断裂破碎带输导天然气能力定量评价方法.pdf

2 0 1 0年 2月 第 2 9卷第 1期 大庆石油地质与开发 Pe t r o l e u m Ge o l o g y a n d Oi l fie l d De v e l o p me n t i n Da q i n g Fe b ．，2 0 1 0 Vo J ． 2 9 N o ． 1 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． I S S N． 1 0 0 0 3 7 5 4 ． 2 0 1 0 ． O 1 ． 0 0 2 断裂破碎 带输导天然气 能力定量评价方法 付广 朱娜娜 大庆石油学院 ，黑龙江 大庆1 6 3 3 1 8 摘要断裂输导天然气能力的强弱主要取决于其内破碎带岩石的渗透率大小 ，渗透率越大，断裂输导天然气能 力越强；反之则越弱。据此建立了1种断裂输导天然气能力的定量评价方法，其原理是首先利用岩石破坏前后 压实成岩作用的压力变化研究断裂破碎使岩石渗透率增大系数，再由未破碎岩石渗透率与断裂破碎使岩石渗透 率增大系数求取断裂破碎带岩石的渗透率，最后利用断裂破碎带岩石渗透率对其输导天然气能力进行评价。该 评价方法在我 国大 中型气 田断裂输导天然气能力评价 中的应用结 果表 明 ，断裂输导 天然气 能力与气 田储 量丰度 成正比，符合天然气运移和聚集规律，用于定量评价断裂输导能力是可行的。 关键词断裂；渗透率；未破碎岩石；破碎带 ；输导能力 ；定量评价 中图分类号T E 1 2 2 ． 2 文献标识码A 文章编号1 0 0 0 3 7 5 4 2 0 1 00 1 - 0 0 0 6 -05 QUANT I T AT I VE E VAL UAT I oN oF T HE C AP AC I T Y T o T RA NS P oRT NATURAL GAS THRoUGH FAULTED BRoKEN BELT F U Gua n g，ZHU Na n a D a q i n g P e t r o l e u m I n s t i t u t e ， D a q i n g 1 6 3 3 1 8 。C h i n a Ab s t r a c t T h e c a p a c i t y o f t r a n s p o r t i n g n a t u r a l g a s t h r o u g h t h e f a u l t e d b r o k e n b e l t ma i n l y d e p e n d s o n t h e p e r me a b i l i t y o f t he r o c k i n t h e b r o k e n b e l t h i g h e r p e r me a b i l i t y me a n s hi g h e r t r a n s p o r t i n g c a p a c i t y a n d l o we r p e r me a b i l i t y me a ns l o we r - t r a ns p o r t i n g c a pa c i t y．S o，a q u a n t i t a t i v e me t h o d t o e v a l u a t e t h e g a s t r a n s p o rti n g c a p a c i t y t h r o ug h t h e f a u l t s i s e s t a b l i s h e d． F i r s t ，t h e i n c r e a s e r a t i o o f t h e r o c k pe r me a b i l i t y c a u s e d b y f a u l t i n g a n d b r e a k i n g i s s t u d i e d b a s e d o n t he p r e s s u r e c h a n g e r e s u l t e d f r o m t h e c o mp a c t i o n d i a g e n e s i s b e f o r e a n d a f t e r t he r o c k f a i l u r e，a n d t h e n a c c o r d i n g t o t h e p e rm e a b i l i t y o f t h e u n b r o k e n r o c k a n d t h e p e r me a bi l i t y i n c r e a s e r a t i o c a u s e d b y f a u l t i n g a n d b r e a k i n g，t h e pe rm e a b i l i t y o f t h e r o c k i n t h e f a u l t e d b r o k e n b e l t c a n b e o b t a i ne d，a nd fi na l l y t h e p e r me a b i l i t y o f t h e r o c k i n t he f a u l t e d b r o k e n be l t i s a p p l i e d t o t he e v a l ua t i o n o f t he g a s t r a ns po r t i n g c a p a c i t y．Th i s e v a l u a t i o n me t h o d h a s b e e n us e d t o l a r g e t o me di u m s i z e d g a s fie l d s i n o u r c o u n t r y，a n d t h e a p p l i c a t i o n r e s u l t s i nd i c a t e，t he g a s t r a n s p o r t i n g c a p a c i t y t h r o u g h t h e f a u l t s i s di r e c t p r o p o rti o na l t o t he r e s e r v e s a b u n d a n c e o f t h e g a s fie l d ．Th e r e s u l t s a c c o r d wi t h t h e mi g r a t i o n a n d a c c u mu l a t i o n r ul e s f o r n a t ur a l g a s ，a n d i t i s f e a s i b l e t o qu a n t i t a t i v e l y e v a l ua t e t h e t r a n s p o r t i n g c a p a c i t y t h r o ug h t h e f a u l t s ． Ke y wo r ds f a u l t s；p e rm e a bi l i t y；u n b r o k e n r o c k；br o k e n b e l t ；t r a n s p o rti n g c a p a c i t y；q u a n t i t a t i v e e v a l u a t i o n 收稿 日期 2 0 0 9 - 0 8 2 8 ． 基金项目国家重点基础研究项 目 “ 天然气高效运移输导网络物理模拟及地质模式” 2 0 0 1 C B 2 0 9 1 0 4 资助。 作者简介付广，男，1 9 6 2年生 ，教授 ，从事油气藏形成与保存研究。 E ma i l f ug ua n g 2 0 08 1 2 6 ．c o m 第2 9卷第 1 期 付广等断裂破碎带输导天然气能力定量评价方法 7 天然气勘探实践表明，断裂在陆相沉积盆地的 天然气成藏与分布中起着非常重要 的作用 ，它不仅 为天然气聚集提供了遮挡物 ，更重要的是为天然气 运移和聚集提供 了输导通道。断裂在地下能否成为 天然气运移聚集 的输导通道和输导天然气能力的强 弱 ，在某种程度上决定着一个盆地或凹陷天然气聚 集的有无和数量 的多少。由此看出，断裂输导天然 气能力评价应是天然气成藏与资源评价 的重要内容 之一。关于断裂输导能力的评价前人已做过一定 的 研究和探讨 ，对断裂输导天然气 的通道类 型及 输导天然气特征有了一定认识 。但 由于受人们认识 水平 、勘探程度和地质条件复杂性的限制 ，这些研 究多为定性研究 ，缺少定量研究 。即使为 定量研 究 ，一些决定断裂输导能力关键因素如断裂破碎带 渗透率的确定还存在着诸多苛刻的假设条件，并不 能较真实地反映地下 的实际情况 ，这无疑影响了断 裂输导天然气能力评价的准确性 。因此 ，开展断裂 输导天然气能力的定量评价，对于正确认识断裂在 天然气成藏与分布的作用及丰富和完善断裂控藏理 论 均具 重要 意义 。 1断裂输导天然气机理及影 响 因素 断裂之所 以能成为天然气运移的输导通道是由 其内部结构特征决定的。无论断裂性质如何 ，通常 情况下可将其内部分为破碎带和诱导裂缝带 2个部 分 ㈣ 。 破碎带是在一定岩石体积内复杂的、成组的 、 交叉排列的断裂滑动面和相应断裂体的组合 ，位于 断裂带 的中心部位 ，是断裂带的主体部分 ，其天然 气输导空间除了破碎带内部的伴生裂缝外 ，还有破 碎带内部的断裂岩石本身的连通孔隙空间。诱导裂 缝带分布在破碎带 至完好岩石之 间的有限过渡地 带 ，脆性岩层明显较塑性地层发育。以发育各种类 型的派生裂缝为主要特征 ，天然气输导空间主要是 派生裂缝。然而，无论是破碎带内的伴生裂缝 ，还 是其两侧的诱导裂缝都仅仅 发育 于断裂活动时期 ， 一 旦断裂停止活动 ，它们便在上覆沉积载荷和区域 张应力的作用下紧闭，失去输导天然气能力。真正 对天然气长期起输导作用的应是破碎带内的连通孔 隙空间。断裂破碎带岩石与原来未破坏 岩石相 比， 其渗透性明显增强，可使不具输导天然气能力 的原 来岩石成为天然气输导通道 ，这已是不争 的事实。 由此看出 ，断裂输导天然气能力的强弱 ，关键取决 于其破碎带渗透率 的大小 ，破碎带渗透率越大，断 裂输导天然气能力越强 ；反之则越弱。 2断裂破 碎带渗透率 的确定方法 由上可知 ，断裂输导天然气能力 的强弱 ，关键 取决于其破碎带岩石的渗透率大小。要评价断裂输 导天然气能力 ，只要确定出断裂破碎带岩石渗透率 值 ，便可 由表 1中的等级划分标准 ，对断裂输导天 然气能力进行评价。然而 ，断裂破碎带岩石渗透率 的获取则不像未破坏岩石渗透率获取那么简单 ，因 为断裂破碎带岩石难以取到 ，为 了防止井喷 ，钻井 过程中一般是避开断裂带进行的，即使偶然钻遇断 裂破碎带也未必取心。 表 1 断裂输导天然气能力评价等级划分标准 Ta bl e 1 Ev a l ua t i on g r a de di v i s i on s t an dar d f or na t ur a l g a s t r a ns por t i ng c ap ac i t y t h r oug h f a ul t s 由于受后期成岩胶结作用的影响 ，其所测得的 断裂破碎带 岩石 的渗透率值往往较 未破坏岩石还 低_ l ，不能反映其在 断裂 活动时作为输导通道 时 的渗透率 。鉴于上述原 因，采用式 1 利用未破 碎岩石渗透率来研究断裂带破碎岩石 的渗透率 。 1 式 中 K 断 断裂破碎 带岩石渗透率 ， m ；K 岩 未破坏岩石 渗透率 ， m ；0 断裂 活动时 由于破碎作用使岩石渗透率增大系数。 由式 1 可 以看 出，K 岩可 以通过岩石样 品 实测较易获得 。只要能合理地确定出断裂活动时由 于破碎作 用使岩石渗透 率增大系数 ，便可 以由式 1 计算得到断裂破碎带岩石的渗透率。 当岩石遭到断裂破坏时，破碎带 内岩石渗透率 增大可以看作是 由于埋深减小 ，上覆沉积载荷重量 减小 ，其压实成岩程度降低 ，孔 渗性变好造成的 ， 那么断裂破碎使岩石 的渗透率增大系数在某种程度 上可以用岩石破坏前和破坏后反映压实成岩程度相 对高低的所受压力 的大小 比值来表示 。 岩石未遭受断裂破坏前 ，其渗透率应是上覆静 岩压力作用下形成 的成岩产物 ，其压实成岩所受到 的压力应为上覆地层的静岩压力 ，其大小为 p 前 P Z 2 式中p 前 上覆 地层静岩压力 ，MP a ；p 地 层岩石平均密度 ，g ／ C 1T I ；z 岩石埋深 ，1T I 。 8 大庆石油地质与开发 2 0 1 0年 当岩石遭受断裂破坏后 ，断裂破碎带与其它周 围地层岩石 已不再是 1个整体 ，而是作为 1 个新的 斜 向地层夹于其他周围地层岩石之间，其压实成岩 所受到的压力应为上覆地层骨架压力 的 1个分力 ， 其大小为 P 后 P r Z c o s O 3 式 中p 后 断裂破碎 带岩石压实成岩所受 到的 压力 ，MP a ； 断裂破碎带倾角 ， 。 。 由式 2 和 3 便可 以得 到断裂破 碎使 岩 石渗透率增大的系数 。 , Or Z 土 cos O 4 p后 p c 0 s 由式 4 ， 根据断裂倾角大小 ， 便可 以计算得到 断裂破碎使岩石渗透率增大系数 a ， a值越大， 表明 断裂倾角越大 ， 断裂破碎带岩石渗透率值越大， 输导 天然气能力 越强 ； 反之则 越弱。当断裂倾 角为 0 。 时， al ， 值最小 ， 表明断裂未破坏岩石 ， 渗透率仍为 岩石渗透率。当断裂倾角等于 9 O 。 时 ， a值趋于无穷 大 ， 表明破碎带岩石的渗透率远远大于未破坏岩石 的渗透率 ， 断裂输导天然气能力最强。 3实例应用 选取我 国4 1个 以断裂 为主要输导通道 的大 中 型气 田为例 ，利用上述研究方法研究其断裂输导天 然气能力 ，以阐明断裂输导在我国大 中型气 田形成 中的作用。 通过解剖我 国 5 3个大中型气 田的天然气输导 通道类型得到我国大 中型气田天然气运移的输导通 道主要有 5种类型 ， 即断裂 、 不整合面、 砂体 、 断裂与 不整合面组合 、 断裂与砂体组合 。由图 1可以看 出， 其中以断裂作为天然气输导通道 的大 中型气 田最 多 ， 其次是砂体输导通道和断裂 与不整合面组合形 成的输导通道 ， 再次是 断裂与砂体组合形成的输导 通道 ， 最少 的是不整合面输导通道。由此不难看出， 断裂是我国大 中型气 田天然 气运移 的主要输 导通 道 。 由资料统计 得到，我国4 1 个大中型气田 作为天然气输 导通道 的断裂倾 角为 9 ． 0 。 7 1 ． 8 。 ， 平均为4 2 ． 4 8 。 ，如表 2所示。由式 4 计算得到 断裂破碎使 岩石渗透率 增大 系数 为 1 ． O 1～3 ． 2 0 ， 平均为 1 ． 5 1 5 。通过统计我 国 4 1个大 中型气 田未 被断裂破坏 岩石 渗透率 为 0 ． 1 6～3 2 0 3 ． 5 0 1 0 ～ m ，平均为 2 2 1 ． 9 1l O l x m ，如表 2所示 。 6 O 4 O 褂 2 0 O ．一。 圈 ． 凰 ． 圈 断裂 不整合 砂体 断裂一 不整合 断裂一 砂体 输 导通道类型 图l中国5 3 个大中型气田天然气输导通道类型分布特征 Fi g．1 Di st ri b uti o n ch a rac t eri s ti cs of g as t ra ns po rt i ng p at h way t y pes of 5 3 l ar ge t o me di u m Si z ed gas fi el ds i n C hi n a 由式 1 利用未被断裂破坏岩石渗透率和断裂破 坏使岩石渗透率增大系数便可计算得到断裂破碎带 岩石渗透率为 0 ． 2 34 1 3 2 ． 5 2 l O ～ m ，平 均为 3 1 4 ． 4 6l O ～ m ，如表 2所示 。按照表 1中 等级划分标准 ，便可对我国 4 1个大 中型气 田断裂 输导天然气能力进行评价 ，得到我国 4 1 个大 中型 气 田断裂 输 导 天然 气 能力 强 的有 1 6个 ，约 占 3 9 ． 0 2 ％ ，断裂输导天然气能力较强的大 中型气 田 有 1 1 个 ，约 占 2 6 ． 8 3 ％，断裂输导天 然气能力 中 等的大中型气 田有 8个 ，约 占 1 9 ． 5 1 ％，断裂输导 天 然 气 能 力 弱 的 大 中 型 气 田 有 6个 ，约 占 l 4 ． 6 3 ％ ，如 图 2所示 。 由式 5 利用我 国 4 1个大 中型气 田天然气 储量和含气面积资料对其储量丰度进行了计算 ，结 果如表 2所示 ，我国 4 1个大中型气 田天然气储量 丰度为 1 ． 6～5 3 ． 2 l O～ m ，平均为 8 ． 2 4 l O tx m2 ，储量丰度较高的大中型气 田主要分布在 塔里木盆地 、四川盆地 、渤海 湾盆地和莺琼盆地。 由表 3中的等级划分标准，我 国 4 1个大中型气 田 天然气储量丰度以高储量丰度等级的大 中型气 田最 多，其次是中等储量丰度等级的大中型气田，再次 是低储量丰度的大中型气 田，最小是特低储量丰度 等级的大中型气 田，如图 3所示。 g警 5 g 式中 q 气藏天然气储量丰度，l O m ／ k in ； Q 储 气藏天然气 地质储量 ，1 0 m ；s 气 藏 含气面积 ，k m 。 由我国 4 1 个大 中型气 田断裂输导天然气能力 评价等级与天然气储量 丰度之 间关系作用 图 4 可以看出，较强输导天然气能力断裂输导形成的大 中型气 田储量丰度最高 ，可达到高储量丰度 ，其次 第 2 9卷第 1 期 付广等断裂破碎带输导天然气能力定量评价方法 ‘ 9 表 2 中国 4 1个大 中型气 田断裂输导天然气能力评价及参数 Ta bl e 2 Par ame t e r s an d e va l ua t i on f o r ga s t r an s po r t i n g c a pac i t y t hr o ugh f a ul t s i n l a r g e t o me di um s i z e d g a s fie l ds i n Chi na 是强输导天然气能力断裂输导形成 的大 中型气 田， 储量丰度可达到中等 ，再次是中等输导天然气能力 断裂输导形成的大中型气 田，最低为差输导天然气 能力断裂输导形成的大中型气 田，储量丰度为差等 级。这一结果符合天然气运移聚集规律 ，因为断裂 输导天然气能力越强 ，天然气运聚量越大 ，形成的 大中型气 田储量丰度越大 ；反之则越小 。 4结束语 该方法在我国大中型气田断裂输导能力评价 中 的应用结果表明，断裂输导天然气能力与气 田储量 丰度成正 比，符合天然气运移和聚集规律 ，表明该 l 0 大庆石油地质与开发 2 0 1 0年 4 0 3 0 槲2 O 驿 1 0 0 强 较强 ‘ 中等 弱 断裂输导天然气能力等级 图2中国4 1 个大中型气田断裂输导天然气能力等级分布图 Fi g． 2 Di s t ri but i On o f ．g as t ra ns p Ort i ng c ap ac it y t hr ou g h t h e fa ul ts o f’ 41 l a rg e t o me di um S iz e d ga s fi el ds i n Chi n a 表 3 气藏 天然气储量 丰度等级划分标准 Ta bl e 3 Gr a de di v i s i o n s t a nda r d f o r r e s e r v e s ab unda nc e o f ga s r e s e r vo i r s 5 O 4 O 3 0 ＼ 褂 2 O 1 O 0 高 中 低 特低 储量丰度等级 图3中国4 1 个大中型气 田天然气储量丰度等级分布图 Fi g． 3 Di s tri but i on o f ga s re s er ve s a bu nd an ce g ra de o f 41 l a rg e to medi um Si z ed g as fi el d s i n Chi n a 方法用于定量评 价断裂输导能力是可行的。然而 ， 该方法毕竟属于初步尝试 ，还存 在着许多不足 ，如 将断裂破碎带岩石渗透率增大仅仅归结为压实成岩 作用所受压力减小造成 的，这显然是不全面的，断 裂破碎带岩石渗透率增大，除了与其所受压实成岩 作用压力减小外 ，还与岩石本身力学性质 、断裂活 动性质等因素有关 ，由此看 出，该方法 目前考虑 的 因素还不全面，还需要进一步完善和提高。 参考文献 [ 1 ]周广胜， 彭仕宓 ， 张秀丽 ， 等 ．中 国大 中型气 田断裂 和砂体输导 特征对比[ J ] ．石油勘探 与开发 ， 2 0 0 7， 3 4 6 6 5 3 5 7 ． ．圈 [ 2]张照录，王华 ，杨红 ，等 ．含油气盆地的输导体系研究 [ J ]． 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t M L T h r e e d i m e n s i o n a l d i s t r i b u t i o n o f l i t h o f a c i e s ， b o u n d i n g s u rfa c e s p o r o s i t y a n d p e r me a b i l i t y i n a fl u v i a l s a n d s t o n e Gy p s y s a n d s t o n e of N o r t h 0 k l a } l 0 m a [ J ] ． A A P G B u l l ， 1 9 9 5 ， 7 9 7 0 - 9 6 ． [ 1 3]孟 繁 有 ．断裂 输 导 特 征及 对 油气 成 藏 与 分 布 的控 制 作 用 [ M]． 大庆石油地质与开 发，2 0 0 8，2 7 6 1 - 4 ． [ 1 4]高鸿斌 ，梁志刚 ．断裂作 用对 孔 隙性 砂岩 中流体云运 移的影 响 [ M]／ ／ 焦大庆 ，梁志刚，王长青 ．含油气盆地流体研究 ． 北京 石油工业出版社 ，I 9 9 8 1 0 7 1 1 9 ． [ 1 5]戴金星 ，陈践发 ，钟宁宁 ，等 ．中国大气 田及气源 [ M]．北 京 科学 出版社 ，2 0 0 3 ． [ 1 6]康竹林 ，傅诚德 ，崔淑芬 ，等 ．中国大中型气 田概论 [ M]． 北京 石油工业 出版社 ，2 0 0 0 ． 编辑宋铁 星 2 0 8 6 4 2 一 虽． m 目∞ 。 _[ 一 ＼ 卅咖牲