呂延防，王偉，胡欣蕾，付廣，史集建，王超，劉哲，姜文亞

（1.東北石油大學(xué)；2.中國(guó)石油大港油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院）

斷層側(cè)向封閉性定量評(píng)價(jià)方法

呂延防1，王偉1，胡欣蕾1，付廣1，史集建1，王超1，劉哲1，姜文亞2

（1.東北石油大學(xué)；2.中國(guó)石油大港油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院）

基于斷層封閉性機(jī)理及其影響因素研究，在考慮斷層承壓時(shí)間的情況下對(duì)斷層封閉性定量評(píng)價(jià)的斷-儲(chǔ)排替壓力差法進(jìn)行改進(jìn)，建立了考慮時(shí)間因素的斷層封閉性定量評(píng)價(jià)地質(zhì)與數(shù)學(xué)模型。采用給定步長(zhǎng)、逐漸逼近的算法，確定圍巖地層巖石具有與靶點(diǎn)斷層巖相同泥質(zhì)含量和成巖程度的埋深，再根據(jù)研究區(qū)所建立的巖石泥質(zhì)含量和埋藏深度乘積與排替壓力的關(guān)系，定量計(jì)算出靶點(diǎn)斷層巖的排替壓力，用目的盤(pán)儲(chǔ)集層排替壓力與之比較，定量評(píng)價(jià)斷層的封閉與否及封閉能力的大小。通過(guò)歧口凹陷板橋斷層圈閉油氣藏的實(shí)際資料的驗(yàn)證，以及與斷層巖的泥質(zhì)含量（SGR）法和未考慮承壓時(shí)間的斷-儲(chǔ)排替壓力差評(píng)價(jià)斷層封閉性方法的比較，證實(shí)該方法具有更好的可行性和更高的可信度。圖5表1參18

歧口凹陷；斷層巖；側(cè)向封閉性；封閉性定量評(píng)價(jià)；排替壓力

0 引言

斷層巖的滲透能力決定了斷層的垂向、側(cè)向封閉能力，即使目的盤(pán)儲(chǔ)集層的對(duì)置盤(pán)是非滲透性地層，如果斷層巖具滲透性，油氣也將通過(guò)斷層巖沿?cái)鄬酉蛏狭鲃?dòng)，所以，斷層的垂向、側(cè)向封閉能力主要取決于斷層巖的滲透能力[1]。在研究斷層封閉性時(shí)，絕大多數(shù)研究者著重研究斷層巖的滲透能力，通過(guò)研究斷層巖的結(jié)構(gòu)、泥質(zhì)含量、成巖程度等因素，定量評(píng)價(jià)斷層的垂側(cè)向封閉能力[2-5]?；跀鄬訋r定量研究斷層封閉性的方法主要有3種：①通過(guò)計(jì)算斷層巖的泥質(zhì)含量間接評(píng)價(jià)斷層的側(cè)向封閉能力，主要有頁(yè)巖涂抹系數(shù)（SSF）法[6]、泥巖涂抹勢(shì)（CSP）法[7]、泥巖含量（CCR）法[8]等；②通過(guò)斷層巖的泥質(zhì)含量兼顧其成巖程度利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法定量研究斷層的側(cè)向封閉能力，如斷層巖的泥質(zhì)含量（SGR）法[9-10]；③通過(guò)研究斷層巖的泥質(zhì)含量及成巖程度，從斷層巖封閉機(jī)理出發(fā)，定量評(píng)價(jià)斷層封閉能力的斷-儲(chǔ)排替壓力差法[11-12]。第1種方法均是通過(guò)對(duì)斷距和斷層所錯(cuò)斷的泥巖層厚度的計(jì)算估算泥巖涂抹程度，進(jìn)而間接評(píng)價(jià)斷層的側(cè)向封閉能力，均為半定量評(píng)價(jià)。第2種方法是第1種方法的改進(jìn)，根據(jù)斷距和斷層所錯(cuò)斷的泥巖層厚度計(jì)算出斷層巖的泥質(zhì)含量，然后，通過(guò)對(duì)大量斷層圈閉油氣藏的壓力統(tǒng)計(jì)，建立3個(gè)深度段內(nèi)斷層巖泥質(zhì)含量與所能封閉的油氣柱高度的統(tǒng)計(jì)公式，即（1）式，該方法具有定量評(píng)價(jià)屬性。該方法的不足在于：①僅具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，不是從封閉機(jī)理出發(fā)；②沒(méi)有考慮斷層傾角，斷點(diǎn)埋深按深度段估算，評(píng)價(jià)精度低；③資料均來(lái)自于現(xiàn)存的油氣藏，所建立的評(píng)價(jià)公式只能評(píng)價(jià)斷層圈閉所能封閉的油氣柱高度大小，對(duì)實(shí)際上不封閉的斷層必然形成誤判，由（1）式可知，無(wú)論SGR值多小，Ho均為正值，也就是說(shuō)即使斷層巖的泥質(zhì)含量為零，斷層也仍然具有封閉能力，這顯然與實(shí)際不符。所以，第2種方法具有局限性。

第3種方法是斷-儲(chǔ)排替壓力差法，即通過(guò)計(jì)算斷層巖和目的盤(pán)儲(chǔ)集層的排替壓力，比較二者差值大小。如果斷層巖的排替壓力大于儲(chǔ)集層的排替壓力，斷層具有封閉性，其差值的大小表達(dá)斷層封閉能力的強(qiáng)弱。反之，斷層開(kāi)啟。在計(jì)算斷層巖排替壓力過(guò)程中考慮了斷層巖的泥質(zhì)含量、斷點(diǎn)埋深、斷層傾角。該方法是基于斷層封閉機(jī)理提出的，考慮的因素相對(duì)全面，應(yīng)用效果也更符合實(shí)際。但是，該方法沒(méi)有考慮成巖時(shí)間的影響，而對(duì)于相同埋深的巖層而言，其承壓時(shí)間越長(zhǎng)，巖層的壓實(shí)成巖程度就越高，物性也就越差。因此，不考慮時(shí)間因素影響的斷層巖排替壓力計(jì)算結(jié)果必然與實(shí)際情況存在偏差。鑒于此，本文借用斷-儲(chǔ)排替壓力差法的研究思路，在研究斷層巖的成巖程度時(shí)加入壓實(shí)成巖的時(shí)間因素，假設(shè)斷層巖與沉積地層具有相似的成巖影響因素，建立包含成巖時(shí)間因素的斷層巖與地層壓實(shí)成巖的相關(guān)關(guān)系，通過(guò)求取與斷層巖具有相同成巖壓力和成巖時(shí)間的地層巖石排替壓力，求得斷層巖的排替壓力，進(jìn)而評(píng)價(jià)斷層的側(cè)向封閉性，以期降低斷層圈閉鉆探風(fēng)險(xiǎn)。

1 斷層側(cè)向封閉機(jī)理及排替壓力影響因素

斷層活動(dòng)后形成的裂縫空間內(nèi)往往形成地層負(fù)壓或低壓，使圍巖儲(chǔ)集層內(nèi)地層水迅速進(jìn)入裂縫，并充滿斷層碎屑充填物的孔隙，使斷裂碎屑充填物相對(duì)圍巖有較大孔隙度和含水飽和度，該充填物在斷面正壓力的作用下逐漸排出孔隙水，慢慢壓實(shí)成巖，形成斷層巖。斷層碎屑充填物向斷層巖演化的過(guò)程即是孔隙度逐漸變小、成巖程度逐漸提高、封閉能力逐漸形成和變強(qiáng)的過(guò)程。斷層充填物的封閉能力即代表油氣穿過(guò)斷層側(cè)向運(yùn)移的難易程度，可見(jiàn)，評(píng)價(jià)斷層側(cè)向封閉性的關(guān)鍵是評(píng)價(jià)斷層巖的封閉能力。

評(píng)價(jià)斷層巖封閉能力的關(guān)鍵參數(shù)是斷層巖的排替壓力，只有當(dāng)斷層巖的排替壓力大于油氣運(yùn)移盤(pán)儲(chǔ)集層巖石的排替壓力時(shí)，斷層在側(cè)向上才能起到封閉油氣的作用，反之?dāng)鄬觿t開(kāi)啟[13-14]。斷層巖排替壓力的大小主要受斷層巖泥質(zhì)含量和壓實(shí)成巖程度的影響，其內(nèi)泥質(zhì)含量越高，壓實(shí)成巖程度越高，斷層巖的排替壓力就越大，反之則越小。而斷層巖的壓實(shí)成巖程度又受到壓實(shí)成巖壓力和壓實(shí)成巖作用時(shí)間兩方面的影響。一般情況下，斷層巖所經(jīng)歷的成巖壓實(shí)作用時(shí)間越長(zhǎng)，巖石越致密，排替壓力就越大。斷層巖壓實(shí)成巖壓力的大小取決于斷面所承受的正壓力的大小，斷面正壓力越大，斷裂充填物的成巖程度就越高，而斷面正壓力又取決于斷點(diǎn)埋深和斷層傾角的大小，斷層傾角越小、斷點(diǎn)埋深越大，斷面壓力越大，反之越小。

2 考慮承壓時(shí)間因素的斷層側(cè)向封閉性定量評(píng)價(jià)方法

由文獻(xiàn)[11-12]可知，在以往的斷層側(cè)向封閉性定量評(píng)價(jià)方法中，并沒(méi)有考慮承壓時(shí)間對(duì)斷層巖排替壓力的影響，認(rèn)為斷層巖的承壓時(shí)間和與其具有相同埋深圍巖的承壓時(shí)間是相同的，而實(shí)際上斷層巖的承壓時(shí)間要明顯短于與其具有相同埋深圍巖的承壓時(shí)間，斷層巖的承壓時(shí)間是從斷裂停止活動(dòng)開(kāi)始至今的時(shí)間段，而與斷層巖具有相同埋深圍巖的承壓時(shí)間是從圍巖沉積后開(kāi)始至今的時(shí)間段。因此，利用未考慮承壓時(shí)間的斷層側(cè)向封閉性定量方法計(jì)算得到的斷層巖排替壓力值必然高于地下實(shí)際值，過(guò)高地估計(jì)了斷層的側(cè)向封閉能力，可能給油氣勘探帶來(lái)一定的風(fēng)險(xiǎn)。為此，本文考慮了承壓時(shí)間對(duì)斷層側(cè)向封閉能力的影響，對(duì)未考慮承壓時(shí)間的斷層側(cè)向封閉性評(píng)價(jià)方法進(jìn)行改進(jìn)。

2.1 斷層巖泥質(zhì)含量的求取

斷裂帶中的物質(zhì)是斷層兩盤(pán)砂泥巖地層在滑動(dòng)過(guò)程中按各自厚度大小大致呈等比例刮削充填形成的，形成的斷裂充填物中砂泥碎屑宏觀上均勻分布[9]。斷層巖的泥質(zhì)含量主要受到斷層斷距、被錯(cuò)斷的泥巖層層數(shù)和厚度以及砂巖層中泥質(zhì)含量的影響，斷距越小、被錯(cuò)斷的泥巖層層數(shù)越多、泥巖層厚度越大、砂巖層中泥質(zhì)含量越高，斷層巖的泥質(zhì)含量就越大；反之則越小。泥質(zhì)含量可以采用Yielding等提出的SGR法[9]計(jì)算求得：

2.2 巖石排替壓力的求取

前人研究[15]證實(shí)，巖石的泥質(zhì)含量和壓實(shí)成巖埋深2個(gè)地質(zhì)參數(shù)的乘積與該巖石的排替壓力之間存在很好的正相關(guān)性，隨著巖石泥質(zhì)含量與壓實(shí)成巖埋深乘積的增加，巖石的排替壓力也逐漸增大，由此可以建立不同巖性巖石樣品的排替壓力與泥質(zhì)含量、壓實(shí)成巖埋深之間的擬合關(guān)系式。

2.3 考慮承壓時(shí)間的斷層巖排替壓力求取

如圖1所示，斷層斷穿地層④后停止活動(dòng)，其上沉積了地層③—①，在地層③沉積之前，斷裂帶內(nèi)部碎屑充填物與剛剛沉積的地層一樣，并未成巖，在上覆地層沉積載荷的作用下，斷裂充填物中的地層水不斷被擠壓排出，固體充填物經(jīng)壓實(shí)膠結(jié)逐漸形成斷層巖。所以，盡管斷點(diǎn)埋藏較深（如圖1中A點(diǎn)），斷裂充填物真正開(kāi)始被壓實(shí)向斷層巖轉(zhuǎn)化是從斷層停止活動(dòng)之后，圖1中大致是在地層③開(kāi)始沉積以后。

圖1 考慮承壓時(shí)間的斷層巖排替壓力計(jì)算地質(zhì)模型

以圖1為例，設(shè)斷層巖的物質(zhì)構(gòu)成與圍巖地層巖石相似，如果B點(diǎn)斷層巖的泥質(zhì)含量和成巖程度與圍巖中K點(diǎn)巖石的泥質(zhì)含量和成巖程度相同，B點(diǎn)斷層巖的排替壓力即等于K點(diǎn)地層巖石的排替壓力，但二者巖石所經(jīng)歷的壓實(shí)成巖時(shí)間不同。設(shè)斷裂帶中任意一點(diǎn)B斷層巖的泥質(zhì)含量均等于A點(diǎn)斷層巖的泥質(zhì)含量（A點(diǎn)斷層巖泥質(zhì)含量可由（2）式計(jì)算），其壓實(shí)成巖程度可用其所承受的斷面正壓力和斷層停止活動(dòng)至今時(shí)間的乘積表示。再設(shè)地層中任意一點(diǎn)巖石的泥質(zhì)含量與A點(diǎn)斷層巖的泥質(zhì)含量相同，圍巖地層中某點(diǎn)巖石的壓實(shí)成巖程度也可用其上覆地層靜巖壓力和該點(diǎn)巖石經(jīng)歷的壓實(shí)成巖時(shí)間的乘積表示。在圍巖地層中任意給出一點(diǎn)K，其埋深和壓實(shí)成巖時(shí)間已知，其巖石的壓實(shí)成巖程度便可計(jì)算。如圖1所示，設(shè)地層中K點(diǎn)的地靜壓力為pr，其上部地層沉積所用的時(shí)間為tr，斷層最后一次停止活動(dòng)至今的時(shí)間為tf，斷裂帶中B點(diǎn)的斷層巖與地層中的K點(diǎn)巖石具有相同泥質(zhì)含量和成巖程度，其斷面所受的正壓力（不考慮區(qū)域水平應(yīng)力）為pfB，則有：

由于B點(diǎn)斷層巖在C點(diǎn)沉積之前就承受了ΔpfB的斷面壓力，其大小為：

由（4）—（6）式得：

由（8）式可得：

針對(duì)選定的某一地層初算點(diǎn)K，pf和tr已知，對(duì)于所研究的斷層，tf和θ也已知，根據(jù)（9）式可計(jì)算出B點(diǎn)與C點(diǎn)之間的垂直距離Z1，即確定了B點(diǎn)的具體埋深。

然后，比較B點(diǎn)與目的點(diǎn)A的相對(duì)位置關(guān)系，調(diào)整試算點(diǎn)K的埋深，重復(fù)上述計(jì)算，直至B點(diǎn)與A點(diǎn)重合，即Z1=ΔZ，此時(shí)K點(diǎn)地層巖石的成巖程度與A點(diǎn)斷層巖的成巖程度相同，K點(diǎn)地層巖石的排替壓力即為A點(diǎn)斷層巖的排替壓力。由于K點(diǎn)的埋深已知，K點(diǎn)地層巖石的泥質(zhì)含量與A點(diǎn)斷層巖的泥質(zhì)含量相同，即K點(diǎn)巖石的泥質(zhì)含量也已知，根據(jù)（3）式便可計(jì)算出K點(diǎn)巖石的排替壓力，亦為A點(diǎn)斷層巖的排替壓力。

以上便是考慮了斷面壓力和斷層巖壓實(shí)成巖時(shí)間的斷層巖排替壓力計(jì)算過(guò)程。應(yīng)該特別指出的是，這里所述的成巖時(shí)間并非只單純地代表斷層巖形成所經(jīng)歷的時(shí)間，而是在這段時(shí)間里斷層巖經(jīng)歷了所有成巖作用因素的綜合。

2.4 儲(chǔ)集層巖石排替壓力的求取

選取儲(chǔ)集層巖石樣品，測(cè)試其排替壓力及泥質(zhì)含量，結(jié)合樣品埋深，建立三者關(guān)系的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)公式：

實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，根據(jù)儲(chǔ)集層巖石的埋深和自然伽馬測(cè)井曲線值求得巖石的泥質(zhì)含量[16]，將參數(shù)代入（10）式，便可以求取儲(chǔ)集層巖石的排替壓力。

2.5 斷層側(cè)向封閉性定量評(píng)價(jià)

通過(guò)比較上述確定的斷層巖和目的盤(pán)儲(chǔ)集層巖石的排替壓力大小，便可以對(duì)斷層側(cè)向封閉能力進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，如果斷層巖排替壓力大于油氣運(yùn)移盤(pán)儲(chǔ)集層巖石排替壓力，斷層側(cè)向封閉，反之?dāng)鄬觽?cè)向開(kāi)啟。其封閉能力的大小取決于斷-儲(chǔ)巖石的排替壓力差，差值越大，斷層封閉能力越強(qiáng)，反之越小。所能封閉的烴柱高度可用下式計(jì)算[11]：

3 應(yīng)用實(shí)例

本文以渤海灣盆地歧口凹陷板橋斷裂帶板橋斷層圈閉為例，闡述考慮承壓時(shí)間的斷層側(cè)向封閉性定量評(píng)價(jià)過(guò)程，同時(shí)利用SGR法和不考慮承壓時(shí)間的斷-儲(chǔ)排替壓力差法分別對(duì)其進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，對(duì)3種評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，評(píng)價(jià)本文方法的合理性。

板橋斷裂帶是歧口凹陷主要的油氣富集區(qū)[17]，其位于北大港潛山構(gòu)造帶東北部，西北緊鄰板橋凹陷，是一個(gè)被斷層復(fù)雜化的北東走向的半背斜構(gòu)造，受北東走向的大張坨斷層和板橋斷裂帶切割，由北向南分為板北、板中、板南等3大斷塊區(qū)，其中板橋斷層圈閉位于板中斷塊區(qū)（見(jiàn)圖2）。該區(qū)自下而上發(fā)育古生界、中生界，第三系孔店組、沙河街組、東營(yíng)組、館陶組、明化鎮(zhèn)組及第四系。目前在館陶組、東營(yíng)組、沙一段、沙二段、沙三段等地層內(nèi)發(fā)現(xiàn)了多套含油氣層系，其中沙一段中亞段（Es1z）是主要的產(chǎn)油氣層，沙一段上亞段（Es1s）發(fā)育的厚層泥巖是主要的區(qū)域性蓋層[18]。板橋斷層附近鉆井所揭示的地層發(fā)現(xiàn)，本區(qū)沙一段為砂泥巖互層段，泥巖單層厚度為2～8 m，一般為2～4 m；儲(chǔ)集層巖性為灰白色細(xì)砂巖，單層厚度為2～13 m，一般在4～8 m。

圖2 研究區(qū)位置及歧口凹陷板橋斷裂構(gòu)造帶B6井區(qū)沙一段中亞段底面構(gòu)造圖

板橋斷層是板橋鼻狀構(gòu)造重要遮擋斷層，橫貫東西。平面上斷裂延伸長(zhǎng)度約為10 km，走向北東東，斷面北傾；剖面上，斷層在沙一段以及東營(yíng)組沉積時(shí)期活動(dòng)速率最大，垂直斷距為50～400 m，水平斷距為20～330 m，斷層傾角40°～60°（見(jiàn)圖3）。板橋斷層是否封閉，決定了板橋斷層圈閉的存在與否，其封閉能力的強(qiáng)弱，決定了板橋斷層圈閉中所能聚集油氣藏高度的大小，對(duì)板橋斷層封閉能力的正確認(rèn)識(shí)，是判斷板橋斷層圈閉有效程度的關(guān)鍵。

通過(guò)對(duì)板橋斷層生長(zhǎng)指數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析可見(jiàn)，斷層主要發(fā)育期為沙一段和東營(yíng)組沉積時(shí)期，新近紀(jì)活動(dòng)減弱直至停止（見(jiàn)圖4）。通過(guò)對(duì)板橋斷層發(fā)育史的研究可知，其在明化鎮(zhèn)組沉積初期停止活動(dòng)，自此之后，斷裂充填物開(kāi)始?jí)簩?shí)成巖，斷層停止活動(dòng)至今的時(shí)間tf為15.6 Ma。

由研究區(qū)巖石樣品的分析數(shù)據(jù)所建立的排替壓力與其泥質(zhì)含量和埋深關(guān)系散點(diǎn)圖可見(jiàn)，巖石的泥質(zhì)含量和巖石的埋藏深度乘積與巖石的實(shí)測(cè)排替壓力之間具有非常好的指數(shù)關(guān)系（見(jiàn)圖5）。對(duì)全部巖石樣品做外包絡(luò)線數(shù)學(xué)擬合，得到（12）式，用于評(píng)價(jià)斷層巖的最大封閉能力。對(duì)砂巖樣品數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)學(xué)擬合，得到（13）式，用于計(jì)算砂巖的排替壓力。

圖3 過(guò)板橋斷層地質(zhì)剖面圖（剖面位置見(jiàn)圖2）

圖4 板橋斷層生長(zhǎng)指數(shù)直方圖

圖5 歧口凹陷巖石排替壓力與其埋深、泥質(zhì)含量之間關(guān)系

首先，利用板橋斷層附近的B6井等鉆井所揭示的地層資料，根據(jù)板橋斷層斷距與埋深，計(jì)算出板橋斷層三維空間上各點(diǎn)斷層巖的SGR值。此后，按前文提出的研究方法與步驟，根據(jù)板橋斷層最后停止活動(dòng)時(shí)間和斷層上終止點(diǎn)及目的層埋深，適當(dāng)選擇圍巖地層初算點(diǎn)K（見(jiàn)圖1），利用（9）式逐漸逼近計(jì)算，確定與A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的K點(diǎn)的具體埋深。然后，根據(jù)A點(diǎn)斷層巖的SGR值和埋深，用（12）式計(jì)算出K點(diǎn)地層巖石的排替壓力，此排替壓力即為A點(diǎn)斷層巖的排替壓力。之后，根據(jù)目的盤(pán)儲(chǔ)集層自然伽馬測(cè)井曲線值，計(jì)算出儲(chǔ)集層的泥質(zhì)含量，再根據(jù)儲(chǔ)集層埋深，利用（13）式計(jì)算出目的盤(pán)儲(chǔ)集層的排替壓力。最后，求出斷層巖與儲(chǔ)集層在各點(diǎn)的排替壓力差，取目的盤(pán)儲(chǔ)集層所對(duì)置的斷層巖與儲(chǔ)集層排替壓力差最小值作為斷層對(duì)該儲(chǔ)集層的封閉能力，并利用（11）式計(jì)算出斷層對(duì)該儲(chǔ)集層所能封閉的油氣柱高度。相關(guān)參數(shù)及計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 板橋斷層（Es1z）封閉性定量評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)表

由表1可見(jiàn)，B6井所揭示的各套儲(chǔ)集層巖石的排替壓力值為0.36～2.72 MPa，利用上述方法計(jì)算B6井Es1z儲(chǔ)集層對(duì)應(yīng)斷層巖的排替壓力值為0.43～0.55 MPa，對(duì)比斷層巖和儲(chǔ)集層排替壓力值發(fā)現(xiàn)，B6井Es1z6、7、8、9、11、16、18b號(hào)儲(chǔ)集層對(duì)應(yīng)的斷層巖排替壓力均小于儲(chǔ)集層巖石的排替壓力，斷層不能對(duì)這些層中的油氣起到封閉作用，試油氣結(jié)果證實(shí)，這些儲(chǔ)集層均為干層或水層。而4、5、10、12、14、17、18a號(hào)儲(chǔ)集層對(duì)應(yīng)的斷層巖排替壓力均大于儲(chǔ)集層巖石的排替壓力，判斷斷層可以對(duì)這些儲(chǔ)集層中的油氣起到封閉作用，試油氣結(jié)果證實(shí)，這些儲(chǔ)集層均為氣層或油層。受斷層巖泥質(zhì)含量（SGR）較低和斷層巖承受的成巖壓實(shí)時(shí)間較短的影響，斷層巖的排替壓力較小，致使斷層封閉能力較弱，使得斷層巖排替壓力在很多位置比儲(chǔ)集層排替壓力低，斷-儲(chǔ)排替壓力差出現(xiàn)負(fù)值；即使斷-儲(chǔ)排替壓力差為正值位置，其差值也不大，所能封閉的烴柱高度有限。這種情況下，正確評(píng)價(jià)斷層的封閉性能非常困難，而利用考慮承壓時(shí)間的斷-儲(chǔ)排替壓力差對(duì)斷層封閉性的評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際油水分布吻合率高達(dá)100%，充分證明了該方法的可行性。

在利用本文提出的斷層封閉性定量評(píng)價(jià)方法對(duì)板橋斷層的封閉性進(jìn)行評(píng)價(jià)的同時(shí)，還利用SGR法和未考慮斷層巖承壓時(shí)間的斷-儲(chǔ)排替壓力差法分別評(píng)價(jià)了板橋斷層的封閉能力（見(jiàn)表1）。由表1可見(jiàn)，無(wú)論斷層巖是否有封閉能力，SGR法計(jì)算得到的結(jié)論均是封閉的，這一結(jié)論顯然不正確，這也正是前文所述SGR法評(píng)價(jià)斷層封閉性的不足或局限性所在，尤其對(duì)封閉性較弱或不具備封閉能力的斷層，SGR法評(píng)價(jià)結(jié)果會(huì)給鉆探帶來(lái)較大風(fēng)險(xiǎn)，此種情況下不建議用此法評(píng)價(jià)。利用未考慮承壓時(shí)間的斷-儲(chǔ)排替壓力差法評(píng)價(jià)板橋斷層封閉性的結(jié)論與本文提出的方法所獲結(jié)論一致，這也進(jìn)一步證明斷-儲(chǔ)排替壓力差法定量評(píng)價(jià)斷層封閉性的可行性。然而，由于未考慮斷層巖的承壓時(shí)間，按斷層巖現(xiàn)今所在深度計(jì)算巖石的排替壓力，必然造成計(jì)算結(jié)果大于實(shí)際值，斷層巖現(xiàn)今埋藏深度越大，斷層停止活動(dòng)時(shí)間越晚，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際值偏差越大。板橋斷層圈閉油氣藏的實(shí)際高度一般在29～48 m（見(jiàn)表1），利用本文方法預(yù)測(cè)的烴柱高度與實(shí)際烴柱高度基本相當(dāng)，但利用未考慮承壓時(shí)間的斷-儲(chǔ)排替壓力差法計(jì)算的烴柱高度為實(shí)際值的7～20倍，由此可見(jiàn)本文提出的考慮承壓時(shí)間因素的斷-儲(chǔ)排替壓力差法計(jì)算斷層封閉能力更符合實(shí)際。

4 結(jié)論

斷層巖泥質(zhì)含量越高，壓實(shí)成巖壓力越大，承壓時(shí)間越長(zhǎng)，其排替壓力越大；反之則越小。斷層巖所經(jīng)歷的成巖時(shí)間及在此時(shí)間內(nèi)所經(jīng)歷的各種成巖作用對(duì)斷層巖排替壓力的影響非常大，在建立斷層巖封閉能力評(píng)價(jià)方法時(shí)不能不考慮該因素的影響。

考慮承壓時(shí)間的斷-儲(chǔ)排替壓力差法評(píng)價(jià)斷層側(cè)向封閉性從斷層封閉機(jī)理出發(fā)，較全面考慮了斷層封閉性的主要影響因素，應(yīng)用實(shí)例證實(shí)，該方法比SGR法和未考慮承壓時(shí)間的斷-儲(chǔ)排替壓力差法更科學(xué)合理，評(píng)價(jià)結(jié)果更符合實(shí)際。

符號(hào)注釋：

d,c——常數(shù)；g——重力加速度，m/s2；H——斷裂垂直斷距，m；Hh——斷層面某點(diǎn)所能封閉的烴柱高度，m；Ho——斷層所能封閉的油氣柱高度，m；n——滑過(guò)斷點(diǎn)的砂泥巖層層數(shù)；pB——B點(diǎn)斷層巖所受靜巖壓力，Pa；pCD——斷層上終止點(diǎn)C到地面D點(diǎn)的靜巖壓力，Pa；pdf——巖石樣品的排替壓力，MPa；pdr——儲(chǔ)集層巖石排替壓力，MPa；pfB——斷面B點(diǎn)所受的正壓力（不考慮區(qū)域水平應(yīng)力），Pa；pr——地靜壓力，Pa；ΔpB——B點(diǎn)到C點(diǎn)地層的靜巖壓力，Pa；ΔpfB——C點(diǎn)沉積前B點(diǎn)斷層巖承受的斷面正壓力，Pa；SGR——斷層巖的泥質(zhì)含量，%；tf——斷層最后一次停止活動(dòng)至今的時(shí)間，Ma；tr——上部地層沉積所用的時(shí)間，Ma；Vshf——巖石的泥質(zhì)含量，%；Vshi——滑過(guò)斷點(diǎn)的第i層巖層泥質(zhì)含量，%；Vshr——儲(chǔ)集層巖石的泥質(zhì)含量，%；Z1——B點(diǎn)與斷層上終止點(diǎn)C之間的垂直距離，m；Z2——斷層上終止點(diǎn)C與D點(diǎn)之間的垂直距離，m；ZB——B點(diǎn)斷層巖的現(xiàn)今埋深，m；Zf——巖石的壓實(shí)成巖埋深，m；Zr——儲(chǔ)集層巖石埋深，m；ΔZ——A點(diǎn)與斷層上終止點(diǎn)C之間的垂直距離，m；ΔZi——滑過(guò)斷點(diǎn)的第i層巖層厚度，m；θ——斷裂傾角，（°）；ρo——原油密度，kg/m3；ρr——上覆沉積巖層骨架密度，kg/m3；ρw——地層水密度，kg/m3。

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（編輯 張朝軍 王大銳）

Quantitative evaluation method of fault lateral sealing

LYU Yanfang1,WANG Wei1,HU Xinlei1,FU Guang1,SHI Jijian1,WANG Chao1,LIU Zhe1,JIANG Wenya2
(1.Northeast Petroleum University,Daqing 163318,China; 2.PetroChina Dagang Oilfield Company,Tianjin 300280,China)

The fault-reservoir displacement pressure differential method,as a quantitative evaluation method of fault sealing which considering diagenetic time of fault rock,was improved based on the study of fault sealing mechanism and its influencing factors.A geology and mathematical model of quantitative evaluation of fault sealing considering diagenetic time was established.First,the depth of surrounding rock which has the same shale content and diagenetic degree as the fault rocks at the target was determined using the method of successive approximation at the given step length.Second,the displacement pressure of target fault rocks was calculated based on the relationship between the displacement pressure and the product of shale content and burial depth that was established for the study area.And third,the sealing states and capacity of the faults were quantitatively evaluated by comparing the calculated displacement pressure with that of the target reservoir.By the actual data of reservoirs at Banqiao fault in Qikou sag and the result comparison between fault rock shale content method (SGR) and fault-reservoir displacement pressure differential method without considering the bearing time,it is verified that this method is more feasible and credible.

Qikou Sag; fault rock; lateral sealing ability; sealing ability quantitative evaluation; displacement pressure

國(guó)家自然科學(xué)基金“斷層巖水壓張裂漏油主控因素及張性破裂壓力預(yù)測(cè)”（41372154）

TE122

A

1000-0747(2016)02-0310-07

10.11698/PED.2016.02.20

呂延防（1957-），男，吉林德惠人，博士，東北石油大學(xué)教授，主要從事石油與天然氣地質(zhì)研究工作。地址：黑龍江省大慶市開(kāi)發(fā)區(qū)，東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，郵政編碼：163318。E-mail:571128lyf@nepu.edu.cn

聯(lián)系作者：胡欣蕾（1991-），女，黑龍江大慶人，東北石油大學(xué)在讀碩士研究生，主要從事石油與天然氣地質(zhì)研究工作。地址：黑龍江省大慶市開(kāi)發(fā)區(qū)，東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，郵政編碼：163318。E-mail:dqsyhuxinlei@163.com

2015-02-12

2016-01-16