順北油氣田奧陶系斷控體結(jié)構(gòu)模式研究

盧志強,楊 敏

(中國石油化工股份有限公司 西北油田分公司勘探開發(fā)研究院,烏魯木齊 830011)

在碳酸鹽巖地層中,發(fā)育一種特殊的受斷裂影響的復(fù)雜縫洞系統(tǒng),斷裂是主控因素,在多期構(gòu)造活動過程中形成新的斷裂空腔、角礫間孔隙、構(gòu)造裂縫,最終展現(xiàn)出的是斷裂與不同類型儲集體之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,這類組合稱為斷控體。斷控體成因-結(jié)構(gòu)類型比較復(fù)雜,是指發(fā)育在巨厚致密碳酸鹽巖內(nèi)部,單純由走滑斷裂的構(gòu)造運動作用所形成的裂縫和斷裂“空腔”型儲集體。其形成的機理是因塊體的錯動而發(fā)生的物質(zhì)體積的調(diào)整。斷控體油氣藏近年來在塔里木盆地奧陶系地層有發(fā)現(xiàn)且這類斷控體破碎程度高、儲集體規(guī)模大、單井產(chǎn)量高。在此類碳酸鹽巖地層,斷控體的刻畫與表征主要依托于地震高精度成像技術(shù),在斷裂帶發(fā)育的類串珠反射特征可反映斷控儲集體的發(fā)育區(qū)域。隨著開發(fā)的程度進一步深入,由于目的層埋深大(8 000 m),目前地震資料分辨率相對較低,斷控體的刻畫與表征精度制約了高效開發(fā)。本文基于常規(guī)測井、電成像、遠探測、取芯等資料對順北油氣田奧陶系斷控體油氣藏進行研究,為斷控體油氣藏后期精細開發(fā)提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

順北油氣田位于新疆維吾爾自治區(qū)阿克蘇地區(qū)沙雅縣境內(nèi),構(gòu)造位置位于塔里木盆地順托果勒低隆起西北部、沙雅隆起西南傾沒端(圖1)。在奧陶系鷹山組發(fā)育了一套厚度在450 m左右的碳酸鹽地層,發(fā)育了多個油氣藏性質(zhì)不一樣的斷控體油氣藏。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造單元劃分圖

區(qū)域應(yīng)力場背景控制了盆地演化、內(nèi)部斷裂體系及地質(zhì)結(jié)構(gòu)等的發(fā)育。如圖2所示,寒武紀-早奧陶世,塔里木盆地周緣中天山塊體、昆中塊地及阿北塊體等相對盆地呈離散狀態(tài),盆地周緣整體處于拉張背景,其區(qū)域主應(yīng)力為拉張性質(zhì);中奧陶世-早志留世,盆地西南緣昆中地塊和東南緣阿北地塊、中阿爾金地塊由南向北向盆地南緣之下俯沖,盆地南緣區(qū)域主應(yīng)力性質(zhì)由拉張轉(zhuǎn)變?yōu)閿D壓;中志留世-中泥盆世,盆地東北緣洋殼由向北的單一俯沖轉(zhuǎn)變?yōu)橄蚰虾拖虮钡碾p向俯沖,導致盆地東北緣區(qū)域主應(yīng)力由拉張轉(zhuǎn)變?yōu)閿D壓;晚泥盆世-早石炭世,由于康西瓦洋的擴張,盆地西南緣區(qū)域主應(yīng)力由擠壓轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓘?早二疊世-中二疊世,由于中天山地塊與塔里木盆地的拼合,盆地北緣區(qū)域主應(yīng)力整體呈擠壓性質(zhì);晚二疊世-三疊世,塔里木盆地進入陸內(nèi)演化階段,盆地周緣邊界整體受造山帶逆沖擠壓影響,區(qū)域主應(yīng)力性質(zhì)為擠壓背景。多期應(yīng)力轉(zhuǎn)換導致沿不同方向斷裂帶發(fā)育不同的斷裂破碎結(jié)構(gòu),為斷控體油氣藏提供了良好的儲集空間。

圖2 塔里木盆地關(guān)鍵構(gòu)造期邊緣主應(yīng)力性質(zhì)圖

2 儲層結(jié)構(gòu)響應(yīng)特征

2.1 野外露頭特征

斷裂受到多期錯動破碎,在垂向上不完全是由上而下完全貫通的,往往由于巖石結(jié)構(gòu)的差異(如巖性、節(jié)理發(fā)育程度、薄互層等)斷裂的錯接部位以及后期的充填膠結(jié)均導致了斷控體儲存空間的分隔性。在斷裂的核部主要發(fā)育錯斷的空腔洞穴和大量的裂縫,寬約1.5 m,縫洞在縱向上不連續(xù)分布[圖3(a)]此類以斷裂破碎為主的核帶結(jié)構(gòu),其縱向溝通能力取決于裂縫開啟性及開度,在中寒武統(tǒng)沙依里克組觀察到弱擠壓背景下典型的“核帶”結(jié)構(gòu),斷溶體巖相從左到右可分為：①未改造-弱改造的基巖帶;②、③裂隙-破碎帶-角礫帶(角礫巖孔、殘余孔隙、裂隙);④斷控破碎體(空腔、構(gòu)造縫等)[圖3(b)]。

圖3 野外露頭結(jié)構(gòu)剖面圖

2.2 地震響應(yīng)及取芯特征

研究區(qū)近期投產(chǎn)的16口井的主要反射特征為串珠反射,其中共13口井發(fā)生放空漏失,平均漏失量2 150 m3,其中放空井4口,平均單井放空長度1.75 m(圖4)。

圖4 放空漏失典型剖面圖

同樣的串珠反射異常體內(nèi)漏失位置差異大,在串珠中心、兩側(cè)均有漏失。

wellA井斷裂帶內(nèi)串珠反射內(nèi)幾米長度的芯,表現(xiàn)為基巖-破碎-基巖-破碎的多個核帶結(jié)構(gòu)(圖5)。

圖5 wellA井取芯特征圖

2.3 測井響應(yīng)特征

2.3.1 常規(guī)測井特征

研究區(qū)近期投產(chǎn)的16口井中,斷裂帶內(nèi)的串珠反射內(nèi)發(fā)育1套或非連續(xù)發(fā)育多套角礫間孔隙帶結(jié)構(gòu)(圖6)。

2.3.2 聲波遠探測(井周0～45 m)

“串珠”內(nèi)顯示為未非連續(xù)異常條帶,證實發(fā)育裂縫帶為主。

wellD井：軌跡進入串珠體后(7 840 m之下)出現(xiàn)異常,與地震異常有一定對應(yīng)關(guān)系,但明顯異常條帶主要發(fā)育在8 000～8 030 m、8 050～8 100 m井段,2套儲層在井筒均有揭示(2段Ⅲ類儲層),以裂縫儲層為主(圖7)。

圖7 順北地區(qū)wellD井地震剖面及對應(yīng)深度的聲波遠探測圖

2.3.3 成像測井特征

wellB井成像測井顯示放空、漏失處主要發(fā)育構(gòu)造縫為主(圖8),wellC井成像測井顯示漏失處主要發(fā)育斷裂空腔為主(圖9)。

圖8 順北地區(qū)wellB成像測井圖

圖9 順北地區(qū)wellC成像測井圖

3 斷控體結(jié)構(gòu)模式

綜合不同類型斷溶體縫洞結(jié)構(gòu)認識,結(jié)合前人對走滑斷裂的研究,順北走滑斷裂體系下隨著主滑動面控制的裂縫帶與應(yīng)力方向的不一致性大小,存在擠壓型核帶結(jié)構(gòu)和拉分脫空結(jié)構(gòu)兩種主要縫洞結(jié)構(gòu)。

在擠壓應(yīng)力環(huán)境下,由于地層被擠壓發(fā)生破碎的兩翼(或左右盤)應(yīng)力大小和方向不同,往往形成核帶結(jié)構(gòu)模式,表現(xiàn)出主動盤一側(cè)地層破碎變形嚴重。由斷裂核部向外主要結(jié)構(gòu)為斷層角礫帶、誘導縫發(fā)育區(qū),最后過渡到圍巖區(qū)(基巖區(qū));而被動盤主要為斷層滑動面向外,窄范圍內(nèi)誘導縫發(fā)育區(qū),儲集空間明顯差于主動盤(圖10),此類結(jié)構(gòu)中破碎巖塊間孔隙及裂縫為主要儲集空間,低孔、中低滲,遠井流動能力差,連通能力弱,油氣儲集空間較小,非均質(zhì)性強,儲量豐度低,生產(chǎn)井累產(chǎn)普遍低(0.2～6萬t)。

拉張應(yīng)力環(huán)境由于地層被張扭后,易在斷裂帶內(nèi)形成脫空結(jié)構(gòu),通常表現(xiàn)出主動盤一側(cè)地層拉張斷脫,在斷裂帶內(nèi)破碎空間中充填斷層角礫,由斷層滑動面向外,主要為斷裂空腔+角礫巖、誘導縫發(fā)育區(qū),最后過渡到圍巖,有時會成對出現(xiàn);而被動盤主要為斷層滑動面+窄范圍誘導縫發(fā)育區(qū),儲集空間明顯差于主動盤(圖11),此類結(jié)構(gòu)中破碎體主儲、具類“洞穴”特征,網(wǎng)狀縫立體連通,壓力平衡能力強,縱橫向連通性好,油氣儲集空間大,儲量豐度大,生產(chǎn)井累產(chǎn)高(6萬～15萬t)。

圖11 張扭應(yīng)力背景下斷裂儲集空間的結(jié)構(gòu)模式

4 裂縫帶、角礫帶和斷裂空腔分布特征

斷裂空腔主要發(fā)育在拉張背景下,為靠近斷裂核心的區(qū)域,空腔洞穴型儲集體發(fā)育,儲層物性最好;角礫帶主要發(fā)育在擠壓背景下,裂縫孔洞發(fā)育、儲層物性較好;裂縫帶一般與角礫帶相鄰,發(fā)育大量裂縫,儲層物性為3種中最差。

4.1 裂縫帶、角礫帶和斷裂空腔測井識別

根據(jù)測井資料,可有效判別斷控體中的裂縫帶、角礫帶和斷裂空腔,特別橫穿斷裂帶的井對這3種破碎結(jié)構(gòu)識別上更有優(yōu)勢(圖12)。斷控體在測井上表現(xiàn)為：斷裂空腔常規(guī)測井聲波時差A(yù)C增大,電阻率RD、RS大幅度降低,測井解釋為Ⅰ類儲層且測井解釋孔隙度為6～17,成像測井表現(xiàn)為1 m左右的洞穴;角礫帶多發(fā)育裂縫-孔洞型儲層,表現(xiàn)為AC小幅度增大,RD、RS中等幅度降低,測井解釋為Ⅱ類儲層且測井解釋孔隙度為2.4～6,成像測井表現(xiàn)為0.5 m左右的多組裂縫、孔洞組合;裂縫帶以發(fā)育裂縫型儲層為主,表現(xiàn)為AC小幅度鋸齒狀變化,RD,RS小幅度降低,測井解釋為Ⅲ類儲層且測井解釋孔隙度在0.6～2.4,成像測井表現(xiàn)為0.2 m左右的間距不等的多組裂縫。

圖12 裂縫、角礫帶測井識別圖

4.2 裂縫帶、角礫帶和斷裂空腔平面分布

依托于順北油氣田A斷裂帶上投產(chǎn)的16口水平井的裂縫帶、角礫帶和斷裂空腔測井識別結(jié)果,并結(jié)合實鉆井放空漏失、生產(chǎn)動態(tài)等資料,繪制了該斷裂帶裂縫帶、角礫帶和斷裂空腔的平面分布圖(圖13)。以3口典型投產(chǎn)井作為實例。

圖13 順北A斷裂裂縫帶、角礫帶和斷裂空腔平面分布圖

1)well1井。在7 958.08～7 959.03、7 961.21～7 961.87、7 962.89～7 963.96 m發(fā)生放空,共計漏失鉆井液2 709.01 m3,測井解釋7 951.2～7 952.6、7 955.8～7 958、7 960.4～7 961.8 m為洞穴型儲層,酸化完井后日產(chǎn)油297 t/d,產(chǎn)氣400 000 m3/d,綜合判斷well1井鉆遇斷裂空腔,網(wǎng)狀縫立體連通,壓力平衡能力強,縱橫向連通性好,油氣儲集空間大,儲量計豐度大,已累計產(chǎn)油15萬t。

2)well2井。在8 331.85 m處發(fā)生漏失,共計漏失鉆井液1 383.65 m3,測井解釋7 617.8～7 629.2、8 161.0～8 162.5 m為孔洞型儲層,酸壓完井后日產(chǎn)油215 t/d,產(chǎn)氣2 630 000 m3/d,綜合判斷well2井鉆遇角礫帶。

3)well3井。在8 442.57 m處發(fā)生漏失,共計漏失鉆井液483.16 m3,測井解釋7 673.6～7 691.2、8 124.2～8 132.4、8 137.7～8 144.5 m為裂縫型儲層,酸壓完井后日產(chǎn)油51 t/d,產(chǎn)氣163 200 m3/d,綜合判斷well3井鉆遇裂縫帶。

裂縫帶、角礫帶和斷裂空腔的平面分布(圖13)結(jié)果顯示：裂縫帶發(fā)育寬度大,角礫帶次之,斷裂空腔發(fā)育最窄。裂縫帶、角礫帶和斷裂空腔在順北A斷裂帶上不同段的橫向分布特征差異較大,裂縫帶的寬度范圍在0.35～1.64 km,角礫帶的寬度范圍在0.44～0.93 km,斷裂空腔的寬度范圍在0.25～0.35 km。

5 結(jié)論

1)順北油氣田奧陶系鷹山組斷控體油氣藏儲集空間主要為多期構(gòu)造運動形成的斷裂空腔、角礫間孔隙、構(gòu)造裂縫,結(jié)合野外露頭特征、地震響應(yīng)及取芯特征、測井響應(yīng)特征(常規(guī)測井、成像、遠控測),研究區(qū)極少井發(fā)育斷裂空腔,主要以大量發(fā)育角礫帶和裂縫帶。

2)不同應(yīng)力形成不同斷裂帶結(jié)構(gòu),在擠壓應(yīng)力環(huán)境下,易形成斷層角礫帶、誘導縫,被動盤儲集空間明顯差于主動盤,此類結(jié)構(gòu)中破碎巖塊間孔隙及裂縫為主要儲集空間,低孔、中低滲,遠井流動能力差,連通能力弱,油氣儲集空間較小,非均質(zhì)性強,儲量豐度低,生產(chǎn)井累產(chǎn)普遍低(0.2萬～6萬t),此類結(jié)構(gòu)井軌跡設(shè)計與斷裂帶小角度斜交,一井多控體,動用角礫及裂縫帶儲量,可提高油氣產(chǎn)能。拉張應(yīng)力環(huán)境下易在斷裂帶內(nèi)形成脫空結(jié)構(gòu),斷裂空腔+角礫巖、誘導縫發(fā)育,同樣被動盤儲集空間明顯差于主動盤,此類結(jié)構(gòu)中破碎體主儲、具類“洞穴”特征,網(wǎng)狀縫立體連通,壓力平衡能力強,縱橫向連通性好,油氣儲集空間大,儲量豐度大,生產(chǎn)井累產(chǎn)高(6萬～15萬t),此類結(jié)構(gòu)為井軌跡設(shè)計及高效動用提供了支撐,主要采用垂直斷裂帶直接動用角礫帶儲量,可獲得高油氣產(chǎn)能。

3)斷控體中裂縫帶、角礫帶、斷裂空腔的平面分布范圍差異明顯：裂縫帶的寬度范圍較大(0.35～1.64 km),且分布范圍廣,角礫帶的寬度范圍次之(0.44～0.93 km),且分布范圍中等,斷裂空腔的寬度范圍最小(0.25～0.35 km),且分布范圍小,主要集中在局部拉張應(yīng)力區(qū),基于這3種結(jié)構(gòu),為了更好獲得較高油氣產(chǎn)能,一般采用多穿多控裂縫帶、角礫帶及斷裂空腔,分段酸壓完井方式提高產(chǎn)能。