用于评价碳酸盐岩断层封闭性演化史的方法及装置

摘要

本发明实施例提供一种用于评价碳酸盐岩断层封闭性演化史的方法及装置，属于油气勘探领域。所述方法包括：基于碳酸盐岩储层的现今压力分布特征，恢复所述碳酸盐岩储层的流体压力演化史；恢复所述碳酸盐岩储层所在区域的正应力大小和方向的演化史；恢复所述碳酸盐岩断层的古参数的演化史；以及根据所述碳酸盐岩储层的流体压力演化史、所述碳酸盐岩储层所在区域的正应力大小和方向的演化史、所述碳酸盐岩断层的古参数的演化史，计算所述碳酸盐岩断层的封闭系数，以重建所述碳酸盐岩断层封闭性演化史。其能够简便、准确、快速地重建碳酸盐岩断层封闭性演化史，以便揭示与断层相关碳酸盐岩油气藏油气成藏演化过程。

说明书

技术领域

本发明涉及油气勘探领域，具体地，涉及一种用于评价碳酸盐岩断层封闭性演化史的方法及装置。

背景技术

古老深层碳酸盐岩油气田在我国油气资源中占重要地位，其中与断层有关的碳酸盐岩油气藏为主要类型。断层在碳酸盐岩油气藏中具有重要作用，它的形成与演化不仅控制着构造圈闭的发育与演化，而且对深层碳酸盐岩储层具有良好的改造作用。另外，断层控制着碳酸盐岩油气藏油气的运移与聚集，既可以作为油气运移的优势运移通道，也可以作为侧向遮挡条件而封堵油气。油气充注后，断层的封闭性还控制着油气藏的保存。若油气成藏后断层处于静止状态且封闭性好，则有利于油气后期的保存；相反，后期活动的断层将使早期充注的油气逸散而无法保存。

然而，目前断层封闭性评价大多局限于泥岩涂抹的碎屑岩地层，碳酸盐岩断层内部结构及封闭机理研究相对较少，目前还没有有效的碳酸盐岩断层封闭性的评价方法。同时，由于碳酸盐岩断层核形成的“断层泥”多为脆性碳酸盐岩磨蚀作用的结果，不能用泥岩涂抹因子(SSF)、泥岩涂抹系数(CSP)及断层泥比率(SGR)等基于碎屑岩地层泥岩涂抹的方法去预测和评价。因此，对于明确深层碳酸盐岩油气成藏演化过程来说，提供一种定量化、简便准确评价碳酸盐岩断层封闭性演化史的方法是当前急需解决的一项技术问题。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种用于评价碳酸盐岩断层封闭性演化史的方法及装置，能够简便、准确、快速地重建碳酸盐岩断层封闭性演化史，以便揭示与断层相关碳酸盐岩油气藏油气成藏演化过程。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种用于评价碳酸盐岩断层封闭性演化史的方法，所述方法包括：基于碳酸盐岩储层的现今压力分布特征，恢复所述碳酸盐岩储层的流体压力演化史；根据所述碳酸盐岩储层的构造特征和构造演化过程，模拟不同历史时期的构造应力场，以恢复所述碳酸盐岩储层所在区域的正应力大小和方向的演化史；通过对垂直于所述碳酸盐岩断层走向的剖面进行古构造恢复，来获取所述碳酸盐岩断层的古参数的演化史，其中所述古参数包括古埋藏深度、断层的古走向和倾向、以及古倾角；以及根据所述碳酸盐岩储层的流体压力演化史、所述碳酸盐岩储层所在区域的正应力大小和方向的演化史、所述碳酸盐岩断层的古参数的演化史，计算所述碳酸盐岩断层的封闭系数，以重建所述碳酸盐岩断层封闭性演化史。

可选的，根据以下步骤确定所述碳酸盐岩储层的现今压力分布特征：收集钻井的地层压力测试数据；以及基于所收集的数据分析深度-压力的关系，从而确定所述碳酸盐岩储层的现今压力分布特征。

可选的，所述基于碳酸盐岩储层的现今压力分布特征，恢复所述碳酸盐岩储层的流体压力演化史包括：观察包裹体的宿主矿物以及产状；获取古压力的基本参数，所述基本参数包括油包裹体和同期次盐水包裹体的均一温度、盐水包裹体的盐度和冰点温度、油包裹体的气液比；以现今油气藏组分为初始成分，根据所述基本参数计算所述碳酸盐岩储层不同地质历史时期的流体压力；根据碳酸盐岩储层流体压力模拟中的主要参数，进行所述碳酸盐岩储层流体压力模拟以得到碳酸盐岩储层流体压力曲线，其中所述主要参数可以包括：地层年龄、岩性组合、剥蚀量、热流演化史、以及岩石热导率；以及以所计算的不同地质历史时期的流体压力作为约束条件，来对所模拟出的碳酸盐岩储层流体压力曲线进行校正。

可选的，所述根据所述碳酸盐岩储层的构造特征和构造演化过程，模拟不同历史时期的构造应力场，以恢复所述碳酸盐岩储层所在区域的正应力大小和方向的演化史包括：通过对碳酸盐岩储层的构造特征和构造演化史的分析，建立不同时期的地质模型；对不同时期的地质模型进行有限元的划分；以及根据划分后的不同时期的地质模型使用模拟软件对不同时期的构造应力场进行模拟，得到在不同地质历史时期碳酸盐岩储层所在区域的正应力大小和方向，以恢复所述碳酸盐岩储层所在区域的正应力大小和方向的演化史。

可选的，所述通过对垂直于所述碳酸盐岩断层走向的剖面进行古构造恢复，恢复所述碳酸盐岩断层的古埋藏深度、断层的古走向和倾向、以及古倾角的演化史包括：选择垂直于所述碳酸盐断层走向的剖面，其中所选择的剖面为一端未发生构造变形的剖面；基于区域构造特征和构造演化过程，确定所述剖面的滑脱层和断层面；根据所述碳酸盐岩储层所在区域的构造背景，选择对应的平衡方法，对所述碳酸盐岩储层进行压实或去压实校正，在所选择的剖面未发生构造变形的一端，选择与层面垂直的直线作为钉线；基于构造应力环境和构造样式，使用相应的平衡模型，结合所述滑脱层和断层面、所述钉线来对所选择的剖面进行平衡；对所选择的剖面进行平衡后，基于不同地质历史时期的构造剖面，读取各时期断层的古参数，从而恢复所述碳酸盐岩断层的古参数的演化史。

可选的，根据以下公式计算所述碳酸盐岩断层的封闭系数：

其中，I_s为断层封闭系数，无量纲；P_w为流体压力，单位为MPa；g为重力加速度，单位为9.8m/s²；H为埋藏深度，单位为m；ρ_r为上覆地层平均的密度，单位为kg/m³；ρ_w为水的密度，单位为kg/m³；g为重力系数；θ为断层倾角；α为断层走向与最大水平主应力的夹角；σ_M为最大水平主应力，单位为MPa；σ_m为最小水平主应力，单位为MPa，其中，在封闭系数I_s大于1.0的情况下，所述碳酸盐岩断层处于封闭状态，在封闭系数I_s不大于1.0的情况下，所述碳酸盐岩断层处于开启状态。

相应的，本发明实施例还提供一种用于评价碳酸盐岩断层封闭性演化史的装置，所述装置包括：第一恢复模块，用于基于碳酸盐岩储层的现今压力分布特征，恢复所述碳酸盐岩储层的流体压力演化史；第二恢复模块，用于根据所述碳酸盐岩储层的构造特征和构造演化过程，模拟不同历史时期的构造应力场，以恢复所述碳酸盐岩储层所在区域的正应力大小和方向的演化史；第三恢复模块，用于通过对垂直于所述碳酸盐岩断层走向的剖面进行古构造恢复，来获取所述碳酸盐岩断层的古参数的演化史，其中所述古参数包括古埋藏深度、断层的古走向和倾向、以及古倾角；以及计算模块，用于根据所述碳酸盐岩储层的流体压力演化史、所述碳酸盐岩储层所在区域的正应力大小和方向的演化史、所述碳酸盐岩断层的古参数的演化史，计算所述碳酸盐岩断层的封闭系数，以重建所述碳酸盐岩断层封闭性演化史。

可选的，所述第一模块用于根据以下步骤来恢复所述碳酸盐岩储层的流体压力演化史包括：观察包裹体的宿主矿物以及产状；获取古压力的基本参数，所述基本参数包括油包裹体和同期次盐水包裹体的均一温度、盐水包裹体的盐度和冰点温度、油包裹体的气液比；以现今油气藏组分为初始成分，根据所述基本参数计算所述碳酸盐岩储层不同地质历史时期的流体压力；根据碳酸盐岩储层流体压力模拟中的主要参数，进行所述碳酸盐岩储层流体压力模拟以得到碳酸盐岩储层流体压力曲线，其中所述主要参数可以包括：地层年龄、岩性组合、剥蚀量、热流演化史、以及岩石热导率；以及以所计算的不同地质历史时期的流体压力作为约束条件，来对所模拟出的碳酸盐岩储层流体压力曲线进行校正。

可选的，所述计算模块根据以下公式计算所述碳酸盐岩断层的封闭系数：

其中，I_s为断层封闭系数，无量纲；P_w为流体压力，单位为MPa；g为重力加速度，单位为9.8m/s²；H为埋藏深度，单位为m；ρ_r为上覆地层平均的密度，单位为kg/m³；ρ_w为水的密度，单位为kg/m³；g为重力系数；θ为断层倾角；α为断层走向与最大水平主应力的夹角；σ_M为最大水平主应力，单位为MPa；σ_m为最小水平主应力，单位为MPa，其中，在封闭系数I_s大于1.0的情况下，所述碳酸盐岩断层处于封闭状态，在封闭系数I_s不大于1.0的情况下，所述碳酸盐岩断层处于开启状态。

相应的，本发明实施例还提供一种机器可读存储介质，所述机器可读存储介质上存储有指令，所述指令用于使得机器能够执行上述的用于评价碳酸盐岩断层封闭性演化史的方法。

通过上述技术方案，通过恢复碳酸盐岩储层的流体压力演化史，恢复不同地质历史时期的正应力，从古构造恢复得到不同地质历史时期断层的古参数，最后基于古流体压力、不同地质历史时期的正应力、断层古参数计算断层封闭系数，定量评价碳酸盐岩断层各部位、各时期封闭性，从而能够简便、准确、快速地建立断层封闭性演化史，并揭示与断层有关的碳酸盐岩油气藏油气演化过程。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1示出了根据本发明一实施例的用于评价碳酸盐岩断层封闭性演化史的方法的流程示意图；

图2示出了一实施例中流体包裹体压力恢复结果示意图；

图3示出了一实施例中碳酸盐岩储层的流体压力演化史的示意图；

图4(a)示出了一实施例中垂直于碳酸盐岩断层的剖面示意图；

图4(b)示出了图4(a)的断层剖面上油气流井苏4对应的控藏断层上不同深度的计算点的封闭系数曲线；以及

图5示出了根据本发明一实施例的用于评价碳酸盐岩断层封闭性演化史的装置的结构框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

图1示出了根据本发明一实施例的用于评价碳酸盐岩断层封闭性演化史的方法的流程示意图。如图1所示，本发明实施例提供一种用于评价碳酸盐岩断层封闭性演化史的方法，所述方法包括步骤S110至步骤S140。

在步骤S110，基于碳酸盐岩储层的现今压力分布特征，恢复所述碳酸盐岩储层的流体压力演化史。

所述碳酸盐岩储层的流体压力演化史例如可以曲线或类似的方式表示在不同时期的碳酸盐岩储层的流体压力。

具体的，可以收集钻井的地层压力测试数据，所收集的地层压力测试数据可包括钻杆地层测试数据及试油压力数据。基于所收集的数据分析深度-压力的关系，从而明确碳酸盐岩储层的现今压力分布特征。

在确定出碳酸盐岩储层的现今压力分布特征之后，可以利用流体包裹体热动力学模拟法结合盆地模拟法恢复碳酸盐岩储层流体压力演化史。其具体包括以下步骤，其中流体包裹体热动力学模拟法涉及以下列出的步骤(1)-(3)，盆地模拟法涉及以下列出的步骤(4)：

(1)对碳酸盐岩储层流体包裹体岩相学观察(包括观察包裹体的主矿物以及产状)，以初步判断碳酸盐岩储层各包裹体形成期次。

(2)获取古压力的基本参数，所述基本参数包括油包裹体和同期次盐水包裹体的均一温度、盐水包裹体的盐度和冰点温度、油包裹体的气液比。具体的，可以对碳酸盐岩储层中不同期次的油包裹体和盐水包裹体进行显微测温，测量的温度包括油包裹体和同期次盐水包裹体的均一温度、盐水包裹体的盐度和冰点温度。在进行测温时，包裹体测温样品挑选的原则是个体较大(例如，个体体积大于一定值)、形态规则、边界清晰，因为这样的包裹体捕获后受到的破坏最小，可认为是体积未发生变化的有效测温样品。针对不同地质历史时期的油包裹体，利用激光共聚焦扫描显微镜(CLSM)，通过逐层扫描获得油包裹体的二维图像，再利用软件建立油包裹体假三维模型，进而计算得到不同期次的油包裹体的气液比。

(3)以现今油气藏组分为初始成分，根据所测量的基本参数计算碳酸盐岩储层不同地质历史时期的流体压力，其中现今的流体压力可以通过实际测量得到。图2示出了一实施例中流体包裹体压力恢复结果示意图。如图2所示，流体包裹体古流体压力恢复主要是在压力-温度相图上根据油包裹体等容线和盐水包裹体等容线的交点获得。图2中五角星代表油包裹体等容线和盐水包裹体等容线的交点，该交点即表示在该地质历史时期的碳酸盐岩储层流体压力。可选的，可以通过PVTsim软件来模拟计算不同地质历史时期的流体压力。

(4)根据碳酸盐岩储层流体压力模拟中的主要参数，进行所述碳酸盐岩储层流体压力模拟以得到碳酸盐岩储层流体压力曲线，其中所述主要参数可以包括：地层年龄、岩性组合、剥蚀量、热流演化史、以及岩石热导率等。流体压力曲线表示不同时间的流体压力。可选的，可以使用BasinMod软件来进行所述碳酸盐岩储层流体压力模拟，模拟过程中，压实模型可以选用倒数模型，压力计算模型可以选用Bmod流体模型，孔隙度计算可以选用Bmod2-D流体模型，渗透率计算模型可以选用Power Function模型。模拟结果可以由实测Ro(镜质体反射率)数据、实测孔隙度数据、实测压力数据以及流体包裹体古流体压力方法计算的压力数据所约束，以保证结果的准确性。进一步可选的，可以所计算的不同地质历史时期的流体压力作为约束条件，来对模拟出的碳酸盐岩储层流体压力曲线进行校正。

根据上述的步骤(1)-(4)可以获得碳酸盐岩储层的流体压力演化史。图3示出了一实施例中碳酸盐岩储层的流体压力演化史的示意图，其示出了不同时期的空隙压力和静水压力的变化曲线，其中横坐标表示不同时期，纵坐标表示流体压力。图3中示出的孔隙压力变化曲线为碳酸盐岩储层的流体压力演化史，其中五角星表示包裹体恢复的古流体压力，也即步骤(4)中计算的不同地质历史时期的流体压力。图中最右侧的五角星为现今的实测流体压力。

在步骤S120，根据所述碳酸盐岩储层的构造特征和构造演化过程，模拟不同历史时期的构造应力场，以恢复所述碳酸盐岩储层所在区域的正应力大小和方向的演化史。

所述正应力大小和方向的演化史例如可以曲线或类似的方式表示在所述不同地质历史时期所述碳酸盐岩储层所在区域的正应力大小和方向。步骤S120具体可以包括以下步骤：

(1)通过对碳酸盐岩储层的构造特征和流体压力演化史的分析，建立不同时期的地质模型；

(2)对不同时期的地质模型进行有限元的划分，通过物理测试和测井资料赋予模型合理的岩石力学参数，并加以合理的载荷、约束和边界条件；

(3)根据划分后的不同时期的地质模型使用模拟软件对不同时期的构造应力场进行模拟，来得到在不同地质历史时期碳酸盐岩储层所在区域的正应力大小和方向，以恢复所述碳酸盐岩储层所在区域的正应力大小和方向的演化史。

在步骤S130，通过对垂直于所述碳酸盐岩断层走向的剖面进行古构造恢复，来获取所述碳酸盐岩断层的古参数的演化史，所述古参数可以包括古埋藏深度、断层的古走向和倾向、以及古倾角。

古参数的演化史可以曲线或类似的方式表示不同时期的断层的古参数。步骤S130具体可以包括以下步骤：

(1)选择垂直于所述碳酸盐断层走向的剖面。所选择的剖面的一端优选未发生构造变形，以利于平衡时确定钉线。

(2)基于区域构造特征和构造演化过程，确定所述剖面的滑脱层和断层面。

(3)根据所述碳酸盐岩储层所在区域的构造背景，选择对应的平衡方法，对所述碳酸盐岩储层进行压实或去压实校正，在所选择的剖面未发生构造变形的一端，选择与层面垂直的直线作为钉线。

(4)基于构造应力环境和构造样式，使用相应的平衡模型，结合所述滑脱层和断层面、所述钉线来对所选择的剖面进行平衡。

(5)对所选择的剖面进行平衡后，基于不同地质历史时期的构造剖面，读取各时期断层的古参数，从而恢复碳酸盐岩断层的古参数的演化史。

在步骤S140，根据所述碳酸盐岩储层的流体压力演化史、所述碳酸盐岩储层所在区域的正应力大小和方向的演化史、所述碳酸盐岩断层的古埋藏深度、断层的古走向和倾向、以及古倾角的演化史，计算所述碳酸盐岩断层的封闭系数的演化史，以重建所述碳酸盐岩断层封闭性演化史。

基于古应压力恢复结果，结合断层古埋藏深度、断层的古走向和倾向、古倾角参数以及储层古流体压力结果计算断层的封闭系数，确定不同地质历史时期断层封闭性，以重建碳酸盐岩断层封闭性演化史。其具体可以包括以下步骤：

(1)流体压力对断层的开启有着决定性作用，即当断层带内流体压力大于或等于断面正应力时断层开启，当断层带内流体压力小于或等于断面正应力时断层封闭。则可用断层封闭系数I_s来评价断层的封闭性，其定义为断层面所受正应力与流体压力的比值，封闭系数I_s的计算公式如下：

式中：I_s为断层封闭系数，无量纲；σ为正应力，单位为MPa；P_w为流体压力，单位为MPa；g为重力加速度，单位为9.8m/s²；H为埋藏深度，单位为m；ρ_r为上覆地层平均的密度，单位为kg/m³；ρ_w为水的密度，单位为kg/m³；g为重力系数；θ为断层倾角；α为断层走向与最大水平主应力的夹角；σ_M为最大水平主应力，单位为MPa；σ_m为最小水平主应力，单位为MPa。

若封闭系数I_s大于1.0，断层处于封闭状态有利于油气充注后的保存；若封闭系数I_s小于1.0时，断层处于开启状态，成藏期充注后的油气沿着后期开启的断层逸散而无法保存。

(2)基于研究区古应压力恢复结果、断层古参数以及储层古流体压力结果根据公式(1)计算断层的封闭系数I_s，确定碳酸盐岩断层在不同地质历史时期封闭性，重建断层封闭性演化史。

图4(a)示出了一实施例中垂直于碳酸盐岩断层的剖面示意图。图4(b)示出了图4(a)的断层剖面上油气流井苏4对应的控藏断层上不同深度的计算点的封闭系数曲线。图4(b)中，油气流井苏4对应的控藏断层上不同深度的计算点(点1和点2)的封闭系数在不同地质历史时期(30Ma-0Ma)均大于1.0，表明控藏断层在油气充注以后一直处于封闭状态，对油气藏起到了良好的保存作用。

上述步骤S110、步骤S120和步骤S130的执行顺序可以是任意的，本发明实施例并不进行限制。根据本发明实施例的具体实施步骤，可以对同一碳酸盐岩断层不同部位、不同时期进行封闭性进行定量评价，从而建立油气藏内部油气调整、演化过程。

图5示出了根据本发明一实施例的用于评价碳酸盐岩断层封闭性演化史的装置的结构框图。如图5所示，本发明实施例还提供一种用于评价碳酸盐岩断层封闭性演化史的装置，该装置可以包括：第一恢复模块510，用于基于碳酸盐岩储层的现今压力分布特征，恢复所述碳酸盐岩储层的流体压力演化史；第二恢复模块520，用于根据所述碳酸盐岩储层的构造特征和构造演化过程，模拟不同历史时期的构造应力场，以恢复所述碳酸盐岩储层所在区域的正应力大小和方向的演化史；第三恢复模块530，用于通过对垂直于所述碳酸盐岩断层走向的剖面进行古构造恢复，来获取所述碳酸盐岩断层的古参数的演化史，其中所述古参数包括古埋藏深度、断层的古走向和倾向、以及古倾角；以及计算模块540，用于根据所述碳酸盐岩储层的流体压力演化史、所述碳酸盐岩储层所在区域的正应力大小和方向的演化史、所述碳酸盐岩断层的古参数的演化史，计算所述碳酸盐岩断层的封闭系数，以重建所述碳酸盐岩断层封闭性演化史。

本发明实施例提供的用于评价碳酸盐岩断层封闭性演化史的装置的具体工作原理及益处与上述本发明实施例提供的用于评价碳酸盐岩断层封闭性演化史的方法的具体工作原理及益处相似，这里将不再赘述。

相应的，本发明实施例还提供一种机器可读存储介质，所述机器可读存储介质上存储有指令，所述指令用于使得机器能够执行根据本发明任意实施例所述的用于评价碳酸盐岩断层封闭性演化史的方法。

本发明实施例基于古构造应力场、古流体压力、断层古产状计算断层封闭系数，定量评价碳酸盐岩断层各部位、各时期封闭性，从而建立断层封闭性演化史，并揭示与断层有关的碳酸盐岩油气藏油气演化过程。

本发明实施例提供的方案适用于无断层面泥岩涂抹的碳酸盐岩断层，不受多期构造演化背景、流体动力复杂的限制，既适用于早期油气勘探区，也适用于晚期勘探成熟的开发区，为古老深层碳酸盐岩断层封闭性演化史评价提供了有效可靠的新途径，从而指导与断层相关的深层碳酸盐岩油气勘探与开发。

以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。