定量表征由于断层作用造成油气盖层渗漏风险的方法与流程

本发明涉及断层油气藏地质勘探与开发技术领域，具体涉及定量表征由于断层作用造成油气盖层渗漏风险的方法。

背景技术：

我国深层油气藏多形成于复杂叠合盆地多期次构造变革和多种过程叠合改造背景下，深层油气封盖条件与中浅层相比会发生明显的变化，由于成岩程度高、物性变低、脆韧性发生转换，造成断层、亚地震断层及裂缝十分发育。亚地震断层是指断距小于地震分辨率的小断层，它们通常既不能从地震数据上识别，又很难从钻井资料上钻遇，利用传统方法很难对其进行识别和预测。虽然亚地震断层的规模小于地震断层，但是其数量和密度远远超过地震断层，它们是控制有效储层形成、油气成藏、注水开发效果、盖层完整性和剩余油分布等的关键因素。亚地震断层的存在可以大大提高致密储层的渗透率，改善储层渗透性能，甚至可以为储层提供有效的储集空间，成为裂缝性储集层。而如果大量亚地震断层发育于盖层，则它们破坏了盖层完整性，从而造成油气漏失。有时，即使很小规模的破裂作用也能导致巨大的渗漏速率。例如，在北海某油田，一个盖层中发育亚地震断层的圈闭，亚地震断层（及裂缝）的渗透率相对很低，仅为0.05md，但是其油气泄漏体积超过1000亿桶/百万年。又如加利福尼亚圣塔莫尼卡湾Palos Verde断层以10-15桶/天，或超过50亿桶/百万年的速率渗出石油。因此，能够准确表征这种由于断层作用带来的油气盖层渗漏风险，对降低油气勘探风险和提高钻探成功率具有重要的指导作用。

前人曾提出了利用增量应变分析技术评价盖层完整性的方法，即利用地震资料构造解释，利用平衡剖面技术分析每一地质时期的应变量，建立目的层曾经历的应变与盖层完整性之间的经验关系，确定经验应变阈值，简单的判断盖层是否存在渗漏风向，认为当目的层经历的应变大于经验应变阈值时，圈闭就被破坏，小于经验应变阈值时，盖层就能起到封闭作用，其优点是提供了一种利用地震数据进行勘探前景评价的简便方法，但是该方法没有考虑盖层本身的特征，不同的盖层岩性组合特征具有的封盖能力是不同的。另外，该方法中经验应变阈值的确定，需要利用大量的钻探实例，也就是说该方法并不能指导钻前探勘。

技术实现要素：

本发明的目的是提供定量表征由于断层作用造成油气盖层渗漏风险的方法，这种定量表征由于断层作用造成油气盖层渗漏风险的方法用于解决目前不能够准确表征由于断层作用带来的油气盖层渗漏风险的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种定量表征由于断层作用造成油气盖层渗漏风险的方法包括如下步骤：

a. 盖层和断层结构模型的建立：利用研究区岩心、成像测井以及常规测井资料，对包括砂岩和泥岩在内的目的层岩性特征进行解释，确定每一层泥岩和砂岩的厚度及盖层总厚度，建立盖层和断层结构模型，模型特征为：盖层由厚层泥岩夹薄层砂岩组成；泥岩层具有很好的封闭能力，且各层泥岩具有相似的厚度，薄层砂岩具有较好的横向和垂向连通性，以造成油气的运移；断层随机分布在盖层中，如果断层断距大于泥岩层的厚度，则使相邻的砂岩层发生对接，而造成油气渗漏，如果每一套泥岩层都被断层错断，则整个盖层发生渗漏；

b. 建立盖层渗漏风险模型图版：根据盖层中泥岩层数量和断层数量之间的排列组合关系，利用蒙特卡洛方法建立盖层渗漏风险模型图版，利用该图版，对任意泥岩层数和断层数量的组合的渗漏概率进行查询；

c. 计算有效泥岩层数：根据步骤a中解释的每一层泥岩和砂岩的厚度及盖层总厚度，计算有效泥岩层数，有效泥岩层数等于盖层总厚度除以最厚层泥岩厚度；

d. 计算使相邻渗漏层对接所需的最小断距T_min，计算公式如下：

T_min=（1+α）t，

，

式中，t为最厚层泥岩厚度；AR为断层高度和长度比值；L/T为断层长度和最大断距比值，一般为100左右；

e. 断距大于T_min的断层数量的预测：利用分形理论对断距大于T_min的断层数量进行预测，具体预测方法是：利用三维地震资料，对研究区每一条地震资料上识别的断层几何学特征进行精细解释，断层几何学特征包括产状、长度、高度、断距，建立断层长度-累积频数关系图，并根据断层长度和断层最大断距关系，在双对数坐标中，建立断距-累积频数关系图，然后拟合出断层最大断距和累积频数之间的关系式，带入T_min，求出断距大于T_min的断层数量的预测；

f. 建立研究区渗漏概率模型并判断渗漏风险：根据步骤d中确定的使相邻渗漏层对接所需的最小断距T_min、步骤e中计算的有效泥岩层数以及步骤b中建立的盖层渗漏风险模型，建立研究区渗漏概率模型并判断渗漏风险。

上述方案步骤b中利用蒙特卡洛方法建立盖层渗漏风险模型图版，具体实施方法为：假设有2套泥岩层，当有1条断层时，盖层渗漏概率为0%；

当有2条断层时，利用蒙特卡罗随机模拟方法，让断层在盖层中随机分布，当每一套泥岩层中均有断层分布时，盖层发生渗漏，计数1，当只要有一套地层中不含有断层时，计数为0，模拟100次，统计盖层发生渗透的总次数N_2-2，则2套泥岩层和2条断层存在时的渗漏概率为N_2-2/100；

当有3条断层时，利用蒙特卡罗随机模拟方法，让断层在盖层中随机分布，当每一套泥岩层中均有断层分布时，盖层发生渗漏，计数1，当只要有一套地层中不含有断层时，计数为0，模拟100次，统计盖层发生渗透的总次数N_2-3，则2套泥岩层和3条断层存在时的渗漏概率为N_2-3/100；依次模拟有4、5、6……条断层时的渗漏概率；然后假设有3套泥岩层，当有1条或2条断层时，盖层渗漏概率为0%，当有3条断层时，利用蒙特卡罗随机模拟方法，让断层在盖层中随机分布，当每一套泥岩层中均有断层分布时，盖层发生渗漏，计数1，当只要有一套地层中不含有断层时，计数为0，模拟100次，统计盖层发生渗透的总次数N_3-3，则3套泥岩层和3条断层存在时的渗漏概率为N_3-3/100；

当有4条断层时，利用蒙特卡罗随机模拟方法，让断层在盖层中随机分布，当每一套泥岩层中均有断层分布时，盖层发生渗漏，计数1，当只要有一套地层中不含有断层时，计数为0，模拟100次，统计盖层发生渗透的总次数N_3-4，则3套泥岩层和4条断层存在时的渗漏概率为N_3-4/100；

依次模拟有5、6、7……条断层时的渗漏概率。依次模拟有4、5、6……套泥岩层时的渗漏概率。最后在泥岩层数量-断层数量图中，分别将渗漏概率分别为10%、20%、……、80%、90%的线连起来，即完成盖层渗漏风险模型图版。

上述方案中步骤f中建立研究区渗漏概率模型并判断渗漏风险的具体实施方法为：根据步骤d确定的“最小断距”T_min，在步骤e建立的断距-累积频数关系图的横坐标找到该断距；根据步骤c中计算的有效泥岩层数，在步骤b建立的盖层渗漏风险模型图版中，分别查出渗透概率为10%、20%、……、80%、90%时，对应的断层数量；然后分别在步骤e建立的断距-累积频数关系图中标出这些点，断距-累积频数关系图中横坐标为T_min；然后以步骤e中建立的断层最大断距和累积频数之间的关系式的斜率，过这些点，绘出表征不同渗漏概率的参考线，即建立了研究区渗漏概率模型，通过对比实际数据与渗漏概率模型确定研究区盖层渗漏概率。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明目的在于通过建立盖层和断层结构模型、绘制盖层渗漏风险模型图版、计算有效泥岩层数、计算使相邻渗漏层对接所需的最小断距T_min、断距大于T_min的断层数量的预测、建立研究区渗漏概率模型并判断渗漏风险，本发明综合考虑了盖层本身的特征，以及不同的盖层岩性组合特征封盖能力不同的特点，判断渗漏风险的准确性高，有效性好。

2、本发明可以在钻前定量计算由于断层作用造成油气盖层渗漏风险概率，从而降低钻探风险，提高钻探成功率，对指导油气田的勘探开发具有重大意义。

附图说明

图1为本发明保密实验案例中盖层和断层结构模型；

图2为本发明保密实验案例中盖层渗漏风险模型图版；

图3为本发明保密实验案例中断层长度-累积频数关系图；

图4为本发明保密实验案例中断层长度和断层最大断距关系；

图5为本发明保密实验案例中断距-累积频数关系图；

图6为本发明保密实验案例中研究区渗漏概率模型；

图7为本发明保密实验案例中应用实例模型验证及未钻探区预测。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

这种定量表征由于断层作用造成油气盖层渗漏风险的方法包括如下步骤：

a. 盖层和断层结构模型的建立：利用岩心、成像测井以及常规测井等资料，对目的层岩性（砂岩和泥岩）特征进行解释，确定每一层泥岩和砂岩的厚度及盖层总厚度，建立盖层和断层结构模型，模型特征为：盖层由厚层泥岩夹薄层砂岩组成；泥岩层具有很好的封闭能力，且各层泥岩具有相似的厚度，薄层砂岩具有较好的横向和垂向连通性可以造成油气的运移；断层随机分布在盖层中，如果断层断距大于泥岩层的厚度，则可以使相邻的砂岩层发生对接，而造成油气渗漏，如果每一套泥岩层都被断层错断，则整个盖层发生渗漏；

b. 建立盖层渗漏风险模型图版：根据盖层中泥岩层数量和断层数量之间的排列组合关系，利用蒙特卡洛方法建立盖层渗漏风险模型图版，具体实施方法为：假设有2套泥岩层，当有1条断层时，盖层渗漏概率为0%，当有2条断层时，利用蒙特卡罗随机模拟方法，让断层在盖层中随机分布，当每一套泥岩层中均有断层分布时，盖层发生渗漏，计数1，当只要有一套地层中不含有断层时，计数为0，模拟100次，统计盖层发生渗透的总次数N_2-2，则2套泥岩层和2条断层存在时的渗漏概率为N_2-2/100；当有3条断层时，利用蒙特卡罗随机模拟方法，让断层在盖层中随机分布，当每一套泥岩层中均有断层分布时，盖层发生渗漏，计数1，当只要有一套地层中不含有断层时，计数为0，模拟100次，统计盖层发生渗透的总次数N_2-3，则2套泥岩层和3条断层存在时的渗漏概率为N_2-3/100；依次模拟有4、5、6……条断层时的渗漏概率。然后假设有3套泥岩层，当有1条或2条断层时，盖层渗漏概率为0%，当有3条断层时，利用蒙特卡罗随机模拟方法，让断层在盖层中随机分布，当每一套泥岩层中均有断层分布时，盖层发生渗漏，计数1，当只要有一套地层中不含有断层时，计数为0，模拟100次，统计盖层发生渗透的总次数N_3-3，则3套泥岩层和3条断层存在时的渗漏概率为N_3-3/100；当有4条断层时，利用蒙特卡罗随机模拟方法，让断层在盖层中随机分布，当每一套泥岩层中均有断层分布时，盖层发生渗漏，计数1，当只要有一套地层中不含有断层时，计数为0，模拟100次，统计盖层发生渗透的总次数N_3-4，则3套泥岩层和4条断层存在时的渗漏概率为N_3-4/100；依次模拟有5、6、7……条断层时的渗漏概率。依次模拟有4、5、6……套泥岩层时的渗漏概率。最后在泥岩层数量-断层数量图中，分别将渗漏概率分别为10%、20%、……、80%、90%的线连起来，即完成盖层渗漏风险模型图版。

c. 计算有效泥岩层数：根据步骤a中解释的每一层泥岩和砂岩的厚度及盖层总厚度，计算有效泥岩层数，有效泥岩层数等于盖层总厚度除以最厚层泥岩厚度；

d. 计算使相邻渗漏层对接所需的最小断距T_min，计算公式如下：

T_min=（1+α）t，

，

式中，t为最厚层泥岩厚度；AR为断层高度和长度比值；L/T为断层长度和最大断距比值，一般为100左右。

e. 断距大于T_min的断层数量的预测：由于根据步骤d计算得到的T_min往往小于地震资料上识别的断层的断距，因此，不能根据地震资料直接确定断距大于T_min的断层数量，因此需要利用分形理论对断距大于T_min的断层数量的进行预测，具体预测方法是：利用三维地震资料，对研究区每一条地震资料上可以识别的断层几何学特征（产状、长度、高度和断距）进行精细解释，建立断层长度-累积频数关系图，并根据断层长度和断层最大断距关系，在双对数坐标中，建立断距-累积频数关系图，然后拟合出断层最大断距和累积频数之间的关系式，带入T_min，即可求出断距大于T_min的断层数量的预测；

f. 建立研究区渗漏概率模型并判断渗漏风险：根据步骤d中确定的使相邻渗漏层对接所需的最小断距T_min、步骤e中计算的有效泥岩层数以及步骤b中建立的盖层渗漏风险模型，建立研究区渗漏概率模型并判断渗漏风险，具体实施方法为：根据步骤d确定的“最小断距”T_min，在步骤e建立的断距-累积频数关系图的横坐标找到该断距；根据步骤c中计算的有效泥岩层数，在步骤b建立的盖层渗漏风险模型图版中，分别查出渗透概率为10%、20%、……、80%、90%时，对应的断层数量；然后分别在步骤e建立的断距-累积频数关系图中标出这些点（横坐标为T_min）；然后以步骤e中建立的断层最大断距和累积频数之间的关系式的斜率，过这些点，绘出表征不同渗漏概率的参考线，即建立了研究区渗漏概率模型，通过对比实际数据与渗漏概率模型即可确定研究区盖层渗漏概率。

采用本发明进行保密性实验，在实际断层型油气藏钻前利用本发明进行盖层渗漏风险评价，预测结果也得到了钻探证实。具体保密性实验如下：

保密实验的案例为“准噶尔盆地南缘齐古油田盖层完整性评价”。案例涉及的油田位于准噶尔盆地南缘冲断带第一排冲断-褶皱带上，由于喜马拉雅运动期大规模挤压抬升，背斜遭到剥蚀，核部出露侏罗系头屯河组和齐古组，与其他相邻区块相比，钻探层位较老。区内深探井齐8井和齐9井自上而下钻遇地层依次为侏罗系西山窑组、三工河组和八道湾组，三叠系郝家沟组、黄山街组和克拉玛依组、上仓房沟群及二叠系下仓房沟群。其中克拉玛依组储集层及油层较为发育。齐古地区地面条件复杂，缺乏三维地震资料，深层构造成像困难，但是通过二维地震测线分析，该区构造轮廓已经较为清晰，圈闭也较为落实，且圈闭面积较大。前人对准噶尔盆地烃源岩和储层进行了大量研究，发现南缘齐古地区烃源岩和储层较为丰富。由于齐古地区后期经历的强烈的构造运动，盖层中发育大量断层，因此盖层油气保存条件成为油气成藏的关键，为此，利用“定量表征由于断层作用造成油气盖层渗漏风险的新技术”对齐古油田的3个圈闭进行了盖层渗漏风险评价，并用已有钻探成果进行验证，并对其它5个圈闭盖层渗漏风险进行评价。

实验的基本条件：

（1）研究区具有较好的三维地震资料、岩心资料以及前期钻探成果资料，为本方法研究提供了全面的基础数据。

（2）东北石油大学“断裂控藏”实验室具有Resform软件、Landmark软件、Forward软件，为本方法提供了各种实验和软件支持。

实验过程：

（1）盖层和断层结构模型的建立

利用岩心、成像测井以及常规测井等资料，对盖层岩性（砂岩和泥岩）特征进行了解释，盖层中共发育10套泥岩层和9套砂岩层（图1），盖层总厚度为80m，泥岩层厚度主要分布在5-8m，最厚为8m，砂岩层厚度主要分布在家1-2m。

（2）建立盖层渗漏风险模型图版

根据盖层中泥岩层数量和断层数量之间的排列组合关系，利用蒙特卡洛方法建立了盖层渗漏风险模型图版（图2）。具体实施方法为：假设有2套泥岩层，当有1条断层时，盖层渗漏概率为0%，当有2条断层时，利用蒙特卡罗随机模拟方法，让断层在盖层中随机分布，当每一套泥岩层中均有断层分布时，盖层发生渗漏，计数1，当只要有一套地层中不含有断层时，计数为0，模拟100次，统计盖层发生渗透的总次数N_2-2，则2套泥岩层和2条断层存在时的渗漏概率为N_2-2/100；当有3条断层时，利用蒙特卡罗随机模拟方法，让断层在盖层中随机分布，当每一套泥岩层中均有断层分布时，盖层发生渗漏，计数1，当只要有一套地层中不含有断层时，计数为0，模拟100次，统计盖层发生渗透的总次数N_2-3，则2套泥岩层和3条断层存在时的渗漏概率为N_2-3/100；依次模拟有4、5、6……条断层时的渗漏概率。然后假设有3套泥岩层，当有1条或2条断层时，盖层渗漏概率为0%，当有3条断层时，利用蒙特卡罗随机模拟方法，让断层在盖层中随机分布，当每一套泥岩层中均有断层分布时，盖层发生渗漏，计数1，当只要有一套地层中不含有断层时，计数为0，模拟100次，统计盖层发生渗透的总次数N_3-3，则3套泥岩层和3条断层存在时的渗漏概率为N_3-3/100；当有4条断层时，利用蒙特卡罗随机模拟方法，让断层在盖层中随机分布，当每一套泥岩层中均有断层分布时，盖层发生渗漏，计数1，当只要有一套地层中不含有断层时，计数为0，模拟100次，统计盖层发生渗透的总次数N_3-4，则3套泥岩层和4条断层存在时的渗漏概率为N_3-4/100；依次模拟有5、6、7……条断层时的渗漏概率。依次模拟有4、5、6……套泥岩层时的渗漏概率。最后在泥岩层数量-断层数量图中，分别将渗漏概率分别为10%、20%、……、80%、90%的线连起来，即完成盖层渗漏风险模型图版。

（3）计算有效泥岩层数

根据步骤a中解释的每一层泥岩和砂岩的厚度及盖层总厚度，计算有效泥岩层数，有效泥岩层数等于盖层总厚度（80m）除以最厚层泥岩厚度（8m），为10层。

（4）计算使相邻渗漏层对接所需的最小断距T_min：

计算公式如下：

T_min=（1+α）×t=（1+0.25）×8=10m

式中，t为最厚层泥岩厚度8m；，AR为断层长度和高度比值，根据研究区三维地震资料解释，该数值为50；L/T为断层长度和最大断距比值，根据研究区三维地震资料解释，该数值为100。

（5）断距大于T_min的断层数量的预测

由于根据步骤d计算得到的T_min（10m）往往小于地震资料上识别的断层的断距（15m），因此，不能根据地震资料直接确定断距大于T_min的断层数量，因此需要利用分形理论对断距大于T_min的断层数量的进行预测，具体预测方法是：利用三维地震资料，对研究区每一条地震资料上可以识别的断层几何学特征（产状、长度、高度和断距）进行精细解释，建立断层长度-累积频数关系图（图3），并根据断层长度和断层最大断距关系（图4），在双对数坐标中，建立断距-累积频数关系图（图5），然后拟合出断层最大断距和累积频数之间的关系式：

Y=1000x^-1.5

带入T_min=10m，即可求出断距大于T_min的断层总数量Y为20条；

（6）建立研究区渗漏概率模型

根据步骤d中确定的使相邻渗漏层对接所需的最大断距T_min、步骤e中计算的有效泥岩层数以及步骤b中建立的盖层渗漏风险模型，建立研究区渗漏概率模型并判断渗漏风险，具体实施方法为：根据步骤d确定的“最小断距”T_min=10m，在步骤e建立的断距-累积频数关系图的横坐标找到该断距；根据步骤c中计算的有效泥岩层数10层，在步骤b建立的盖层渗漏风险模型图版中，分别查出渗透概率为0%、10%、20%、……、80%、90%、99.99%时，对应的断层数量；然后分别在步骤e建立的断距-累积频数关系图中标出这些点（横坐标为T_min）（图6）；然后以步骤e中建立的断层最大断距和累积频数之间的关系式的斜率，过这些点，绘出表征不同渗漏概率的参考线，即建立了研究区渗漏概率模型（图6）。

（7）模型验证及未钻探区预测

利用上述方法，首先对研究区圈闭A、圈闭B和圈闭C的盖层渗透风险进行评价，其中评价结果为圈闭A和圈闭B盖层中断层发育较少，未发生渗漏，而圈闭C中断层发育较多，发生渗漏，这与钻探结果相一致（圈闭A和圈闭B含有油气，而圈闭C中不含有油气）。然后利用该方法对圈闭D、圈闭E和圈闭F进行风险预测，预测结果为圈闭D中断层发育较少，未发生渗漏，圈闭F中断层发育较多，发生渗漏，而在圈闭E中，渗漏风险为58%作用。因此，可以在圈闭D部署钻井，尽量避免在圈闭F中部署钻井，而圈闭E则存在一定的风险。