白青林 ，束青林 ，焦紅巖 ，路智勇 ，張戈 ，劉中偉 ，劉金友 ，王福金

（1.中國石化勝利油田分公司博士后流動站，山東 東營 257000；2.中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257000；3.中國石化勝利油田分公司現(xiàn)河采油廠，山東 東營 257000；4中國石化江漢油田分公司，湖北 潛江 433100）

0 引言

調(diào)節(jié)帶是指在統(tǒng)一的伸展構(gòu)造體系中，沿構(gòu)造走向出現(xiàn)橫切的，并導(dǎo)致主體構(gòu)造走向與形態(tài)發(fā)生變化的調(diào)節(jié)伸展變形的構(gòu)造，又稱變換帶或轉(zhuǎn)換帶［1-3］。調(diào)節(jié)帶的產(chǎn)生常與主斷層應(yīng)力釋放導(dǎo)致的構(gòu)造變形不守恒有關(guān)，極易誘發(fā)低級序斷層大規(guī)模發(fā)育［4］。東營凹陷中央隆起帶——東辛地區(qū)受多種復(fù)合應(yīng)力機(jī)制影響，斷裂系統(tǒng)較為復(fù)雜，在斷層的平行分布區(qū)、疊覆區(qū)、趨近區(qū)，以及尾端與轉(zhuǎn)折端發(fā)育不同類型的調(diào)節(jié)帶［5-6］。調(diào)節(jié)帶兩側(cè)相對不發(fā)育斷層，但是內(nèi)部多發(fā)育不同形態(tài)及組合樣式的低級序斷層［3］。低級序斷層由于斷距小、延伸長度短，在地震同相軸上只表現(xiàn)為輕微扭曲的“似斷似連”現(xiàn)象，對其幾何學(xué)特征刻畫較為困難。雖然低級序斷層不影響油氣聚集，但是前期部署注采井網(wǎng)時沒有考慮低級序斷層，忽略了其與注采井網(wǎng)的耦合關(guān)系，這成為制約油藏開發(fā)后期水驅(qū)效果的重要因素。低級序斷層與主斷層夾持形成的封閉或半封閉性斷塊往往對注采流線產(chǎn)生遮擋，從而造成注采井網(wǎng)不完善、開發(fā)層系欠注、油井利用率低，以及局部高部位缺乏油井控制等問題［7-10］。

營26調(diào)節(jié)帶是東營凹陷中央斷裂帶典型的疊覆型構(gòu)造調(diào)節(jié)帶，長期以來對其沙二段6套開發(fā)層系中的局部低序級斷層認(rèn)識不清、刻畫不準(zhǔn)，導(dǎo)致該調(diào)節(jié)帶多個井組注采矛盾一直未得到有效解決［11］。針對上述問題，充分利用營26調(diào)節(jié)帶內(nèi)高密度井網(wǎng)的優(yōu)勢，以鄰井地層對比出的低級序斷點為指導(dǎo)，在沿層相干屬性識別出的高級序斷層的約束下，利用螞蟻屬性識別低級序斷層，分析并總結(jié)其組合樣式及分布特征，然后結(jié)合其力學(xué)性質(zhì)及斷面抗壓強(qiáng)度，從分布與注采井網(wǎng)耦合入手，闡明其對注水開發(fā)的影響。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

營26調(diào)節(jié)帶位于東營凹陷中央隆起帶東營構(gòu)造的核部，由北傾的營1二級斷層的上升盤與下降盤首尾疊覆而成，整個調(diào)節(jié)帶呈NE向單斜展布，西北高，東南低。在沙河街組沉積期郯廬斷裂帶右旋走滑作用的控制下，內(nèi)部張扭性的調(diào)節(jié)斷層沿著主斷層呈右行雁列式展布［12］。調(diào)節(jié)帶南北兩翼斷層繼承性較好，從上到下逐步向軸心推移，油層多集中在構(gòu)造高部位，油水關(guān)系復(fù)雜。自西向東受西部邊緣次級斷層的影響，調(diào)節(jié)帶兩翼斷層略呈不對稱的地塹狀展布，西翼斷層發(fā)育較多，斷距較大，對油水的控制作用強(qiáng)（見圖1）。

圖1 營26調(diào)節(jié)帶沙二段頂面構(gòu)造特征

2 井震結(jié)合識別低級序斷層

地震體的曲率與傾角等構(gòu)造類屬性，以及相干和邊緣檢測等連續(xù)性屬性，能夠充分發(fā)揮地震體橫向高分辨率的能力，用來刻畫常規(guī)剖面不易識別的低級序斷層［11，13］。 但是，營26斷塊沙二段內(nèi)三維地震體主頻在25 Hz左右，分辨率較低，上述屬性所展示的低級序斷層形態(tài)依然模糊。螞蟻屬性作為近幾年興起的仿真算法，雖然能較為清晰地刻畫出斷距在5 m以上的低級序斷層，但是識別出的斷層中含有較多的巖相變化等“偽斷層”信息，無法直接使用［14-15］。另外，螞蟻體對大斷層連續(xù)性刻畫能力較弱，相干技術(shù)對具有一定規(guī)模的斷層連續(xù)捕捉能力較強(qiáng)，能夠清晰地刻畫高級序斷層的形態(tài)及分布［16-17］。同地震資料相比，測井資料在垂向上具有較高的分辨率，低級序斷層對井身的錯動不但能造成鄰井厚度的變化，而且能造成聲波時差曲線的齒化程度加劇、低頻電阻率曲線回返等測井曲線的異常響應(yīng)［17-19］。營26斷塊目前的平均井間距在86.0 m左右，在高密度井網(wǎng)資料下，鄰井間地層厚度的突變及對應(yīng)層段測井曲線的差異性能很好地識別井上低級序斷層的斷點。Y45-1井與鄰井Y1-1，Y52井之間的井距分別為78.6，83.2 m，但是沙二段3砂層組（Es23）在 Y45-1 井的厚度為 22.5 m，在 Y1-1，Y52 井的厚度則分別為36.6，38.2 m，存在著明顯的突變；頂部測井曲線的相似性較差，則指示了Y45-1井在Es23頂部發(fā)育低級序斷層（見圖2）。

圖2 鄰井地層對比識別低級序斷層

在沿層相干屬性識別出的高級序斷層格架的約束下，采用模糊數(shù)學(xué)的方法優(yōu)選合理的螞蟻追蹤參數(shù)［20］，對三維地震體進(jìn)行螞蟻追蹤處理（見圖3）。同時，將井上對比分析得出的低級序斷層按照井眼軌跡在三維空間的變化，投影到其對應(yīng)層面的頂面構(gòu)造圖中，指導(dǎo)螞蟻追蹤對低級序斷層的識別，降低螞蟻屬性對巖相變化等“偽斷層”響應(yīng)的誤判（見圖4）。這樣既能發(fā)揮三維地震在橫向上對低級序斷層的連續(xù)捕捉能力，又能充分利用測井?dāng)?shù)據(jù)在垂向上的高分辨率，有效提高了低級序斷層識別的精度。

圖3 營26斷層調(diào)節(jié)帶Es23沿層相干體與螞蟻體屬性切片

圖4 井震結(jié)合的低級序斷層識別結(jié)果

3 低級序斷層特征

3.1 力學(xué)性質(zhì)及產(chǎn)狀

為了更好地分析低級序斷層的幾何學(xué)特征，同時也為了驗證井震結(jié)合識別出的低級序斷層的力學(xué)合理性，在取心井巖石力學(xué)實驗分析的基礎(chǔ)上，將營26調(diào)節(jié)帶兩側(cè)的主斷層與內(nèi)部主要的調(diào)節(jié)斷層作為先存斷層，分別賦予地層和斷層相應(yīng)的力學(xué)參數(shù)，對沙二段沉積期（簡稱沙二期）開展三維應(yīng)力場的數(shù)值模擬，分析了調(diào)節(jié)帶內(nèi)應(yīng)力場的分布特征。雖然兩側(cè)的主斷層為二級張性斷裂，但是營26調(diào)節(jié)帶內(nèi)部的應(yīng)力場具有較強(qiáng)的走滑性，并且沙二期走滑應(yīng)力的強(qiáng)度明顯高于伸展應(yīng)力，成為控制低級序斷層發(fā)育的主要應(yīng)力機(jī)制。沙二期調(diào)節(jié)帶內(nèi)的平面剪應(yīng)力為負(fù)值，說明應(yīng)力場的性質(zhì)為右旋（見圖5），剪切破裂線的指向為NW305°，致使調(diào)節(jié)帶內(nèi)呈右階雁列式展布的調(diào)節(jié)斷層與低級序斷層的優(yōu)勢走向為NW305°，并且斷面的產(chǎn)狀較陡，主要分布在60°～ 75°，與區(qū)內(nèi)剪應(yīng)力較強(qiáng)的特征吻合。另外，調(diào)節(jié)帶內(nèi)主斷層轉(zhuǎn)折端、尾端，以及2條以上斷層交會處為剪應(yīng)力的高值區(qū)，也是不同形態(tài)與組合樣式低級序斷層的優(yōu)勢發(fā)育區(qū)（見圖1、圖4）。

圖5 營26調(diào)節(jié)帶沙二期剪應(yīng)力場特征

3.2 組合樣式

低級序斷層的形態(tài)與組合樣式除了受張扭應(yīng)力場的控制，也與控制其形成的主斷層形態(tài)及樣式有關(guān)［21］。營26調(diào)節(jié)帶內(nèi)的低級序斷層常見組合樣式包括：2條主斷層控制的在平面上與主斷層呈平行分布的平行式、多條主斷層圍成的半封閉斷塊控制的雁列式、1條斷層控制的帚狀、多條斷層相互交接控制的網(wǎng)格狀和放射狀。這其中以平行式、雁列式與帚狀最為常見。

平行式低級序斷層又可細(xì)分為2條主斷層同向傾斜型與對向傾斜型。同向傾斜型低級序斷層與主斷層在剖面上呈短接狀向一個方向掉落，對向傾斜型低級序斷層則與2條在剖面上底部相交的主斷層形成了復(fù)式塹壘狀。這2種平行式低級序斷層剖面特征均說明二者主要由伸展作用形成。雁列式低級序斷層在剖面上組成最為典型的包心菜狀，兩側(cè)的主斷層雖然呈底部相交的地塹狀對向傾斜，但是軸部地層具有被抬升的趨勢，并且越靠近上部，該現(xiàn)象越明顯，張扭性較強(qiáng)。帚狀斷層在剖面上則表現(xiàn)為受主斷層控制的小型不對稱負(fù)花狀或者似花狀構(gòu)造，具有較強(qiáng)的走滑性。

3.3 分布規(guī)律

營26調(diào)節(jié)帶被內(nèi)部呈側(cè)列式分布的調(diào)節(jié)斷層分割成不同形態(tài)的次級斷塊，內(nèi)部又被其派生的低級序斷層復(fù)雜化，整體被切割成呈網(wǎng)格狀分布的斷裂系統(tǒng)。不同層位、不同斷塊內(nèi)，低級序斷層的平面分布及組合樣式也不盡相同。東部次級斷塊內(nèi)的低級序斷層多呈側(cè)列式、帚狀及網(wǎng)格狀的組合樣式分布，斷層延伸長度較大，形態(tài)不規(guī)則；中部次級斷塊內(nèi)的低級序斷層多呈側(cè)列式、雁列式及平行式分布，同時伴有放射狀的組合樣式，斷層延伸長度較短，形態(tài)較平直；西部次級斷塊內(nèi)的低級序斷層多呈雁列式、帚狀、羽狀及平行式分布，同時伴有網(wǎng)格狀的組合樣式，斷層延伸長度較大，形態(tài)不規(guī)則（見圖1、圖4）。低級序斷層的這種分布規(guī)律與疊覆型斷層調(diào)節(jié)帶的應(yīng)力機(jī)制吻合，調(diào)節(jié)帶東西兩翼的調(diào)節(jié)斷層主要由主斷層疊覆過程中產(chǎn)生的剪切作用形成，因而兩側(cè)的低級序斷層多呈帚狀與雁列式分布，而中部的調(diào)節(jié)斷層除了受剪切作用控制以外，還一定程度地受到NNE向的伸展作用控制，因而其派生的低級序斷層除了具有指示剪應(yīng)力的雁列式分布，還有指示張應(yīng)力的平行式分布。

另外，低級序斷層在不同砂層組的發(fā)育程度與砂層組內(nèi)部砂泥巖的互層頻率有關(guān)。砂泥巖互層頻率越高，低級序斷層的發(fā)育密度越大，但是單條斷層的延伸長度較小，這可能與砂泥巖互層頻率高的地層受到構(gòu)造外力的作用時容易產(chǎn)生應(yīng)力釋放有關(guān)［22］。相對于上部砂層組而言，沙二段下部砂層組的砂泥巖互層頻率較高，導(dǎo)致下部砂層組中的低級序斷層較為發(fā)育，油水特征多變，開發(fā)矛盾突出。

4 低級序斷層對注水開發(fā)的影響

4.1 斷層封閉性分析

斷層封閉性與斷層的活動性、力學(xué)性質(zhì)、斷距、兩盤地層的巖性，以及斷面的產(chǎn)狀等密切相關(guān)。調(diào)節(jié)斷層的斷距一般在20 m以上，而沙二段絕大部分單砂體的厚度小于15 m，調(diào)節(jié)斷層很容易將砂體切穿錯斷，導(dǎo)致兩盤砂泥巖或者2套不同砂體的對接。另外，斷層具有較強(qiáng)的走滑性，容易產(chǎn)生泥巖涂抹，形成斷層封閉，提高了斷層對油水的側(cè)向分割能力［23］。因此，調(diào)節(jié)斷層在將調(diào)節(jié)帶劃分為不同次級斷塊的同時，也形成了相對獨立的油水系統(tǒng)，控制著區(qū)內(nèi)原油的富集與分布［24］。

不同于高級序斷層，低級序斷層斷距較小，并且形成后便不再活動，其對流體的側(cè)向封堵能力主要與斷面承受壓應(yīng)力和巖石抗壓強(qiáng)度之間的差值有關(guān)。雖然沙二段低級序斷層斷面較陡，但是大部分傾角仍小于75°，而沙二段的整體埋深超過1 900 m，通過式（1）可計算出低級序斷層斷面上所受的壓應(yīng)力p［25］：

式中：d為斷面所處的埋深，m；ρs為地層的密度，g/cm3（沙二段為 2.0 g/cm3）；ρf為地層流體密度，g/cm3（沙二段為 1.1 g/cm3）；θ為低級序斷層斷面傾角，（°）。

沙二段泥巖與砂巖的抗壓強(qiáng)度分別為2 MPa和6 MPa，而式（1）計算出的低級序斷層面所受的壓應(yīng)力明顯大于斷面附近圍巖的抗壓能力，容易導(dǎo)致斷面的合攏封閉。另外，斷層的走滑性較強(qiáng)，容易形成泥巖涂抹，增強(qiáng)了對流體的封堵能力［26］，使得調(diào)節(jié)帶內(nèi)低級序斷層具有較強(qiáng)的橫向封閉性。

4.2 單條低級序斷層的影響

營26調(diào)節(jié)帶內(nèi)的Y47-7斷塊位于調(diào)節(jié)帶的西南緣，沙二段5砂組1小層（Es25-1）在斷塊內(nèi)部的油水界面為海拔-2 097.5 m左右，含油面積占整個斷塊面積的85%以上，是營26調(diào)節(jié)帶內(nèi)的一個富油斷塊。由于對低級序斷層識別不清，在早期井網(wǎng)部署過程中忽略了其對注水開發(fā)的影響。2007年初開始，在Es25-1分別對 Y26-13，Y26-5井射孔，向 Y47-5，Y26X18井注水，但是注水2.5 a也未見效果，日產(chǎn)液量保持在45 t左右，含水率維持在20%上下。分析認(rèn)為，未見效的注采井之間可能存在低級序斷層對砂體的錯斷，從而制約了注采對應(yīng)關(guān)系，因此分別于2009年12月和2010年1月，在 Y47-7，Y26X21井的 Es25-1內(nèi)射孔，向?qū)?yīng)的Y47-15，Y26X18井注水，并于2010年1月在Y26X4井補孔采油，以達(dá)到構(gòu)造高點的采油井能控制全區(qū)的目的（見圖6，圖中分?jǐn)?shù)分母為砂體厚度，分子為油砂體厚度，單位均為m，W表示砂體為水層）。

圖6 Y47-7斷塊低級序斷層與注采井網(wǎng)耦合關(guān)系

Y47-15井在Y47-7井轉(zhuǎn)注的2個月后，日產(chǎn)液量迅速上升，在6個月后達(dá)到并高于平均日產(chǎn)液量；Y26X18井則在Y26X21井轉(zhuǎn)注3個月后，日產(chǎn)液量迅速上升，約7個月后達(dá)到平均日產(chǎn)液量（見圖7）。井震結(jié)合的低級序斷層識別驗證結(jié)果，明確了早期的注水井（Y47-7，Y26X21 井）與采油井（Y47-15，Y26X18 井）之間弧形的低級序斷層切斷了2組注采井網(wǎng)的對應(yīng)關(guān)系，與主斷層構(gòu)成了注水無法波及的封閉性區(qū)域，剩余油相對富集，以至于后期補孔采油的Y26X4井在剛開始采油的初期日產(chǎn)液量高達(dá)220 t，成為整個調(diào)節(jié)帶內(nèi)當(dāng)時最高產(chǎn)的油流井（見圖6）。該低級序斷層的落實為后期注采井網(wǎng)調(diào)整提供了直接的地質(zhì)依據(jù)，提高了注水開發(fā)的效率。

圖7 Y47-7斷塊注采井網(wǎng)生產(chǎn)動態(tài)曲線

4.3 低級序斷層組合樣式的影響

早期注采井網(wǎng)部署往往采用“高采低注”，以便對整個次級斷塊內(nèi)可采儲量實現(xiàn)控制，但是成組出現(xiàn)的低級序斷層系往往破壞了儲層砂體的完整性與連通性，導(dǎo)致高部位的油井難以控制低部位的可采儲量［25］。Y47-3斷塊位于調(diào)節(jié)帶的東部，開發(fā)早期，沙二段4砂組1小層（Es24-1）的油水界面為海拔-2 174.0 m左右。隨著開發(fā)的進(jìn)行，彈性能量降低，采油井日產(chǎn)液量下降，在Y47X3井向高部位的3口采油井（Y45X10，Y47-6，Y47-3井）注水，4個月后只有Y47-3井的日產(chǎn)液量明顯提升，其余2口井的提升幅度很小。后期在距Y47X3井較近的構(gòu)造低部位對Y27井進(jìn)行補孔采油，發(fā)現(xiàn)該部位的Es24-1不見水淹現(xiàn)象。井震結(jié)合的低級序斷層識別顯示，沿著西側(cè)主斷層發(fā)育的雁列式低級序斷層與主斷層組成半封閉次級斷塊，形成了滯留區(qū)，影響了Y47X3井對高部位Y45X10，Y47-6井與Y27井的注水效果。Y47-3井不受低級序斷層的遮擋，日產(chǎn)液量在注水開發(fā)后大幅度提高，對剩余油的控制范圍也明顯比其余3口采油井大，Y27井對其所在斷塊的剩余油控制程度最低。結(jié)合相關(guān)資料分析發(fā)現(xiàn)，剩余油主要富集在主斷層與低級序斷層組成的半封閉滯留區(qū)內(nèi)，沿著主斷層呈齒狀分布（見圖8）。

圖8 Y47-7斷塊Es24-1雁列式低級序斷層對注水開發(fā)的影響

總體來看，與相變、構(gòu)造高低等其他地質(zhì)因素相比，營26調(diào)節(jié)帶內(nèi)封閉性較強(qiáng)的低級序斷層對注水開發(fā)的影響，是通過對注水井與采油井主流線的橫向遮擋來降低注采對應(yīng)關(guān)系，在構(gòu)造高部位和低部位以及同一巖相帶內(nèi)均能形成剩余油富集區(qū)。由于缺乏采油井的控制，低級序斷層與主斷層的夾角處，往往成為水動力的滯留區(qū)［26］，形成墻角式的剩余油富集區(qū)。

5 結(jié)論

1）井震結(jié)合的低級序斷層識別方法能夠充分結(jié)合測井資料垂向分辨率與地震資料橫向分辨率均較高的優(yōu)點，克服了單方面資料對調(diào)節(jié)帶內(nèi)張扭性低級序斷層刻畫能力不足的缺陷，并且降低了巖性變化等“偽斷層”因素對識別結(jié)果的干擾。

2）疊覆型斷層調(diào)節(jié)帶內(nèi)的低級序斷層具有較強(qiáng)的走滑性，斷面產(chǎn)狀較陡，剪切破裂線方向為低級序斷層的優(yōu)勢展布方向。剖面上，低級序斷層多表現(xiàn)為階梯狀、復(fù)式地塹狀、包心菜狀、梳狀及似花狀的組合樣式；平面上則以雁列式、帚狀及網(wǎng)格狀的樣式為主。

3）調(diào)節(jié)帶斷層的交會處及單條斷層的轉(zhuǎn)折端與尾端為剪應(yīng)力的高值區(qū)，同時也是低級序斷層的優(yōu)勢發(fā)育區(qū)。調(diào)節(jié)帶兩翼發(fā)育的低級序斷層形態(tài)不規(guī)則，延伸長；中部發(fā)育的低級序斷層形態(tài)較平直，延伸短。

4）調(diào)節(jié)帶內(nèi)的低級序斷層封閉性較強(qiáng)，能夠橫向阻擋地層流體的流動。單條低級序斷層通過切斷注水路線影響開發(fā)效果，一般在采油井控制程度較低的構(gòu)造高部位形成剩余油富集區(qū)；多條低級序斷層通過自身組合樣式對注水路線起半遮擋作用，在構(gòu)造高、低部位的水動力滯留區(qū)均能形成墻角式的剩余油富集區(qū)。