贝尔凹陷布达特群裂缝垂向封闭性与油气富集.pdf

第 2 7卷 第 4期 大庆石油地质与开发P ． G ． O ． D ． D ． 2 0 0 8年 8月 3 5 文章编号 1 0 0 0 3 7 5 4 2 0 0 8 0 4 - 0 0 3 5 - 0 4 贝尔 凹陷布达特群裂缝垂 向封 闭性与油气富集 刘 玉 萍 大庆职业学院 继续教育培训部 ，黑龙江 大庆1 6 3 2 5 5 摘要通过岩心观察和成像测井资料分析得到 ，贝尔凹陷布达特群倾斜裂缝比垂直裂缝发育，其形成 与分布主要受活动强度 大的长期继承性断裂的控制。利用裂缝面压力和镜质体反射率资料，对贝尔凹 陷布达特群倾斜裂缝和垂直裂缝垂向封闭性进行 了评价，得到不同角度的倾斜裂缝在凹陷中部均是封 闭的，仅在 凹陷西北和东南边部开启，且随裂缝倾 角增大，开启区范围增 大。垂直裂缝在凹陷中部 大 部分地 区开启，在苏德 尔特潜山带 中部以北地 区和 凹陷中南和东北边部地 区封闭，封 闭区在凹陷边部 呈条带分布 ，在 凹陷中部呈环带分布。通过油气分布与裂缝垂向封闭性评价结果分析得到，贝尔凹陷 布达特群油气聚集与分布主要受垂直裂缝的控制。 关键词贝尔凹陷；布达特群；倾斜断裂 ；垂直裂缝 ；垂向封 闭；裂缝 面压力；镜质体反射 率 中图分类号 T E l 2 1 文献标识码 A Fr a c t ur e v e r t i c a l s e a l i n g a nd h y dr o c a r bo n a c c u m ul a t i o n i n Bu da t e Gr o up o f Be i e r De p r e s s i o n L I U Yu p i n g C o n t i n u e d E d u l a t i a n T r a i n i n g D e p a r t m e n t o f D a q i n g V o c a t i o n a l C o l l e g e ，D a q i n g 1 6 3 2 5 5 ，C h i n a Ab s t r a c t Th r o u g h c o r e o bs e r v a t i o n a n d i ma g e l o g g i n g d a t a i n t e r p r e t a t i o n，i t i s f o u n d t h a t t he e x i s t e n c e o f di p pi n g f r a c - t u r e s i n Bu d a t a Gr o u p o f Be i e r d e p r e s s i o n a r e mo r e o fte n t ha n v e r t i c a l f r a c t ur e s ，t h e f o r ma t i o n a n d d i s t r i bu t i o n o f wh i c h a r e us u a l l y u n d e r t h e c o n t r o l o f a c t i v e l o ng - p e r i o d i n h e rit e d f a u l t s ． Th e v e r t i c a l s e a l i n g a b i l i t y o f d i p p i n g f r a c t u r e s a n d v e r t i c a l f r a c t u r e s i n Bud a t e Gr o u p o f Be i e r De p r e s s i o n i s e v a l u a t e d us i n g f r a c t ur e p l a n e p r e s s u r e a n d v i t r i n i t e r e fl e c t a n c e da t a，a s a r e s u l t o f wh i c h，i t i s p r o v e d t h a t di p pi n g f r a c t u r e s a t d i f f e r e n t di p a n g l e s a r e s e a l e d i n t h e mi d d l e p a r t o f t he d e p r e s s i o n，b u t r e ma i n o p e n i n g a t t h e n o r t h we s t a n d s o u t h e a s t ma r g i n s o f t h e d e p r e s s i o n， a n d wh a t ’ S mo r e，t h e o p e ni n g a r e a i n c r e a s e s wi t h t h e i n c r e me n t o f d i p p i n g a n g l e 、 W h e r e a s t h e v e r t i c a l f r a c t ur e s r e ma i n o p e n i n g i n mo s t p a r t o f t h e mi d - d i e d e p r e s s i o n，wh i c h a r e s e a l e d o n l y i n n o r t h e r n p a r t o f t he mi d d l e S u d e e r t e b u rie d h i l l ，t he s o u t h e r n p a r t o f mi d d l e d e p r e s s i o n a n d no r t h e a s t pa r t o f t h e d e p r e s s i o n ． Th e s e a l i n g a r e a s p r e s e n t b a n d e d d i s t r i b u t i o n n e a r t h e ma r g i n o f t h e d e p r e s - s i o n a nd g i r d l e ba n d d i s t r i b u t i o n i n t h e mi d d l e p a r t o f t h e d e p r e s s i o n．Ev a l u a t i o n r e s ul t s o f h y d r o c a r b o n di s t rib u t i o n a n d f r a c t u r e s v e r t i c a l s e a l i n g a b i l i t y i mp l y t h a t h y d r o c a r b o n a c c u mu l a t i o n a n d di s t r i b u t i o n i n Bu da t e Gr o u p o f Be i e r d e p r e s - s i o n a r e ma i n l y c o n t r o l l e d b y v e r t i c a l f r a c t u r e s ． Ke y wor ds Be i e r De p r e s s i o n； Bud a t e Gr o up； d i p pi n g f r a c t ur e s； v e r t i c a l f r a c t u r e s； v e r t i c a l s e a l i n g； f r a c t u r e p l a n e p r e s s u r e； v i t r i n i t e r e fle c t a n c e 贝尔凹陷是海拉尔盆地 贝尔湖坳陷内的一个二级 构造单 元 ，位 于该坳 陷 的南 部，中 国境 内面 积 为 3 0 1 0 k m ，其 内部 断裂构造 活动 强烈 ，分割 性强 ， 内部发育贝西 、贝北 、敖瑙海 和希勒敖包 4个洼槽 ， 其间和边部发育有苏德尔特潜 山构造带 、不勒洪布斯 断隆构造带 、苏乃诺 尔构造带 、霍多莫尔背斜构造 带 、呼和诺仁断鼻构造带和乌兰诺尔东鼻状构造带。 布达特群作为贝尔凹陷的一个重要产层 ，目前已获得 2 0余 口工业油 流井 ，充分 展示 了其 内的油气 远景。 然而 ，由于布达特群地层时代老 ，岩石压实程度高 ， 基金项 目国家 “ 9 7 3 ” 重点基础研究项 目 2 0 0 1 C B 2 0 9 1 0 4 资助 。 收稿 日期 2 0 0 8 - 0 4 -0 3 作者简介 刘玉萍 1 9 6 4一 ，女 ，讲 师，从事石油地质教学与科研工作 。 维普资讯 3 6 大庆石油地质与开发P ． G ． O ． D ． D ． 第 2 7卷 第 4期 孔渗性差，已无储集油气的能力 ，主要是裂缝储集油 气。关于裂缝油气藏前人已做过大量研究 。 。 ，但贝 尔凹陷布达特群断裂十分发育 ，不同断裂伴生和派生 裂缝交错发育 ，其分布具明显的复杂性 。因此 ，开展 布达特群裂缝垂向开启与封闭性研究 ，对于贝尔 凹陷 布达特群油气藏富集与分布规律研究具有重要意义。 1 裂缝发育及其分布特征 1 ． 1 裂缝发育特征 通过贝尔凹陷布达特群 2 8口取心井段岩心 中的 裂缝特征统计和描述以及 2 4口成像测井资料的分析， 得到其发育特征如下 1 贝尔凹陷布达特群潜山发育的裂缝主要 为 张性缝和剪切缝 ，少量压性裂缝顺层分布。张性缝倾 角普遍较大 ，宽度也大 ，一般带有剪切性质 ，是贝尔 凹陷布达特群潜山油气储集的主要空间类型。剪切缝 一 般呈共轭形式产出，或在另一组裂缝不发育的情况 下以平行缝的形式出现 ，缝较窄或完全闭合 ，一般缝 面平直 ，缝面常见擦痕。压性缝一般顺层分布 ，倾角 较小 ，多被完全充填 。 2 贝尔凹陷布达特群潜 山裂缝线密度为 2 ． 2 8 ～ 3 5条／ m，主要为 5～1 5条／ m 图 1 a 。裂缝倾角 较大，以 5 0 。～ 6 0 。 的倾角最多 图 1 b ，其次是大于 8 0 。 的倾角，低角度缝主要是 以网状缝形式 出现 。 3 裂缝宽度 主要 为 0 ． 5～0 ． 7 5 l I l ll l 图 1 C ， 以小缝为主，中缝次之 ，大缝和巨缝较少。但有效缝 主要分布在 中缝 ，其次分布在小缝中。 一 吕 0 3 O 2 0 拯1 0 0 - P 兀 f1几 『1『] 几 1 n n ●_ ● _ ● _ 一 5 3 0 2 。 0 0 视倾角／。 b 裂 缝倾 角 裂缝宽度／ ra m C 裂缝宽度 图l贝尔凹陷布达特群潜山倾斜裂缝发育特征 F i g ．1 F e a t u r e s o f d i p pi n g f r a c t u r e s i n b u r i e d h i 1 1 s o f B ud a t e g r o u p i n B e i e r D e p r e s s i o n 由岩心观察可得 ，贝尔 凹陷布达特群潜 山 5 6 ％ 的裂缝被充填 ，4 4 ％的裂缝为半充填和无充填的开启 裂缝。裂缝 的填充物常见有石英 、碳 酸盐岩 、黄铁 矿 、石膏 、泥质等。在镜下可见绿泥石充填 。 1 ． 2裂缝 形成 时期 第一期 早期 破碎裂缝 以碎裂缝 为主要特 征，在镜下明显可见 ，裂缝宽度变化范围较大 ，一般 大于 0 ． 1 I T I I T I ，缝 内常见石英 、方解石 、泥质等充填。 第二期 中期 剪切裂缝 主要 因剪切 应力作 用形成，典 型特征是裂 缝平直 ，宽度较小 ，一般为 0 ． 5 I T I I T I ，延伸较远 ，岩心裂缝面上常见擦痕 、镜面 等现象。共轭剪切裂缝常常将岩心切割成多面体 ，使 岩心破碎 ，本期裂缝常充填石膏 、方解石等。 第三期 晚期 张性 构造缝 多具张性 或张扭 性特征 ，常见曲折蜿蜒状延伸，有的明显切割，穿过 早 、中期裂缝系统 ，有的则是早 、中期裂缝重新张开 的结果 ，充填物以泥质和方解石为常见。 1 ． 3裂缝分布特征 贝尔 凹陷布达特群裂缝主要是构造裂缝 ，是在断 裂形成时的统一应力场和断裂作用中由于两盘相对错 动引起的派生应力场作用下共同的产物 ，其分布主要 受 3个方面的控制 1 距断裂越近裂缝越发育 随着钻遇贝尔凹陷布达特群井与断层之间水平距 离的增大 ，产液量有降低的趋势 ，说明断裂伴生或派 生的裂缝发育程度是从断裂向外有规律降低，在大约 5 0 0 I n后裂缝不再发育 。 2 长期继承性活动的断裂附近裂缝发育 贝尔凹陷布达特群潜山主要产油区苏德尔特 潜山构造带主要断裂呈北东东向展布 ，自北 向南分为 4个条带。其中，8条长期活动断裂对多期裂缝 的形 成起着控制作用 ，裂缝线密度高 ，如距断裂较近的贝 2 0井 、贝 1 4井裂缝线密度为 2 0 ． 3 6条／ i n、1 8 ． 1 8条 ／ i n，而距断裂相对较 远的 贝 2 6井裂缝 线密度 仅为 3 ． 2 9条／ i n 。 3 活动强度大的断裂附近裂缝发育 构造及其演化史研究表明，贝尔凹陷布达特群潜 山主要产油区苏德尔特潜山构造带 自东向西构造 活动强度 由强变弱 ，反映在断裂活动上也具有 由东向 西活动强度由强变弱的特征 ，其伴生和派生裂缝发育 程度 由东向西逐渐变差 ，致使受这些活动断裂控制 的 布达特群潜山储层物性 尤其是渗透率 自东向西 由好变差 。例如 苏德尔特构造带上 自东至西分布的 4口井贝 1 6 ． B 2井 、贝 1 4 ． X 5 6 ． 5 4井 、贝2 8 ． X 6 0 ． 5 4井和贝 1 5井 ，由于它们位于不同活动强度的断裂 附近 ，其布达特群储层裂缝 的发育程度因此不同，岩 维普资讯 2 0 0 8年 8月 刘玉萍贝尔凹陷布达特群裂缝垂向封闭性与油气富集 3 7 心渗透率的差异较大。贝 l 6 - B 2井岩心实测的平均水 平渗透率为 2 5 ． 7 71 0一 m ，贝 1 4 - X 5 6 - 4井岩心实 测的平均水平渗透率 为 0 ． 4 81 0 ～ m ，贝 2 8 - X 6 0 - 5 4井岩心实测 的平均水平渗透率为 0 ． 4 1 1 0 一 m ， 贝 l 5井岩心 实测 的平 均水平渗 透率为 0 ． 3 5l 0 m 。这种渗透率值 自东向西 由好变差的分布规律说 明，位于活动强度大的断裂附近裂缝发育 ，而位于活 动强度小 的断裂附近裂缝不发育。 2 裂缝垂向封闭性评价 贝尔凹陷布达特群裂缝按产状可 以分为倾斜和垂 直裂缝两大类 ，这两类裂缝垂向开启与封闭特征不同。 2 ． 1 裂 缝垂 向封 闭机 制 2 ． 1 ． 1 倾斜 裂缝 垂 向封 闭机 制 无论是正断裂还是逆断裂 ，在上覆沉积载荷压力 和区域主应压力的作用下 ，均具有在倾斜裂缝 的缓角 处紧闭，陡角处 开启 构成油气渗漏 散失 的特征 。因 此 ，仅依靠倾斜裂缝面所受到的压力，还不能使倾斜 裂缝在垂向上形成完全封闭，必须借助于泥岩的塑性 流动来堵塞倾斜裂缝紧闭后遗留下来 的渗漏空间。由 泥岩变形机制可知，当其上覆沉积载荷压力和区域主 压应力大于泥岩塑性变形极限时，泥岩便发生塑性变 形流动，堵塞倾斜裂缝紧闭后遗留下来的渗漏空间， 使其愈合起来 ，在垂向上形成对油气的封闭作用，否 则倾斜裂缝垂向开启。 2 ． 1 ． 2 垂直裂缝垂向封闭机制 由于上覆沉积载荷压力和区域 主压应力不能使垂 直裂缝紧闭而形成垂向封 闭， 其在垂 向上 的封闭主要 通过流体沿其 由上而下或由下而上的运 移过程 中， 因 温度和压力条件的改变使所携带的大量成岩物质发生 过饱和沉淀 ， 从而堵塞垂直裂缝使其在垂 向上形成封 闭。最明显的是 s i O H 迁移至浅处沉淀 ， 导致石英 增生胶结。C a C O 迁移至深处沉淀 ， 形成嵌 晶状方解 石胶结 。这些石英 和方解石沉 淀胶结堵塞 了垂直 裂缝 ， 使其在垂向上形成封闭 ， 阻止油气的渗滤散失。 2 ． 2 裂缝垂向封闭性评价方法 2 ． 2 ． 1 倾斜裂缝垂向封闭性的评价方法 由上可知 ，倾斜裂缝能否形成垂向封闭的关键是 其裂缝面的压力是否能达到泥岩塑性变形强度。如果 裂缝面压力大于泥岩塑性变形强度 ，泥岩发生塑性变 形流动，堵塞倾斜裂缝 闭合后遗留下的渗漏空间形成 垂向封闭；反之则不能形成垂向封闭。 1 裂缝面压力计算 不论何种性质的裂缝 ，倾斜断裂缝面上都会受到 上覆地层 的重力和区域主压应力两个力的作用。裂缝 面上的压力可 由裂缝面埋深 、倾角 、上覆地层岩石骨 架密度 、区域主压应力 以及裂缝走向交角等资料求得 P P l P 2z p t P c o s l s i n s i 1 式中 P 裂缝 面受到的总压 力；P 。 上覆地层 重量对裂缝面产生的静岩压力 ；P 2 区域主压应力 对裂缝面产生 的压力； ． 区域 主应 压力对裂缝 面的作用分力 ；p 。 上覆地层的平均密度 ；P 上覆地层水的密 度； 裂缝面倾 角； 区域 主 压应力与裂缝走 向之间的夹角； Z裂缝面埋深。 2 泥岩塑性 变形强度的确定 泥质岩的塑性极限约为 5 MP a ，即当泥质岩受到 5 MP a的压力时，便可发生塑性变形 。 3 倾斜裂缝垂向封闭性的判断 如果裂缝面压力大于 5 MP a ，泥岩便可发生塑性 变形流动 ，倾斜裂缝渗漏空间将被泥岩塑性流动堵塞 而形成垂向封闭；反之不能在垂 向上形成封闭。 2 ． 2 ． 2垂直 裂缝封 闭性 的评 价 方 法 能否确定垂直裂缝是否被碳酸盐或二氧化硅沉淀 堵塞，是判断其垂 向封闭与否 的关键。根据 张义纲 1 9 9 1 研究 ，对于东濮 凹陷这种持续埋藏的沉积 盆地 ，二氧 化 硅 和碳 酸盐 在地 层 剖 面 中 0 ． 3 0 ％ ～ 0 ． 5 ％ 、0 ． 6 ％ ～0 ． 7 ％ 和 0 ． 8 ％ ～1 ． 0 ％Ⅱ型干 酪 根或 1 ． 2 ％ ～1 ． 4 ％ Ⅲ型干酪根 处发 生沉淀 ， 使砂岩发生沉淀胶结 ，形成封闭。 根据裂缝所处 的埋深 ， 便可确定其镜质体反射率 R ， 由 R 根据上述标准便可判断其是否处于二氧化硅 和碳酸盐沉淀胶结带 内。如果是 ， 垂直裂缝便可被二 氧化硅和碳酸盐沉淀堵塞 ， 在垂向上形成封闭 ； 相反， 如果垂直裂缝处于多孔 带内， 就不能被二氧化硅 和碳 酸盐沉淀堵塞而在垂 向上形成封闭， 而是呈开启状态。 2 ． 3裂缝垂 向封闭性评价及结果分析 根据贝尔凹陷布达特群裂缝产状 、埋深和区域主 压应力资料 ，由式 1 对其不 同角度 4 5 。 、5 5 。 、 6 5 。 、7 5 。 倾斜裂缝面压力进行计算 ，并根据是否达 到泥岩塑 性变 形极 限对 其垂 向封 闭 性进 行 了评 价 图 2 。由图2可以看出，贝尔凹陷布达特群内不同 角度的倾斜裂缝在凹陷中部的大部分地区垂向上是封 闭的 ，仅在凹陷西北和东南边部地 区， 裂缝面压力小 于 5 MP a ， 垂向不封闭。而且随着裂缝倾角的逐渐增 大 ， 裂缝面压力逐渐减小 ， 裂缝不封闭区域逐渐增大。 根据 贝尔凹陷布达特群镜质体反射率资料 ，按照 上述垂直裂缝垂向封闭性评价标准 ，对贝尔凹陷布达 特群垂直裂缝被 S i O 或 C a C O 胶结形成 的垂 向封闭 性进行了评价 图 3 。 由图 3可 以看出，贝尔 凹陷 布达特群垂直裂缝被 S i O 或 C a C O ， 胶结形成 的垂向 维普资讯 维普资讯