斷層對致密砂巖氣藏甜點區(qū)的控制作用
——以四川盆地中部蓬萊地區(qū)須二段氣藏為例

車國瓊 王立恩 汪轟靜 李 明 唐青松 唐 松 梁 鋒 曾青高

1.中國石油西南油氣田公司川中油氣礦 2.中國石油西南油氣田公司川西北氣礦

0 引言

四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組致密砂巖氣藏歷經(jīng)60余年的勘探開發(fā)，取得了豐碩的成果，獲得了超過1×1012m3的天然氣地質(zhì)儲量，但儲量動用程度和采出程度均不足5%，采收率亟待提高。如何預(yù)測須家河組儲層甜點區(qū)以提高氣藏的開發(fā)效益已成為當(dāng)下急需解決的技術(shù)難題。近期，須家河組二段（以下簡稱須二段）氣藏在斷層發(fā)育區(qū)頻獲累產(chǎn)氣量超過3 000×104m3的高產(chǎn)氣井，是斷層控制了甜點區(qū)的分布？為此，筆者調(diào)研了大量的相關(guān)文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)主要圍繞該地區(qū)須家河組油氣富集規(guī)律及主控因素等方面進(jìn)行研究，認(rèn)為：川中地區(qū)須家河組致密砂巖氣藏為構(gòu)造背景下的自生生儲巖性氣藏，油氣在埋藏期和抬升期具有持續(xù)充注的特點，在大面積低豐度的背景下存在著局部富氣甜點區(qū)，油氣富集主要受烴源巖、構(gòu)造、儲層和裂縫發(fā)育帶的共同控制[1-9]；須家河組斷層及其裂縫主要形成于燕山期和喜馬拉雅期，晚期網(wǎng)狀裂縫控制須家河組致密砂巖氣的富集高產(chǎn)[10-14]。但是，鮮有研究涉及斷層對甜點區(qū)的控制和精細(xì)刻畫。為此，筆者以四川盆地蓬萊地區(qū)須二段氣藏為例（其三維工區(qū)面積為390 km2），利用近年來最新的地質(zhì)研究成果，結(jié)合典型井井震精細(xì)標(biāo)定和氣井生產(chǎn)效果，研究不同類型斷層對油氣富集的控制作用，精細(xì)刻畫最有利的Ⅰ類斷層控制的甜點區(qū)，以期為該區(qū)的井位部署提供技術(shù)支撐。

1 致密砂巖氣藏地質(zhì)特征及高產(chǎn)控制因素

1.1 構(gòu)造特征

蓬萊地區(qū)位于四川盆地中部，須家河組構(gòu)造整體表現(xiàn)為南東高、北西低的區(qū)域大單斜，構(gòu)造整體較為平緩，受斷層作用發(fā)育多個小潛高[15-19]；須家河組底發(fā)育多個構(gòu)造圈閉，單個圈閉面積介于2.7～18.2 km2，平均圈閉面積為7.0 km2，閉合高度介于15～45 m。蓬萊地區(qū)須家河組發(fā)育大量逆斷層，均呈北西向或近東西向展布，斷層傾角介于20°～40°；斷距在須家河組底界相對較大（40～60 m），在須家河組頂界較?。?0～30 m）；斷層在平面上延伸長度介于100～13 000 m；斷層向下均消失于中三疊統(tǒng)雷口坡組，向上消失于不同的地層中（圖 1）。

1.2 地層特征

四川盆地須家河組主要為一套河湖三角洲沉積體系，縱向上六分特征明顯，自下而上分別為須一段、須二段、須三段、須四段、須五段、須六段[1,4-6]。其中，須一、三、五段為湖相的黑色頁巖夾薄層砂巖和煤沉積，是主要的生烴層；須二、四、六段為三角洲相的大套砂巖夾薄層頁巖和煤沉積，是主要的儲集層?？v向上生儲搭配好，呈“三明治式”的疊置組合，為自生自儲氣藏[1,4]。須二段是該層組的主力氣層。

根據(jù)巖性、電性和沉積旋回組合特征，蓬萊地區(qū)須二段自下而上可分為須二1亞段、須二2亞段、須二3亞段。其中須二1亞段厚度介于40～60 m，以粉—細(xì)砂巖與黑色頁巖互層為主，自然伽馬與電阻率高，曲線呈鋸齒狀；須二2亞段厚度介于50～70 m，以中—細(xì)砂巖為主，自然伽馬和電阻率較低，曲線形態(tài)較為平直；須二3亞段厚度介于100～110 m，巖性與須二2亞段相似，較須二2亞段自然伽馬低、電阻率高，中—細(xì)砂巖為主，含氣性相對較好。須二3亞段為該氣田的主產(chǎn)氣層（圖2）。

1.3 儲層特征

根據(jù)蓬萊地區(qū)須二3亞段巖心、常規(guī)及鑄體薄片、物性、壓汞等資料分析，須二3亞段儲層主要有以下特點：

1）須二3亞段儲層巖性主要為長石巖屑砂巖，次為巖屑砂巖。

2）須二3亞段砂巖平均孔隙度為6.5%，平均滲透率為0.07 mD，其中滲透率小于0.1 mD的樣品占樣品總數(shù)的73%，屬于低孔隙度、特低滲透率、高含水飽和度的致密砂巖儲層[17-19]（圖3）。

3）須二3亞段儲層的儲集空間主要為粒內(nèi)溶孔和微裂縫（圖4），鮮見殘余粒間孔，孔喉結(jié)構(gòu)較差。據(jù)須二3亞段16個壓汞樣品分析，平均中值壓力為8.1 MPa，平均排驅(qū)壓力為0.95 MPa，平均最大進(jìn)汞飽和度為84%，平均退汞效率為32%。

4）須二3亞段砂巖儲層分布較穩(wěn)定。研究區(qū)砂巖普遍發(fā)育，橫向可以追蹤對比，單層厚度介于20～50 m，累計厚度介于90～100 m。其中，孔隙度大于6%的儲層在縱向上較均勻地分布于須二3亞段，一般發(fā)育3～6層，累計厚度介于10～35 m，孔隙度介于6%～9%、平均值為7%（圖2）。

1.4 氣井高產(chǎn)主控因素

須二3亞段致密砂巖在天然氣大規(guī)模運移的晚侏羅世至晚白堊世時由于埋深大、壓實作用強，砂巖儲滲品質(zhì)差，天然氣呈彌散狀分布在致密砂巖中，含氣飽和度較低[2]。大量的巖石滲流實驗和干擾試井證實致密砂巖合理井距為600 m，可動用井控地質(zhì)儲量一般小于2 000×104m3[15]。晚白堊世末期的構(gòu)造抬升期形成的斷層由于末梢效應(yīng)在須二3亞段致密砂巖中產(chǎn)生了大量的微裂縫，并形成一定規(guī)模的孔滲較好的裂縫—孔隙型儲滲體，對早期天然氣和該期大規(guī)模卸壓膨脹氣的聚集成藏提供了有效圈閉[1,9]，形成局部富氣甜點區(qū)，斷層控制了裂縫帶的發(fā)育，進(jìn)而控制了油氣的富集高產(chǎn)。研究區(qū)須二3亞段試油井20口，其中獲工業(yè)氣井10口、產(chǎn)水井1口（日產(chǎn)水量為76.8 m3），測試產(chǎn)層段與斷層上消失端距離0～700 m；9口微氣井和干井遠(yuǎn)離斷層，裂縫不發(fā)育（表1）。從單井測試產(chǎn)量看，距斷層越近，裂縫越發(fā)育，單井產(chǎn)量越高。但是，鉆遇的斷層類型（斷層分類見本文2.1）不同，所產(chǎn)流體性質(zhì)不一樣，鉆遇Ⅰ類斷層主要產(chǎn)氣，鉆遇Ⅲ類斷層主要產(chǎn)水。其中，蓬萊11井鉆遇Ⅲ類斷層，測試產(chǎn)氣量高，但該井投產(chǎn)時為氣水同產(chǎn)，2個月后很快產(chǎn)大水，此時，該井累計產(chǎn)氣量僅210×104m3，日產(chǎn)氣量由投產(chǎn)時的4×104m3降為2×104m3，日產(chǎn)水量由20 m3升至70 m3。該井測試數(shù)據(jù)造成了鉆遇Ⅲ類斷層的單井天然氣無阻流量偏高，但生產(chǎn)實際仍然反映出鉆遇Ⅲ類斷層主要產(chǎn)水。

圖1 四川盆地蓬萊地區(qū)須家河組底界構(gòu)造圖

圖2 蓬萊地區(qū)蓬萊107井須二段產(chǎn)層分布圖

2 斷層對甜點區(qū)的控制

2.1 斷層特征

蓬萊地區(qū)須家河組逆斷層較為發(fā)育（圖1）。斷層向下均斷穿須家河組底界，根據(jù)這些逆斷層向上消失的不同層位可劃分出3類斷層：①Ⅰ類斷層規(guī)模較大，向上消失于須二段上部或須三段內(nèi)部，該類斷層在氣田內(nèi)較多；②Ⅱ類斷層規(guī)模較小，向上消失于須二1-2亞段或須一段；③Ⅲ類斷層規(guī)模大，向上消失于須四段或侏羅系，Ⅱ類、Ⅲ類斷層在氣田內(nèi)較少（圖5）。

2.2 斷層形成時間

蓬萊地區(qū)須家河組構(gòu)造主要為北西向構(gòu)造[14]。據(jù)本區(qū)2口井5個樣品測得的包裹體均一溫度分布范圍較窄（80.5～114 ℃）（表2），結(jié)合川中地區(qū)油氣演化史[2]，分析認(rèn)為，裂縫形成于中侏羅世至早白堊世，主要形成于燕山早期，疊加定型于喜馬拉雅期。據(jù)前人對盆地內(nèi)龍女寺、營山、廣安等構(gòu)造須家河組的裂縫充填的自生礦物ESR測年、自生礦物K-Ar法測年等測試數(shù)據(jù)[2,9,10,13]，綜合分析認(rèn)為，蓬萊地區(qū)須二3亞段裂縫形成主要有3期：第一期裂縫形成于燕山運動晚幕，距今93.4～74.3 Ma，為燕山運動晚幕褶皺相伴生的張裂縫，主要是在燕山晚期龍門山逆沖推覆作用下形成，裂縫呈北東向展布，此時為油氣大量充注階段，其連通了烴源巖與致密砂巖儲層，對油氣藏的形成具有積極的建設(shè)性作用；第二期裂縫形成于喜馬拉雅期第一幕，距今38.7～34.2 Ma，隨著四川盆地整體快速隆升而形成，為斷層伴生裂縫，對油氣調(diào)整成藏起到重要的通道和改善作用；第三期裂縫形成于喜馬拉雅期第二幕，距今約10 Ma內(nèi)，對早期形成的裂縫產(chǎn)生疊加改造作用，并最終定型于油氣儲滲體內(nèi)，晚期形成的網(wǎng)狀裂縫是氣藏富集形成局部甜點區(qū)的關(guān)鍵。

圖3 蓬萊地區(qū)須二3亞段孔隙度、滲透率直方圖

圖4 蓬萊地區(qū)須二3亞段砂巖儲層微觀照片

表1 蓬萊地區(qū)須二3亞段試油井產(chǎn)能與斷層/裂縫關(guān)系統(tǒng)計簡表

圖5 須家河組不同斷層類型及其控藏模式圖

表2 蓬萊地區(qū)須二3亞段流體包裹體均一溫度統(tǒng)計表

2.3 Ⅰ類斷層控制了富氣甜點區(qū)

須二段成藏系統(tǒng)中須一段、須二段的黑色頁巖為主要的烴源巖，厚度介于10～40 m，生烴強度一般為8×108～10×108m3/km2；須二段儲集砂巖厚度約160 m，巨厚的儲集砂體與較小的生排烴總量導(dǎo)致須二段砂巖含氣豐度較低。但由于致密砂巖中斷層發(fā)育，極大地改善了致密砂巖的儲滲品質(zhì)，使原本低豐度氣藏通過斷層的輸導(dǎo)系統(tǒng)重新匯聚成高豐度的甜點區(qū)。

3類斷層由于斷層規(guī)模和向上消失的層位不同，在須二3亞段產(chǎn)生的裂縫效率迵異，導(dǎo)致成藏系統(tǒng)的氣水分布和油氣富集程度存在顯著的差異。

Ⅰ類斷層規(guī)模較大，由于斷層末梢效應(yīng)對須二3亞段致密砂巖改造作用強，裂縫發(fā)育，大幅度提升了須二3亞段致密砂巖的儲滲品質(zhì)，為油氣的高效運聚奠定了基礎(chǔ)。斷層溝通了烴源層與儲集層，使須一段、須二段生成的油氣沿斷層向須二3亞段裂縫—孔隙型砂巖儲滲體持續(xù)充注，須三段巨厚的頁巖是須二3亞段良好的直接蓋層。因此，天然氣最終富集在須二3亞段相對高孔隙度、滲透率的裂縫—孔隙型砂巖儲滲體中，形成甜點富氣區(qū)（圖5）。

Ⅱ類斷層規(guī)模較小，由于斷層末梢效應(yīng)僅對非主產(chǎn)層須一段或須二段下部的砂巖儲滲性能具有一定的改善作用，但改造有限，形成的儲滲體規(guī)模相對較小，富集的天然氣儲量有限，難以富集高產(chǎn)，對主產(chǎn)層須二3亞段砂巖改造作用弱（圖5）。

Ⅲ類斷層規(guī)模大，斷層穿過須二3亞段，對須二3亞段致密砂巖有較好的改造作用，但其改造效果遠(yuǎn)不如Ⅰ類斷層。該類斷層雖然向下溝通了下部烴源層，有利于油氣的富集，但向上溝通了須四段下部的高含水層，導(dǎo)致烴源巖生成的天然氣沿斷層向上逸散，而須四段地層水通過斷層向下匯聚，該類斷層對須二3亞段氣藏的形成主要起破壞作用，保存條件較差。因此，鉆遇該類斷層附近的須二3亞段普遍產(chǎn)大水，氣產(chǎn)量較低（圖5）。

綜上研究表明，Ⅰ類斷層較Ⅱ類、Ⅲ類對須二3亞段致密砂巖的油氣富集作用更強，Ⅰ類斷層疊合古今構(gòu)造高部位，更有利于氣水的分異，Ⅰ類斷層控制了須二3亞段甜點富氣區(qū)。

圖6 蓬萊地區(qū)須二段4種鉆井地震響應(yīng)模式圖

2.4 勘探開發(fā)驗證了3類斷層鉆探效果差異顯著

蓬萊地區(qū)須二段的鉆井可以劃分為4種模式：鉆遇3類斷層的井各對應(yīng)一種斷層模式，另一種是鉆遇無斷層模式（圖6），4種模式的勘探開發(fā)效果迥異。

2.4.1 鉆遇Ⅰ類斷層模式

該模式井鉆探測試和生產(chǎn)效果好。該模式鉆井8口，均獲工業(yè)氣流，單井平均測試產(chǎn)氣量為19.0×104m3/d，均為高產(chǎn)氣井，已投產(chǎn)7口井的平均單井累計產(chǎn)氣量為6 685×104m3，單井平均累計產(chǎn)水量15.40×104m3（表3），地層水主要來自于兩口須二3亞段與須四段合試井，這兩口井累計產(chǎn)水量為104.00×104m3，占高產(chǎn)氣井累計產(chǎn)水量的96%。

2.4.2 鉆遇Ⅱ類斷層模式

目前，該模式無鉆遇井。但在距該類型斷層約0.26 km處鉆有遂39井，該井為1980年完鉆井（無成像測井資料），在鉆須二1亞段過程中見兩次氣侵顯示，顯示段聲波時差曲線有明顯的跳波現(xiàn)象，裂縫較發(fā)育，表明斷層對下部砂體的儲滲品質(zhì)有一定的改善作用，但由于斷層規(guī)模較小，不足以形成甜點富氣區(qū)。該井射孔酸化測試產(chǎn)微氣。

2.4.3 鉆遇Ⅲ類斷層模式

該斷層模式鉆遇井以產(chǎn)大水為主。3口井鉆遇此類模式，均測試，獲工業(yè)氣井2口，單井平均產(chǎn)氣量為16.7×104m3/d，單井平均產(chǎn)水量為144 m3/d。兩口井均投產(chǎn)，單井平均累產(chǎn)氣量為850×104m3、井均累產(chǎn)水量為2.44×104m3，水氣比29 m3/104m3（表3）。

2.4.4 鉆遇無斷層模式

該模式鉆遇井以產(chǎn)微氣或干井為主。有9口井鉆遇此類模式，9口井完成試油，均未工業(yè)氣流，該類型井在鉆須二段過程中基本無顯示，測井曲線上無裂縫響應(yīng)，測試產(chǎn)微氣或干井。

2.5 甜點區(qū)刻畫

蓬萊地區(qū)須二段氣藏高產(chǎn)井主要受Ⅰ類斷層控制，由于斷層的末梢效應(yīng)，裂縫及斷層在常規(guī)時間地震反射剖面上出現(xiàn)大范圍的同相軸錯斷、波形變異、振幅能量減弱等地震反射特征（圖6）。據(jù)此，對Ⅰ類斷層在須二3亞段引起的變異帶進(jìn)行精細(xì)刻畫，進(jìn)而圈定裂縫—孔隙型砂巖儲層甜點區(qū)的范圍。裂縫—孔隙型甜點區(qū)圈定原則是沿斷層走向方向確定儲滲體長度，在垂直于斷層走向方向，確定甜點區(qū)異常帶的寬度，進(jìn)而圈定甜點區(qū)的大小。在此基礎(chǔ)上，平面、剖面結(jié)合對甜點區(qū)內(nèi)明顯裂縫發(fā)育區(qū)進(jìn)行追蹤解釋。對蓬萊地區(qū)三維工區(qū)390 km2的Ⅰ類斷層控制的甜點區(qū)進(jìn)行精細(xì)解釋和評價，共刻畫甜點區(qū)17個，單個甜點區(qū)面積介于0.30～10.18 km2（圖7），總面積為32.96 km2, 估算天然氣地質(zhì)儲量為82.4×108m3，天然氣技術(shù)可采儲量為41.2×108m3，剩余天然氣可采儲量為 36.8×108m3（表 4）。

表3 蓬萊地區(qū)須二段氣藏鉆遇不同斷層模式井測試/生產(chǎn)情況統(tǒng)計表

3 應(yīng)用效果

新鉆井表明刻畫的甜點區(qū)是可靠的。目前，利用該成果已部署井位4口，完鉆1口（蓬萊002-X7井），該井所在的甜點區(qū)面積為0.7 km2。蓬萊002-X7井在須二3亞段鉆井過程中見氣測異常顯示，常規(guī)測井曲線裂縫響應(yīng)特征明顯，成像測井可見低角度縫和網(wǎng)狀縫發(fā)育，裂縫發(fā)育段經(jīng)射孔酸化聯(lián)作測試，獲得日產(chǎn)量為12.0×104m3的工業(yè)氣流，一點法天然氣無阻流量為21.0×104m3/d。

結(jié)合研究區(qū)的綜合地質(zhì)研究成果，對區(qū)內(nèi)鉆達(dá)井經(jīng)過鉆井、測井、地震等精細(xì)標(biāo)定和分析，對Ⅰ類斷層引起的須二3亞段變異帶在常規(guī)地震剖面上進(jìn)行了360°方位的切片和精細(xì)跟蹤解釋，所刻畫的甜點區(qū)為新鉆井證實可靠，該成果能夠支撐蓬萊地區(qū)下一步的井位部署。

另外，該研究思路和方法對其他地區(qū)致密氣甜點區(qū)的精細(xì)刻畫同樣具有參考價值。在川中中臺山地區(qū)按照該類經(jīng)典模式部署的H103井（水平井），在須二段上部鉆遇多個裂縫發(fā)育段，試油獲日產(chǎn)80.15×104m3的高產(chǎn)氣流，表明該成果具有較好的推廣應(yīng)用前景。

4 結(jié)論

1）蓬萊地區(qū)須二段氣藏的主產(chǎn)氣層為須二3亞段，為低孔隙度、特低滲透率致密砂巖氣藏，基質(zhì)砂巖儲滲品質(zhì)較差，但砂巖中發(fā)育的縱多小斷層產(chǎn)生的裂縫是其獲得高產(chǎn)的地質(zhì)基礎(chǔ)。

2）蓬萊地區(qū)斷層是改善須二3亞段致密砂巖儲滲品質(zhì)的關(guān)鍵地質(zhì)因素，按照斷層向上消失的層位可分為3類，其中Ⅰ類斷層向上消失于須二3亞段，其對須二3亞段致密砂巖的改造作用明顯強于另兩類。

圖7 蓬萊地區(qū)須二3亞段甜點區(qū)及裂縫分布圖

表4 蓬萊地區(qū)須二3亞段甜點區(qū)儲量統(tǒng)計表

3）斷層是油氣富集高產(chǎn)的地質(zhì)基礎(chǔ)，3類斷層控藏效果差異顯著。其中，Ⅰ類斷層控制的須二3亞段成藏系統(tǒng)中源、儲、通道、保存等關(guān)鍵成藏要素搭配最佳，控制油氣的富集高產(chǎn)；Ⅱ、Ⅲ類斷層不利于油氣富集成藏?？碧介_發(fā)證實，Ⅰ類斷層模式鉆遇井為高產(chǎn)氣井，生產(chǎn)效果好。

4）斷層對須二3亞段儲滲體的改造在常規(guī)地震反射時間剖面上表現(xiàn)為大面積的同相軸錯斷、波形雜亂或斜反射等裂縫響應(yīng)特征。

5）蓬萊地區(qū)三維工區(qū)Ⅰ類斷層控制的須二3亞段有利儲滲體為17個，總面積為32.96 km2，估算天然氣地質(zhì)儲量為82.4×108m3，剩余天然氣可采儲量為36.8×108m3，具有較大的勘探開發(fā)潛力。