裂縫型火山巖油藏成藏規(guī)律研究與應(yīng)用

潘有軍 李道陽 董慶明 徐 贏 杜春梅

1.中國石油吐哈油田分公司勘探開發(fā)研究院, 新疆 哈密 839009；2.西部鉆探公司國際鉆井公司， 新疆 烏魯木齊 830000

裂縫型火山巖油藏成藏規(guī)律研究與應(yīng)用

潘有軍1李道陽1董慶明2徐 贏1杜春梅1

1.中國石油吐哈油田分公司勘探開發(fā)研究院, 新疆 哈密 839009；2.西部鉆探公司國際鉆井公司， 新疆 烏魯木齊 830000

ND火山巖油藏為裂縫孔隙型油藏，認識成藏規(guī)律和裂縫分布對井位部署和有效開發(fā)極為重要。通過解剖ND火山巖軸部裂縫發(fā)育區(qū)所有單井，發(fā)現(xiàn)高產(chǎn)井的出油層段均位于斷裂破碎面之上，斷裂破碎面作為油氣運移的通道和儲集空間、加之上覆相對塑性地層和相適應(yīng)的低壓系統(tǒng)匹配成的保存條件，軸部區(qū)為斷裂破碎帶成藏。為了提高鉆井成功率和有效開發(fā)ND火山巖油藏，依據(jù)火山巖地層中斷裂等同于裂縫的研究成果，借助用于識別斷裂系統(tǒng)的相干體屬性這一簡單技術(shù)來識別裂縫發(fā)育區(qū)。采用等比例劃分窗口技術(shù)，進而提取相干振幅屬性，得出的裂縫發(fā)育區(qū)與高產(chǎn)井區(qū)十分吻合，表明該技術(shù)是預測致密火山巖裂縫發(fā)育區(qū)的一種有效技術(shù)手段。通過對失利井的分析，得出具有良好的封存條件是裂縫型火山巖油藏成藏的關(guān)鍵因素之一。并對裂縫不發(fā)育區(qū)采用水平井大型體積壓裂開發(fā)動用技術(shù)，取得較好效果。

ND火山巖；斷裂破碎帶；成藏規(guī)律；裂縫識別；挖潛剩余油；水平井開發(fā)

0 前言

火山巖油藏成藏模式較砂巖復雜,從儲集空間來看,既有以玄武巖為主的、以獨有的氣孔以及沉凝灰?guī)r與生物質(zhì)交錯沉積時形成的、以基質(zhì)孔隙為主的基質(zhì)孔隙型油藏,又有致密火山巖中以開啟的裂縫為主要儲集空間的裂縫型油藏[1-2]。裂縫型火山巖油藏具有礦物成分多樣、結(jié)構(gòu)類型各異、儲集空間非均質(zhì)性強、油氣分布規(guī)律不清等特征[3],深入研究裂縫型火山巖油藏的形成條件和裂縫分布具有重要的理論和實際意義[4]。

通過標定ND圈閉西北部的幾口高產(chǎn)井的井軌跡及高產(chǎn)油氣層段，在垂直穿過ND斷鼻圈閉北部邊界斷層的近南北向過井地震剖面上，可以清楚地看到出油層段均位于斷裂破碎面之上，從地震剖面上仔細觀察這里的斷裂特征，可以發(fā)現(xiàn)石炭系卡拉崗組火山巖地層是“脆脆”地錯斷，而上覆的三疊系至中下侏羅統(tǒng)相對塑性地層均形成完美的“蓋帽”，同時三塘湖盆地地層中系統(tǒng)性缺水，地層壓力普遍偏低，從油氣成藏理論來說，這里的火山巖斷裂破碎面不僅是油氣運移的通道，而且提供了裂縫帶儲集空間、加之上覆地層和相適應(yīng)的低壓系統(tǒng)匹配成的保存條件，斷裂破碎帶成藏是完全能夠?qū)崿F(xiàn)的。

國內(nèi)外進行裂縫檢測應(yīng)用的主要技術(shù)有[5]:露頭區(qū)地質(zhì)調(diào)查和巖芯觀測；巖芯實驗室分析法；各種常規(guī)測井和特殊測井方法；重磁電方法；基于地震數(shù)據(jù)的構(gòu)造應(yīng)力場數(shù)值模擬方法；利用地震與測井技術(shù)相結(jié)合的方法來確定裂縫發(fā)育帶等。各種預測研究方法各有優(yōu)缺點,在實際應(yīng)用中,要根據(jù)研究區(qū)的實際地質(zhì)情況,選擇合適的方法組成合理的裂縫預測配套方案。但是,前人對裂縫的預測仍然以測井為主,以地震數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的各種裂縫預測技術(shù)仍未得到大范圍應(yīng)用[5-7]。關(guān)于火山巖裂縫的地震識別,因為缺乏有效的技術(shù)手段,很多人會落于常規(guī)砂礫巖地層應(yīng)用的技術(shù)陷阱,比如簡單采用提取地震振幅等屬性,認為高振幅帶即是裂縫發(fā)育帶或油氣聚集區(qū),進而推薦井位，最終造成失利。脆性火山巖如玄武巖發(fā)育地層,同砂礫巖地層一樣,斷層發(fā)育區(qū)一定會表現(xiàn)為地震同相軸的錯斷,因此振幅屬性會表現(xiàn)為“暗區(qū)”,強振幅區(qū)不是裂縫發(fā)育區(qū)而是非發(fā)育區(qū),所以利用地震振幅屬性預測火山巖裂縫發(fā)育是極端錯誤的做法。

依據(jù)火山巖地層中斷裂等同于裂縫的研究成果,借助用于識別斷裂系統(tǒng)的相干體屬性這一簡單技術(shù)來識別致密玄武巖地層中的裂縫發(fā)育區(qū),方法上采用等比例劃分窗口技術(shù),分別提取地震相干數(shù)據(jù)體各小層之間的相干數(shù)據(jù)振幅屬性,就可以得到小層的平面屬性,也可將各小層的相干振幅屬性疊合連片用來預測整體上的主要裂縫發(fā)育區(qū)。實踐證明,該技術(shù)是預測致密火山巖裂縫發(fā)育區(qū)的有效技術(shù)手段。

1 斷裂破碎帶成藏研究

自ND卡拉崗組圈閉西北角的NDP 7-2井至圈閉中部的ND 9-7井,逐個解剖所有單井可以發(fā)現(xiàn),除ND 89-6井是因發(fā)育一條裂縫出油,及NDP 1井位于斷鼻圈閉以北的下盤出油外,所有的高產(chǎn)井如ND 8-3、NDP 8-3、M 17、NDP 3、ND 9-7井均位于ND斷鼻圈閉北界的斷裂破碎面層段，其余只要沒有鉆遇這個斷裂破碎面的井,無論是鉆探在斷鼻圈閉的軸部高點還是翼部裂縫發(fā)育區(qū),無論是直井、大斜度井還是水平井[8-10]，都是低效或無效井。

通過標定ND圈閉西北部的幾口高產(chǎn)井的井軌跡及高產(chǎn)油氣層段,在垂直穿過ND斷鼻圈閉北部邊界斷層的近南北向過井地震剖面上,可以清楚地看到出油層段均位于斷裂破碎面之上,在鉆井過程中往往伴有泥漿漏失、鉆速加快等顯示有裂縫發(fā)育的特征。巖屑錄井往往會鑒定成帶熒光顯示的泥質(zhì)粉砂巖、砂礫巖或表征為火山爆發(fā)相的火山角礫巖[10-13],其實這是構(gòu)造斷裂作用將致密火山巖原巖破碎成角礫狀后,被破碎細屑充填或部分外來物質(zhì)充填膠結(jié)的構(gòu)造角礫巖,是典型的斷裂破碎面標志之一,對應(yīng)段測井響應(yīng)具有GR值升高、三孔隙度曲線跳躍、深電阻較玄武巖圍巖低,氣測、熒光顯示異常等特征。這些井初期日產(chǎn)量高，有的達百噸左右,累計產(chǎn)量達萬噸至兩萬噸以上,而周邊不論位于斷層南或北的井,只要沒有穿越這個斷裂破碎油氣富集帶,除NDP 1井初產(chǎn)能達到20 t/d,很多井的累計產(chǎn)量都在百噸之內(nèi),經(jīng)濟效益極差。這些證據(jù)有力地說明了ND火山巖圈閉西北部依靠斷裂破碎面的裂縫帶成藏的規(guī)律。從地震剖面上仔細觀察這里的斷裂特征,可以發(fā)現(xiàn)石炭系卡拉崗組火山巖地層是“脆脆”地錯斷,而上覆的三疊系至中下侏羅統(tǒng)相對塑性地層均形成完美的“蓋帽”,同時三塘湖盆地地層中系統(tǒng)性缺水,地層壓力普遍偏低,從油氣成藏理論來說,這里的火山巖斷裂破碎面不僅是油氣運移的通道,而且提供了裂縫帶儲集空間、加之上覆地層和相適應(yīng)的低壓系統(tǒng)匹配成的保存條件,斷裂破碎帶成藏是完全能夠?qū)崿F(xiàn)的。

2 火山巖裂縫識別研究

關(guān)于火山巖裂縫的地震識別,因為缺乏有效的技術(shù)手段,很多人會落入常規(guī)砂礫巖地層應(yīng)用的技術(shù)陷阱,比如簡單采用提取地震振幅等屬性,認為高振幅帶即是裂縫發(fā)育帶或油氣聚集區(qū),并據(jù)此推薦井位,從而造成失利。脆性火山巖如玄武巖發(fā)育地層,地震相特征為地震同相軸，具有非連續(xù)性,呈蚯蚓狀,同砂礫巖地層一樣,斷層發(fā)育區(qū)一定會表現(xiàn)為地震同相軸的錯斷,因此振幅屬性會表現(xiàn)為“暗區(qū)”,強振幅區(qū)不是裂縫發(fā)育區(qū)而是非發(fā)育區(qū),所以利用地震振幅屬性預測火山巖裂縫發(fā)育是極端錯誤的做法。依據(jù)火山巖地層中斷裂等同于裂縫的研究成果,可以借助用于識別斷裂系統(tǒng)的相干體屬性這一技術(shù)來識別致密玄武巖地層中的裂縫發(fā)育區(qū),但如果直接求取體屬性或按照火山巖剝蝕面解釋的層位進行等時窗口或切片屬性的求取,會發(fā)現(xiàn)解釋效果并不理想。

圖1 地震剖面和相干剖面時間窗口劃分圖

對ND區(qū)塊卡拉崗組火山巖裂縫發(fā)育規(guī)律的研究,采取了等比例劃分窗口技術(shù),窗口頂界層位利用火山巖剝蝕界面追蹤的層位,窗口下沿層位采用相當于C2k的K5-1小層附近的一套強振幅、連續(xù)反射的地震同相軸追蹤的層位，見圖1。按照地震原理,這套強振幅、連續(xù)反射的同相軸是由上下層具有ρν差值較大的界面如玄武巖和凝灰?guī)r之間才能產(chǎn)生,從地層沉積的角度看,兩套層位所包含的窗口之間可以看成是一套連續(xù)的沉積,然后在這套連續(xù)沉積的窗口內(nèi)按時間比例劃分成4～5個小層,這樣求取的沿層相干屬性不會因?qū)游唤忉寙栴}而出現(xiàn)人為因素的極值。

按照上面劃分的窗口分別提取地震相干數(shù)據(jù)體各小層之間的相干數(shù)據(jù)振幅屬性,就可以得到各小層的平面相干振幅屬性,也可將各小層的相干振幅屬性疊合連片用來預測整體上的主要裂縫發(fā)育區(qū)。圖2是相干振幅屬性預測的裂縫發(fā)育區(qū)和高產(chǎn)井區(qū)的對比圖,從圖2可知，預測出的裂縫發(fā)育區(qū)與高產(chǎn)井區(qū)十分吻合,因此應(yīng)用這種比例分層求取火山巖地層方差體屬性是預測致密火山巖裂縫發(fā)育區(qū)的一種有效技術(shù)手段。

圖2 相干振幅屬性與高產(chǎn)區(qū)對比圖

3 裂縫型火山巖油藏成藏特征

裂縫識別技術(shù)不僅有效地識別出ND 2號卡拉崗組斷鼻構(gòu)造上的裂縫發(fā)育區(qū),還發(fā)現(xiàn)以北的ND 3號圈閉上的“亮點”區(qū)帶,即裂縫發(fā)育區(qū)。ND 3號圈閉上在不同年份上鉆了4口井:M 21、M 23、M 28及ND 9-3井,這些井雖然沒有獲得商業(yè)油流,但錄井油氣顯示非常豐富,說明油氣在這里運移過,因此在油路上的致密火山巖中的有效“圈閉”就有“留住”油氣成藏的可能。目前,因缺乏有效開發(fā)建產(chǎn)區(qū)塊,適當選擇外圍區(qū)域突破火山巖油藏開發(fā)的“禁區(qū)”是可行的,因此在裂縫預測發(fā)育區(qū)優(yōu)選了ND 3號圈閉上的ND 301井。ND 301井錄井熒光顯示58 m,浸泡定級7-8級,測井解釋差油層27.4 m/3層。從測井曲線解釋來看,大段發(fā)育的孔隙特征是明顯的,但沒有明顯的較大裂縫或縫洞,氣測顯示也差,壓裂投產(chǎn)初期最高日產(chǎn)油2.28 t/d,目前日產(chǎn)油僅0.32 t/d,累計產(chǎn)油21.65 t。

從ND 301井的失利,可以看出雖然識別出了火山巖中發(fā)育有裂縫,但無法識別出這條裂縫是“通天”的,還是可以“封蓋”住以形成一定的保存空間,目前依據(jù)地震資料最大程度也只能做到某種概率性的預測。因此,火山巖油藏的勘探開發(fā)還特別需要發(fā)展火山巖裂縫預測以及含油氣直接檢測等技術(shù)。

通過實鉆和綜合分析可知,目標區(qū)石炭系卡拉崗組火山巖之上的三疊系小泉溝群沉積了一套砂泥巖互層,這樣的巖性組合顯然對下覆的火山巖風化殼附近形成油氣儲集和保存極為不利,即使火山巖中發(fā)育有裂縫，也只是提供了存儲空間，根據(jù)石油地質(zhì)理論，要形成油氣藏，油氣運移和保存條件缺一不可，卡拉崗組火山巖地層中的裂縫可作為存儲空間，但油氣的保存只能依靠火山巖自身的致密特性形成有限的保存條件。這即為裂縫型火山巖油藏的典型成藏特征。

4 開發(fā)動用技術(shù)研究

實踐表明,對于基質(zhì)孔洞發(fā)育而裂縫不發(fā)育的火山巖油藏,可以通過水平井大型體積壓裂技術(shù)提高單井產(chǎn)量、儲量動用程度和開發(fā)效益[16]。

5 結(jié)論

1)ND火山巖軸部區(qū)產(chǎn)量高,通過解剖所有單井后分析認為是以斷裂破碎面成藏,斷裂破碎面不僅是油氣運移的通道,而且提供了裂縫帶儲集空間,加之上覆地層和相適應(yīng)的低壓系統(tǒng)匹配成的保存條件,斷裂破碎帶成藏是完全能夠?qū)崿F(xiàn)的；

2)借助用于識別斷裂系統(tǒng)的相干體屬性這一簡單技術(shù)來識別裂縫發(fā)育區(qū),采用等比例劃分窗口技術(shù)提取各小層平面相干振幅屬性或各小層屬性疊合來預測裂縫發(fā)育區(qū),得出的裂縫發(fā)育區(qū)與高產(chǎn)井區(qū)十分吻合,表明該技術(shù)是預測致密火山巖裂縫發(fā)育區(qū)的一種有效技術(shù)手段；

3)實鉆結(jié)果分析表明,ML凹陷石炭系卡拉崗組火山巖油氣只能依靠火山巖自身的致密特性形成有限的保存條件,火山巖中發(fā)育有裂縫,也只是提供了存儲空間,要能成藏,油氣運移和保存條件缺一不可；

4)ND火山巖油藏裂縫不發(fā)育的翼部區(qū)采用水平井大型體積壓裂技術(shù)開發(fā)動用取得了較好的實施效果,表明對于基質(zhì)孔洞發(fā)育而裂縫不發(fā)育的火山巖油藏，可以通過水平井大型體積壓裂技術(shù)提高單井產(chǎn)量、儲量動用程度和開發(fā)效益。

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10.3969/j.issn.1006-5539.2016.05.010

2016-03-11

中石油科技重大專項課題“低品位儲量資源有效開發(fā)技術(shù)研究”(2012E-34-08)。

潘有軍(1984-)男,工程師,工學學士，現(xiàn)從事油氣田儲層及開發(fā)研究。