量评价方法，其特征在于：所述的步骤b中基于实际研究区块的地层温度、流体界面张力对实验数据进行校正的方法：利用式3、式4、式5，换算得到代表真实地下条件的盖层突破压力，式3、式4、式5如下：
Figure FDA0003822856480000021
式中：σw-g为气、水界面张力；σo-g为气、煤油界面张力；Pw为饱和水介质的突破压力，MPa；Po为饱和煤油介质的突破压力，MPa；
σw-g＝4275/(T+32.5) (式4)
式中：T为地层温度，℃，由下式表示：
Figure FDA0003822856480000022
式中：T为地层温度，℃；H为埋深，m；T’为地温梯度，℃/100m；H0为恒温层厚度，m；a为地表温度，℃。
5.根据权利要求4所述的岩性油气藏盖层完整性定量评价方法，其特征在于：所述的步骤d中标定和统计裂缝间的切割关系的方法：
将裂缝之间的切割关系进行分类统计，识别出三类切割关系：孤立型结点、邻接型结点以及交叉型结点，其连通性依次变好；这些结点将一条裂缝分割成若干个裂缝分枝，分枝数量越多，表示结点数量越多，连通性越好；将每条裂缝所具有的平均结点数量CL标定为裂缝连通性系数，当其大于3.57时，裂缝为连通状态；当其介于2～3.57时，裂缝为临界连通状态；当其小于2时，裂缝未连通。
6.根据权利要求5所述的岩性油气藏盖层完整性定量评价方法，其特征在于：所述的步骤f中岩石力学实验的方法：在盖层内的钻井岩心上钻取规格为直径2.5cm，长度5cm的圆柱形岩塞样品，利用圆柱形岩塞样品进行不同围压、孔压条件下的岩石力学三轴压缩实验，获取盖层岩石的力学参数，盖层岩石的力学参数包括岩石的弹性模量、泊松比、抗张强度、内聚力、内摩擦角、摩擦系数。
7.根据权利要求6所述的岩性油气藏盖层完整性定量评价方法，其特征在于：所述的步骤h中确定盖层水力破裂模式的方法：通过对不同深度差应力ΔS与岩石抗张强度的比较得到盖层初次发生水力破裂的类型，ΔS为最大主应力与最小主应力的差值，当地层所受差应力小于4倍地层抗张强度时，地层发生张性破裂，当地层所受差应力大于6倍抗张强度时发生剪切破裂，当地层所受差应力介于4和6之间时发生张剪混合破裂；在判别破裂模式的基础上，利用不同的破裂准则确定盖层的破裂压力；利用地层流体压力与盖层破裂压力的相对比值，即盖层水力破裂压力系数评价盖层水力破裂风险，其值大于1表示盖层已发生破裂或具有极强的水力破裂的风险性，小于1表示该地层压力条件下不发生水力破裂。
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