国外断层封闭性研究进展.ppt

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1、国外断层封闭性研究新进展,科技信息室2009年12月,汇报人：马士坤,开发技术座谈会,汇 报 提 纲,、断层封闭性研究历程及现状,一,、断裂带内部结构及形成机制,二,、断裂带孔渗特征,三,、断层封闭性研究方法,四,、认识与讨论,五,一、断层封闭性研究历程及现状,第一阶段：20世纪初60年代,人们对断层的认识大致经历了三个阶段：,第二阶段：20世纪6080年代初期,一、断层封闭性研究历程及现状,第三阶段：20世纪80年代后期至今,自Smith(1980)和Watts(1987)在其研究成果中引入了“断层封闭”和“封闭断层”的概念以后，开启了断层封闭性研究的先河。,Jenyon（1990）在其长达

2、400页的关于80年代中期及以前有关石油圈闭研究成果的汇编中，仅有半页纸和一幅插图涉及断层封闭方面的内容（参考文献为Smith和Watts的著作）。,在1995年度石油公司的技术需求报告中，国家石油理事会将断层封闭分析设定为勘探开发研究的热点。,关注的焦点：断层封闭性（断层岩的组构、岩石物理特征等）,最新动态：断层相,汇 报 提 纲,、断层封闭性研究历程及现状,一,、断裂带内部结构及形成机制,二,、断裂带孔渗特征,三,、断层封闭性研究方法,四,、认识与讨论,五,二、断裂带内部结构及形成机制,美国内华达州Aztec砂岩剪切节理类断层野外剖面图(Eric,2005),碎裂岩Fragmented R

3、ock断层岩Fault Rock,1.断裂带内部结构,二、断裂带内部结构及形成机制,意大利AdriaticApulian前陆盆地Mattinata断裂带模式图 Andrea Billi(2005),1.断裂带内部结构,二、断裂带内部结构及形成机制,Moab Fault,191 Canyon,Foxford 等，1998,2.断层核部厚度与断层位移的关系,二、断裂带内部结构及形成机制,Childs 等，2009,厚度/位移（m）,位移（m）,2.断层核部厚度与断层位移的关系,资料来源：J.Walsh，2009年11月,二、断裂带内部结构及形成机制,断层形成机制(Davatzes,2005),Sp

4、lay fractures,3.断层形成机制,(a)砂岩脆性断裂形变带主控机制；(b)砂岩脆性断裂节理主控机制；(c)带有泥岩涂抹的断裂结构演化。,二、断裂带内部结构及形成机制,形变带主控机制主要产生形变带、形变区和滑动面。形变带在远离断裂带的位置表现为孤立面状，朝着断层的方向形变带数量增加，在主要滑动面周围的表现为网状模式（纵横交错）,3.断层形成机制,二、断裂带内部结构及形成机制,3.断层形成机制,节理主控机制已有不连续构造（如节理）的岩层发生局部剪切作用，导致了在剪切不连续的端部产生应力扰动。因早期节理的循环剪切作用和新节理（如张裂隙）的形成而不断发生。,二、断裂带内部结构及形成机制,犹

5、他州莫阿比露头区小断层泥岩涂抹(Davatzes,2005),尽管砂岩层内表现为形变带或节理控制的脆性断裂，但泥岩层自断层下盘至上盘仍然保持连续，只是厚度明显变薄。因此，自上部砂岩层至下部砂岩层的断层面是不连续的，形成了垂向上的转换带（relay zone）。,3.断层形成机制,在层状砂泥岩地层中，当断层错动时，断裂带内容易产生泥岩涂抹，即泥岩岩层被削截、挤压进入断裂带，导致沿原泥岩层上下盘断壁间发生脆性断裂的削截砂岩层上形成了层状的较薄泥质层。,砂泥岩互层中的泥岩涂抹,二、断裂带内部结构及形成机制,犹他州部分莫阿比断层系砂泥岩层中不同断裂机制作用下的不同断裂带构造类型,3.断层形成机制,二、

6、断裂带内部结构及形成机制,在砂岩层中，形变条带类断层很常见。节理主控机制产生的构造叠加在形变带之上，形成了复杂的断层几何形状。在上盘褶皱砂层中也可见到形变带，并且有节理叠加在形变带之上。,3.断层形成机制,汇 报 提 纲,、断层封闭性研究历程及现状,一,、断裂带内部结构及形成机制,二,、断裂带孔渗特征,三,、断层封闭性研究方法,四,、认识与讨论,五,三、断裂带孔渗特征,碎裂岩,原岩,经过高度应变的碎裂岩,断层岩,美国内华达州不同变形程度的Aztec砂岩组分镜下观察,离断层越近，孔隙度和渗透率越高，而在断层岩处两者骤然变小，而且断层岩的渗透率在垂直于断面的方向上最低。,碎屑岩储层内单相渗透率分布

7、概念模型,三、断裂带孔渗特征,美国内华达州 Aztec砂岩样品的孔隙度、空气渗透率缩略图（Eric等，2005）,（1）相对于原岩平均孔隙度，断层岩的孔隙度降低，但变化不大；而碎裂岩孔隙度增大。（2）断层岩渗透率比原岩渗透率中值低大约1到3个数量级。（3）从原岩到碎裂岩再到断层岩粒径中值依次降低。从原岩到碎裂岩分选性变差，但从碎裂岩到断层岩分选性变好。,三、断裂带孔渗特征,马来西亚沙捞越米里机场路露头区5条断层测得的形变带出现频率(Rasoul Sorkhabi,2005),距断层滑动面越近，形变带数目越多。远离滑动面的原岩中的形变带具有孤立的特点，但在断裂带中形变带相互交错形成网状格局,三、

8、断裂带孔渗特征,马来西亚沙捞越米里机场路露头区6断层测得的渗透率分布图和形变带频率分布图(Rasoul Sorkhabi,2005),随着断裂带内形变带数量(DBs)的增加，断裂带渗透率降低,三、断裂带孔渗特征,汇 报 提 纲,、断层封闭性研究历程及现状,一,、断裂带内部结构及形成机制,二,、断裂带孔渗特征,三,、断层封闭性研究方法,四,、认识与讨论,五,四、断层封闭性研究方法,反映断层封闭性分析流程的鱼骨图,断层封闭性分析方法：,四、断层封闭性研究方法,Allan(1989)提出了一项研究断层并置的有效方法，该方法在一个断层面（延断层面走向）建立断层下盘和上盘沉积层的并置关系，所得的结果图为

9、断层面剖面，简称Allan图。,1.断层并置分析法Allan图,四、断层封闭性研究方法,马来西亚沙捞越海Temana 油田O断层中Allan模式岩性并置图,1.断层并置分析法Allan图,四、断层封闭性研究方法,马来西亚沙捞越海Temana 油田断层O中Allan模式CCR剖面图,1.断层并置分析法Allan图,四、断层封闭性研究方法,犹他州莫阿比断层断面平面图,1.断层并置分析法,四、断层封闭性研究方法,Knipe(1992)在北海ULA油气田的综合分析工作中对Allan图作了改进，使之能解决北海油气田许多实际问题，尤其是油气藏的不连续性。并置图，是将一个断面的切片绘制成三角形，其中横轴代表

10、断层断距（从0至研究区域内的最大断层断距），图中左侧的纵轴代表断层上升盘（断层下盘）的地层厚度（深度剖面），下降盘（断层上盘）的地层剖面按照不同的断距覆盖在三角形之上。,1.断层并置分析法三角图,Kip Cerveny(2004),Knipe(1992),四、断层封闭性研究方法,综合了地层、测井、取心资料等断层岩信息的并置图,1.断层并置分析法三角图,Kip Cerveny(2004),四、断层封闭性研究方法,2.泥岩涂抹参数,（1）泥岩涂抹系数（Shale Smear Factor）SSF=断距/泥岩层厚度=T/L SSF7 Lindsay et al.,1993,（2）断层泥比率（Shal

11、e Gouge Ratio）SGR=(泥岩层厚度/断距)100%=(L/T)100 SGR20%Yielding et al.,1997,四、断层封闭性研究方法,2.泥岩涂抹参数,四、断层封闭性研究方法,（5）砂泥涂抹比率（Smear Gouge Ratio）SMGR=砂岩总厚度/泥岩层厚度=(S/L)SMGR2（似乎国内尚未应用该参数）,（4）粘土含量比（Clay Content Ratio）CCR=(总厚度 粘土含量)/断距 100=(L+S)C/T100 CCR20%,（3）粘土涂抹潜力（Clay Smear Potential）CSP=(泥岩层厚度2/涂抹距离)=(L2/D)CSP10

12、 Weber et al.,1978,2.泥岩涂抹参数,四、断层封闭性研究方法,(a)典型泥岩涂抹模型（两个脆性单元夹一个塑性单元）；(b)两层体系：下部为厚层砂岩，上部为以泥岩为主的地层。影响因素：断距、原泥岩层厚度、与原泥岩层的距离、断层几何形状、地层形状等。,2.泥岩涂抹参数,（6）泥岩涂抹厚度（shale smear width/thickness）,四、断层封闭性研究方法,随着与上盘原泥岩层距离（dsl）的增加，泥岩涂抹的宽度单调递减，即形成了连续的泥岩涂抹。通常，这些曲线都呈渐近线形状，表明薄层泥岩涂抹（几米厚）在断层核部能延伸很长距离，并且在厚度上呈略微变薄的锥形。当与上盘原泥岩

13、层的距离接近断距（T）时，泥岩涂抹的宽度达到最小值。,犹他州莫阿比断层断距标准化的泥岩涂抹宽度变化和与上盘原泥岩层距离(dsl)关系图（b）Brushy Basin段（c）Salt Wash段（d）Morrison组所有单元,2.泥岩涂抹参数,四、断层封闭性研究方法,Childs 等，2007,（7）泥岩涂抹概率（Probabilistic Shale Smear Factor）,PSSF=1-（T（SSFc-1）/（D-T）,2.泥岩涂抹参数,四、断层封闭性研究方法,爱侣湾凝析气田5条断层的粘土含量比(CCR)(Tokio,2005),2.泥岩涂抹参数应用（之一）单一参数,爱侣湾凝析气田5条

14、断层的泥岩涂抹系数(SSF)(Tokio 2005),四、断层封闭性研究方法,马来西亚沙捞越海Temana 油田断层O中SSF与断距及各泥岩涂抹参数交会图,2.泥岩涂抹参数应用（之二）两两参数,四、断层封闭性研究方法,(Yielding,2002),2.泥岩涂抹参数应用（之三）参数与并置综合,断层泥比率（SGR)与并置关系综合分析判断断层封闭性,四、断层封闭性研究方法,上述参数无法判断当前应力状态下断层或断层某一段的封堵性或渗漏特征。Ferrill等人(1999)提出了断层滑脱趋势(Slip Tendency)Ts和膨胀趋势(Dilation Tendency)Td的概念,可以用来评价地下应力

15、条件下断层封闭的相对强弱,正断层二维应力场体现滑脱趋势和扩张趋势的概念模型,3.断层滑脱趋势与膨胀趋势,四、断层封闭性研究方法,马来西亚沙捞越Temana油田O断层的断层面滑脱趋势和扩张趋势(Shutaro,2005),断层面滑脱和扩张趋势剖面图指示了在同一时期应力状况下由于剪切或拉张作用破坏的断层相对较强或较弱部位。该信息对预测开发阶段断层面随地下流体压力变化的动态十分重要。,3.断层滑脱趋势与膨胀趋势,四、断层封闭性研究方法,断层封闭概率（Fault Seal Probability）,0.7PFS 1.0 并置封闭0.5 PFS 0.7泥岩涂抹封闭0.3 PFS 0.6可能存在渗漏0.0

16、 PFS 0.3砂砂对接,综合：泥岩涂抹参数、并置关系、断层埋深、断层厚度及应力参数,4.断层封闭概率,四、断层封闭性研究方法,Sorkhabi等(2003)提出了一种断层封堵失效概率(fault-seal failure probability)算法(FSFP)：该方法将CCR与当前应力状态下断层的滑动趋势或膨胀趋势综合在一起。,断层封堵失效概率的范围是01，1表示断层封堵因断层滑脱(FSFP滑动)或膨胀(FSFP膨胀)而失效的最大概率。,CCR表示粘土含量比；Ts 是滑动趋势；Ds是膨胀趋势。CCR、Ts和Ds的极大值是各组数据中最大的数值(即粘土含量比，Ts和Ds除以其最大值，商为各参数

17、的标准化数值)。,5.断层封堵失效概率,四、断层封闭性研究方法,泰国爱侣湾凝析气田E-16的断层封堵失效概率(Tokio Kachi,2005),5.断层封堵失效概率,汇 报 提 纲,、断层封闭性研究历程及现状,一,、断裂带内部结构及形成机制,二,、断裂带孔渗特征,三,、断层封闭性研究方法,四,、认识与讨论,五,五、认识与讨论,1.国外的野外地质研究程度,马来西亚沙捞越米里机场路露头区5条断层测得的形变带出现频率(Rasoul Sorkhabi,2005),每隔5cm取1个观测点,五、认识与讨论,断层核部（fault core）：石油辞典上没有该词组的对应译文，两个单词组合可翻译成断层核，断层

18、中心，断层中心部位等，与多位地质专家讨论后认为用“断层核部”可能更容易理解一些。断层核部相当于我们以前讲的断裂带、断层带（fault zone）或破裂带（fracture belt,fracture zone）或破碎带（crushed zone，fractured zone），国外学者所提的破碎带(或叫碎裂带)(fragmented rock)，相当于我们以前说的断层角砾岩带，该带与断层岩带（磨棱岩带）构成断层核部。,断层核部,2.国外近几年的一些新名词讨论,五、认识与讨论,美国内华达州Aztec砂岩剪切节理类断层野外剖面图(Eric,2005),诱导裂缝带（Damage Zone）,辞典：污

19、染带（区）。有人根据表面意思译成：损害带、破损带、破碎带？,诱导裂缝带,2.国外近几年的一些新名词讨论,形变带与形变条带,2.国外近几年的一些新名词讨论,五、认识与讨论,传统意义上的断层,形变带断层,形变带主要发生在孔隙性或完全未胶结的颗粒物质中，应变过程中伴随着形变界面的轻微起伏波动。在变形的应变强化过程中，孔隙度下降，颗粒旋转，甚至破碎。,变形带deformation bands（Aydin1978）指砂岩或孔隙性砂岩地层中因局部发生应变而产生的一种板状构造。变形带构造可以分为三类：(1)形变带断层(Mollema&Antonellini,1996),(2)发生局部孔隙减少且没有剪切位移的

20、，称之为压实带(3)发生孔隙增大且没有宏观剪切位移的，称之为膨胀带(Du Bernard,Eichhbl&Aydin,2002).,2.国外近几年的一些新名词讨论,五、认识与讨论,美国内华达州Aztec砂岩剪切节理类断层断裂带模式图(Eric,2005),Splay Joint喇叭形节理,喇叭形节理张裂隙次生裂隙马尾状裂隙羽状裂隙扭结裂隙桥梁裂隙尾裂隙,喇叭形节理,五、认识与讨论,3.近两年断层研究最新动态,断层研究由面到体的变化,五、认识与讨论,断层相,3.近两年断层研究最新动态,J.Tveranger,2005；H.Carstens,2005；N.Fredman,2008；A.Braathen,J.Tveranger等,2009,断层相是指构造变形过程中形成的具有一定特性的岩石总体。,五、认识与讨论,参数:类型;位置;尺寸;形状;其他性质,断层相,3.近两年断层研究最新动态,五、认识与讨论,常规模型,断层相模型,断层相,3.近两年断层研究最新动态,Thank You!,