一种基于多尺度断层发育特征的页岩气产能预测方法

摘要

本发明公开了一种基于多尺度断层发育特征的页岩气产能预测方法，包括以下步骤：S1：根据待测地区的断层发育特征，对待测地区进行断层分级；S2：根据断层分级，对待测地区进行页岩气产能预测。本发明针对复杂构造区的页岩气保存条件的研究，特别针对断层的断距、断开层位、断裂期次、断层倾角等开展分级分类研究，对于提高页岩气勘探开发效果具有重要参考价值，为盆缘复杂断裂发育区的页岩气有效勘探与开发提供技术支撑和依据。

说明书

技术领域

本发明属于页岩气开发技术领域，具体涉及一种基于多尺度断层发育特征的页岩气产能预测方法。

背景技术

由于我国目前重要的页岩气主产区具有时代老、过成熟、构造变形及期次多的特点，导致不同地区的页岩气保存条件具有较大差异。现有方法一方面认为褶皱和断裂决定岩体变形及天然裂缝发育程度，从而控制页岩气的富集和产能；另一方面认为断裂的性质、规模、组合方式、期次以及所派生构造裂缝是影响页岩气层保存条件的重要因素；还认为断层级别、发育程度是引起页岩气富集保存及产能差异的主要原因。对于盆缘断裂发育的复杂构造区，多尺度断层对页岩气的控产作用更加明显，开展此类地区断层发育特征的表征，探讨气对产能的影响，对于提高页岩气的勘探开发效果具有重要的研究价值和参考意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决提高页岩气的勘探开发的问题，提出了一种基于多尺度断层发育特征的页岩气产能预测方法。

本发明的技术方案是：一种基于多尺度断层发育特征的页岩气产能预测方法包括以下步骤：

S1：根据待测地区的断层发育特征，对待测地区进行断层分级；

S2：根据断层分级，对待测地区进行页岩气产能预测。

进一步地，步骤S1中，对待测地区进行断层分级的具体方法为：分别以断距、方位、断开层位、延伸长度和断层面倾角为分类指标，对待测地区进行断层分级；

其中，将断距大于300m的待测地区作为一级断层，将断距在200m-300m的待测地区作为二级断层，将断距在100m-200m的待测地区作为三级断层，将断距在50m-100m的待测地区作为四级断层，将断距小于50m的待测地区作为五级断层；

按方位将待测地区分为NE向断层、NW向断层和近EW向断层；

按断开层位将待测地区分为一级断层、二级断层、三级断层和四级断层；

将延伸长度在7km-10km的待测地区作为一级断层，将延伸长度在5km-7km的待测地区作为二级断层，将延伸长度在3km-5km的待测地区作为三级断层，将延伸长度在1km-3km的待测地区作为四级断层，将延伸长度小于1km的待测地区作为五级断层；

将断层面倾角小于45°的待测地区作为一级断层，将断层面倾角在45°-60°的待测地区作为二级断层，将断层面倾角大于60°的待测地区作为三级断层。

进一步地，步骤S2中，根据断距对页岩气产能进行预测的具体方法为：对各级断层和待测地区的页岩气日均产量进行回归分析，确定页岩气产能。

进一步地，步骤S2中，根据断开层位对页岩气能进行预测的具体方法为：在一级断层中，一级断层断开寒武系地表，且不存在页岩气；在二级断层中，二级断层从五峰组断开至二叠系，以断距200m为界，将二级断层分为大型断层和小型断层，分别对其进行回归分析，确定页岩气产能；在三级断层中，三级断层纵向从寒武系底层断开至龙马溪组，以断距200m为界，将三级断层分为大型断层和小型断层，分别对其进行回归分析，确定页岩气产能；在四级断层中，其页岩气产能最大。

进一步地，步骤S2中，根据方位对页岩气产能进行预测的具体方法为：在早期EW向断层中，其不影响页岩气产能；在中期NE向断层中，以断距200m为界，将中期NE向断层分为大型断层和小型断层，分别对其进行回归分析，确定与大型断层的距离，以此确定页岩气产能；在晚期EW断层中，以断距200m为界，将中期NE向断层分为大型断层和小型断层，分别对其进行回归分析，确定与大型断层的距离，以此确定页岩气产能。

进一步地，步骤S2中，根据断层面倾角对页岩气产能进行预测的具体方法为：根据待测地区的断层倾角分布，将其分为第一角度断层、第二角度断层和第三角度断层，并根据不同倾角的断层类型与页岩气日均产量进行回归分析，确定页岩气产能。

本发明的有益效果是：本发明针对复杂构造区的页岩气保存条件的研究，特别针对断层的断距、断开层位、断裂期次、断层倾角等开展分级分类研究，对于提高页岩气勘探开发效果具有重要参考价值，为盆缘复杂断裂发育区的页岩气有效勘探与开发提供技术支撑和依据。

附图说明

图1为页岩气产能预测方法的流程图；

图2为长宁页岩气田构造位置图；

图3为长宁建产区北西向测线构造图；

图4为长宁建产区北西向测线示意图；

图5为长宁建产区龙马溪组断裂展布图；

图6为长宁建产区龙马溪组断层分级分类图；

图7为长宁建产区龙马溪组根据断距断层分级分类拟合图；

图8为长宁建产区龙马溪组根据断开层位断层分级分类拟合图；

图9为长宁建产区龙马溪组根据方位断层分级分类拟合图；

图10为日均产量与断层延伸长度相关性分析图；

图11为日均产量与断层面倾角相关性分析图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的说明。

如图1所示，本发明提供了一种基于多尺度断层发育特征的页岩气产能预测方法，包括以下步骤：

S1：根据待测地区的断层发育特征，对待测地区进行断层分级；

S2：根据断层分级，对待测地区进行页岩气产能预测。

在本发明实施例中，步骤S1中，对待测地区进行断层分级的具体方法为：分别以断距、方位、断开层位、延伸长度和断层面倾角为分类指标，对待测地区进行断层分级；

其中，将断距大于300m的待测地区作为一级断层，将断距在200m-300m的待测地区作为二级断层，将断距在100m-200m的待测地区作为三级断层，将断距在50m-100m的待测地区作为四级断层，将断距小于50m的待测地区作为五级断层；

按方位将待测地区分为NE向断层、NW向断层和近EW向断层；

按断开层位将待测地区分为一级断层、二级断层、三级断层和四级断层；

将延伸长度在7km-10km的待测地区作为一级断层，将延伸长度在5km-7km的待测地区作为二级断层，将延伸长度在3km-5km的待测地区作为三级断层，将延伸长度在1km-3km的待测地区作为四级断层，将延伸长度小于1km的待测地区作为五级断层；

将断层面倾角小于45°的待测地区作为一级断层，将断层面倾角在45°-60°的待测地区作为二级断层，将断层面倾角大于60°的待测地区作为三级断层。

在本发明实施例中，步骤S2中，根据断距对页岩气产能进行预测的具体方法为：对各级断层和待测地区的页岩气日均产量进行回归分析，确定页岩气产能。

在本发明实施例中，步骤S2中，根据断开层位对页岩气能进行预测的具体方法为：在一级断层中，一级断层断开寒武系地表，且不存在页岩气；在二级断层中，二级断层从五峰组断开至二叠系，以断距200m为界，将二级断层分为大型断层和小型断层，分别对其进行回归分析，确定页岩气产能；在三级断层中，三级断层纵向从寒武系底层断开至龙马溪组，以断距200m为界，将三级断层分为大型断层和小型断层，分别对其进行回归分析，确定页岩气产能；在四级断层中，其页岩气产能最大。

在本发明实施例中，步骤S2中，根据方位对页岩气产能进行预测的具体方法为：在早期EW向断层中，其不影响页岩气产能；在中期NE向断层中，以断距200m为界，将中期NE向断层分为大型断层和小型断层，分别对其进行回归分析，确定与大型断层的距离，以此确定页岩气产能；在晚期EW断层中，以断距200m为界，将中期NE向断层分为大型断层和小型断层，分别对其进行回归分析，确定与大型断层的距离，以此确定页岩气产能。

在本发明实施例中，步骤S2中，根据断层面倾角对页岩气产能进行预测的具体方法为：根据待测地区的断层倾角分布，将其分为第一角度断层、第二角度断层和第三角度断层，并根据不同倾角的断层类型与页岩气日均产量进行回归分析，确定页岩气产能。

下面结合具体实施例对本发明进行说明。

长宁建产区位于川南褶皱带和娄山断褶带的交汇位置，主体位于建武向斜内。构造位置上东邻长宁背斜、叙永向斜与高木顶构造，南接柏杨林、大寨背斜构造，西为贾村溪构造，北邻莲花寺、老翁场、付家庙构造。其东侧受来自川东-湘鄂西构造带挤压应力影响，西侧受来自龙门山方向的挤压应力远程传递影响，北部为四川盆地及华蓥山断裂带所限，南部叠加了紫云-罗甸断裂带构造转换作用导致的挤压、抬升作用，处于多方受力的构造三角带，发育具有多组系复杂组合的构造。

如图2所示，长宁背斜构造轴向为NWW西向，背斜核部出露寒武系，从核部向四周依次出露奥陶系、志留系、二叠系、三叠系和侏罗系等地层，背斜核部发育一系列逆冲断层，断层走向大多以NE向、NNW为主，断层常切穿寒武系。背斜内次级褶皱较为发育，其NE翼较陡且发育NE走向的东观村鼻状构造，东侧倾没端与营盘山背斜和叙永向斜相连，最后消失在近EW向的叙永向斜中；SW翼较缓，并逐渐向建武向斜过渡，向斜区核部主要出露中侏罗统地层，两翼依次为下侏罗统和三叠系地层。

如图3-4所示，根据三维地震的精细解释和构造解析的结果来看，长宁建产区断裂发育特征在纵向上和平面上发育特征较为复杂。纵向上断层类型主要以逆断层为主，根据断穿层位和规模主要分为三类，一类是从五峰-龙马溪组断开至二叠系的断层，一类是从寒武系底断开至五峰-龙马溪组，还有一类是仅断开五峰-龙马溪组的内部断裂；从平面展布上看，长宁建产区主要发育NE向和NW向断裂体系为主，其次是近EW向断裂体系，自西向东由断层发育呈现一定的规律性，西部断层规模大、方位主要呈NE向，多向上断开至二叠系；中部断层规模较小，主要以断开五峰-龙马溪组的内部断裂为主，东部N209井区断层发育复杂，除两条通天断层外，其余断层走向包括NE向和NW向，倾角分布不一，断穿层位以从寒武系底断开至五峰-龙马溪组为主。

如图5所示，长宁页岩气建产区龙马溪组断层主要多数断层的延伸方位不稳定，具有复合叠加和改造现象，尤其部分NE向断层，虽然总体上为NE向延伸，但是明显由NE、NW(NWW向)等两个或者三个方位复合而成，表现出不同期次不同方向的构造应力叠加特征；其次根据挤压应力作用机理，其中NE向断层形成时间早于NW向，近EW向断层规模小，欠发育，叠加关系不明显，形成时间应早于NE向。总的来看，页岩气建产区断层的形成演化主要也受三期构造运动影响，其中早期大娄山构造带由南向北的挤压作用形成近EW褶皱及断层，中期受青藏高原隆升引发NW-SE向挤压作用，形成研究区广泛发育的NE向断层，晚期受到江南雪峰隆起与川中隆起的联合作用产生的NE向挤压应力，最后形成了研究区NW向断层，最终形成现今的断层体系。

如图6所示，长宁建产区断层发育复杂，本文尝试依据断裂的断开层位、断距、期次、延伸长度、断层面倾角等等可将长宁建产区龙马溪组断层按照不同的分类标准进行分类如表1所示。

表1

不同规模的断层对页岩气产能的影响差异较大。为了多角度探讨断层对页岩气产能的影响，本次研究统计了长宁建产区49口生产制度相似的水平井作为样本，统计每口井在工作制度相同的情况下投产一年内的日均产量，选取日均产量与距水平井A点(水平井段起点)、B点(水平井段终点)的中点距离来进行数学拟合分析，以日均产量10×10

如图7所示，断距根据断距分别统计五级断层与日均产量的关系，对比发现页岩气产能与断距关系密切。一级断层和二级断层断距大，断层破碎带和大尺度裂缝发育，主要有利于排烃而不利于页岩气保存，因此一级断层和二级断层附近的井产能普遍较差，根据回归分析的结果，距离一级断层1.7km、二级断层1.3km以外的钻井方可获得高产(日均产量≥10×10

断开层位越多的断层，纵向上岩体破碎带延伸越长，封闭性变差，尤其是向下切入基底，向上断穿地表的深大断裂，不利于页岩气的保存。

如图8所示，根据断开层位统计四级断层与日均产量的关系，一级断层断开寒武系-地表，这类断层附近5km以内页岩气藏被破坏殆尽，钻井几乎无显示。二级断层纵向上向上部新地层断开，从五峰组断开至二叠系，该类断层在向上错开新地层的过程中，目的层与其他地层对接面过多时，使得页岩气沿着断层面运移至常规储层中，但是随着断层断距的减小，与其他地层对接的几率减弱从而使其封闭性增强。由于该类断层断距范围大，为研究方便，以断距200m为界分为大型断层和小型断层分别进行回归分析，结果表明，在断开五峰组-二叠系的断层发育区若要获得高产(日均产量≥10×10

如图9所示，根据方位长宁建产区断层可分近早期EW向、中期NE向断层和晚期NW向断层。早期近EW向断层发育最少，为褶皱形成时伴生小规模断层，该断层断距小且多在层内发育，从统计结构来看，该类断层对保存条件无破坏性影响，勘探开发过程中此类断层可不需过度关注。中期NE向断层分布广泛，多断穿龙马溪组-二叠系，断距范围变化大，同样以断距200m为界分为大型断层和小型断层分别进行回归分析，结果表明，在中期NE向断层发育区若要获得高产(日均产量≥10×10

如图10所示，断层延伸长度本身对封闭性影响不大，延伸长度小的断层，一般只在层内发育，对保存条件无破坏作用，而延伸距离远的断层，一般会切穿更多层位，破坏顶底板甚至盖层条件，也有可能只在层内发育，这与断层断距、倾角、断穿层位等因素有关。从不同延伸长度与日均产量的相关性结果来看，日均产量的大小与延伸长度相关性不大，无直接关系。分析其原因，页岩气的保存条件与纵向上断层的断距、切开层位、方位等关系也较为密切，而断层延伸长度与断距、切穿层位及方位之间无相关性，即使是延伸长度超过5km的断层，断层可能也不大，切开层位仅仅只断至五峰组，并未断开上部新地层，对保存条件的影响并不大。

如图11所示，断层面倾角对油气藏纵向上的封闭性具有重要影响。断层面陡的地方，高角度的断层及伴生的高角度裂缝一定程度上破坏了页岩气的自封闭性，不利于页岩气保存,低倾角断层，一般切穿更少的层位，垂向上的断距也较小，断层面倾角由陡变缓的地方往往封闭能力强。

根据建产区断层倾角分布情况，将其分为低角度断层、中角度断层和高角度断层，根据不通倾角的断层类型分别与日均产量进行回归分析，结果表明，若要获得高产(日均产量≥10×10

综上所述，(1)长宁建产区断层在纵向上和平面上发育特征复杂。纵向上主要以逆断层为主，倾角在45～70°之间，从断层规模来看主要包括东部边界的通天断层、五峰-龙马溪组断开至二叠系的断层、寒武系底断开至五峰-龙马溪组、断开五峰-龙马溪组的内部断层；平面上主要发育NE向和NW向断裂体系为主，其次是近EW向断裂体系，其中EW向断层形成最早、NE向断层期次，NW向断层形成最晚。

(2)根据长宁建产区龙马溪组断层总体发育特征，分别按照断开层位、断距、方位(期次)、延伸长度、断层面倾角等不同的分类标准分别对龙马溪组断层进行了分级分类划分研究。

(3)不同级别和类型的断层对长宁建产区页岩气产能影响程度不一。其中断距、断开层位和方位(期次)、倾角等对页岩气产能影响明显，断距大于200m、倾角大于60°、向上断穿至二叠系及以上的断层对页岩气藏保存条件和产能影响最大，而断层延伸长度对页岩气的产能的影响不明显。

(4)川南页岩气勘探开发过程中，针对复杂构造区的页岩气保存条件的研究，应特别针对断层的断距、断开层位、断裂期次、断层倾角等开展分级分类研究，对于提高页岩气勘探开发效果具有重要参考价值。

本发明的工作原理及过程为：通过三维地震精细解释和构造解析，对待测地区的断层类型及发育特征进行系统分析，对其进行分层，在此基础上，对不同分类分级标准下断层与页岩气产能的关系进行确定。

本发明的有益效果为：本发明针对复杂构造区的页岩气保存条件的研究，特别针对断层的断距、断开层位、断裂期次、断层倾角等开展分级分类研究，对于提高页岩气勘探开发效果具有重要参考价值，为盆缘复杂断裂发育区的页岩气有效勘探与开发提供技术支撑和依据。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。