埕島油田低級序斷層綜合識別及其在注水開發中的應用

楊 彬，王優杰，楊鵬飛，武群虎，李琳艷

(1.中國石油大學(華東)，山東 青島 266555；2.中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257237)

0 引 言

埕島油田位于渤海灣海域東南部，構造上處于濟陽坳陷與渤中坳陷交會處埕北低凸起的東南端，西以埕北大斷層與埕北凹陷相連，向東和東南分別傾沒于渤中凹陷和黃河口凹陷，處于3個生油凹陷的包圍之中(圖1)。[1]構造上整體呈由南西向北東傾伏，坡度為1～5 °，地層相對平緩。埕島油田自下而上鉆遇地層包括太古界、古生界、中生界及新生界的沙河街組、東營組、館陶組、明化鎮組和平原組，主要產油層位為館陶組上段的河流相沉積砂體，埋深為1 200～1 500 m，儲集層高孔、高滲，屬于典型的巖性構造層狀油藏。埕島油田的構造演化明顯受到郯廬斷裂帶的影響，其在古生界穩定的克拉通盆地基礎上，先后經歷了印支期NNE—SSW向擠壓、燕山早期NE—SW向拉張、燕山晚期郯廬斷裂帶左旋剪切應力和新構造運動期郯廬斷裂帶的右旋剪切應力，斷層相對發育，并對油水系統的分布具有控制作用。前人對埕島油田高級序斷層的研究已經有了很清楚的認識：二級斷層3條，為先擠壓后拉張應力下形成的負反轉斷層[2]；三級斷層10條；四級斷層14條，均為走滑拉張應力下形成的構造調節斷層。高級序斷層對構造格局和油水分布具有明顯的控制和切割作用，將埕島油田劃分為8個獨立的開發區塊。在開發區塊內部，對于低級序斷層的認識不清，刻畫不準，很多井組存在很嚴重的注采矛盾，注采對應率較低。

圖1 埕島油田構造位置

低級序斷層通常指由高級序斷層派生的隱蔽性較強的四級、五級及以下級別斷層[3]，其具有斷距小(幾米到幾十米)、延伸短(不超過幾百米)、采用常規單一手段難以識別等特點，并且容易與巖性的橫向變化相混淆。低級序斷層對于區域構造格局沒有明顯的控制作用，但在油田開發中，低級序斷層很大程度上影響著注水開發效果及剩余油的分布規律[4-5]。低級序斷層的識別和刻畫對于研究砂體的橫向連通性、圈閉封堵性、開發井網設計合理性[6]及剩余油的分布[7-9]等均具有至關重要的意義，特別是在油田開發中后期，隨著油藏開發的深入，井網越來越密，低級序斷層對于剩余油的分布和注采調整的影響作用也越來越大，低級序斷層的研究已成為精細地質研究的重要內容。因此，有必要對低級序斷層進行識別和驗證，研究其在油田開發中的影響，指導剩余油挖潛，改善油藏開發效果。

1 低級序斷層的識別和驗證

埕島油田館陶組上段地層的縱向時窗范圍為1 000～1 500 ms，強信號頻譜主要集中在30 Hz左右，弱信號頻譜主要集中在45 Hz。館陶組地層砂泥巖速度差別不大，存在疊置現象，砂巖速度整體低于泥巖速度。正演結果表明，未經處理的地震資料只能識別斷距大于10 m的斷層，對于斷距更小的五級斷層或者更低級別斷層的識別無能為力，并且低級序斷層在地震剖面上常與砂體變化所造成斷層假象混淆。因此，不僅要在提高地震資料分辨率的基礎上綜合利用多種手段識別低級序斷層，還需要充分利用測井、生產動態等資料對斷層進行驗證。

1.1 斷層的識別

提高地震資料的分辨能力是改善低級序斷層識別精度的重要途徑之一。采用地震拓頻處理、構造導向濾波等疊后處理方法，對地震數據進行預處理。針對該區原始資料特點，拓頻處理方法主要采用譜約束反褶積和時變反Q濾波技術，通過拓頻處理，埕島油田的地震資料優勢頻帶拓寬14 Hz，有效頻帶拓寬18 Hz，主頻提高8 Hz左右，目的層資料頻帶均大幅拓寬，在保護低頻信號的同時提高了地震資料的主頻。構造導向濾波處理則是在保持地震反射有效信息的基礎上，抑制隨機噪聲，增強同相軸的連續性，使斷面更加清晰[10-11]。

在此基礎上，充分利用Petrel軟件的螞蟻體處理模塊和3D功能，采用常規地震數據和螞蟻體相互印證，剖面和切片相結合的方法對低級序斷層進行識別(圖2)。第1步，利用Petrel軟件對螞蟻體進行自動追蹤斷層，提取斷裂碎片，去除干擾碎片，并對提取結果進行篩選[12]；第2步，加密縱、橫測線解釋密度，根據相鄰剖面的相似性，在剖面上描述每條斷層的位置，對斷層的位置、延伸長度和組合方式進行仔細研究，實現斷層的剖面合理組合；最后，對多個層位的斷裂系統進行疊合，檢驗斷層平面組合和斷面空間展布的合理性。

圖2 埕島油田螞蟻體、地震剖面與等時切片交會圖

1.2 斷層的驗證

通過螞蟻體和常規地震剖面結合的方法能有效識別絕大多數低級序斷層，有效避免了人工解釋過程中一些小斷層的漏失，但其解釋結果仍存在多解性。砂體的尖滅、相變及泥巖層的塑性變化也會使同相軸發生扭曲、合并，形成類似低級序斷層的假象。同時，地震數據具有橫向分辨率高、縱向分辨率低的特點，只應用地震數據來確定斷距存在很大的誤差，而測井資料橫向分辨率雖然低于地震數據，但其縱向分辨率遠遠高于前者，通過測井資料能識別出垂直斷距小于5 m的斷層，其對于斷距的確定也比前者精度更高[13-14]。在應用各種地震資料解釋斷層的基礎上，結合測井資料進行精細地層對比和動態分析可以有效驗證斷層的存在。其中，利用動態分析法只能確定具有封堵性質的斷層的存在，對于剖面上未完全錯斷的砂體和平面上未完全切割砂體的小斷層的存在還需要進一步分析和研究。

2 低級序斷層的發育特征

埕島油田低級序斷層主要是在新構造運動期郯廬斷裂帶的右旋剪切應力環境下形成的，統計分析結果表明，研究區共識別出195條低級序斷層，傾角大于55 °的約占66.7%，這些高角度斷層能反映出強烈的走滑性質。斷層的傾向沒有明顯的規律，3條二級斷層傾向為南西向，三、四級斷層傾向主要是北北西和南南東向，低級序斷層主要分布在高級序斷層的附近，受高級序斷層的控制，走向多為北東和南西向，基本與高級序斷層呈平行或垂直。相比于高級序斷層，研究區低級序斷層發育規模小，活動性弱，這主要體現在斷距小、斷層橫向和縱向延伸短，與高級序斷層在剖面和平面上呈現了多種不同的組合樣式。

埕島油田的低級序斷層主要分為拉張正斷層、拉張-走滑斷層和走滑斷層3種類型(表1)。拉張正斷層主要分布在高級序斷層的上盤，是在區域拉張應力下[15]，由于高級序斷層的活動而在其下降盤產生局部拉張應力場，下降盤地層破裂而形成。這些斷層在平面上往往與高級序斷層近于平行或呈很小的銳角，在尾部二者可合并；剖面上，與高級序斷層傾向相同或相反，并向下收斂于高級序斷層，形成地塹型、地壘型、階梯型等組合形式。拉張-走滑斷層和走滑斷層則主要分布在高級序斷層的兩側，其中，拉張-走滑斷層是由于高級序斷層活動而導致下降盤地層遭受連續破壞而產生的次生斷裂，與拉張正斷層的區別在于，其剖面上雖然表現為正斷層，但可與高級序斷層構成負花狀斷裂組合，平面上多呈帚狀排列。走滑斷層是在區域剪切應力環境下高級序斷層的派生斷裂，產狀陡，延伸遠且較直，傾向變化頻繁，與高級序斷層呈銳角相交，呈斜列狀排列[16]。

表1 低級序斷層基本特征

3 在注水開發中的應用

隨著油田注水開發的不斷深入，含水率越來越高，需要地質研究越來越精細，低級序斷層的研究也越來越重要[17-19]。由于前期對埕島油田低級序斷層的分布特征、組合樣式等認識不清，在之前的油藏開發過程中出現注采對應矛盾或者油水分布矛盾時，往往將原因歸結為地層對比不準、砂體尖滅、隔夾層發育等因素，并未考慮到低級序斷層的影響，從而導致這些矛盾無法得到有效解決。對埕島油田低級序斷層的識別和研究是解決注采對應矛盾[20]、研究油水關系、分析剩余油分布[21-22]等問題的有效手段。

3.1 解決注采對應矛盾

埕島油田西北區斷層發育，在斷層的控制下，形成了相對獨立的油水系統。埕北4A井組位于該區塊的東部，近幾年的開發過程中發現，埕北4A-6和4A-7井存在嚴重的注采不匹配。埕北4A-7井為該井組一口采油井，之前射開層位為下層系的Ng56-1和Ng56-2。2014年對該區塊進行井網加密調整，為了提高儲量動用率和井網注采對應率，對Ng31層進行補射，并利用埕北4A-6井對其注水。埕北4A-6井Ng31層的油水界面為-1 248 m，屬于邊外注水。埕北4A-7井于2014年8月開始生產Ng31層，到2015年12月，油井壓力由4.2 MPa下降至1.6 MPa，日產液由105.9 t/d下降至65.7 t/d，日產油由43.5 t/d下降至16.4 t/d。4A-6井相關流量測試結果表明，Ng31層相對吸水百分比一直穩定在30%以上。以上情況表明：4A-6井注水后，4A-7井并未受效。2016年1月對4A-7井進行檢泵作業，作業之后由于壓降太大仍無法正常生產。在儲層變化分析的基礎上，利用螞蟻體技術在4A-6井和4A-7井之間識別出一條低級序斷層(圖3)，該斷層具有很好的滲流遮擋作用，從而導致砂體連通性變差，將該井區分割成2個獨立的油水系統，合理地解釋了這2口井注采不對應的問題。針對上述情況，計劃對4A-6井Ng31層卡封，將4A-2井的Ng31層補孔，給4A-7井注水，預計能有效緩解該井區的注采對應矛盾。

圖3 埕島油田西北區4A井組Ng31層小層平面圖

3.2 研究油水關系

埕島油田北區Ng1+23層是主力產油層，反演結果和常規地震剖面顯示，該層砂體連續性較好，平均厚度在5 m左右，該層石油地質儲量為300余萬噸，占該區儲量的17.6%。該層油水關系一直存在矛盾，區塊東部和西部的油水界面存在較大落差。2015年開始對北區進行井網加密調整，結合新鉆井資料，對油水分布的研究和認識也越來越清楚，東部油水界面為-1 270 m，西部油水界面為-1 250 m，東西部油水界面相差20 m(圖4)。前人在該區解釋出6條高級序斷層(4條三級斷層，2條四級斷層)，走向都為近東西向，后期通過對低級序斷層的識別研究，發現在東西部之間存在一些走向近南北向的小斷層。這些小斷層組合在一起，控制了油水分布，將Ng1+23層砂體分割為2套不同的油水系統，有效解釋了東西部油水關系的矛盾。

3.3 分析剩余油分布規律

斷層是注水開發中流體滲流和水壓傳導的屏障，因此，在斷層附近往往會形成剩余油富集區。斷層對剩余油分布的影響主要體現在2個方面：①由于斷層或斷層組合的直接遮擋作用[23]，使剩余油在局部富集；②由于斷層錯斷，使上升盤產生正牽引作用或者下降盤產生逆牽引作用，可能在對應盤緊鄰斷層處形成正向微構造，形成剩余油的富集區。因此，在平面上高剩余油飽和度分布區域絕大多數與斷層面相鄰，縱向上沿斷層附近往往會形成高剩余油富集層的疊置，形成剩余油富集區，這些剩余油富集區是以后井網調整加密的主要指向區。

圖4 埕島油田北區Ng1+23層小層平面圖

4 結 論

(1) 低級序斷層的識別不能僅靠常規單一的手段，螞蟻體技術雖然相比于其他方法識別精度更高、人為干擾因素少，但識別結果存在一些“假斷層”，通過精細地層對比和動態開發數據等資料，對低級序斷層進行驗證，是不可缺少的重要環節。

(2) 埕島油田在新構造運動期郯廬斷裂帶的右旋剪切應力環境下，低級序斷層可以分為拉張正斷層、拉張-走滑斷層和走滑斷層，其分別與高級序斷層形成了不同的組合樣式。拉張正斷層形成了地塹、地壘及階梯狀等組合，拉張-走滑斷層形成了反映走滑性質的負花狀構造，走滑斷層則呈斜列狀分布在高級序斷層的一盤。

(3) 低級序斷層的解釋有效解決了埕島油田部分井組的注采對應問題和部分層位的油水關系矛盾，并對剩余油分布規律的預測以及提高注水開發階段的采收率均具有重要意義。