鄂爾多斯盆地基底斷裂對(duì)水平井開(kāi)發(fā)的影響
——以胡尖山油田H223井區(qū)三疊系長(zhǎng)7為例

陳世海，劉佳慶，黃元建，郭本曉，李海儒，王曉輝

(陜西延安石油天然氣有限公司，陜西西安 710018)

近年來(lái)，鄂爾多斯盆地石油開(kāi)發(fā)領(lǐng)域已由常規(guī)轉(zhuǎn)向了非常規(guī)，由低滲透拓展到了致密油[1-3]。鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7致密油資源儲(chǔ)量大，是穩(wěn)產(chǎn)的重要資源。三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)7致密油勘探取得大突破，已形成新安邊、隴東和陜北3個(gè)儲(chǔ)量富集區(qū)[4-5]。水平井開(kāi)發(fā)技術(shù)的成熟，為提高單井產(chǎn)量找到了新路子，推動(dòng)了致密油“資源向儲(chǔ)量、儲(chǔ)量向產(chǎn)量、產(chǎn)量向效益”的重大轉(zhuǎn)變，為經(jīng)濟(jì)有效開(kāi)發(fā)致密油提供了強(qiáng)力支撐[6-8]。

在鄂爾多斯盆地胡尖山油田油房莊南部H223區(qū)長(zhǎng)7油層水平井開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，局部井排出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間高含水、產(chǎn)水量大的現(xiàn)象。該現(xiàn)象與相鄰井排同產(chǎn)層其他采油井的生產(chǎn)情況存在明顯差異，嚴(yán)重影響了開(kāi)發(fā)效果。

本文以綜合性地質(zhì)研究為主要技術(shù)手段，通過(guò)測(cè)井精細(xì)解釋、巖心觀察、地震剖面精細(xì)解釋和野外露頭勘察，結(jié)合水分析數(shù)據(jù)等資料對(duì)比分析研究，推斷研究區(qū)天然裂縫較發(fā)育，目的儲(chǔ)層經(jīng)大規(guī)模壓裂改造后，與上覆含水地層溝通，是導(dǎo)致油井大量產(chǎn)水的主要原因[9-13]。在精細(xì)確定裂縫延伸方向和展布范圍的基礎(chǔ)上，下步可針對(duì)性地對(duì)目的井段實(shí)施隔采，恢復(fù)油井產(chǎn)能。

1 水平井開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

油房莊南部H223區(qū)長(zhǎng)7油層水平井開(kāi)發(fā)過(guò)程中(圖1)，YY23井排4口水平井呈現(xiàn)含水率高、產(chǎn)水量大，動(dòng)液面居高不下等生產(chǎn)狀況，與相鄰井排同產(chǎn)層其他采油井的生產(chǎn)情況存在明顯差異，嚴(yán)重影響了油田開(kāi)發(fā)效果。截至2018年4月，生產(chǎn)時(shí)間超過(guò)3年，YY23井排持續(xù)保持高含水、高液量、動(dòng)液面偏高的生產(chǎn)特征，4口水平井累計(jì)采出液量達(dá)71457 m3，而上述井試油壓裂的入地總液量?jī)H為22016 m3(表1)。

圖1 研究區(qū)位置示意Fig.1 Schematic diagram of the study area

表1 H223區(qū)長(zhǎng)7生產(chǎn)情況對(duì)比Table 1 Chang-7 production comparison of H223 region

2 原因排查

2.1 壓裂入地液量及長(zhǎng)7地層水因素的排除

鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7致密油層歷來(lái)以超低滲透率、高含油飽和度和低束縛水飽和度為典型特征，其有限的供液能力基本不可能在兩年多的時(shí)間里持續(xù)為目的井排提供超過(guò)7×104m3的液量。由此推斷，YY23井排高產(chǎn)液量的主要來(lái)源并非長(zhǎng)7地層水和壓裂入地液量。

2.2 井筒工藝及鄰層地層水滲漏因素的排除

井筒工藝方面的排查結(jié)果證實(shí)，長(zhǎng)7油層段固井質(zhì)量合格，排除了套管外串的可能。地層水分析跟蹤數(shù)據(jù)顯示，YY23井排長(zhǎng)7地層水礦化度與鄰井同層存在差異，地層水礦化度平均值為75350 mg/L(上覆地層如富縣組地層水礦化度能達(dá)到100000 mg/L以上)，明顯高于鄰井水平54093 mg/L(表2)。

YY23井排目的層壓裂改造參數(shù)與鄰井排可比，且從區(qū)域地質(zhì)情況分析，研究區(qū)長(zhǎng)72油層段為三角洲前緣水下分流河道沉積，儲(chǔ)層分布穩(wěn)定，厚度和物性參數(shù)一致性較好，油層上下均沒(méi)有明顯含水層。由此推斷，YY23井排存在相鄰層(長(zhǎng)6、長(zhǎng)8)之外的地層水供給來(lái)源。

表2 H223區(qū)長(zhǎng)7地層水水型分析報(bào)告Table 2 Chang-7 formation water type analysis report form in H223

3 斷裂論證

3.1 單井點(diǎn)電性異常水平段的發(fā)現(xiàn)

對(duì)YY23井排4口井做測(cè)井響應(yīng)特征的精細(xì)解釋時(shí)發(fā)現(xiàn)，在井眼軌跡保持水平的前提下，部分水平井段的測(cè)井響應(yīng)特征出現(xiàn)突變(2540 m、2704 m)：泥質(zhì)含量由8%～9%跳升一個(gè)臺(tái)階達(dá)到13.8%～38.3%，電阻率由30 Ω·m以上下降到16～21 Ω·m，聲波時(shí)差由213.6～216.0 μs/m上升到229～235 μs/m，自然電位等一系列曲線出現(xiàn)相應(yīng)的變化(圖2、表3)。這種巖性上突變的跡象在鄰井排水平鉆井的測(cè)井響應(yīng)圖上表現(xiàn)得不明顯。

3.2 裂縫發(fā)育

在目標(biāo)區(qū)探評(píng)井長(zhǎng)7層高角度裂縫發(fā)育，有些目標(biāo)層的巖心甚至斷成了碎塊(圖4)。天然裂縫在儲(chǔ)層壓裂改造時(shí)相互溝通有利于形成連通的儲(chǔ)集、滲流系統(tǒng)。

3.3 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造分析

查閱了吳起—定邊地區(qū)與斷裂有關(guān)的13份研究報(bào)告、圖件。航磁、重力、大地電磁、衛(wèi)星照片(圖4)以及區(qū)域基礎(chǔ)地球化學(xué)等多種資料表明，鄂爾多斯盆地是一個(gè)四周均被活動(dòng)斷裂或深大斷裂所圍限的非規(guī)則多邊形斷塊，盆地內(nèi)部相對(duì)穩(wěn)定，但也存在大量規(guī)模不等的基底斷裂(圖5)。盆地中南部主要以大規(guī)模的北東向及其相伴生的北西向斷裂為主，即榆林-吳起-環(huán)縣斷裂帶。北東向基底大斷裂斜貫盆地中部，即慶陽(yáng)-大同斷裂帶，呈北東向斜穿鄂爾多斯盆地中部，由3條主斷裂組成：北邊的兩條分別是姬塬-安邊斷裂(長(zhǎng)180 km)、橫山-環(huán)縣斷裂(長(zhǎng)430 km)、子洲-華池?cái)嗔褞??！皺M山—環(huán)縣斷裂”是繼承性基地?cái)嗔眩┻^(guò)新安邊地區(qū)中部——油房莊地區(qū)南部胡223井區(qū)。

圖2 YY23-18H井測(cè)井曲線異常段Fig.2 Anomaly logging curves of well YY23-18H

表3 YY23-18H井測(cè)井響應(yīng)特征統(tǒng)計(jì)Table 3 Log response characteristics statistics of well YY23-18H

圖3 H223區(qū)長(zhǎng)7層裂縫發(fā)育圖Fig.3 Chang-7 fracture development map in H223a.H3井，2031.0 m，長(zhǎng)7巖屑被兩組以上的斷裂切割，巖屑1～2 cm，呈箱形或梯形；b.H127井，1847.76 m，長(zhǎng)7垂直裂縫；c.H223井，長(zhǎng)7高角度裂縫；d.H277井，長(zhǎng)7高角度裂縫

圖4 鄂爾多斯盆地航磁Δt異常Fig.4 Aeromagnetic Δt anomaly in Ordos basin

圖5 鄂爾多斯盆地基底斷裂分布Fig.5 Basement fault distribution in Ordos basin

3.4 地震剖面證實(shí)

查閱了油房莊南部H223區(qū)的10條二維地震剖面，其中H106174、H106277等測(cè)線有斷裂顯示。測(cè)線H106174顯示，在1700～1800樁號(hào)之間有3組斷裂(圖6)。斷層多期次繼承性發(fā)育，斷層面從三疊系曲折向上切割侏羅系、白堊系地層直至地表，是典型的基底斷裂。

圖6 測(cè)線H106174顯示有3組斷裂Fig.6 Line H106174 shows three groups of fractures

3.5 地面斷裂調(diào)查

在室內(nèi)工作的基礎(chǔ)上，對(duì)油房莊南部—新安邊地區(qū)地層(白堊系下統(tǒng)-環(huán)河-華池組)露頭進(jìn)行調(diào)查，重點(diǎn)對(duì)新安邊溝、新安邊東溝和王洼子3條溝進(jìn)行了調(diào)查，對(duì)于出露狀態(tài)相對(duì)較好的12個(gè)點(diǎn)進(jìn)行了裂縫及節(jié)理的調(diào)查測(cè)量。

(1)a點(diǎn)：定邊縣新安邊鄉(xiāng)李山村東側(cè)雙橋溝。溝走向近南北向，受地面出露限制，可觀察的區(qū)域約200 m；斷裂產(chǎn)狀SE145°～165°∠85°～90°共軛斷裂SW235°～255°∠86°～90°，斷裂間隔1～2 m；可以看到其上覆的第四系黃土中也發(fā)育有裂縫，并與下覆巖層的裂縫具有繼承性。

(2)b點(diǎn)：主斷點(diǎn)。斷裂密度明顯大于北端點(diǎn)(a點(diǎn))和南端點(diǎn)(c點(diǎn))，斷裂面密集呈現(xiàn)破碎特征，斷裂間隔0.1～0.5 m。

(3)c點(diǎn)：斷裂密度介于北端點(diǎn)(a點(diǎn))和南端點(diǎn)(b點(diǎn))之間。

(4)d點(diǎn)：新安邊附近山溝西側(cè)。平整的斷層面，平移斷層特征明顯。斷裂在垂直方向上幾乎沒(méi)有位移，但斷層面摩擦痕跡明顯，顯示了基底斷裂基礎(chǔ)上形成的平移斷層向上延續(xù)的特性；斷裂為左旋平移斷層特點(diǎn)，沿著水平方向砂巖有撕裂狀斷口，以延續(xù)斷層線的走向；垂向巖性變化時(shí)斷層面常出現(xiàn)錯(cuò)位。

(5)e點(diǎn)：吳定公路王洼子附近溝邊。平整的斷層面，平移斷層(走滑斷層)特征明顯。盆地中部斷裂帶，即著名的定邊-綏德-離石大斷裂主要分布在37°00″至37°30″之間。主斷裂產(chǎn)狀NW270°～290°，共軛斷裂SW200°～215°。

3.6 斷裂位置確定

以基底斷裂的橫山斷裂為基礎(chǔ)，結(jié)合地震H106174測(cè)線和地面裂縫調(diào)查的結(jié)果，初步勾畫了與胡223井區(qū)相關(guān)的主斷裂位置(圖9)，切割YY23-17H、YY23-18、YY23-19H、YY23-20H等4口井。

圖7 地面斷裂調(diào)查Fig.7 Ground fault survey

圖8 H223區(qū)主斷裂位置示意Fig.8 Schematic diagram of the location of the main fault in H223 district

4 開(kāi)發(fā)技術(shù)政策調(diào)整

在研究區(qū)附近進(jìn)行野外地質(zhì)勘查，地面露頭斷裂明顯且規(guī)模宏大，驗(yàn)證了目的儲(chǔ)層受基底斷裂的影響。在正常情況下，斷裂處于閉合狀態(tài)，長(zhǎng)7水平井在大型壓裂作業(yè)下可能激活斷裂面附近的上、下部水層，存在與上覆高含水地層溝通的可能性。

下一步篩選胡223井區(qū)高精度地震剖面做重新處理，準(zhǔn)確定位斷層位置、產(chǎn)狀、走向等，對(duì)目的井排實(shí)施隔采；對(duì)產(chǎn)出水與相鄰水層分析水型、礦物成分、微量元素等，確認(rèn)水的來(lái)源；通過(guò)示蹤劑試驗(yàn)，驗(yàn)證水的來(lái)源，可先針對(duì)侏羅系富縣組開(kāi)展工作。油房莊南部-新安邊區(qū)塊長(zhǎng)7待試油的8口水平井在下一步試油壓裂時(shí)需要考慮斷裂的因素，優(yōu)化工程及施工方案。

5 結(jié)論

(1)水平井開(kāi)發(fā)要對(duì)盆地基底斷裂給予應(yīng)有的關(guān)注。由于基底斷裂規(guī)模大、涉及地域?qū)挘v向上幾乎貫穿中生界所有地層段，甚至延伸至第四紀(jì)黃土層。正常情況下，斷裂及裂縫處于閉合狀態(tài)，但水平井大規(guī)模的壓裂可以打破斷裂帶附近地層的平衡，致使油層段與上部延長(zhǎng)組上部、侏羅系延安組、直羅組、安定組等地層溝通，導(dǎo)致水平井產(chǎn)水或高含水。

(2)通過(guò)研究區(qū)水平井生產(chǎn)數(shù)據(jù)、巖心觀察、有關(guān)區(qū)域的斷裂研究報(bào)告、地震測(cè)線、野外地質(zhì)勘查等資料證實(shí)斷裂存在。該區(qū)主要發(fā)育一組共軛的斷裂，受控于基底斷裂即“橫山大斷裂”，斷裂發(fā)育的主要方向是SE145°～165°和SW235°～255°。

(3)在油田開(kāi)發(fā)中，尤其是水平井開(kāi)發(fā)中要注意斷裂的影響因素，試油壓裂時(shí)需要考慮斷裂的因素，優(yōu)化工程及施工方案。有效地利用裂縫方向，規(guī)避大型裂縫，避免壓開(kāi)斷裂附近的高風(fēng)險(xiǎn)低阻油層，及時(shí)封堵裂縫層段，提高水平井的開(kāi)發(fā)效果。

(4)對(duì)研究區(qū)生產(chǎn)的高含水水平井進(jìn)行詳細(xì)分析，確定斷裂的存在層段，實(shí)施封堵或隔采，恢復(fù)油井產(chǎn)能。