基于砂箱物理模拟的断层封闭有效性评价新方法

泥岩涂抹的连续性影响油气跨断层运移,在相似岩性、相似应力条件下,泥岩厚度和断距长度是影响泥岩涂抹连续性的主要因素.本文结合岩芯观察,借助三维定量物理模拟实验对泥岩涂抹的连续有效性进行了研究.结果表明:①泥岩有效涂抹是决定断层封闭性的必要条件,涂抹连续厚度是封闭性评价的重要参数;②受剪切作用在断层带中形成连续的泥岩涂抹油...     

珠江口盆地恩平凹陷断层封闭性评价

为了综合评价断层的封闭性,以珠江口盆地恩平凹陷新近系为例,通过实钻断层圈闭油藏的封堵规律研究,标定断裂带泥质含量、泥岩涂抹系数和断面正压力临界值,建立了适合勘探实践的断层封闭性评价的新方法。结果表明：断层油藏与断层涂抹量呈现出泥岩涂抹因子随深度逐渐递增的趋势;断裂带泥质含量与泥岩发育情况是断层能够封堵的先决条件,断层的封闭性受构造图精度、构造调整和控圈断裂断层活动影响。应用该方法能有效评价未钻断层圈闭油气保存条件,有助于提高断层圈闭的勘探成功率,可推广至具有相似构造成因和沉积背景的勘探新区进行断层封闭性分析,是勘探早期评价断层封闭性有效的方法。     

勘探早期断层封闭性快速评价方法及应用

断层垂向和侧向封闭的主因是剪切型泥岩涂抹发育且保持连续性。SSF为断距与其范围内泥岩厚度的比值、物理模拟和野外露头均证实,当SSF大于一个定值时,泥岩涂抹失去连续性,断层垂向开启。海拉尔-塔木察格盆地塔南凹陷断层遮挡型油藏控藏断裂垂向封闭与开启临界SSF值为5.0,塔南凹陷大部分控圈断裂垂向封闭,能够有效封堵油气。但必须考虑断层形成时间和后期活动性质,盆地回返抬升期形成的断裂不容易形成剪切型泥岩涂抹,断层反转造成泥岩涂抹封闭失效。卷入到断裂带中的泥质不仅是剪切型泥岩涂抹,还有砂岩中硅酸盐,因此SSF不完全代表断裂中泥质含量。SGR是表征断裂带中泥质含量最有效的参数,可以弥补SSF对评价砂-砂对接窗口的不足。将断层遮挡油藏油层对应的断层面最小的SGR值作为断层侧向封闭的临界,将临界SGR值对应的断距称之为风险断距,断距低于风险断距的断层侧向封闭风险性很大。利用这2种方法可以在勘探早期对断层圈闭风险性快速做出评价,以减少钻探风险性。     

塔里木盆地库车坳陷致密砂岩-膏泥岩储盖组合断裂带内部结构及与天然气成藏关系

本文在野外观察描述基础上,系统分析了库车坳陷致密砂岩-膏泥岩储盖组合内断裂变形机制,研究表明:断裂在膏泥岩内变形机制取决于埋藏深度决定的脆塑性,膏泥岩在浅埋条件下处于脆性变形阶段,形成断层泥充填的贯通型断裂,垂向封闭能力很差;膏泥岩在较深埋条件下处于脆-塑性变形阶段,形成涂抹型断裂带,伴随断距增加,涂抹逐渐失去连续性,连续的膏岩涂抹形成有效封闭,一旦失去连续性,油气将穿越盖层垂向散失;膏泥岩在深埋条件下处于塑性变形阶段,膏泥岩限制断裂穿层。因此,塑性膏泥岩和脆-塑性膏泥岩在涂抹连续情况下,能够形成有效封闭。断裂变形时储层已经致密化,抬升作用和储层超压导致断裂变形机制以破裂为主,断层核为断层角砾岩,破碎带发育大量裂缝,为油气垂向运移通道,侧向封闭依靠岩性对接。这种岩性对接封闭导致天然气聚集模式具有3个典型特征:一是天然气紧邻区域性盖层分布,即天然气层之上为区域性盖层;二是区域性盖层与储层对接形成有效封闭,因此天然气主要分布在气源断裂上升盘;三是烃柱高度取决于断距大小,圈闭范围内最小断距决定烃柱高度和气-水界面分布。     

从断层岩的角度认识泥岩涂抹及其定量表征——以济阳坳陷东辛油田营32断层为例

从断层岩入手,分析了断层岩与断层封闭性的相关性,进一步建立起断层岩纵向类型变化与断层封闭性的关系。根据断层岩的类型及含油气沉积盆地的埋深,把泥岩涂抹类型分为未成岩塑性剪切型泥岩涂抹及成岩脆性研磨型泥岩涂抹。根据岩石纵向流变性,把断层封闭性分为浅层高渗封闭开启段、中层碎裂封闭开启段及下层韧性变形封闭段,并加以对比与剖析。探讨了泥岩涂抹定量表征问题,指出不同泥岩涂抹类型应采取的计算方法及目前研究中存在的问题。对东辛油田营32断层的泥岩涂抹研究表明,该断层南段几个重要含油层位的封闭性不好,导致油气穿越断层,发生了油气再运移,而北段所有含油层位都是封闭的。这说明了同一条断层封闭的差异性及动态性。     

被断裂破坏泥岩盖层封闭性演化史恢复方法及其应用

前人研究泥岩盖层封闭性时并没有考虑断裂的破坏程度,且对已被断裂破坏泥岩盖层封闭性演化史的研究目前尚未见到文献报道,而这些问题对含油气盆地断裂发育区油气勘探至关重要.在被断裂破坏泥岩盖层封闭机理及其封闭演化特征研究的基础上,通过比较泥岩盖层断接厚度与其封油气所需的最小断接厚度的相对大小,将被断裂破坏泥岩盖层封闭分为未被断裂破坏和已被断裂破坏泥岩盖层封闭2种,并通过泥岩盖层和断层岩古排替压力恢复,确定泥岩盖层封闭能力形成距今时间、断层岩开始压实成岩距今时间和封闭能力形成距今时间,建立了一套被断裂破坏泥岩盖层封闭性演化史的恢复方法,并将其应用于渤海湾盆地南堡5号构造被f₂断裂破坏东二段泥岩盖层封闭性演化史的恢复中.结果表明:在L₁、L₃、L₄、L₅、L₆、L₇和L₉测线处,f₂断裂未破坏东二段泥岩盖层封闭,仍是东二段泥岩盖层封闭,其封闭性演化经历了不封闭和封闭阶段,目前具有较强的封闭能力.在L₂和L₈测线处f₂断裂已破坏了东二段泥岩盖层封闭,为f₂断裂断层岩封闭,其封闭能力演化经历了压实不封闭、成岩不封闭和成岩封闭3个阶段,目前也已具较强封闭能力,均有利于油气在东二段泥岩盖层之下储层中聚集与保存.与目前东二段泥岩盖层之下储层中已发现油气分布相吻合,表明该方法用于恢复被断裂破坏泥岩盖层封闭性演化史是可行的.      

塔里木盆地吐木休克断裂带断层封闭性研究

吐木休克断裂带位于塔里木盆地的西北部,是研究区规模最大、最具有研究意义的走滑断裂。油气勘探表明,吐木休克断裂带及邻区发育一系列大型背斜油气圈闭,它们受到了吐木休克断裂带的切割,所以对吐木休克断裂带断层封闭性研究对油气的勘探具有重要意义。根据断层封闭性影响因素的分析,选取断层的活动性、断层两盘地层的对置关系、断层断面图、断移地层的砂泥比、涂抹系数、断层面的压力与砂泥比的关系等6个参数作为断层封闭性研究综合评价指标,确定吐木休克断裂带中的主要断层都不具有封闭性,对先存的油气圈闭主要起破坏和改造作用。     

北海断层封闭性分析

多数北海构造圈闭至少需要一条断层来充当封闭性断层。在北海进行区域研究时，从１０１个勘探目标和２５个油气田中选择了４００多个断层加以分析，这些断层切穿了来自多种沉积环境（海相、海陆过渡相、陆相）碎屑岩沉积层序。本次研究的重点是地质历史时期中可以起到压力或运移遮挡的断层封闭性。通过绘制多种参数，如断层走向、断距、储层厚度、深度、有效厚度与总厚度比值、孔隙度、砂岩有效连通性等与断层封闭性能的关系图，确定各种参数间的分布趋势和相关关系。以预测断层封闭特点、断层分布方向与封闭性之间存在着某种相关关系，断距经过校正到占储层厚度一定比例之后，与断层封闭性之间存在着比例关系，大多数断距大于储层厚度的断层都是封闭性断层。在断层封闭性预测中最有用的参数是断距，有效厚度与总厚度的比伍（净／总）和砂岩有效连通性。本次研究的结论对在北海盆地碎屑岩沉积层序中进行油气勘探和开发时的断层封闭性预测有广泛的适用性，或许也可以应用于其它地区。     

张性断裂带内部结构特征及油气运移和保存研究

断裂带是一个宽度、长度和高度均与断距呈正比关系的三维地质体,具有典型的二分结构：即断层核和破碎带。断层核由多种类型的断层岩和后期胶结物组成,具有分选差,粘土含量高,颗粒粒径小等特征,表现为具有比围岩更低的孔渗性。破碎带同围岩相比发育大量的裂缝,裂缝的密度随着离断层核距离的增大而逐渐减小,孔渗性较高。断层岩类型取决于断移地层的岩性、成岩程度和断裂变形时期。对于同生断层而言,泥岩和不纯净的砂岩主要发生泥岩涂抹作用;纯净砂岩发生解聚作用,形成颗粒重排的变形带。中成岩阶段发生断裂变形,泥岩发生泥岩涂抹作用,不纯净的砂岩发生碎裂作用和层状硅酸盐涂抹作用,形成碎裂岩和层状硅酸盐 框架断层岩;纯净砂岩主要发生碎裂作用,形成碎裂岩。晚成岩阶段发生断裂变形,碎裂作用成为主要的变形机制,泥岩破碎形成大量断层泥,不纯净的砂岩和纯净的砂岩均形成碎裂岩,其中纯净砂岩形成的碎裂岩由于石英的压溶胶结变得更致密。因此不同成岩阶段、不同岩性形成的断层岩类型不同,泥岩涂抹的排替压力高于层状硅酸盐 框架断层岩和碎裂岩,即使都是碎裂岩,其渗透率相差7个数量级。从断裂带结构看油气运移和保存,断层垂向封闭主要靠剪切型泥岩涂抹的连续性,侧向封闭能力取决于断层岩物性,物性很高的碎裂岩自身封闭能力很差,依靠两盘岩性对接封闭油气,最小断距决定油水界面位置。物性很低的断层岩一般能封住一定高度的油气柱,其是断裂带中泥质含量的函数。断层在储盖层段变形机制差异,决定了断裂输导与封闭油气的耦合,即破碎带双向输导充注,盖层段剪切型泥岩涂抹顶部封闭,断层核遮挡成藏。     

断盖配置封闭性演化阶段恢复方法及其应用

为了研究含油气盆地断盖配置上下油气分布规律,在断盖配置封闭性演化阶段划分的基础上,通过明确断盖配置断接厚度与时间之间的关系和断裂破坏盖层封闭性所需要的最大断接厚度,确定断裂破坏盖层封闭性开始时期;通过断层岩排替压力随时间的变化关系和储层岩排替压力随时间的变化关系,确定断层岩封闭开始时期,据此建立了一套断盖配置封闭性演化阶段恢复方法,并将其应用于海拉尔盆地贝尔凹陷呼和诺仁构造F5断裂与下白垩统大磨拐河组一段下亚段（大一下段）盖层配置在测点4、6、9、10、11、12、14这7处封闭性演化阶段恢复中。结果表明,F5断裂与大一下段盖层配置在以上7处测点处不发育盖层封闭阶段,从大一下亚段沉积末期至上白垩统青元岗组沉积早期为不封闭阶段,从青元岗组沉积早期至现今为断层岩封闭阶段。因其在油气成藏期为不封闭阶段,且断层岩封闭开始时期晚于油气成藏期（下白垩统伊敏组沉积末期）,不利于油气在其下下白垩统南屯组二段（南二段）聚集和保存,与目前F5断裂附近南二段油气分布相吻合,表明该方法用于恢复断盖配置封闭性演化阶段是可行的。     

Constraints on the Sealing Capacity of Faults with Clay Smears from Discrete Element Models Validated by Laboratory Experiments

Prediction of hydrocarbon column heights in structural traps critically depends on proper analysis of the sealing capacity of faults. Entrainment of clay in fault zones in upper crustal levels may lead to the development of continuous clay smears that dramatically increase the sealing capacity of faults. In this study, direct shear experiments on large-scale samples of layered sandstone–claystone–sandstone are simulated using two-dimensional discrete element numerical models to study the development of clay smears for different claystone types and normal stress conditions. Analysis of clay smear structures in terms of drag, slicing, wear and flow of clay reveals that drag is dominant at low shear displacements and high local stress concentrations, slicing and wear become important at higher shear displacement and low stresses at source bed near the fault zone. Correlation between critical fault displacements in the experiments and local stress ratios (shear stress divided by normal stress) in the models is used to determine smear failure and leakage for all claystones and normal stresses. A smear breach diagram with sealing/leaking conditions for faults containing clay smears shows that clay smears may be sealing at larger displacements than predicted by other fault seal algorithms, such as shale gouge ratio, in particular for low shale content and high normal stress.     

大庆油田朝长地区扶余油层断层封闭性及其演化

使用Allan图法、泥岩涂抹因子法和断层泥比率法对大庆油田朝长地区扶余油层8条断层的侧向封闭性进行了研究,使用断面正压力结合泥岩塑性变形强度极限的方法对其垂向封闭性进行了研究,分别确定各断层在嫩江期末、明水期末和现今3个时期的侧向封闭性和垂向封闭性。嫩江期末除6号断层外其他断层均开启,便于青山口组烃源岩排出油气的充注,6号断层附近区域因其封闭而缺乏油源;明水期末断层开始封闭;到现今时期,除5号断层外其他断层均封闭,能够对已形成油藏提供很好的阻挡。5号断层3个时期对油气都缺乏有效阻挡,基本只起到了通道的作用。     

断层内部结构及其对封闭性的影响

先前的研究多考虑断层封堵和开启的2种极端状态,近来的研究认为,在多数情况下断层处于2种之间的状态,只有在静止期具有封闭能力的断层,才有可能对油气起封堵作用。分析断层对流体运移的影响,需要分析断层在演化过程中的内部结构特征。断层可以划分出破碎带、诱导裂缝带和围岩3部分,断层岩和伴生裂缝构成破碎带的主体部分。常见的断层岩包括断层角砾岩、断层泥和部分碎裂岩,它们充填在断层裂缝空间中,断层内部结构受断层形成时的构造应力性质、断层活动强度和围岩岩性因素的控制。从动态角度看,随着断距增加,断层活动伴随着裂缝的发育和岩石的破碎混杂,可用泥质源岩层厚度和断距的比值来划分不同的发育阶段。断层活动期为油气运移通道,在静止时表现出差异性的封闭,通常用断层渗透率和排替压力2个参数来定量评价断层的封闭程度。断层岩渗透率主要受断距、泥质含量、埋深等因素的控制;断层排替压力的预测方法有2种:一种是从断层岩成岩角度分析的"等效埋深法",另一种是分析实测排替压力与主控地质因素的"拟合法"。通过简化的断层模型,建立了渗透率、排替压力与主控因素的预测关系。和储层类似,流体在断层中的运移遵循多孔介质的渗流特征。利用断层两侧的流体压力和油气柱高度并不能直接评价封闭性能,还必须考虑油气充注史和流体压力变化历史。     

长岭断陷龙凤山地区断裂与油气运聚的关系

长岭断陷龙凤山地区具有“下生上储、他源成藏”特征,明确断裂与油气运聚的关系对指导其油气勘探具有重要意义.在分析断裂静态特征的基础上,分别定量评价断裂的活动性、封闭性以及断-盖配置关系,并提出了评价断-盖配置有效性的“SGR下限”法(SGR全称是Shale Gouge Ratio),结合油气藏静态分布特征,探讨了断裂对油气差异聚集的控制作用.研究结果表明,第1期油气成藏早中期,断裂可大规模输导油气;第1期晚期及第2期油气成藏时,主干反向断裂形成的封闭“走廊”空间为油气提供聚集场所.应用“SGR下限”法,认为营Ⅲ砂组断-盖配置关系较好,为油气提供良好的保存条件.断裂控烃作用体现在3个方面,断裂的活动性控制了油气不同时期的垂向运移规模,断裂的封闭差异性控制了油气富集程度,断-盖配置关系控制了油气的富集层系.      

南大西洋东岸尼日尔三角洲大型重力滑动构造东南缘的断裂和泥构造

尼日尔三角洲位于南大西洋东岸被动大陆边缘之上,以大型重力滑动构造为主要构造特征。该大型重力滑动构造的东南缘位于喀麦隆境内,断裂和泥构造都很发育。这里的断裂包括重力滑动构造后缘伸展形成的正断层、侧翼剪切形成的撕裂断层和泥底辟成因的断层。泥柱和泥墙是研究区的两种类型的泥构造。泥柱代表主动泥底辟;泥墙是撕裂断层控制下被动泥底辟的结果。研究区重力滑动构造相关的断裂活动起始于中新世中期,随后,在上新世和第四纪各有一个断裂活动的加速期。每个断裂活动的加速期都伴随有泥底辟。中新世中期有一次泥底辟,上新世和第四纪各有两次泥底辟。     

高孔砂岩断层内部微观结构及渗透性变化规律物理模拟

在油气勘探过程中,对于小位移断层分隔油水封闭能力的控制因素研究尚浅,野外也难以获得不同变形过程的断层带结构及其渗透性变化规律.因此,以高孔隙度纯净砂岩人造岩心为研究对象,采用自主研发的“高压~低速环形剪切装置”开展实验,实验后样品取心分别进行覆压孔渗测试、纳米CT扫描、铸体薄片分析等分析测试.以有效正应力和断层位移为实验变量开展了多组环剪实验,其研究结果表明:宏观上断层面上可观察到明显擦痕与粉末状碎裂岩,微观上确定了断层带内碎裂作用导致的颗粒粒度降低与颗粒的定向排列是孔渗降低的主要原因,断层带渗透率小于10 mD,较母岩降低2~3个数量级.随着断层有效正应力或断层滑动位移增加,断层带碎裂程度增大且粒径和孔径减小,断层带厚度增大,孔隙度和渗透率逐渐减小.这一结果可为小位移断层侧向封闭能力与油气勘探领域的研究奠定理论基础.      

胜利油田东营凹陷中央隆起带断层封闭模式研究

东营凹陷中央隆起带断裂系统复杂,断层封闭性直接控制油气藏形盛分布及油气藏规模,封闭性强的断层附近可形成大规模油气藏,封闭性差的断层附近油气藏规模小,甚至无油气藏形成.以岩性配置封闭模式、主应力封闭模式和泥岩沾污带封闭模式3种最主要的封闭模式为例建立了东营凹陷中央隆起带断层封闭模式.定量分析评价了东营凹陷中央隆起带断层封闭性,认为东营凹陷中央隆起带封闭性断层的最佳断面正应力为40~50 MPa,封闭性断层的泥岩沾污因子常小于2.6.针对某一具体断层判断其是否具有封闭性需多方面综合分析,不可简单地进行单因素分析.