塔里木盆地順北地區(qū)超深斷控縫洞型油氣藏地質(zhì)-工程一體化實(shí)踐與成效

張 煜，李海英，陳修平，卜旭強(qiáng)，韓 俊

（中國(guó)石化西北油田分公司，新疆 烏魯木齊 830011）

地質(zhì)-工程一體化是以增加規(guī)?？蓜?dòng)用儲(chǔ)量、提高單井產(chǎn)量為中心，通過(guò)地質(zhì)、物探、工程、油藏、經(jīng)濟(jì)等多專(zhuān)業(yè)、多學(xué)科融合，一體化集成攻關(guān)，解決復(fù)雜地質(zhì)條件下工程難題，達(dá)到提高鉆井成功率、縮短作業(yè)周期、提高單井產(chǎn)能、降低油氣單位成本的目的，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜油氣藏高效勘探與效益開(kāi)發(fā)。借鑒北美頁(yè)巖氣地質(zhì)-工程一體化技術(shù)應(yīng)用的成功經(jīng)驗(yàn)和工作模式，形成了具有中國(guó)特色的地質(zhì)-工程一體化技術(shù)體系，并成功應(yīng)用于超深層海相碳酸鹽巖油氣藏、隱蔽油氣藏、頁(yè)巖油氣、致密氣的勘探開(kāi)發(fā)［1-3］。堅(jiān)持地質(zhì)-工程一體化發(fā)展思路，建立一體化協(xié)同運(yùn)行機(jī)制，加強(qiáng)地質(zhì)研究與工程技術(shù)協(xié)同攻關(guān)，加強(qiáng)全周期一體化管理，成為推進(jìn)各油氣田降本增效的重要手段。

塔里木盆地超深層海相碳酸鹽巖油氣資源豐富，油氣探明率低，勘探潛力巨大。自2016年發(fā)現(xiàn)順北超深斷控縫洞型油氣藏以來(lái)，相繼落實(shí)18條斷裂帶，總長(zhǎng)度890 km，估算資源量達(dá)17×108t油氣當(dāng)量［4-6］。但是，由于目的層中、下奧陶統(tǒng)一間房組-鷹山組埋深大（＞7 200 m），上覆地層地質(zhì)條件復(fù)雜，雖然油氣成藏富集宏觀上主要受走滑斷裂帶的控制，但是斷裂帶（寬度0.4～2.0 km）內(nèi)部?jī)?chǔ)集體非均質(zhì)性極強(qiáng)，油氣藏分布復(fù)雜，同一斷裂體系不同斷裂帶、同一斷裂帶不同分段、同一分段不同部位的油氣性質(zhì)、產(chǎn)能、油-氣-水分布均存在差異［4］。作為一種新類(lèi)型的油氣藏，鉆井工程成本高、難度大，缺少現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)可供借鑒，效益勘探開(kāi)發(fā)面臨巨大挑戰(zhàn)。

近兩年來(lái)，中國(guó)石化西北油田分公司按照地質(zhì)-工程一體化的理念，通過(guò)不斷探索和實(shí)踐，針對(duì)順北地區(qū)井位優(yōu)選、井軌跡優(yōu)化、鉆井安全與提速、漏失井儲(chǔ)層保護(hù)和完井改造等系列難題，搭建地質(zhì)-工程一體化協(xié)同工作平臺(tái)，將地質(zhì)研究、工程設(shè)計(jì)和組織實(shí)施納入一體化協(xié)作體系，形成這種特殊油氣藏的地質(zhì)-工程一體化技術(shù)體系，為順北油氣田勘探開(kāi)發(fā)提供技術(shù)支撐，對(duì)國(guó)內(nèi)外超深層油氣藏勘探開(kāi)發(fā)具有借鑒意義。

1 研究背景

1.1 順北油氣田地質(zhì)背景

順北油氣田位于新疆塔里木盆地塔克拉瑪干沙漠腹地，構(gòu)造位置屬于塔北、塔中兩大隆起及阿瓦提、滿(mǎn)加爾兩大坳陷之間的“馬鞍形”構(gòu)造帶——順托果勒低隆起［5-6］（圖1）。順托果勒低隆起經(jīng)歷早古生代海相、晚古生代早期海-陸過(guò)渡相、晚古生代晚期和中新生代陸相沉積演化過(guò)程，除整體缺失侏羅系外，自上而下發(fā)育新生界第四系、新近系、古近系、中生界白堊系、三疊系、古生界二疊系、石炭系、泥盆系、志留系、奧陶系、寒武系等多套地層，各時(shí)代地層僅部分組段不同程度缺失，地層發(fā)育相對(duì)齊全［7-8］。順托果勒低隆起縱向地層巖性復(fù)雜（圖2），下古生界碳酸鹽巖厚度達(dá)1 800～3 000 m，其間發(fā)育含膏鹽巖、膏鹽巖、石灰?guī)r、白云巖、灰質(zhì)云巖、云質(zhì)灰?guī)r等多種巖性類(lèi)型；目的層之上發(fā)育碎屑巖為主的巨厚上覆地層（厚度7 000～8 000 m），其中二疊系發(fā)育多套火成巖（英安巖、玄武巖、凝灰?guī)r），志留系及上奧陶統(tǒng)發(fā)育多套輝綠巖侵入體［9］。

圖1 塔里木盆地順北地區(qū)構(gòu)造位置（a）與走滑斷裂帶展布（b）Fig.1 Structural location（a）and distribution of strike slip fault zones（b）in the Shunbei area，Tarim Basin

順托果勒低隆起主要經(jīng)歷加里東中、晚期—海西早期（奧陶紀(jì)—泥盆紀(jì)末）、海西晚期（晚二疊世末）、印支期—燕山期（三疊紀(jì)—白堊紀(jì)末）、喜馬拉雅期（中新世以來(lái)）4期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)［10-11］，其中，中奧陶世強(qiáng)烈擠壓作用形成隆起雛形，之后南部擠壓隆升逐漸向北傾沒(méi)，后期持續(xù)演化形成現(xiàn)今構(gòu)造形態(tài)。順托果勒低隆起長(zhǎng)期處于構(gòu)造較低部位，目的層為致密碳酸鹽巖地層，巖性致密，其頂面不整合相關(guān)的巖溶作用與巖溶縫洞型儲(chǔ)集體欠發(fā)育。但是，順托果勒低隆起發(fā)育了不同體系、不同級(jí)別、不同期次疊加的克拉通內(nèi)中、小尺度走滑斷裂帶，具有“上正下逆”的特征，下部為壓扭走滑花狀斷層，上部發(fā)育一系列雁列式排列的張性斷裂［12-14］，形成了主要受走滑斷裂帶控制的斷控縫洞型儲(chǔ)集體及油氣藏［15-17］。截止目前順北1號(hào)、5號(hào)、7號(hào)、4號(hào)、8號(hào)等多條斷裂帶相繼獲得油氣突破［18］。

1.2 超深斷控縫洞型油氣藏特征

順北油氣田走滑斷裂帶空間結(jié)構(gòu)樣式具有“縱向分層變形、主滑移帶平面分段，垂向多期疊加”的特征［14-16］。走滑斷裂多期活動(dòng)產(chǎn)生的多期構(gòu)造破裂為主，疊加后期流體微弱改造為輔，形成斷控縫洞型儲(chǔ)集體，被致密碳酸鹽巖側(cè)封和上覆巨厚泥巖蓋層頂封遮擋，形成斷控縫洞型圈閉［19-21］。同時(shí)走滑斷裂垂向向下斷至震旦系，溝通下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組烴源巖，油氣向上運(yùn)移至斷控縫洞型圈閉內(nèi)聚集成藏，形成超深斷控縫洞型油氣藏［5-7］（圖2）。斷控縫洞型油氣藏平面分布差異大，整體具有“西油東氣，斷裂帶富集”的資源格局，其中順北1號(hào)斷裂帶及其以西地區(qū)主要為輕質(zhì)油藏，順北1號(hào)斷裂帶以東至順北8號(hào)斷裂帶為凝析氣藏，順北8號(hào)帶東為干氣藏［18］。

圖2 順北地區(qū)斷控縫洞型油氣藏模式Fig.2 Diagram showing the fault-controlled fractured-vuggy reservoir model in the Shunbeiarea

1.3 面臨的難題與挑戰(zhàn)

目前有關(guān)走滑斷裂帶的研究，主要集中于斷層輸導(dǎo)性與封閉性［22］、斷裂控縫作用［23］等方面，鮮有將斷裂及其破碎帶作為縫洞型儲(chǔ)集體加以研究的案例，對(duì)斷裂帶內(nèi)部油氣藏的分布與富集規(guī)律的研究更少，順北超深斷控縫洞型油氣藏尚無(wú)成熟的勘探開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)可供借鑒。因此，包括走滑斷裂帶儲(chǔ)集體內(nèi)部結(jié)構(gòu)與地質(zhì)建模、油氣藏精細(xì)描述、井軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)井網(wǎng)構(gòu)建、安全高效鉆井、儲(chǔ)層高效改造等方面需要自主探索。順北超深斷控縫洞型油氣藏勘探開(kāi)發(fā)與鉆完井工程技術(shù)面臨如下挑戰(zhàn)：

1）地質(zhì)方面，儲(chǔ)集體埋藏超深，且受走滑斷裂帶多期活動(dòng)影響，斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，儲(chǔ)集體非均質(zhì)性極強(qiáng)。目前鉆井揭示斷裂帶內(nèi)部的單條斷裂儲(chǔ)集體橫向?qū)挾纫话悴怀^(guò)10 m（側(cè)鉆井單層放空長(zhǎng)度）［18，21］，規(guī)模儲(chǔ)集體精細(xì)描述、靶點(diǎn)優(yōu)選與井軌跡設(shè)計(jì)難度大。

2）工程方面，目的層具有超深（7 200～9 000 m）、超高壓（89～129 MPa）、高溫（160～209℃）的特點(diǎn)，非目的層縱向發(fā)育多期斷裂、多套火成巖、多套壓力系統(tǒng)，對(duì)鉆井液及工具性能要求高，井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化及優(yōu)快成井難度大［24-25］；斷控縫洞體具有較強(qiáng)非均質(zhì)性，現(xiàn)有壓縮式和擴(kuò)張式裸眼分割器性能不能完全滿(mǎn)足高溫、高壓條件下的分段需求，部分區(qū)域裸眼完井井壁易破碎、掉塊，碳鋼井壁襯管完井方式后期側(cè)鉆難度大，井筒壓力控制、儲(chǔ)層保護(hù)及針對(duì)性改造工藝優(yōu)化難［26］。

3）效益勘探開(kāi)發(fā)難度大。開(kāi)展地質(zhì)-工程一體化實(shí)踐之前，平均鉆井周期長(zhǎng)達(dá)280 d，其中復(fù)雜時(shí)效占比達(dá)10%以上，單井投資超過(guò)2億元，特別復(fù)雜鉆井投資高達(dá)3億元，單井平均累產(chǎn)需超5×104t原油或3×108m3天然氣才具有商業(yè)價(jià)值［24］，對(duì)單井產(chǎn)能提升與工程成本控制的要求高。

面對(duì)上述難題，開(kāi)展地質(zhì)-工程一體化協(xié)同攻關(guān)，建立相適應(yīng)的地質(zhì)-工程一體化關(guān)鍵技術(shù)體系，提升高產(chǎn)井成功率，降低單井投資，是實(shí)現(xiàn)高效勘探、效益開(kāi)發(fā)的必由之路［27］。

2 地質(zhì)-工程一體化管理模式

2.1 地質(zhì)-工程一體化工作思路

圍繞提高單井產(chǎn)量和增加規(guī)?？蓜?dòng)用儲(chǔ)量，以“提速、提質(zhì)、提產(chǎn)、提效、降本”為目標(biāo)，以“多部門(mén)、多學(xué)科”融合為手段，打破原有“技術(shù)條塊分割、管理接力進(jìn)行”模式，搭建地質(zhì)-工程一體化、勘探-開(kāi)發(fā)一體化協(xié)同工作平臺(tái)，將地質(zhì)研究、工程設(shè)計(jì)和組織實(shí)施納入一體化協(xié)作體系，按照“概念方案一體化融合設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)實(shí)施一體化動(dòng)態(tài)優(yōu)化、學(xué)習(xí)提升一體化標(biāo)準(zhǔn)集成”工作模式，整合資源優(yōu)勢(shì)，多專(zhuān)業(yè)協(xié)同，一體化組織實(shí)施。

2.2 地質(zhì)-工程一體化運(yùn)行模式

采用地質(zhì)-工程一體化的技術(shù)思路，在井位部署、方案論證、設(shè)計(jì)編寫(xiě)、隨鉆跟蹤、完井改造和試油評(píng)價(jià)等各個(gè)環(huán)節(jié)，通過(guò)地質(zhì)、地球物理、測(cè)井、地質(zhì)力學(xué)、鉆井工程、完井測(cè)試等多學(xué)科的融合，形成針對(duì)超深碳酸鹽巖斷控儲(chǔ)集體的地質(zhì)-工程一體化運(yùn)行模式，實(shí)施過(guò)程分為以下6個(gè)步驟（圖3）。

圖3 順北油氣田地質(zhì)-工程一體化運(yùn)行模式Fig.3 Workflow of geological-engineering integration in the Shunbeioil/gas field

2.2.1 井位一體化部署

地質(zhì)上從整個(gè)區(qū)塊認(rèn)識(shí)出發(fā)，對(duì)鉆探目標(biāo)類(lèi)型、儲(chǔ)集體結(jié)構(gòu)、靶點(diǎn)位置、井型方式和復(fù)雜層段進(jìn)行論證，工程上根據(jù)地質(zhì)任務(wù)要求和地質(zhì)預(yù)測(cè)的各種風(fēng)險(xiǎn)，開(kāi)展工程可行性論證。

2.2.2 方案一體化論證

地質(zhì)上重點(diǎn)對(duì)部署依據(jù)、地質(zhì)任務(wù)、資料錄取、預(yù)期產(chǎn)能、存在風(fēng)險(xiǎn)等進(jìn)行論證，工程圍繞實(shí)現(xiàn)地質(zhì)目的、提高單井產(chǎn)量及鉆完井、儲(chǔ)層改造一體化方案進(jìn)行論證，針對(duì)存在的難題和風(fēng)險(xiǎn)共同提出解決的辦法和措施。

2.2.3 設(shè)計(jì)一體化編寫(xiě)

地質(zhì)、工程設(shè)計(jì)人員充分交流結(jié)合，依據(jù)地質(zhì)-工程一體化論證會(huì)議要求，協(xié)同編制鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)和鉆井工程設(shè)計(jì)。地質(zhì)設(shè)計(jì)重點(diǎn)加強(qiáng)上覆地層可能鉆遇的復(fù)雜層段（二疊系火成巖段、志留系裂縫發(fā)育段、桑塔木侵入巖段等）、全井段地層壓力、應(yīng)力場(chǎng)分布進(jìn)行預(yù)測(cè)。工程上根據(jù)地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)提示綜合考慮，優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)，選擇合理的泥漿窗口，建立最優(yōu)的軌跡穿行方式，從設(shè)計(jì)源頭降低工程風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.4 隨鉆一體化跟蹤

隨鉆一體化跟蹤包括地質(zhì)跟蹤、鉆井跟蹤和地震跟蹤，地質(zhì)、地球物理人員根據(jù)隨鉆錄井、測(cè)井和鉆遇異常情況，實(shí)時(shí)修正參數(shù)和模型，持續(xù)迭代風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)結(jié)果。同時(shí)在鉆開(kāi)目的層之前，對(duì)重點(diǎn)探井開(kāi)展VSP測(cè)井，及時(shí)修正目標(biāo)靶點(diǎn)，工程人員根據(jù)最新預(yù)測(cè)結(jié)果，及時(shí)調(diào)整井軌跡、鉆井液參數(shù)和井身結(jié)構(gòu)，制定風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施，從過(guò)程中降低工程風(fēng)險(xiǎn)，確保準(zhǔn)確命中目標(biāo)。

2.2.5 完井一體化改造

鉆井完鉆后根據(jù)實(shí)鉆油氣成果、測(cè)錄井、取心、聲波遠(yuǎn)探測(cè)等資料，結(jié)合應(yīng)力場(chǎng)分布和近井筒儲(chǔ)層三維預(yù)測(cè)結(jié)果，地質(zhì)-工程協(xié)同，分類(lèi)制定儲(chǔ)層改造方案，確定改造方式、改造層段、分段分級(jí)和施工參數(shù)。

2.2.6 試油一體化評(píng)價(jià)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試壓力、溫度、產(chǎn)能、氣油比和流體性質(zhì)等變化情況，進(jìn)行試油綜合評(píng)價(jià)，明確單井產(chǎn)能、地層壓力系數(shù)，制定合理的試采工作制度，協(xié)同開(kāi)展單井后評(píng)估。

3 地質(zhì)-工程一體化關(guān)鍵技術(shù)與成效

按照“協(xié)調(diào)高效，少井高產(chǎn)”的原則，形成“部好井、鉆好井、完好井”地質(zhì)-工程一體化關(guān)鍵技術(shù)體系（圖4）。形成“儲(chǔ)層建模與井型設(shè)計(jì)、儲(chǔ)量估算與井網(wǎng)構(gòu)建、目的層軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)目的層靶點(diǎn)精準(zhǔn)定位與軌跡設(shè)計(jì)最優(yōu)，達(dá)到“部好井”的地質(zhì)目的；形成“風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)與優(yōu)快鉆井”技術(shù)，地質(zhì)上對(duì)工程風(fēng)險(xiǎn)精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，工程上根據(jù)地質(zhì)預(yù)測(cè)提前制定應(yīng)對(duì)措施，同時(shí)加強(qiáng)目的層儲(chǔ)層保護(hù)，減少儲(chǔ)層污染，實(shí)現(xiàn)“鉆好井”的工程目標(biāo)；形成“分段酸壓與襯管完井、儲(chǔ)層分類(lèi)改造”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)近井儲(chǔ)集體針對(duì)性改造與井周儲(chǔ)量最大程度動(dòng)用，達(dá)到“少井高產(chǎn)”的效益目標(biāo)。

圖4 順北油氣田地質(zhì)-工程一體化關(guān)鍵技術(shù)系列示意圖Fig.4 Schematic diagramshowing key technologies for geological engineering integration in the Shunbeioil/gas field

3.1 儲(chǔ)層建模與井型設(shè)計(jì)技術(shù)

前期勘探實(shí)踐表明，走滑斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，儲(chǔ)集體非均質(zhì)性極強(qiáng)，構(gòu)建儲(chǔ)集體空間結(jié)構(gòu)模型，建立不同分段規(guī)模儲(chǔ)集體發(fā)育模式，形成差異化井型設(shè)計(jì)技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)“部好井”的基礎(chǔ)地質(zhì)工作。

3.1.1 主要儲(chǔ)集空間類(lèi)型識(shí)別

斷控縫洞型儲(chǔ)集體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要采用多類(lèi)型資料融合表征其儲(chǔ)集空間類(lèi)型。融合野外露頭、巖心、鉆井特征、酸化壓裂曲線、壓恢曲線等多類(lèi)型資料，斷控縫洞型儲(chǔ)集體主要發(fā)育洞穴、孔洞、裂縫等3種主要儲(chǔ)集空間類(lèi)型［28-29］。在地震剖面上，規(guī)模儲(chǔ)集體常見(jiàn)“串珠狀”異常體，其內(nèi)部是由洞穴、孔洞、裂縫系統(tǒng)和致密基巖交互組合形成的“柵狀”儲(chǔ)集結(jié)構(gòu)（圖5）；在鉆井上，主要表現(xiàn)為在斷層附近普遍鉆遇放空、漏失，漏失規(guī)模較大、漏速快、漏失泥漿密度普遍較低（1.18～1.3 g/cm3），為正常壓力系統(tǒng)；巖心常發(fā)育破碎角礫巖帶典型特征，常見(jiàn)半充填-未充填高角度裂縫發(fā)育［28］；測(cè)井曲線上洞穴型儲(chǔ)層電阻率明顯呈箱形降低，裂縫型儲(chǔ)層電阻率尖峰狀降低［29］；酸壓曲線顯示注酸期間泵壓明顯降低，排量與泵壓呈現(xiàn)“剪刀差”，停泵壓力普遍偏低，測(cè)壓降階段無(wú)明顯壓降或壓力升高，表現(xiàn)為酸壓易溝通、近井地層滲透性好、地層能量充足的特征；壓恢曲線上，呈“W-箱型”形態(tài)，表明內(nèi)部由裂縫-多洞穴型儲(chǔ)集系統(tǒng)構(gòu)成，近井多套儲(chǔ)集體連通規(guī)模大。

圖5 順北地區(qū)斷控縫洞型儲(chǔ)層模型與井型設(shè)計(jì)示意圖Fig.5 Schematic diagram showing fault-controlled fractured-vuggy reservoir models and well design in the Shunbei area

3.1.2 不同斷裂樣式儲(chǔ)層建模

基于不同斷裂體系演化差異與儲(chǔ)集體儲(chǔ)、滲性能關(guān)系分析、現(xiàn)今地應(yīng)力和斷裂走向夾角與裂縫開(kāi)啟程度分析［18］，將順北地區(qū)已發(fā)現(xiàn)的18條主干斷裂帶劃分為北東向單剪走滑體系、北西向單剪走滑體系、北東-北西向轉(zhuǎn)換斷裂體系及北東向壓脊走滑體系［18］。基于走滑斷裂構(gòu)造破裂成儲(chǔ)機(jī)理［28］，斷裂變形強(qiáng)度越大、走滑位移越大，斷控儲(chǔ)集體規(guī)模越大，同一斷裂體系具有相近的控儲(chǔ)、控藏特征。北東向單剪走滑體系走向與現(xiàn)今區(qū)域主應(yīng)力方向一致，且斷裂活動(dòng)強(qiáng)度大，儲(chǔ)集體規(guī)模大［28］。同一斷裂帶，基于斷裂走向與疊接方式，分為拉分段、擠壓段和平移段等3種典型樣式［18，28］?；诜侄螛邮?，構(gòu)建以走滑拉分“脫空”和擠壓“核帶”兩種主要儲(chǔ)集體端元類(lèi)型［28］，不同應(yīng)力性質(zhì)走滑斷裂的脫空結(jié)構(gòu)和核帶結(jié)構(gòu)占比不同，其中北東向斷裂體系以拉分脫空結(jié)構(gòu)為主，洞穴型儲(chǔ)集體發(fā)育；北西斷裂體系以擠壓核帶結(jié)構(gòu)為主，裂縫型儲(chǔ)集體發(fā)育［28］。同一分段樣式下，基于野外露頭觀察、物理模型及地震異常響應(yīng)特征，分段內(nèi)部同一條斷裂可細(xì)分為疊接段和橋接段，其中疊接段以走滑、傾移為主，是疊接分段的主斷層，地震剖面上“串珠”異常體較發(fā)育，鉆揭洞穴型儲(chǔ)集體發(fā)育，油氣更為富集；橋接段以?xún)A移為主，多是派生分支斷裂，地震剖面上“串珠”異常體欠發(fā)育，鉆揭主要發(fā)育裂縫型儲(chǔ)集體，規(guī)模較小，油氣富集程度相對(duì)較低。

走滑斷裂帶在平面和縱向上是由一系列不連續(xù)的斷裂首尾側(cè)接而成的，儲(chǔ)集體非均質(zhì)性強(qiáng)，實(shí)鉆已證實(shí)斷裂帶內(nèi)部發(fā)育多套成組系、受斷裂帶控制的縫洞系統(tǒng)，斷控洞穴、裂縫系統(tǒng)和致密基巖互層組合形成“柵狀”儲(chǔ)集結(jié)構(gòu)。不同斷裂“時(shí)間-空間-結(jié)構(gòu)”演化差異性導(dǎo)致儲(chǔ)集體空間結(jié)構(gòu)的差異性，平移段和疊接構(gòu)造的橋接段發(fā)育“單斷單柵”儲(chǔ)集結(jié)構(gòu)，疊接構(gòu)造的疊接段發(fā)育“單斷多柵”儲(chǔ)集結(jié)構(gòu)，兩條或多條相鄰斷裂組合帶可發(fā)育“多斷多柵”儲(chǔ)集結(jié)構(gòu)（圖5）。

3.1.3 不同斷裂樣式井型設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)斷控縫洞型儲(chǔ)集體不同分段進(jìn)行地質(zhì)建模及儲(chǔ)集體分布規(guī)律研究，構(gòu)建“差異分段、一體多柵”儲(chǔ)集體地質(zhì)模型（圖5a）?；谔岣邌尉a(chǎn)量及儲(chǔ)量動(dòng)用規(guī)模、增大泄油面積、利于井筒穩(wěn)定快速成井與儲(chǔ)層改造等原則，應(yīng)用縫洞立體雕刻、地應(yīng)力模擬等技術(shù)，針對(duì)不同“柵狀結(jié)構(gòu)”模式，形成差異化井型設(shè)計(jì)技術(shù)。

針對(duì)橋接段等裂縫型儲(chǔ)層占比相對(duì)更高的部位（圖5b），小區(qū)域內(nèi)儲(chǔ)集體相對(duì)分散、單個(gè)破碎體儲(chǔ)量小的多縫洞單元，平面上設(shè)計(jì)為軌跡與斷裂中-小角度相交、長(zhǎng)水平段多穿縫洞體，增大溝通泄油面積；縱向上設(shè)計(jì)淺井，與疊接段深井構(gòu)建“縫注洞采、淺注深采”立體井網(wǎng)。

針對(duì)疊接部位等洞穴型儲(chǔ)層發(fā)育部位（圖5c，d），地震響應(yīng)以“串珠”強(qiáng)反射為主、空間上儲(chǔ)量分布集中的縫洞體，縱向上設(shè)計(jì)為大斜度深井或近水平深井橫穿斷裂帶，實(shí)現(xiàn)鉆揭規(guī)模洞穴型儲(chǔ)集體，增大泄油面積；平面上設(shè)計(jì)為井軌跡與斷裂大角度相交、盡可能小水平位移鉆揭斷裂帶內(nèi)多組斷面，擴(kuò)大酸壓儲(chǔ)層改造范圍，提高儲(chǔ)量動(dòng)用率。

3.2 儲(chǔ)量估算與井網(wǎng)構(gòu)建技術(shù)

與常規(guī)的層狀碎屑巖油氣藏不同，斷控縫洞型油氣藏主要受高陡走滑斷裂帶的控制，不同斷裂帶分段儲(chǔ)層發(fā)育情況亦不同，井網(wǎng)構(gòu)建難度大。通過(guò)目標(biāo)井區(qū)儲(chǔ)量估算及連通性表征，進(jìn)而構(gòu)建空間井網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)油氣藏高效動(dòng)用。

3.2.1 規(guī)模儲(chǔ)集體地震響應(yīng)特征

基于實(shí)鉆井井-震標(biāo)定和模型正演分析，明確斷控縫洞型儲(chǔ)層在一間房組的地震響應(yīng)特征主要為地震反射軸的“錯(cuò)段、弱振幅、波谷振幅異?！?，在鷹山組內(nèi)幕的地震響應(yīng)特征主要為“串珠反射、雜亂反射、線性弱反射”。規(guī)模儲(chǔ)層主要對(duì)應(yīng)鷹山組內(nèi)幕的地震異常反射特征，其中洞穴和孔洞型儲(chǔ)層主要為“串珠反射”和“雜亂反射”的地震響應(yīng)特征，裂縫型儲(chǔ)層主要為“線性弱反射”的地震響應(yīng)特征［30-32］。

3.2.2 儲(chǔ)集體空間雕刻與儲(chǔ)量估算

利用瞬時(shí)能量屬性、頻譜不連續(xù)性屬性、AFE屬性分別描述“串珠反射”、“雜亂反射”和“線性弱反射”地震相，在已鉆井放空漏失和儲(chǔ)層測(cè)井解釋標(biāo)定的基礎(chǔ)上，分別確定上述3種地震相刻畫(huà)屬性的門(mén)檻值，分類(lèi)描述斷控縫洞體中的洞穴、孔洞和裂縫型儲(chǔ)層，將代表3類(lèi)儲(chǔ)層的地震屬性融合形成斷控縫洞型儲(chǔ)層的空間雕刻體。以空間雕刻體為約束，通過(guò)填充不同類(lèi)型儲(chǔ)層的初始波阻抗值建立相控反演的初始波阻抗體，開(kāi)展井-震結(jié)合的稀疏脈沖反演得到縱波阻抗體，通過(guò)測(cè)井解釋成果建立斷控縫洞型儲(chǔ)層的波阻抗-孔隙度量版，將波阻抗體轉(zhuǎn)化成孔隙度體，在孔隙度體基礎(chǔ)上計(jì)算儲(chǔ)集體體積，結(jié)合含油飽和度、氣油比等油藏參數(shù)進(jìn)行儲(chǔ)量估算［33-34］。

3.2.3 縫洞體連通表征與單元?jiǎng)澐?/p>

通過(guò)斷裂物性值網(wǎng)格化處理，定量計(jì)算連通概率值，采用斷裂面孔隙度矩陣自動(dòng)追蹤算法求取斷裂面最優(yōu)連通路徑，實(shí)現(xiàn)井間連通路徑的自動(dòng)識(shí)別（圖6），連通路徑從“定性描述”轉(zhuǎn)變?yōu)椤岸孔R(shí)別”。在連通路徑識(shí)別基礎(chǔ)上，根據(jù)縫洞與連通面的關(guān)聯(lián)關(guān)系，劃分縫洞單元。

圖6 順北地區(qū)斷控縫洞型儲(chǔ)集體連通性表征與單元?jiǎng)澐諪ig.6 Connectivity characterization and unit division of fault-controlled fractured-vuggy reservoirs in the Shunbeiarea

3.2.4 探-評(píng)-建一體化井網(wǎng)構(gòu)建

勘探-開(kāi)發(fā)一體化實(shí)現(xiàn)整體部署，第一階段針對(duì)不同斷裂段、斷裂性質(zhì)、地質(zhì)條件、地震反射特征的目標(biāo)體，部署探井實(shí)現(xiàn)分段控制；第二階段一體化優(yōu)化布局，對(duì)斷裂帶縫洞單元體實(shí)現(xiàn)整體控制，同步考慮單元注采和提高采收率，構(gòu)建各單元深淺不同開(kāi)發(fā)井組。通過(guò)儲(chǔ)集體體積雕刻、儲(chǔ)量估算與一體化井網(wǎng)構(gòu)建，落實(shí)不同斷裂帶油氣藏規(guī)模和展布特征，設(shè)計(jì)探-評(píng)-建一體化井網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同斷裂帶斷控縫洞型油氣藏優(yōu)化部署，分階段搭建產(chǎn)能陣地，提高地質(zhì)儲(chǔ)量動(dòng)用程度。

3.3 目的層軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

斷控縫洞型油氣藏埋深大，地震資料信噪比低，目標(biāo)靶點(diǎn)準(zhǔn)確定位難度大，導(dǎo)致鉆進(jìn)過(guò)程中儲(chǔ)層鉆遇率低，成井周期長(zhǎng)、單井鉆井成本高［35］。通過(guò)靶點(diǎn)優(yōu)選、儲(chǔ)量動(dòng)用與產(chǎn)能預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)目的層井軌跡的系統(tǒng)優(yōu)化。

3.3.1 靶點(diǎn)優(yōu)選定位與動(dòng)態(tài)調(diào)整

面向順北大沙漠覆蓋、大埋深、火山巖復(fù)雜等勘探難點(diǎn)，強(qiáng)化采集、處理、解釋一體化技術(shù)攻關(guān)。通過(guò)優(yōu)化采集系統(tǒng)，確定適用觀測(cè)系統(tǒng)與激發(fā)接受參數(shù)，獲得反映深層斷控儲(chǔ)集體的高品質(zhì)地震資料；通過(guò)優(yōu)選處理方案，確定最優(yōu)處理參數(shù)，優(yōu)選精細(xì)速度建模與成像方法，提升斷裂帶內(nèi)幕及較小尺度縫洞體成像精度。

靶點(diǎn)優(yōu)選定位方面，通過(guò)實(shí)鉆井標(biāo)定和正演分析，明確“串珠波谷”對(duì)應(yīng)斷控儲(chǔ)集體的規(guī)模儲(chǔ)層，在空間上規(guī)模儲(chǔ)層頂面一般位于波谷中-下部。利用斷控縫洞體空間雕刻結(jié)果，預(yù)測(cè)洞穴類(lèi)儲(chǔ)層發(fā)育位置及其與孔洞、裂縫儲(chǔ)層之間的關(guān)系，確定洞穴類(lèi)儲(chǔ)層發(fā)育位置中心為鉆井靶點(diǎn)。通過(guò)洞穴、孔洞和裂縫不同類(lèi)型儲(chǔ)層雕刻體，可以直觀立體顯示洞穴內(nèi)部能量差異，相比僅靠二維剖面和平面屬性定位更加精準(zhǔn)。

為確定鉆井地質(zhì)目標(biāo)的空間位置，實(shí)施VSP隨鉆地震地質(zhì)導(dǎo)向資料采集、處理與解釋?zhuān)肰SP速度對(duì)疊前深度偏移的速度模型進(jìn)行優(yōu)化校正，在原始深度速度場(chǎng)基礎(chǔ)上，通過(guò)VSP匹配與地質(zhì)約束，快速更新速度場(chǎng)，使速度更為準(zhǔn)確，從而預(yù)測(cè)目的層深度更為精準(zhǔn)。利用VSP測(cè)井速度修正地面地震速度場(chǎng)，對(duì)現(xiàn)有三維地震資料進(jìn)行疊前深度偏移重新處理，進(jìn)一步確定縫洞的空間位置，明確靶點(diǎn)，動(dòng)態(tài)調(diào)整鉆井軌跡，保證靶點(diǎn)最優(yōu)化。

3.3.2 井控儲(chǔ)量估算與動(dòng)用方式

通過(guò)立體雕刻，把雕刻出的每一個(gè)地震異常體進(jìn)行標(biāo)號(hào)與體積計(jì)算，再結(jié)合孔隙度、飽和度等參數(shù)逐個(gè)計(jì)算地震異常體儲(chǔ)量，通過(guò)縫洞與連通路徑的關(guān)系，綜合判斷井控范圍內(nèi)的異常體，并累加計(jì)算井控儲(chǔ)量。融合儲(chǔ)集體刻畫(huà)、儲(chǔ)量估算、連通性表征等成果，形成斷裂連通和軌跡連通兩種動(dòng)用方式，并估算單井可能動(dòng)用的儲(chǔ)量大小。

3.3.3 目的層井軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)

在儲(chǔ)集體分類(lèi)建模、儲(chǔ)量估算及連通性分析基礎(chǔ)上，根據(jù)預(yù)探、評(píng)價(jià)、產(chǎn)能建設(shè)等不同階段，形成不同斷裂帶“柵狀”儲(chǔ)集體結(jié)構(gòu)的井軌跡設(shè)計(jì)技術(shù)（圖5），提高一次儲(chǔ)層鉆遇率、單井儲(chǔ)量動(dòng)用率及單井產(chǎn)量。

1）單斷多柵“一井一控”井軌跡設(shè)計(jì)技術(shù)

針對(duì)以強(qiáng)反射為主、空間上儲(chǔ)量分布集中的“單斷多柵”儲(chǔ)集體（圖5c），縱向上設(shè)計(jì)為深井，大斜度（井斜角45°～90°）揭穿強(qiáng)能量異常，保證鉆揭規(guī)模洞穴型儲(chǔ)集體，增大泄油面積；平面上設(shè)計(jì)為軌跡與斷裂大角度（60°～90°）相交、小水平位移鉆揭斷裂帶內(nèi)多組段面，擴(kuò)大酸壓儲(chǔ)層改造范圍，提高儲(chǔ)量動(dòng)用率。

2）單斷單柵“一井多控”井軌跡設(shè)計(jì)技術(shù)

針對(duì)小區(qū)域內(nèi)儲(chǔ)集體相對(duì)分散，單個(gè)破碎體儲(chǔ)量小的“單斷單柵”儲(chǔ)集體（圖5b），平面上設(shè)計(jì)為軌跡與斷裂小角度相交（0°～30°）、長(zhǎng)水平段鉆揭前、后端多個(gè)縫洞體，增大溝通泄油面積；縱向上設(shè)計(jì)為淺井，初步與疊接段深井構(gòu)建“縫注洞采、淺注深采”立體注采井網(wǎng)。

3）多斷多柵“一井多靶”井軌跡設(shè)計(jì)技術(shù)

針對(duì)兩條或多條相鄰斷裂組合帶，多個(gè)儲(chǔ)集體空間距離較近的“多斷多柵”儲(chǔ)集體（圖5d），平面上設(shè)計(jì)為軌跡與斷裂中小角度相交（40°～60°）、長(zhǎng)水平段鉆揭多個(gè)儲(chǔ)集體，增大溝通泄油面積；縱向上設(shè)計(jì)為深井或淺井，與鄰井構(gòu)建“縫注洞采、淺注深采”立體注采井網(wǎng)。

3.4 風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)與優(yōu)快鉆井技術(shù)

順北地區(qū)上覆地層和奧陶系目的層地質(zhì)條件復(fù)雜，復(fù)雜火成巖、侵入巖、異常高壓、斷裂破碎帶導(dǎo)致鉆井面臨漏失、溢流和井壁垮塌等風(fēng)險(xiǎn)，斷控縫洞型儲(chǔ)集體和地應(yīng)力分布復(fù)雜，給鉆井部署和施工帶來(lái)一系列挑戰(zhàn)，開(kāi)展地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)，支撐實(shí)現(xiàn)優(yōu)快鉆井意義重大。

3.4.1 風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)與井口甄選技術(shù)

1）二疊系火成巖預(yù)測(cè)技術(shù)

通過(guò)對(duì)已鉆井二疊系漏失位置精細(xì)標(biāo)定，發(fā)現(xiàn)凝灰?guī)r和英安巖漏失風(fēng)險(xiǎn)大，地震反射特征為雜亂反射，玄武巖漏失風(fēng)險(xiǎn)小，地震反射特征為板狀連續(xù)強(qiáng)反射。利用地震波形特征差異，采用“波形分類(lèi)”的技術(shù)手段預(yù)測(cè)火成巖橫向分布，分析漏失風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)根據(jù)英安巖、凝灰?guī)r和玄武巖波阻抗差異，開(kāi)展疊后波阻抗反演，提高二疊系火成巖不同巖性厚度預(yù)測(cè)精度。

2）志留系斷裂、裂縫帶預(yù)測(cè)技術(shù)

志留系易發(fā)生井漏，漏失主要與斷裂、裂縫發(fā)育相關(guān)。對(duì)原始地震數(shù)據(jù)開(kāi)展斷裂增強(qiáng)處理，針對(duì)斷裂增強(qiáng)處理后的地震數(shù)據(jù)體開(kāi)展多尺度斷裂檢測(cè)屬性分析，提高小尺度斷裂識(shí)別能力。形成以“斷裂增強(qiáng)處理+多尺度斷裂、裂縫預(yù)測(cè)”為主的志留系漏失風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)技術(shù)。

3）輝綠巖侵入體預(yù)測(cè)技術(shù)

順北地區(qū)發(fā)育侵入巖，鉆井鉆遇侵入巖易發(fā)生井壁垮塌，當(dāng)鉆遇地層傾角陡的侵入巖時(shí)會(huì)發(fā)生偏斜風(fēng)險(xiǎn)，造成鉆井周期及成本增加。侵入巖在地震剖面上表現(xiàn)為較明顯的穿層板狀強(qiáng)反射特征，首先在地震資料上追蹤侵入巖發(fā)育范圍，其次在精細(xì)速度建模的基礎(chǔ)上進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換，提取侵入巖的地層傾角屬性，最后通過(guò)疊后波阻抗反演，預(yù)測(cè)侵入巖的厚度，提高侵入巖深度、厚度和傾角預(yù)測(cè)精度。

4）異常高壓預(yù)測(cè)技術(shù)

通過(guò)對(duì)順北地區(qū)碎屑巖段溢流段的標(biāo)定、地球物理和測(cè)井曲線分析，溢流段具有地層速度變小和孔隙度增大的特征，同時(shí)溢流主要發(fā)育在砂、泥互層段，符合欠壓實(shí)作用的特征，認(rèn)為異常高壓成因主要為欠壓實(shí)作用。通過(guò)對(duì)順北地區(qū)鉆、錄、測(cè)井資料鉆后評(píng)估分析，進(jìn)行了分巖性和分層段巖石物理模擬，構(gòu)建了地層壓力預(yù)測(cè)模型，建立了以高精度速度反演為基礎(chǔ)的地層壓力預(yù)測(cè)方法。

目的層碳酸鹽巖溢流段主要集中在一間房組，構(gòu)造的相對(duì)高部位，且測(cè)井資料顯示發(fā)育縫洞型儲(chǔ)層，認(rèn)為異常高壓的成因主要為構(gòu)造擠壓和生烴作用。傳統(tǒng)Eaton法不適合碳酸鹽巖地層壓力預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)難度大，在碳酸鹽巖目的層段形成以“T0趨勢(shì)差、T47去強(qiáng)軸和應(yīng)力分析”為主的定性預(yù)測(cè)技術(shù)，指導(dǎo)確定泥漿密度窗口，盡可能保護(hù)油氣層。

5）井口甄選技術(shù)

在上覆地層鉆井風(fēng)險(xiǎn)和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，通過(guò)三維空間雕刻及“甜點(diǎn)”空間定位技術(shù)精選靶點(diǎn)，在靶點(diǎn)周邊約1 km半徑范圍內(nèi)，結(jié)合斷裂解析和鉆井地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)結(jié)果，形成“緊貼目的層斷裂帶，避非目的層斷層，避高陡火成巖，避易漏易溢層”的井口甄選技術(shù)（圖7）。

圖7 順北地區(qū)斷控縫洞型儲(chǔ)層井口與井軌跡設(shè)計(jì)示意圖Fig.7 Schematic diagramshowing the wellhead and well trajectory of fault-controlled fractured-vuggy reservoirs in the Shunbeiarea

3.4.2 優(yōu)快鉆井技術(shù)

基于鉆前高精度地震層速度反演結(jié)果，建立地層四壓力預(yù)測(cè)模型，構(gòu)建鉆前四壓力剖面，明確必封點(diǎn)，確定全井段安全泥漿窗口，形成順標(biāo)系列井身結(jié)構(gòu)［36-37］；基于古生界巖性特征、巖石力學(xué)參數(shù)及抗鉆特性研究，優(yōu)選高效鉆頭及輔助破巖工具，優(yōu)化防斜鉆具組合和鉆井參數(shù)，形成古生界分層提速技術(shù)系列，主要包括：二疊系以淺“穿夾層PDC+大扭矩螺桿”提速技術(shù)，二疊系火成巖“異型齒PDC+扭沖/大扭矩螺桿”高效破巖技術(shù)，石炭系-志留系強(qiáng)參數(shù)破巖技術(shù)，桑塔木組“PDC+垂鉆+大扭矩螺桿”防斜打快技術(shù)，奧陶系儲(chǔ)層“混合鉆頭+抗高溫大扭矩螺桿”高效定向技術(shù)，機(jī)械鉆速提升50%以上［38-40］。

基于地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)結(jié)果，明確二疊系火成巖、志留系漏失風(fēng)險(xiǎn)，侵入體和破碎地層坍塌風(fēng)險(xiǎn)，構(gòu)建井筒強(qiáng)化技術(shù)系列。包括二疊系逢縫即堵堵漏技術(shù)［41］，志留系低密度高效穿漏技術(shù)，微納米隨鉆封堵提承壓技術(shù)，“物理支撐+隨鉆封堵+精細(xì)施工”侵入體防塌技術(shù)［42］，破碎性地層微納米強(qiáng)封堵防塌技術(shù)等。二疊系-志留系漏失率從前期70%降至20%，單井堵漏周期從57.3 d降至10.8 d，奧陶系井壁失穩(wěn)處理復(fù)雜周期從196.2 d降至7.9 d。

基于地質(zhì)相控阻抗反演及分類(lèi)雕刻量化研究結(jié)果，開(kāi)展近井儲(chǔ)集體精細(xì)描述，為定向工藝優(yōu)化提供支撐。井眼軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)方面，針對(duì)儲(chǔ)層特征，優(yōu)化井眼曲率半徑，鉆井軌道由單增剖面優(yōu)化為雙增剖面；定向工藝方面，研選定向用混合鉆頭，提高定向鉆進(jìn)時(shí)工具面的穩(wěn)定性，以提高定向效率［43-44］，單趟鉆純鉆時(shí)間由35 h提高至50 h以上；優(yōu)選5頭7級(jí)抗高溫定向彎螺桿，單趟純鉆時(shí)間由70 h提高到100 h，機(jī)械鉆速由2.2 m/h提高到3.5 m/h。配套測(cè)量?jī)x器方面，優(yōu)選滿(mǎn)足高溫高壓需求隨鉆測(cè)量?jī)x器，井斜測(cè)量精度±0.1°，儀器故障率由21%降低至12%。

3.4.3 儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)

順北斷控縫洞型儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，多尺度裂縫油氣滲流通道發(fā)育，基質(zhì)滲透性差，儲(chǔ)層污染對(duì)單井產(chǎn)能影響較大。室內(nèi)研究表明，碳酸鹽巖儲(chǔ)層巖石存在中偏強(qiáng)的堿敏，弱速敏、水敏、鹽敏，無(wú)酸敏性，固相侵入是儲(chǔ)層損害的主控因素［44］。根據(jù)儲(chǔ)層壓力預(yù)測(cè)結(jié)果，合理選擇鉆井液密度，配套可酸溶暫堵鉆井液體系，減少高密度鉆井液污染儲(chǔ)層［45］。根據(jù)理想充填以及SAN-2工程分布理論，優(yōu)選多粒級(jí)剛性顆粒、變形材料，構(gòu)建隨鉆暫堵體系和不同裂縫寬度的高效橋接堵漏體系。

使用“控壓+降密度”鉆井工藝，配合旋轉(zhuǎn)控制頭、節(jié)流管匯、節(jié)控箱（液動(dòng)）、壓井管匯、液氣分離器等主要控壓設(shè)備，通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)流管匯液動(dòng)節(jié)流閥閥位開(kāi)度，以立套壓、液面為依據(jù)，進(jìn)行控壓（套壓＜5 MPa）鉆井，實(shí)現(xiàn)微過(guò)平衡（控制漏速小于2 m3/h）鉆進(jìn)，實(shí)現(xiàn)減少漏失量、多穿有效儲(chǔ)層的目的。推廣應(yīng)用后儲(chǔ)層穿漏進(jìn)尺最長(zhǎng)635 m，鉆井液密度最低降至1.05 g/cm3，鉆井液漏失量降低44%。

通過(guò)建立風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)與優(yōu)快鉆井關(guān)鍵技術(shù)，較準(zhǔn)確預(yù)警、預(yù)報(bào)鉆井地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，在鉆井設(shè)計(jì)階段盡可能避開(kāi)風(fēng)險(xiǎn)，在鉆進(jìn)過(guò)程中提前準(zhǔn)備風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施，解決鉆井工程難題，提速、提質(zhì)、提效實(shí)現(xiàn)快速安全鉆井，同時(shí)提高井筒穩(wěn)定性，為后期完井提供支撐。

3.5 分段酸壓與襯管完井技術(shù)

3.5.1 裸眼分段酸壓完井技術(shù)

柵狀儲(chǔ)集結(jié)構(gòu)一井多靶井型特點(diǎn)決定了，籠統(tǒng)酸化不能充分改造多個(gè)儲(chǔ)集體，綜合動(dòng)用效果差，因而完井工藝需采用分段改造方式擴(kuò)大動(dòng)用，提升單井產(chǎn)能。奧陶系儲(chǔ)層段破碎、天然裂縫發(fā)育，裸眼井徑不規(guī)則、漏失嚴(yán)重，套管固井難度大，因此需優(yōu)選裸眼分段完井方式。常用的壓縮式裸眼分段工具對(duì)井眼條件要求高，需滿(mǎn)足井眼曲率≤8°（每30 m）、井徑擴(kuò)大率≤5%，而順北90%以上的油氣井不滿(mǎn)足要求；井眼適應(yīng)性更強(qiáng)的擴(kuò)張式裸眼封隔器耐溫（150℃）、耐壓（50 MPa），滿(mǎn)足不了順北應(yīng)用需求。

結(jié)合地質(zhì)-工程一體化需求，優(yōu)選擴(kuò)張式裸眼封隔器裸眼分段方案，攻關(guān)提升完井工具性能。一方面通過(guò)橡膠、骨架支撐結(jié)構(gòu)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)張式膠筒耐溫、耐壓性能提升，另一方面創(chuàng)新設(shè)計(jì)永久關(guān)閉式膠筒進(jìn)液結(jié)構(gòu)，封隔器坐封后，膠筒內(nèi)液量不因環(huán)境溫度、壓力變化而改變，實(shí)現(xiàn)了改造-投產(chǎn)過(guò)程中100～180℃大溫差條件下的長(zhǎng)效密封。

通過(guò)上述改進(jìn)，攻關(guān)形成一種耐高溫、耐高壓的K343擴(kuò)張式裸眼封隔器，相對(duì)常規(guī)裸眼封隔器，耐溫由150℃提升至180℃，耐壓由50 MPa提升至70 MPa，膠筒長(zhǎng)度由0.2 m提升至1.2 m，適用裸眼曲率由8°（每30 m）提升至20°（每30 m），擴(kuò)徑率由5%提升至10%，封隔器整體性能提升了40%以上，適應(yīng)性也顯著提升，充分發(fā)揮了擴(kuò)張式裸眼封隔器的優(yōu)勢(shì)：膠筒長(zhǎng)，天然裂縫封隔能力強(qiáng)；剛度低，軌跡適應(yīng)能力強(qiáng)；擴(kuò)張率大，井徑適應(yīng)能力強(qiáng)；性能提升，滿(mǎn)足順北溫度壓力需求。同時(shí)配套頂部懸掛封隔器、分段滑套、耐酸可溶球等工具，形成了一種適用于順北超深儲(chǔ)層的擴(kuò)張式裸眼分段酸壓完井技術(shù)。

3.5.2 井壁支撐襯管完井技術(shù)

順北斷控縫洞型儲(chǔ)層受地質(zhì)構(gòu)造和斷裂帶影響，易破碎、坍塌風(fēng)險(xiǎn)高［43］，油氣井常采用裸眼完井方式，前期已發(fā)現(xiàn)5口井因井壁坍塌而停產(chǎn)，累計(jì)損失產(chǎn)量256 t/d。井深在8 000 m以上的油氣井面臨修井周期長(zhǎng)、修井成本高、恢復(fù)生產(chǎn)困難等難題。

基于地質(zhì)多靶點(diǎn)“一井多控”布井思路，完井工藝需滿(mǎn)足裸眼井壁支撐、后期易側(cè)鉆的雙重需求。針對(duì)“單斷單柵”儲(chǔ)集結(jié)構(gòu)，提出鋁合金易鉆襯管井壁支撐完井思路。通過(guò)易鉆金屬材質(zhì)、耐酸涂層優(yōu)選，易鉆襯管尺寸優(yōu)化，研發(fā)形成一種耐溫180℃、耐壓70 MPa、內(nèi)徑100 mm的耐酸鋁合金油管，并配套耐酸F-3涂層，具有“易鉆磨、能酸壓、能修井”三大技術(shù)優(yōu)勢(shì)［46-47］。

通過(guò)管柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化、關(guān)鍵工具配套等，攻關(guān)形成“可回收頂部懸掛封隔器+易鉆管+碳鋼盲管/篩管”和“易鉆丟手器+易鉆管+機(jī)械反扣丟手+碳鋼盲管/篩管”兩種井壁支撐完井管柱（圖8），管柱尺寸的選擇結(jié)合裸眼尺寸、狗腿度等，遵循“優(yōu)先保證下入、再保證通徑”的原則。為了降低完井作業(yè)成本，采用易鉆、碳鋼復(fù)合襯管管柱設(shè)計(jì)，易鉆管頂部位置設(shè)計(jì)為生產(chǎn)套管管鞋以上50 m以?xún)?nèi)，底部位置設(shè)計(jì)為造斜點(diǎn)（或側(cè)鉆點(diǎn)）以下50 m以?xún)?nèi)。結(jié)合測(cè)井解釋成果和地質(zhì)認(rèn)識(shí)，篩管位置正對(duì)優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層段，保證儲(chǔ)集體得到針對(duì)性的改造和充分的產(chǎn)能釋放。

圖8 破碎帶儲(chǔ)層襯管完井管柱結(jié)構(gòu)示意圖Fig.8 Schematic diagramof liner completion string structure in reservoirs in fractured zones

3.6 儲(chǔ)層分類(lèi)改造技術(shù)

針對(duì)井區(qū)“柵狀結(jié)構(gòu)”模型，通過(guò)近井不同類(lèi)型儲(chǔ)集體精細(xì)描述，實(shí)施針對(duì)性高效改造完井工藝，形成超深碳酸鹽巖斷控縫洞型油氣藏高效改造技術(shù)系列。開(kāi)展不同儲(chǔ)層類(lèi)型及井儲(chǔ)關(guān)系研究，攻關(guān)復(fù)合深度酸化疏通、復(fù)雜縫改造、縱、橫向深穿透溝通、暫堵+工具分段酸壓改造技術(shù)，形成斷控縫洞型油氣藏高效改造技術(shù)系列（表1），解決超深斷控縫洞型油氣藏“易漏失、弱連通、強(qiáng)封隔”開(kāi)采難題。

表1 順北地區(qū)斷控縫洞型油氣藏高效改造工藝選型Table 1 Selection of high-efficiency reconstruction technology for fault-controlled fractured-vuggy reservoirs in the Shunbeiarea

3.6.1 復(fù)合酸深部疏通技術(shù)

順北鉆井漏失量大，水平井鉆井巖屑難返出，井周污染嚴(yán)重，疏通難度大；閉合壓力高，縫寬小，導(dǎo)流能力下降快。針對(duì)上述問(wèn)題，基于酸蝕蚓孔擴(kuò)展研究，提出了土酸+膠凝酸溶蝕近井污染、反應(yīng)速度慢的自生酸+穿透距離遠(yuǎn)的交聯(lián)酸進(jìn)行復(fù)合酸化提高遠(yuǎn)井導(dǎo)流能力的復(fù)合酸深部疏通技術(shù)，疏通范圍30～60 m，有效解決漏失污染井的復(fù)產(chǎn)、增產(chǎn)問(wèn)題。

3.6.2 復(fù)雜縫改造技術(shù)

針對(duì)破碎帶內(nèi)天然裂縫發(fā)育，但連通性差的問(wèn)題，基于縫網(wǎng)形成數(shù)值模擬與物模實(shí)驗(yàn)研究［48］，攻關(guān)形成復(fù)雜縫改造技術(shù)，先注入高粘壓裂液形成高導(dǎo)流深穿透主縫，溝通斷裂體；再注入低粘度的“酸性滑溜水”，刻蝕、激活、連通天然裂縫，大幅增加斷裂體內(nèi)部改造范圍（體積），實(shí)現(xiàn)由“點(diǎn)線溝通”向“面體溝通”轉(zhuǎn)變。

3.6.3 縱、橫向深穿透溝通技術(shù)

針對(duì)井眼距離儲(chǔ)集體遠(yuǎn)、常規(guī)酸壓難以溝通的問(wèn)題，基于裂縫擴(kuò)展理論［48］，攻關(guān)形成深穿透溝通技術(shù)，采用大排量（9 m3/min以上）、大規(guī)模（2 000 m3以上）和高粘壓裂液（200 mPa·s以上），提高凈壓力，促使裂縫縱、橫向快速延伸，實(shí)現(xiàn)縱、橫向未鉆達(dá)儲(chǔ)集體的有效溝通。同時(shí)采用4.5 in油管、140 MPa井口及加重壓裂液，提高施工能力。

3.6.4 分段酸壓技術(shù)

針對(duì)水平井周?chē)卸嗵變?chǔ)集體，籠統(tǒng)酸壓難以高效動(dòng)用的難題，攻關(guān)形成工具+暫堵分段技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多套儲(chǔ)集體同時(shí)動(dòng)用。針對(duì)無(wú)放空/小漏失井，暫堵分段酸壓可滿(mǎn)足二級(jí)改造，最大暫堵壓力可達(dá)15 MPa；針對(duì)洞穴-裂縫型儲(chǔ)集體井多個(gè)斷面/破碎體改造，且擴(kuò)徑＜5%、井眼曲率≤15°（每30 m）的裸眼采用工具硬分段酸壓工藝精確動(dòng)用；鑒于工具分段對(duì)井筒條件要求高，暫堵分段適用于無(wú)放空/小漏失井，對(duì)于多套有利儲(chǔ)集體目標(biāo)，可采用工具+暫堵復(fù)合分段酸壓，提高分段能力、動(dòng)用多個(gè)分隔斷面/破碎體。

3.7 地質(zhì)-工程一體化成效

針對(duì)順北超深斷控縫洞型油氣藏，聚焦地質(zhì)與工程技術(shù)關(guān)鍵難題，通過(guò)多學(xué)科、產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合攻關(guān)，大力實(shí)施地質(zhì)-工程一體化，取得明顯成效：①地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警綜合吻合率由55%提高到95%，提高40%，單井復(fù)雜故障時(shí)效由12.58%降至5.03%，降低60%，平均鉆井周期大幅縮短，由280 d降至170 d（最低128 d），平均單井周期縮短量超過(guò)100 d；②實(shí)現(xiàn)高效勘探與效益開(kāi)發(fā)，發(fā)現(xiàn)順北4號(hào)、8號(hào)斷裂帶兩個(gè)油氣當(dāng)量超億噸的凝析氣藏增儲(chǔ)區(qū)帶，21口完鉆井全部獲得高產(chǎn)，其中初產(chǎn)油氣當(dāng)量超千噸的油氣井多達(dá)16口。

4 發(fā)展趨勢(shì)與攻關(guān)方向

隨著順北勘探開(kāi)發(fā)向主干斷裂帶之外次級(jí)斷裂帶、深層新領(lǐng)域拓展，油氣勘探開(kāi)發(fā)全面展開(kāi)，勘探目標(biāo)埋深更大、溫度更高、氣油比更高，且油氣資源劣質(zhì)化和油氣勘探開(kāi)發(fā)對(duì)象復(fù)雜化日益明顯，對(duì)地質(zhì)目標(biāo)評(píng)價(jià)、效益勘探開(kāi)發(fā)與工程技術(shù)的挑戰(zhàn)更加突出，地質(zhì)-工程一體化地位和作用更加凸顯。

地震地質(zhì)研究方面，完善、迭代提升斷控縫洞型油氣藏全生命周期地質(zhì)-工程一體化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，貫穿井位部署、方案制定、設(shè)計(jì)優(yōu)化、鉆井完井、試油試采、油氣藏評(píng)價(jià)的全過(guò)程。重點(diǎn)要加強(qiáng)走滑斷裂帶地震波場(chǎng)特征研究，提升超深走滑斷控縫洞體成像與描述精度；強(qiáng)化斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)精細(xì)解析，深化斷控縫洞型儲(chǔ)集體“柵狀結(jié)構(gòu)”形成、演化與分布規(guī)律認(rèn)識(shí)；完善超深斷控縫洞型油氣藏成藏理論，持續(xù)攻關(guān)不同類(lèi)型勘探目標(biāo)評(píng)價(jià)技術(shù)。

工程技術(shù)保障方面，加快構(gòu)建與之適應(yīng)和配套的工程關(guān)鍵技術(shù)體系。重點(diǎn)要加強(qiáng)抗高溫工具、儀器、材料的研發(fā)；開(kāi)展特深井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)、油套管輕量化技術(shù)、防氣侵鉆井液技術(shù)、特深高溫小井眼高效定向技術(shù)、高壓裂縫性氣層井控技術(shù)等研究；開(kāi)展真實(shí)地層條件下室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)及造縫理論研究，180～200℃超高溫緩速酸液研發(fā)；探索研究智能鉆頭技術(shù)、大數(shù)據(jù)提速技術(shù)等。

信息化建設(shè)方面，目前還存在一定的信息孤島問(wèn)題，需要進(jìn)一步完善地質(zhì)-工程一體化數(shù)據(jù)平臺(tái)，深度挖掘數(shù)據(jù)時(shí)效性，同時(shí)加大探索人工智能等新技術(shù)應(yīng)用，提高多學(xué)科數(shù)據(jù)使用效率，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科數(shù)據(jù)的深度融合，保障復(fù)雜油氣藏的高效勘探開(kāi)發(fā)。

5 結(jié)論

1）地質(zhì)-工程一體化能夠最大限度地解決復(fù)雜地質(zhì)條件導(dǎo)致的一系列工程難題。針對(duì)順北超深斷控縫洞型油氣藏這種新類(lèi)型的油氣藏，堅(jiān)持“少井高產(chǎn)”理念，將地質(zhì)研究、工程設(shè)計(jì)和組織實(shí)施納入一體化協(xié)作體系，近兩年相繼打出16口“千噸油氣當(dāng)量”高產(chǎn)井，實(shí)現(xiàn)提速、提質(zhì)、提產(chǎn)、提效、降本。

2）高效地質(zhì)-工程一體化協(xié)同運(yùn)行平臺(tái)，是實(shí)現(xiàn)地質(zhì)-工程一體化的重要前提。通過(guò)搭建地質(zhì)-工程一體化、勘探-開(kāi)發(fā)一體化協(xié)同工作平臺(tái)，打破原有“技術(shù)分割、管理接力”運(yùn)行模式，實(shí)現(xiàn)非目的層風(fēng)險(xiǎn)精準(zhǔn)預(yù)測(cè)、全面預(yù)報(bào)鉆探風(fēng)險(xiǎn)，目的層保護(hù)儲(chǔ)層、發(fā)現(xiàn)油氣，協(xié)調(diào)、統(tǒng)一地質(zhì)甜點(diǎn)與工程甜點(diǎn)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)優(yōu)快鉆井。

3）持續(xù)深化地質(zhì)認(rèn)識(shí)、持續(xù)迭代關(guān)鍵技術(shù)是實(shí)現(xiàn)地質(zhì)-工程一體化的重要保障。針對(duì)走滑斷裂帶“柵狀結(jié)構(gòu)”儲(chǔ)集體模型，實(shí)行“一井一體、一井多控、一井多靶”差異化設(shè)計(jì)，形成儲(chǔ)層建模與井型設(shè)計(jì)、儲(chǔ)量估算與井網(wǎng)構(gòu)建、井軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)與優(yōu)快鉆井、分段酸壓與襯管完井、儲(chǔ)層描述與分類(lèi)改造等全生命周期關(guān)鍵技術(shù)體系，成井周期大幅縮短，高產(chǎn)井成功率明顯提升。

4）打破學(xué)科界限與專(zhuān)業(yè)壁壘，多學(xué)科深度融合，是實(shí)現(xiàn)地質(zhì)-工程一體化的重要途徑。順北油氣田充分發(fā)揮多學(xué)科優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)地質(zhì)認(rèn)識(shí)、工程技術(shù)、油藏開(kāi)發(fā)技術(shù)等迭代提升，支撐順北油氣田高效勘探與效益開(kāi)發(fā)，發(fā)現(xiàn)順北4號(hào)、8號(hào)斷裂帶兩個(gè)油氣當(dāng)量超億噸級(jí)凝析氣藏增儲(chǔ)區(qū)帶。