塔里木盆地順北油氣田斷控縫洞型儲層特征與主控因素

趙 銳，趙 騰，2，李慧莉，鄧 尚，張繼標(biāo)

(1.中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.中國石油大學(xué)(北京)，北京 102249)

0 引 言

走滑斷裂是一類重要的構(gòu)造類型，在油氣富集中發(fā)揮著重要的作用[1]。目前，塔里木盆地順北地區(qū)部署在斷裂帶上或緊鄰斷裂帶的多口探井，在奧陶系都獲得了工業(yè)油氣流[2-3]。近年來，前人從走滑斷裂帶構(gòu)造樣式、活動期次等方面對順北地區(qū)儲層開展研究[4-5]，取得了一系列認(rèn)識。2016年至今，順北油氣田儲層研究先后經(jīng)歷了順南攻關(guān)期、順北探索期以及順北攻關(guān)期，2018年中石化研究院提出的斷裂核帶結(jié)構(gòu)成儲機(jī)制是目前最主流的斷裂控儲模式。根據(jù)焦方正的研究[5]，順北1斷裂帶上的鉆井在鉆遇斷裂帶內(nèi)異常反射集合體時均發(fā)生了放空或漏失(例如順北1-2H、順北1-3及順北1-4H等)，而且部署在分支斷裂帶上的順北1-8H、順北1-9H和順北評3H井也鉆遇漏失。上述單井測試均獲得高產(chǎn)油氣流，表明沿斷裂帶儲層質(zhì)量較好，明顯受不同級別的斷裂帶控制。同時錄井資料顯示，順北地區(qū)位于斷裂帶上的單井在鉆進(jìn)過程中常出現(xiàn)鉆時明顯降低，其分布與斷裂及其伴生裂縫溶蝕擴(kuò)大密切相關(guān)，推測為大型斷裂-洞穴型儲集體。該類型儲層是順北1井區(qū)目前所揭示的最重要的儲集層類型和主要產(chǎn)層。特別是1斷裂帶上的多口單井長期高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，油壓下降緩慢，表明順北地區(qū)儲集體具有較大規(guī)模。通過順北1號斷裂帶立體雕刻分析，能量強(qiáng)的大型洞穴型儲層均沿斷裂-裂縫體系發(fā)育，從而證實順北地區(qū)儲層發(fā)育的特殊性，即順北地區(qū)奧陶系儲層為發(fā)育在非暴露區(qū)、且受控于走滑斷裂帶的規(guī)模裂縫-洞穴型儲層，洞穴寬度相對較小，但具有橫向延伸長、縱向深度大的優(yōu)點。目前認(rèn)為，順北儲集體包括斷控縫洞和相控孔隙2種類型，前者又可以細(xì)分為構(gòu)造破裂和斷裂-熱液2種類型。斷控型儲層沿斷層分布，儲集空間以縫洞為主，在順北1區(qū)內(nèi)，3條主要斷裂(順北1斷裂、順北5斷裂、順北7斷裂)共控制石油地質(zhì)儲量1.111 8×108t。文中主要介紹構(gòu)造破裂型儲層的特征，并在明確儲層特征的基礎(chǔ)上探討其主控因素。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

順北地區(qū)所在的順托果勒低隆是塔里木盆地上的一個二級構(gòu)造單元，東西緊鄰滿加爾坳陷和阿瓦提坳陷，南北鄰近卡塔克隆起和沙雅隆起(圖1)。順北地區(qū)先后經(jīng)歷了加里東早期、加里東中晚期—海西早期、海西晚期—印支期、燕山期—喜馬拉雅期4個構(gòu)造演化階段。順北地區(qū)的主要產(chǎn)層為中下奧陶統(tǒng)一間房組和鷹山組上段，與塔北地區(qū)相比具有連續(xù)沉積，無不整合接觸的特征，為儲集體發(fā)育提供了良好的地質(zhì)條件。目前，順北1斷裂、順北5斷裂、順北7斷裂3條主干斷裂已取得油氣突破。順北1、5 斷裂帶主要受加里東中期Ⅲ幕、加里東晚期和海西中晚期構(gòu)造運動影響；順北7斷裂帶主活動期為加里東中晚期。順北1斷裂帶在縱向上具有深層與淺層分層變形的特征，深層表現(xiàn)為斷入基底的高角度走滑斷層，淺層為花狀構(gòu)造和雁列正斷層。平面上具有分段性，總體走向約為NE40 °至NE45 °[6]。順北5斷裂的走向為NW340 °，向下斷至基底，向上至少斷至二疊系頂面[7]，斷裂樣式與順北1斷裂帶相似。順北7斷裂的走向為NW10 °至NW15 °，平面主要呈線狀延伸，在整個順8北三維區(qū)都有分布，局部表現(xiàn)出分段特征。

圖1 塔里木盆地順北油氣田構(gòu)造位置

2 順北地區(qū)斷控儲層的特征

2.1 儲集空間類型

沿走滑斷裂帶發(fā)育的儲集空間主要為縫洞、微裂縫，斷裂-裂縫體系對儲集空間發(fā)育起到重要的控制作用。在順北1斷裂帶部署了7口井，進(jìn)入T74界面(奧陶系一間房組頂)后均側(cè)鉆貫穿斷面，隨即放空或漏失，漏失量為87～616 m3，其中3口井放空，放空量為0.41～0.87 m，表明在目的層內(nèi)沿著主斷面發(fā)育縫洞。在巖心及薄片尺度上，還可以觀察到開啟的裂縫與微裂縫。例如，在A井(位于順北1斷裂北部)直井段T74界面附近取心，巖心破碎成角礫狀，角礫間充填瀝青黏土，表現(xiàn)出早期成藏特征。進(jìn)一步磨片觀察顯示，巖心發(fā)育大量開啟的微米級別的裂縫。

2.2 儲層滲透率非均質(zhì)性

順北地區(qū)不同斷裂帶的非均質(zhì)性體現(xiàn)在滲透率的差別，順北1斷裂帶上6口井的平均滲透率為97.00 mD，其中，最大值為208.00 mD，最小值為15.70 mD。而順北5斷裂帶上未酸化井的平均滲透率僅為7.72 mD，遠(yuǎn)小于順北1斷裂帶的滲透率。說明不同斷裂帶的滲透率有差異，同一斷裂帶上不同區(qū)域的滲透率也有差異。此外，非均質(zhì)性還表現(xiàn)在不同鉆井的產(chǎn)液情況不同。例如，在順北1斷裂帶上，各井的單位壓降產(chǎn)能為2 485～22 288 m3/MPa，高于順北5斷裂帶的395～1 484 m3/MPa。此外，在順北1斷裂帶上，正常完井的情況下，生產(chǎn)井的日產(chǎn)液為52～120 m3/d，而順北5斷裂帶經(jīng)過酸化壓裂、注水等儲層改造措施后，日產(chǎn)液與順北1斷裂帶相似，達(dá)到了64～144 m3/d。產(chǎn)液能力的差別說明順北1斷裂帶整體滲透性強(qiáng)于順北5斷裂帶。

2.3 儲層規(guī)模

順北地區(qū)走滑斷裂帶的平面單側(cè)控儲范圍為750 m，主干斷裂單側(cè)750 m以內(nèi)為儲層最發(fā)育區(qū)，750 m以外規(guī)模性儲層不發(fā)育。以托普39斷裂帶為例，在斷裂帶一側(cè)750 m范圍以內(nèi)，油氣井累計產(chǎn)油量普遍較高，平均為23.50×104t；在750 m以外，累計產(chǎn)油量大幅度下降，平均為5.00×104t。順北1斷裂帶也具有同樣的規(guī)律，在斷裂帶一側(cè)750 m范圍內(nèi)，油氣井平均累計產(chǎn)油量為1.88×104t，儲層發(fā)育情況好；在750 m以外，沒有工業(yè)產(chǎn)能價值。

2.4 優(yōu)勢縫洞發(fā)育規(guī)律

優(yōu)勢縫洞在地震剖面上的發(fā)育位置主要依靠振幅差異識別：在淺層(T74界面附近)強(qiáng)振幅背景下優(yōu)勢縫洞表現(xiàn)為弱振幅反射，而在深部(T75—T76)弱振幅背景下表現(xiàn)為強(qiáng)振幅反射。實鉆結(jié)果表明，在T74界面附近，井底鉆遇的雜亂弱振幅部位通常出現(xiàn)放空漏失，被認(rèn)為是優(yōu)質(zhì)儲層。當(dāng)鉆至深部弱振幅背景地層時，通常在表現(xiàn)為“串珠”狀強(qiáng)反射[8-11]的部位發(fā)生放空漏出，指示優(yōu)勢縫洞發(fā)育。井筒儲集系數(shù)反映與井筒直接溝通的儲集體的規(guī)模。統(tǒng)計結(jié)果表明，在淺層振幅越弱，井筒直接溝通的儲集體越發(fā)育，井筒儲集系數(shù)越大，在內(nèi)幕同理。

2.5 儲層滲流特征

對順北地區(qū)奧陶系的試井分析表明，該地區(qū)主要存在3種壓力恢復(fù)雙對數(shù)曲線響應(yīng)類型(圖2)：A型響應(yīng)體現(xiàn)為徑向流，較長時間內(nèi)沒有測試邊界，其均勻響應(yīng)表示典型的碎塊型儲集體，通常見于貫穿主斷面的油氣井；B型響應(yīng)表明，徑向流動周期短，主要為雙線性流動，這種現(xiàn)象位于幾乎均勻的破裂介質(zhì)(徑向流)中，指示碎塊型與裂縫型流體介質(zhì)的過度類型；C型響應(yīng)僅與雙線性流動有關(guān)，不隨時間穩(wěn)定，是單向斷裂系統(tǒng)產(chǎn)生的響應(yīng)，通常見于尚未貫穿斷面但已接近走滑斷裂的鉆井。這3種類型的流動響應(yīng)與斷層相關(guān)裂縫的結(jié)構(gòu)模型有關(guān)。各井的壓力恢復(fù)雙對數(shù)曲線(圖3)表明，A井和H井分別部署在順北1斷裂和順北5斷裂，均為水平井，壓力恢復(fù)雙對數(shù)曲線均為A型響應(yīng)曲線；G井部署在順北5斷裂，直井，C井部署在順北1斷裂，斜井，2口井壓力恢復(fù)雙對數(shù)曲線均為B型響應(yīng)曲線；L井和E井分別部署在順北2斷裂和順北5斷裂，均為斜井，壓力恢復(fù)雙對數(shù)曲線均為C型響應(yīng)曲線。此外，沿走滑斷裂發(fā)育2種儲集體類型，即發(fā)育在破碎帶中的縫洞型儲層與發(fā)育在弱變形帶中的裂縫型儲層。

圖2 壓力恢復(fù)雙曲線類型及其裂縫塊體模式

3 順北地區(qū)斷控儲層主控因素

3.1 斷裂樣式

走滑斷裂樣式?jīng)Q定了優(yōu)勢縫洞的發(fā)育部位。走滑斷裂帶在平面上具有分段性，通常分為疊接壓隆段、疊接拉分段以及平移走滑段[12-13]。實鉆表明，走滑平移段優(yōu)勢縫洞通常沿主斷面發(fā)育(圖4a)，例如J井(部署在順北7斷裂平移段，貫穿T74界面，斜井)，均在貫穿主斷面處發(fā)生漏失，漏失量為1 333.4 m3。在疊接壓隆段，優(yōu)勢縫洞通常發(fā)育在邊界主斷面附近(圖4b)。以E井為例， E井為1口部署在順北5斷裂壓隆段的斜井，貫穿主斷面，直井段未見產(chǎn)，而側(cè)鉆貫穿邊界主斷面處放空，漏失量為1 487.0 m3。在疊接拉分段，鉆至淺層雜亂弱反射、貫穿主斷面處容易發(fā)生放空漏失，表明優(yōu)勢縫洞發(fā)育(圖4c)。C井為1口部署在順北1斷裂平移段的斜井，鉆至淺層雜亂弱反射處發(fā)生放空漏失，漏失量為629.4 m3。

3.2 核帶結(jié)構(gòu)

走滑斷裂核帶結(jié)構(gòu)[14](圖5)自身能夠形成儲層，其儲集空間分為破碎角礫帶與裂縫帶。破碎帶的儲集空間以角礫中發(fā)育的縫洞為主，而裂縫帶的儲集空間以開啟裂縫為主。以J井為例，在“串珠”內(nèi)發(fā)生漏失。對漏失點附近進(jìn)行了成像測井分析，發(fā)現(xiàn)沿著鉆進(jìn)方向，首先鉆遇裂縫帶，隨后鉆遇破碎角礫，在角礫帶中有洞穴發(fā)育，隨即再次鉆遇裂縫帶，漏失點附近整體呈現(xiàn)出近對稱的結(jié)構(gòu)。

3.3 區(qū)域應(yīng)力場

裂縫產(chǎn)狀與現(xiàn)今地應(yīng)力的匹配關(guān)系，決定了裂縫能否開啟。J井在鉆進(jìn)過程中，鉆遇一系列裂縫，通過成像測井分析，發(fā)現(xiàn)裂縫的平均走向為SW向，平均傾角為19 °，裂縫開度為0.01 mm。部署在順北2斷裂帶的L井鉆遇的裂縫平均走向為NE向，平均傾角與J井相似，裂縫開度為1.00 mm。順北地區(qū)現(xiàn)今最大水平主應(yīng)力方向為NE向，與J井裂縫走向大角度相交，而與L井裂縫走向近平行，說明裂縫開啟性可能受現(xiàn)今地應(yīng)力與自身產(chǎn)狀耦合關(guān)系的影響，走向與水平最大主應(yīng)力方向小角度相交，裂縫的開啟性較好。

圖3 各井地震剖面及壓力恢復(fù)雙對數(shù)曲線

圖4 鉆遇走滑斷裂典型應(yīng)變分段模式(據(jù)張繼標(biāo)，2018修改)

3.4 流體差異改造

流體對核帶結(jié)構(gòu)的差異改造作用，能夠促使儲集空間定型。在C井和E井中，儲集空間為破碎角礫帶中發(fā)育的縫洞，這一部位受富含黏土元素和飽和CaCO3的流體影響，被亮晶方解石和黏土礦物充填。在K井(部署在躍進(jìn)區(qū)塊，貫穿T74界面，斜井)和L井(部署在順北5斷裂帶，貫穿T74界面，斜井)中，儲集空間為發(fā)育在裂縫帶中的開啟裂縫，沿裂縫有明顯的酸性流體擴(kuò)溶現(xiàn)象。

4 討 論

總體而言，對于順北地區(qū)斷控儲層，走滑斷裂帶的構(gòu)造樣式及縱向上的分層差異破碎特征控制了優(yōu)勢縫洞的發(fā)育部位，斷裂帶自身的核帶結(jié)構(gòu)決定了儲層類型。以J井為例，該井所處部位是順北7斷裂的壓隆段，剖面上表現(xiàn)為拉長的“串珠”，斷裂向下延伸弱，沒有明顯通源現(xiàn)象。該井側(cè)鉆與主斷面相交處漏失，成像測井顯示斷面發(fā)育了“核帶結(jié)構(gòu)”，其中，裂縫帶開啟性差，不具備儲集意義，而破碎角礫帶在三孔隙度及雙側(cè)向電阻率曲線上有特征性顯示，表明破碎角礫之間的空間是最主要的油氣產(chǎn)出部位。該井所處位置斷層滑移距小于27 m，控制破碎帶寬度約為9 m，規(guī)模相對較小。建產(chǎn)后，油壓為30 MPa，日產(chǎn)液為 45 m3/d，均較低，與狹窄的破碎帶規(guī)模相吻合。由于在產(chǎn)液部位沒有進(jìn)行取心，無法探討成巖改造對儲集空間發(fā)育的影響。

圖5 順北地區(qū)古生代地層中走滑斷裂核帶結(jié)構(gòu)

5 結(jié) 論

(1) 順北地區(qū)斷控型儲層具有以下特征： 沿走滑斷裂帶發(fā)育的儲集空間主要為縫洞、微裂縫；順北地區(qū)斷控儲層具有非均質(zhì)性，沿不同的斷裂帶表現(xiàn)出不同的性質(zhì)；順北地區(qū)走滑斷裂平面單側(cè)控儲范圍為750 m；在剖面上，優(yōu)勢縫洞通常發(fā)育在淺層弱振幅區(qū)域或深度強(qiáng)振幅區(qū)域；順北地區(qū)儲層試井結(jié)果具有3種壓力恢復(fù)雙對數(shù)曲線響應(yīng)類型，與斷層相關(guān)裂縫的結(jié)構(gòu)模型有關(guān)。

(2) 儲集空間的發(fā)育情況受以下因素控制： 走滑斷裂樣式?jīng)Q定了優(yōu)勢縫洞的發(fā)育部位；走滑斷裂自身的核帶結(jié)構(gòu)形成了2類不同的儲集空間，一類是開啟的裂縫，第二類是破碎角礫帶中發(fā)育的縫洞；裂縫產(chǎn)狀與現(xiàn)今地應(yīng)力的匹配關(guān)系，決定了裂縫能否開啟；流體對核帶結(jié)構(gòu)的差異改造作用，能夠促使儲集空間定型。