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1、大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 摘 要 张性正断层断裂带内部结构具有二分性：即断层核和破碎带。侧向封闭机 理为毛细管封闭与水里封闭。较可靠的断裂带泥质含量的计算模型为 SGR，常 用断层侧向封闭性评价的图件是 Knipe 图解和 Allan 图解，存在 5 种封闭类型： 即对接封闭、碎裂岩封闭（SGR15%） 、层状硅酸盐-框架断层岩封闭 （15%SGR50%） 、泥岩涂抹封闭（SGR50%）和胶结封闭。基于已知封 闭断层断裂带 SGR 与两盘压力差之间的关系，建立了断层侧向封闭烃柱高度与 SGR 之间的定量关系，对于未标定区可以通过实际油藏油水界面和烃柱高度分 布，反推断层封闭的 SGR
2、 临界值，进而标定断层侧向封闭烃柱高度与 SGR 之 间的定量关系，从而对未知断裂侧向封闭能力进行定量评价。断层侧向封闭性 定量评价主要应用于圈闭风险性评价中，依据断层封闭的烃柱高度和圈闭幅度 的关系，分为完全有效的圈闭、部分有效的圈闭和完全无效的圈闭三种类型。 关键词：正断层 侧向封闭 定量评价 临界 SGR 圈闭风险性 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） Abstract The structure of fault zone in extensional normal fault consists of fault core and damage zone. The main seal
3、mechanism is membrane seal and hydraulic seal. One reliable model used to calculate shale content is SGR value, and common methods to estimate lateral seal capacity are Knipe diagram and Allan diagram. There are five seal types including juxtaposition seal, cataclastic rock seal（SGR15%）, framework-p
4、hyllosilicate fault rocks seal（15%SGR50%时为 泥岩涂抹，中间的成分指泥岩骨架断层泥或层状硅酸盐骨架断层泥 （Yielding，Freem，Needham，2003）。 4.2.2 用过断层压力差对SGR进行标定 应用SGR方法对一个具体地区断层的封堵性进行评价，须用被钻井资料证 实了具有封堵能力的油藏断层对SGR 值进行标定。用原地的压力资料对SGR进行 标定，推导断层的封堵强度，从而估算烃柱的高度。在理想情形下，SGR值必须 用断层圈闭的烃类与断层带中水之间的压力差进行标定。由于很难收集到断层 带中精确的水的压力资料，压力差异通过测量相同储层中烃相和水
5、相之间的压 差或者测量过断层的压力差异得到。定义AFPD为断层面上同一深度在断层上升 盘和下降盘测得的原地压力值的差，即过断层的压差(图4-4)。通过重复地层测 试(RFT)获得的压力深度数据提供了地下压力机制的原始观察测量值。AFPD的 这一定义假设断层带物质支撑了断层上升盘和下降盘两侧之间的压力差异;也假 设当断层带中含水时，过断层的含水层具有相同的压力，但没有考虑由不同毛 管性质的对接砂岩引起的压力差异。 图4-4 过断层压力差(AFPD)示意图 AFPD是在断层面上同一深度测量的上升盘一侧(A)的烃类压力和下降盘一侧 (A)的水压力的差异。 图4-5为过断层的压力差与SGR的关系图，图
6、中数据来自于北海、挪威、墨 西哥、越南以及泰国的一些盆地。图中划分来自于封堵断层的数据点的区域与 数据空白区域间的边界线被称为封堵失败包络线 (Yielding，Freem，Needham，2003)，包络线显示了一给定SGR值可支持的最大 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 22 AFPD。从图4-5可知，随着SGR值增加，它支持的AFPD明显增加。随着深度的增 加，相同SGR值可以支持的AFPD也增大。SGR与AFPD关系的封堵失败包络线方程 为: AFPD(105Pa)=10(SGR/27-C) (2) 式中C为一常数，埋深小于3000m时，C为0.5，埋深在30003500m之间时，
7、C为0.25，埋深超过3500m时，C为0。代表断层封堵或不封堵的SGR的临界值为 15%20%(Yielding，Freem，Needham，2003；Knipe，1997；Knott，1993；Sm ith，1980)。 图 4-5 砂砂储层对接区的 SGR 与过断层压差的标定图 图中数据来自于北海、挪威、墨西哥、越南以及泰国的一些盆地。按照埋 藏深度给出不同颜色代码，深兰色表示埋深小于3000m，红色表示埋深 30003500m，绿色表示埋深35005500m。虚线为封堵失败包络线，代表了特 定SGR值能支持的最大毛管压力。 4.2.3 用浮力对 SGR 进行标定 图 4-5 通过在同一
8、张图上绘制 SGR 与 AFPD 的关系可以得到封堵失败包络线， 但由于这个包络线还受到其它因素，比如断层埋藏深度、断层两侧不同的岩石 类型、断裂带的宽度以及断层两侧不同的流体对接类型等的影响，所以其真实 性不是很高。过断层两侧的压差或者相同储层中的压差可能是不同流体相引起 的，也可能是相同流体相但具有不同的流体密度或者断层起了封堵作用引起的。 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 23 而相同储层中不同流体相之间存在浮力，浮力的大小与流体的密度有关，也决 定了压差的大小。通常情形下，通过 RFT 测试更容易得到断层两侧储层中油、 气、水等不同流体相的密度和压力数据，因此可以通过计算得到浮力数据
9、。因 此用浮力代替压差对 SGR 进行标定更容易实现。 对图 4-5 中的标定数据按照浮力和埋藏深度进重新分析，过断层存在三种 明显的流体对接类型即烃类与水对接、烃类与烃类对接以及水与水对接。要从 这些基本的对接类型中确定浮力是很困难的，不仅取决于过断层是否有一个共 同的或不同的含水层，而且与烃的密度有关。 一、烃类与水对接 图 4-6 不同含水层的横剖面、断层带细节和压力深度剖面示意图（Peter，2003） 第一种基本的流体对接类型是断层面上烃类与水对接，也是用于对 SGR 标 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 24 定最好的对接类型。当不同压力的含(烃)水层过断层对接时，由于烃类或水在
10、 储层中的等压线是水平的，断层带中的等压线必定是陡倾的，且倾向于较低压 力的含(烃)水层(图 4-6)。在过断层的含水层压力存在变化的地方，原始的 AFPD 值为断层带毛管压力和含水层间压力差的和。如果压力差异是从过断层同 一深度储层中测量的烃压力减去水压力得到的，则原始的 AFPD 将不代表断层带 毛管压力。此时用合适的断层一侧的浮力计算相对于含水层的压差。 储层中的等压线是水平的但断层带中是陡倾的。图 a 表示上升盘含水层的 压力比下降盘含水层低，此时与水接触的烃相在断层带中压力低，而不是下降 盘一侧相对高的水压。图 b 表示上升盘含水层的压力高于下降盘，此时与水接 触的烃类在断层带中压力
11、高。图中用黑色表示烃类，灰色表示高压含水层，白 色表示低压含水层，压力深度图上的虚线表示水的趋势线，用于计算浮力。 浮浮 力力 （105Pa）浮浮 力力 （105Pa）浮 力 （105Pa）浮浮 力力 （105Pa）浮浮 力力 （105Pa）浮 力 （105Pa） 图 4-7 含油砂岩与水对接的 SGR 与浮力标定图 北海盆地 Oseberg 和 Gullfaks 油田 标定图中所有数据来自于埋深小于 3500m 的断层，深兰色表示埋深小于 3000m，红色表示埋深 30003500m。 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 25 用先前通过原始 AFPD 分析的油(图 4-7)数据新计算浮力，
12、图 5 显示，一个 较大范围的浮力差，其对应的 SGR 值范围较小。通常 SGR 值和最大浮力之间存 在对应关系，低的 SGR 值只可以支持低的浮力。然而这种对应关系只在 SGR 为 20%40%之间适用，在 SGR 值小于 20%时，说明相对纯的砂岩对接受成岩作用 或碎裂作用的影响弱，通常对油不起封堵作用。 二、烃类与烃类对接 第二种基本的流体对接类型是断层面上含气或含油层段与其它具有相同密 度的含气或含油层段对接。对应于一个大范围的 SGR 值，压力差的范围很小 (图 4-8)。SGR 值小于 30%仅能支持很低的 AFPD(约 2105Pa) ，而 SGR 值大于 40%可支持高的 AF
13、PD(约 10105Pa) 过 断 层 压 差 （bar）过 断 层 压 差 （bar） 图 4-8 对接烃类的 SGR 与过断层压差关系 气气对接用“十”号表示，油油对接用“ ”表示。绿色表示埋深小于 3000m，红色表示埋深 30003500m，绿色表示埋深 35005500m。 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 26 三、水层与水层对接 流体对接的第三种基本类型是断层面上水层与水层对接 (图 4-9)。含水层 之间的压差，不反映薄膜封堵的毛细管排替压力影响。然而，由含水层对接推 导的 SGR 与 AFPD 间存在一定的关系，高的 SGR 值支持高的 AFPD。在高 SGR 下 的非常低
14、的断层带渗透率最可能引起大的压力差，从而阻止流体通过断层带发 生运移，Heum 将这种类型的封堵称为水力阻力封堵。 过 断 层 压 差(bar)过 断 层 压 差(bar) 图 4-9 对接含水层的 SGR 与过断层压差关系 数据点显示对应于一个大范围的 SGR 值，压力差的范围很小。深兰色表示 埋深小于 3000m，红色表示埋深 30003500m。绿色表示埋深 35005500m。 4.2.4 用用 SGR 值估算烃柱高度值估算烃柱高度 一、烃柱高度的估算方法 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 27 用 SGR 与 AFPD 之间的经验关系可以推导断层每一部分可以支持的潜在烃柱 高度。首
15、先，用方程(1)或其它相似方程对 SGR 值进行标定，推导沿断层面的最 大可支持的压力。其次，结合在油藏条件下的水、油或气相的密度数据，用方 程(2)将压力差转换成最大的潜在烃柱高度。 H=dP/g(w-h) (3) H 烃柱高度，m; dP在共同含水层用方程 (2)估算的 AFPD 或者浮力，105Pa; w 孔隙水密度，kg/m3; h 烃密度，kg/m3; g 重力加速度，取 9.81ms-2。 二、烃柱高度估算实例 运用上述方法，采用 TrapTester 软件系统，对中国东部某断块圈闭 A 进 行了断层封堵性分析和烃柱高度估算。 圈闭 A 的主要勘探目的层为 AA 组，其为一套砂泥岩
16、交互地层。图 8 AA 组 顶面构造图，该圈闭由 Fa，Fb，Fc 三条断层控制形成。 图 4-10 中国东部某断块 AA 组圈闭顶面构造图 从图 4-10 可知，如果不考虑三条控制断层的封堵条件，则该圈闭的构造高 点为 3200m，闭合幅度达 400m，圈闭面积接近 6km2。断层封堵分析研究表明， 研究区内 SGR 值大于 15%的断层均具有封堵性。Fa，Fb，Fc 三条断层的 SGR 分布范围分别为 19%98%，20%100%，26%97%。根据 SGR 估算的可支撑的 烃柱高度分别为 250m，280m 和 480m。综合三条断层的估算结果，就可以确定 该断块圈闭的烃柱高度主要受 F
17、a 断层控制，圈闭 A 的有利圈闭幅度应为 250m(表 4-1)，即当圈闭内充注油气的高度超过 250m 时，油气将首先通过 Fa 断层发生泄露。也即只有构造等值线在 3450m 范围之内的圈闭面积才是有利的， 该面积约为原来面积的一半。 表 4-1 中国东南部地区断块圈闭要素及停住高度预算 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 28 尽管影响断层封堵性研究的因素非常多而且复杂，这些因素主要包括断层 性质、断距、岩性、流体类型以及断层活动史等等。但应用 SGR 方法研究断层 的封堵性，只要能够提供合理的构造精细解释结果和井点位置的准确的泥质百 分含量，并应用当地油藏断层的压力数据进行标定，就可
18、以得到一个研究区合 理的断层封堵分析结果，并准确地预测断层可支撑的潜在烃柱高度，为圈闭综 合评价和油气勘探提供理论依据。 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 29 第第5章章 断层侧向封闭性评价在勘探中的应用断层侧向封闭性评价在勘探中的应用 断层侧向封闭性在勘探中的应用体现在两个方面：一是用于钻前断层圈闭 风险性评价；二是断层作为输导体系的重要组成部分，其封闭性影响油气运移 路径和聚集规律，油气运聚成藏过程研究必须考虑断层活动性和侧向封闭性。 5.1 断层圈闭风险性评价 图5-1 断层圈闭有效性分析 无论控圈断层是不是油气向圈闭充注的通道，聚集在断层圈闭油气的数量 受到断层侧向封闭能力的控制，
19、依据断层侧向定量评价预测的烃柱高度，对圈 闭风险性进行预测，有三种情况（图5-1）：一是完全有效的圈闭：即预测的烃 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 30 柱高度大于圈闭的幅度，含油气面积与圈闭的闭合面积一致；二是部分有效的 圈闭：即预测的烃柱高度小于圈闭的幅度，但含油气面积所确定的储量有一定 规模；三是完全无效的圈闭：预测的烃柱高度非常小，含油面积极小。断层圈 闭风险性评价会避免近油源“大断层圈闭”表观带来的“陷阱”：一是尽管圈 闭的规模很大，但断层封闭性很差，往往是水圈（图5-1） ；二是已证实含油的 圈闭，由于断层封闭能力有限，油水界面与圈闭最大的闭合线往往不重合，在 扩边时提防评价井
20、打在有效范围之外（图5-1） 。断层圈闭风险性评价对提高钻 井成功率和节约勘探成本具有重要的意义。 根据海拉尔盆地贝尔凹陷呼和-7断层圈闭SGR临界值及d值标定结果，对贝 西南地区圈闭有效性进行了预测（图5-2） ，绝大多数圈闭为部分有效的圈闭， 只有呼和-13和贝23井所在圈闭为完全无效的圈闭，这是贝23井失利的主要原因， 而贝13井和贝9井均钻在圈闭有效范围边缘，为油水过渡带，试油为低产油流。 图5-2 海拉尔盆地贝西南南屯组二段圈闭风险性评价 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 31 5.2 断层侧向封闭性与油气运移和聚集 图5-3 断层侧向封闭性与油气运移路径关系 视活动期与烃源岩大量
21、排烃时期匹配关系，断层在油气成藏中的作用明显 不同，连接烃源岩且在烃源岩大量排烃时期活动且具有顶封条件的断层为烃源 断层，对油气垂向运移起到明显的输导作用。在烃源岩大量排烃时期没有明显 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 32 活动的断层，对侧向运移的油气主要起遮挡作用。油气沿着砂体或不整合面侧 向运移常沿着优势路径，当遇到断层时，主要发生三种变化：a.断层在近油源 一侧无圈闭，当断层封闭能力很强时，油气将绕过断层，在断层断点以外继续 侧向运移（图 5-3a） 。b.断层在近油源一侧有圈闭，当断层封闭能力很强时， 油气大量聚集在断层圈闭中，当充注的油气浮压大于断层侧向封闭能力时，油 气穿越断层
22、继续侧向运移（图 5-3a） ；c.无论近油源一侧有无圈闭，当断层封 闭能力很弱时，油气均将穿越断层侧向运移，有圈闭时形成“水圈” （图 5-3a） 。 在实际油气运聚成藏过程中模拟中，传统方法为，对于活动断层赋予比砂 泥岩更高的渗透率，不活动的断层渗透能力视为0。随着对断层侧向封闭能力的 相对性认识的深入，发现SGR与渗透率之间存在正相关关系，Manzocchi 等人 （1999）和在FAPS软件中（Badley，1997）分别建立了断层渗透性与SGR关系 （式4、5）： （4） 5 1)log( 4 1 4log）（SGRDSGR kf （5） 10 )5(SGR fk 这种关系建立很好地
23、将断层侧向封闭性评价结果应用到油气运聚规律模拟 中模拟，使模拟的结果更符合客观事实。但也存在很多问题：a.SGR值很难恢复 到成藏关键时刻；b.SGR与断层渗透性关系没有可靠的数据去标定正确性。因此 断层侧向封闭性在油气运聚过程模拟中的应用仍处在萌芽阶段，需要不断地去 探索。 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 33 结结 论论 （1）断层带具有二分结构，即断层核与破碎带。断层核具有相对较低的孔 隙度与渗透率，对流体流动主要起阻碍作用；断层封闭机理为薄膜封闭与水利 封闭；断层的侧向封闭类型可分为：对接封闭、断层岩封闭（碎碎裂岩封闭、 层状硅酸岩-框架断层岩封闭和泥岩涂抹封闭） 、交接封闭； （
24、2）断层侧向封闭的主要影响因素为：地层岩性特征和断距大小；断 层带厚度与后期充填物性质；断层埋藏深度；断裂变形与埋藏史的关系； 断层后期活动的影响； （3）断层侧向评价方法可以应用Knipe图解和Allan图方法，用之可确定断 层上下两盘的岩性对接关系；定量评价主要方法为SGR算法，这里主要介绍了用 过断层的压力差和用浮力对SGR进行标定的两种方法，并通过建立SGR 与过断层 带压力差(AFPD )的关系来定义与深度有关的封堵失败包络线。封堵失败包络线 提供了一种估算断层可支撑的最大烃柱高度的方法； （4）断层侧向封闭性在勘探中的应用体现在两个方面：一是用于钻前断层 圈闭风险性评价；二是断层作
25、为输导体系的重要组成部分，其封闭性影响油气 运移路径和聚集规律，油气运聚成藏过程研究必须考虑断层活动性和侧向封闭 性。 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 34 参考文献参考文献 1付晓飞，方德庆，吕延防，等从断裂带内部结构出发评价断层垂向封闭性的方法J 地球科学， 2005，30（3）：328-336 2吕延防，付广，张云峰，等断层封闭性研究M.北京：石油工业出版社，2003，10-30 3Hindle A DPetroleum migration pathways and charge concentration：A three dimensional modelJ AAPG Bull ，
26、1997，81（8）：1451-1481 4Knipe R J Micromechanisms of deformation and fluid behaviour during faultingThe Mechanical Involvement of fluid in FaultingUSGS Open-File Report 1993，94-228：301-310 5Knipe R J The influence of fault zone processes and diagenesis on fluid flowIn：Horbury A D， Robinson A G （eds） ，
27、Diagenesis and basin developmentAAPGStudies in Geology，36，The American Association of Petroleum Geologists Bulletin，1993，81：187-195 6Forster C B，Evans J P Hydrogeology of thrust faults and crystalline thrust sheets: Results of combined field and modeling studiesJ：Geophysical Research Letters，1991，18
28、：979-982 7Caine J S，Coates D R，Timoffeef N P，Davis W D Hydrogeology of the Northern Shawangunk MountainsJ：New York State Geological Survey Open-File Report 1g806，1991，72 and maps 8熊永旭，等破裂面性质与油气渗滤关系探讨石油地质论文集G （构造3） 北京：地质出版社， 1978，164-168 9Andersson J E，Ekman L，Nordqvis R，Winberg A Hydraulic testing a
29、nd modeling of a low-angle fracture zone at Finnsjon，SwedenJ：Journal of Hydrology，1991，126：45-77 10 Hubbert M K Entrapment of petroleum under hydrody-namic conditionsJ AAPG Bull1953，37：1954-2026 11 Watts N LTheoretical aspects of cap-rock and fault seals for single- and two-phase hydrocarbon columns
30、J：Marine and Petroleum Geology，1987，4：274-307 12 Sperrevik S，Faerseth R B，Gabrielsen R HExperiments on clay smear formation along faultsJ Petroleum Geoscience2000，6：113-123 13 Yielding G，Freeman B，Needham D TQuantitative fault seal predictionJ AAPG，1997，81（6）： 897-917 14 Peter B ， Graham Y， Helen J.
31、 Using Calibrated shale gouge ratio to esti m ate hydrocarbon colum n heights . AAPG， 2003， 87 (3) : 397413 15 Knott S D. Fault seal analysis in the north sea . AAPG， 1993， 77 (5) : 778792 16 张永鸿.下扬子盆地构造演化和地壳演化解释. 中国南方古、中生界海相油气勘探研究.科学出版社， 1993， 3948 17 江苏省地矿局. 江苏省及上海市区域地质志. 地质出版社，1984 18 马力，钱基，穆曰孔等.
32、苏北南黄海盆地的构造演化和烃类生成.南京大学学报 (地球科学) ， 1993， 5 (2) : 148163 19 陈安定，刘东鹰，刘子满，沃玉进.江苏海相中、 古生界源岩二次生烃.见:“ 九五” 全国地质科 技重要成果论文集.地质出版社， 2000， 585589 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 35 致致 谢谢 本学生能够在较短时间内完成本科毕业设计，是在付晓飞老师的指导栽培 下顺利进行的。毕业设计期间得到老师的悉心教导，不但在论文撰写过程中给 予大量相关资料，更是对理论研究有所提醒。在此，对付老师致以深深的感激！ 另外，本学生得到研究生刘哲师兄的很多帮助，并对相关地质软件有了初 步认识，在此，对师兄的批评指导表示感谢！