塔北深层海相碳酸盐岩断溶体成藏认识及油藏特征.pdf

根据塔北地区海相碳酸盐岩油藏勘探开发实践,基于对断裂破碎作用、岩溶作用及溶蚀断裂带的控储、控藏特征研究,创新提出的“断溶体”圈闭(油藏)概念,业已成为碳酸盐岩油气勘探开发的新目标、新类型,丰富了海相碳酸盐岩油气藏理论认识。断溶体油藏宏观上具有“断溶控储、深断控藏、物性圈闭、垂向疏导、复式聚集、分段成藏”的成藏特征。断溶体油气藏沿断裂破碎带呈条带状分布,其宏观展布不受局部构造控制,油气藏无统一油水界面。基于以上地质条件的耦合,受断裂带结构特征差异的影响,同一断裂带的不同段,其富集、含水及连通特征具有明显差异,具有“一断裂段一单元,一单元一油藏”的特征,与传统的碳酸盐岩构造型、复合型等油藏类型具有显著差别。针对不同的断溶体油藏特征,需有针对性地制定开发治理对策。国内外油气田开发实践证实,包括碳酸盐岩、白云岩和砂岩在内的多种岩性地层中,均发育规模不等的断裂带、裂缝带,重视和深化研究深层海相碳酸盐岩断溶体圈闭(油藏)对油气勘探开发具有重要意义。关键词:成藏认识;油藏特征;深层海相;断溶体油藏;碳酸盐岩;塔里木盆地中图分类号:P 6 1 8.1 3 0.2;T E 3 4 4 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 5-2 3 2 1(2 0 2 3)0 4-0 0 4 3-0 0 0 84 4 杨德彬,鲁新便,高志前,等/地学前缘(E a r t h S c i e n c e F r o n t i e r s)2 0 2 3,3 0(4)h t t p s:/w w w.e a r t h s c i e n c e f r o n t i e r s.n e t.c n 地学前缘,2 0 2 3,3 0(4)0 引言全球碳酸盐岩油气藏圈闭可分为构造类、复合型和地层圈闭3大类,包括背斜圈闭、古潜山披覆背斜与构造 相变复合圈闭、生物礁圈闭和成岩圈闭等多种类型1-4。而塔里木盆地断溶体圈闭(油藏)是一种新发现的油气圈闭类型5-7。国外关于断裂带与油气聚集的诸多研究8-9表明,断裂带与油气聚集密切相关。例如在密执安含油气区的西皮奥、普拉斯基和阿尔比诺油田都是发育在奥陶系灰岩的柱状裂缝带内,有些学者认为密执安盆地南部的阿尔比诺油田是典型溶蚀走滑断裂带控制的油藏,油田沿雁列状断裂带分布,被分隔成不同类型的油气藏,表现出不同段具有不同的生产特征、驱动方式和压力系统。在国内海相碳酸盐岩油气藏领域,针对断裂带控储、控藏方面的研究成果较多。但大部分学者1 0-1 6认为,断裂带为碳酸盐岩破碎和岩溶提供了地质条件,同时作为油气的输导通道或遮挡面,控制了油气的运移、疏导,对油气聚集有重要的控制作用3,1 7。近年来,在塔里木盆地海相碳酸盐岩勘探开发实践中,基于对深断裂带的破碎作用、溶蚀作用及油气藏圈闭关系研究,首次提出了“断溶体”圈闭的概念5。断溶体油气藏研究成为新的研究热点。最近一些学者提出断溶体油气藏以“体”的形式呈不连续、非均质、不规则性分布,其形成主要受控于断裂的发育程度1 8-2 1。特别是走滑断裂带多期活动对储层改造、圈闭形成和油气运聚具有重要的控制作用2 2-2 4。其中一些学者将塔河地区奥陶系碳酸盐岩断溶体的圈闭类型划分为主干断溶带圈闭、分支断溶带圈闭和内幕断溶带圈闭3大类2 5。断溶体的储集空间主要为洞穴、孔洞和裂缝2 6-2 8。储层受通源主干走滑断裂带控制,横向非均质性强,但纵向连通性好,断裂面是储层发育的有利部位2 9-3 2。综合最新的勘探与开发认识,针对深层海相碳酸盐岩断溶体成藏特征的研究需要进一步加深与细化。本文关注的断裂带控制油气富集、呈现不同油藏特征的新认识,可为国内外具有相似背景的油藏(圈闭)研究提供借鉴。断溶体油气藏或油气圈闭具有“断溶控储、物性圈闭、深断控富、垂向疏导、分段成藏和复式聚集”的特点,油气藏沿断裂破碎带呈条带状分布,其宏观展布不受局部构造控制,油气藏无统一油水界面,同一断裂带内呈现出“一断裂段一单元,一单元一油藏”的特点,与传统的碳酸盐岩构造类、复合型、地层等圈闭类型差别显著。塔河南部油气田、哈拉哈塘油气田和顺北油气田就是此类油气藏的典型实例。1 断溶体圈闭的地质特征塔北地区的勘探开发实践研究表明,加里东期 海西早期继承性发育的北北西向、北东向走滑断裂带对缝洞的溶蚀改造(大气淡水或热液)起到了决定性的作用,沿断裂带形成大规模的溶蚀缝洞,叠合海西晚期油气沿断裂带疏导聚集,断裂带活动性越强的部位,其溶蚀作用和油气充注活动也越强烈,造就了塔北地区特殊的断溶体油藏类型。在塔河南部油气田、哈拉哈塘油气田和顺北油气田这些断溶体油藏发育区,储盖组合主要由下中奥陶统的一间房组、鹰山组与上覆的上奥陶统泥灰岩组成。勘探开发实践证实,断溶体圈闭中的储层为受溶蚀走滑断裂带、局部层序界面控制的溶蚀缝洞储集体。油气藏主要沿溶蚀程度不同、破碎程度各异的断裂带分段成藏、差异聚集,中高产油井具有沿断裂带呈“分段、带状”分布特征,同一断裂带的不同段富集程度、油井产能、油藏能量差异明显,是深层海相碳酸盐岩中极为特殊的一类油气藏。因此,断裂带及其结构特征控制了储层发育程度、油气富集程度,具有“控储层、控运聚和控圈闭”的特点。目前在塔河地区南部、跃进、富源、跃满、哈拉哈塘和顺北等区块开展了大量的勘探开发工作,均取得了良好的效果。2 断溶体成藏认识通过对塔北地区(塔河地区南部,包括托甫台、富源、跃进、跃满、哈拉哈塘和顺北等地区)沿溶蚀断裂带形成的断溶体圈闭类型、油气藏特征及开发动杨德彬,鲁新便,高志前,等/地学前缘(E a r t h S c i e n c e F r o n t i e r s)2 0 2 3,3 0(4)4 5 h t t p s:/w w w.e a r t h s c i e n c e f r o n t i e r s.n e t.c n 地学前缘,2 0 2 3,3 0(4)态的综合对比研究,形成了以下断溶体油藏成藏方面的3个认识。2.1 断溶控储、物性圈闭塔北地区主控断裂带多呈断续状分布,走滑断裂带碳酸盐岩透镜体发育,多由颗粒支撑的角砾组图1 新疆柯坪地区西克尔断裂带野外剖面和塔河斜交断裂带实钻井测井曲线F i g.1 A c r o s s-s e c t i o n a l v i e w o f t h e S i k e r f a u l t z o n e a n d w e l l l o g l o g d a t a f r o m t h e T a h e o b l i q u e f a u l t z o n e i n K e p i n g a r e a,X i n j i a n g成,且走滑带裂缝带发育,在很多较宽的断裂带都发育以高角度剪切缝为特征的裂缝带,没有完全充填的缝隙网络,可能形成网状的运移通道1 6。后期继承性断裂在早期断裂基础上进行平面及纵向扩展,破碎带范围增加,空间延伸规模加大。同一走滑断溶带的不同段构造样式、局部构造、储层发育程度等均呈现为分段特点。总体具有以下特征:(1)断控岩溶区储集体沿断裂带走向呈不规则的走廊式展布,各深大断裂普遍具有分段性,每段构成一个相对独立的油藏;(2)沿通源断裂带展布的储集体长而宽,且分段性明显,在通源、分支断裂带上溶洞型储集体钻遇率较高,伴生的次级断裂带发育储集体短而窄,溶洞发育程度差别大。塔北古生界碳酸盐岩地层(一间房组、鹰山组)的实钻井、物性资料显示,塔河油田储集空间类型以大型溶洞为主,溶洞储量占比7 0%,钻遇洞高平均为8.2 m;顺北油田储集空间类型为溶蚀孔洞、裂缝、微孔隙,有利储层沿断裂带展布。但两大油田断裂带两侧基质孔隙度 2%,渗透率 0.1 m D,基本无储渗能力。由此说明深层致密灰岩可塑性强,具有较好的侧向封挡能力,呈现为“非储即盖”的特点(图1)。2.2 深断控富、垂向疏导塔河地区在古生代为克拉通内长期继承性隆起,海西晚期以来,特别是喜山期,斜坡、坳陷区奥陶系烃源岩持续生烃,油气主要沿不整合面运移至中下奥陶统古岩溶储集体3 3。由于不同层系、不同部位烃源岩差异成熟作用,有效油源区由坳陷斜坡向隆起迁移,形成不同阶段不同成熟度的油气并存,复合供烃3 4。前人关于塔北的烃源岩和油气运移的主要认识都强调了奥陶系油气成藏的侧向供给(来自东南的满加尔或西部的阿瓦提凹陷)、层控运移和疏导(主要沿T74、T70不整合等),近些年转向“寒武系烃源岩是塔里木盆地下古生界主力海相烃源岩”的认识3 5。近些年部分专家学者通过大量研究认为满加尔凹陷与阿瓦提断陷之间的过渡区(包含哈拉哈塘次级凹陷、顺托果勒低隆)存在供烃可能性3 6-3 8,其中上奥陶统烃源岩埋深小,有机质含量、埋藏深度、温度达到了有效生油门限,油气成熟度一般,以生油为主。近期的油气勘探开发研究进一步证实,尤其从塔河南部、顺北1井区以及跃满地区的油藏开发动态资料来看,塔北南部中上统地层覆盖区的油气藏应是“原地生油供烃,垂向运聚方式为主,大型溶蚀断裂带是油气疏导成藏的有利通道”。即阿满过渡区中下部奥陶系、寒武系原地烃源岩生成的油气,沿一系列近南北向和北东向通源深断裂带纵向运移距离甚至达4 6 杨德彬,鲁新便,高志前,等/地学前缘(E a r t h S c i e n c e F r o n t i e r s)2 0 2 3,3 0(4)h t t p s:/w w w.e a r t h s c i e n c e f r o n t i e r s.n e t.c n 地学前缘,2 0 2 3,3 0(4)数千米,垂向充注和运聚,即油气运移整体以垂向运图2 断溶体圈闭油气垂向疏导的通道刻画剖面图F i g.2 I n t e r p r e t e d s e i s m i c p r o f i l e s h o w i n g v e r t i c a l o i l a n d g a s d r e d g i n g c h a n n e l s i n t h e s t u d i e d f a u l t-k a r s t t r a p移为主,沿溶蚀断裂面面式或点状充注(图2),沿次级的溶蚀裂缝带、溶蚀孔洞、裂缝网络侧向疏导、运聚成藏5-7。2.3 分段成藏、复式聚集塔北的勘探开发实践表明,不同结构的断溶体圈闭(主干溶蚀断裂带、伴生的褶皱构造、分支断裂以及裂缝网络区、溶隙等部分)油气富集程度差异明显。在同一断裂带上沿主干断裂向伴生断裂横向外扩开发中,油井表现出地层供液变差、油气充注程度变差等特征。一般来讲,断裂带核部及破碎带岩溶程度高、含油高度、油井产能高,多钻遇放空漏失;断裂过渡带油井为中等产能,供液能力一般,断裂带末端和裂缝网络区多表现为储集体欠发育、地层供液能力差。同一断裂带的不同溶蚀段、缝洞结构丰富多样,断溶体圈闭具明显的分段性,平面形态可分为条带状、夹心饼状和平板状,横断面可划分成断溶带的核部 破碎带 断裂带边部,宽度为0.1 3 k m,纵向上溶蚀破碎带从T74下延至T90,这些断裂带深度可达1 8 k m。在塔北地区发育一系列多期活动的大型走滑断裂带(纵向断开T74-T90),这些深断裂带多数形成于加里东中晚期,平面上常形成伴生挤压褶皱、冲断段、扭动变形段以及伴生的裂缝网络等地质体3 9;由于走滑断裂的多期活动性,断溶带的剖面上样式也不尽相同,可见直立走滑(单支状)、花状构造(正花或负花)、“Y”字形构造等,且由于不同层系(T74-T90)分层变形的差异性、不连续性,纵向上可呈现为直立走滑+正花状断裂或直立走滑+“Y”字形断裂等多期叠加样式。来自深部烃源岩的油气沿杨德彬,鲁新便,高志前,等/地学前缘(E a r t h S c i e n c e F r o n t i e r s)2 0 2 3,3 0(4)4 7 h t t p s:/w w w.e a r t h s c i e n c e f r o n t i e r s.n e t.c n 地学前缘,2 0 2 3,3 0(4)着通源断裂带疏导运聚,必然在不同层段的有利图3 断溶体油藏“层楼状”的立体复式聚集成藏模式示意图F i g.3 S c h e m a t i c d i a g r a m i l l u s t r a t i n g t h e“m u l t i-l a y e r a c c u m u l a t i o n”s t y l e i n t h e f a u l t-k a r s t r e s e r v o i r部位聚集成藏,纵向上可形成“层楼状”(从T74、T75、T75 1、T76、至T78等层位)的立体复式油气成藏模式(图3)。与传统砂岩层状介质油藏具有完全不同的地质、空间分布特征,是一种形态特殊的油藏类型,对于此类油气藏,开发理念从传统的层状油藏转为纵向缝洞立体层楼式勘探开发至关重要。3 断溶体油藏特征基于断溶体成藏条件的耦合,构成了同一断裂带内“一断裂段一单元,一单元一油藏”的特征,不同单元的断溶体油藏因结构特征的差异,其富集、含水、连通特征均不相同,针对不同的断溶体油藏特征,需制定独具断溶体特色的开发技术对策。3.1 富集特征断溶体油藏“分段成藏、复式聚集”最直接的体现是原始油柱高度和累产油量的大小。T P 3 7断裂带沿走向呈北高南低的构造特征,构造高差达2 0 7 m。从整个断裂带实钻井测试情况来看,区带没有统一的油柱高度,且油柱高度大小与构造高低无关。构造位置较高部位的T P 3 1 0井油柱高度为6 8 m,而构造位置较低的T P 3 2 9井,油柱高度仍可达1 4 5 m。但从T P 3 7断裂带3个油藏单元来看,每一段内油柱高度基本均等,具有相对独立统一的油水界面,同一单元内油气富集程度相当(图4 a)。另外,不同油藏单元的累产油量也有差异(图5)。这些都证实了断溶体油藏“走向分段、垂向运聚和沿溶蚀断裂面面式或点状充注”的观点。3.2 含水特征断溶体油藏核部含水类型以暴性水淹为主、边4 8 杨德彬,鲁新便,高志前,等/地学前缘(E a r t h S c i e n c e F r o n t i e r s)2 0 2 3,3 0(4)h t t p s:/w w w.e a r t h s c i e n c e f r o n t i e r s.n e t.c n 地学前缘,2 0 2 3,3 0(4)图4 断溶体油藏原始油柱高度(a)及见水顺序柱状图(b)F i g.4 B a r g r a p h s o f o r i g i n a l o i l c o l u m n h e i g h t(a)a n d w a t e r b r e a k t h r o u g h s e q u e n c e(b)f o r d i f f e r e n t u n i t s o f t h e f a u l t-k a r s t r e s e r v o i r部过渡带以快速上升或者台阶上升为主,这与断溶体油藏核部纵向连通性好、多数通过断裂或者裂缝直接沟通底水有关。系统总结断裂带内生产井见水顺序,具备以下两个特征:一是从整个断裂带视角来看,见水顺序与构造高低无明确相关性,构造低部位仍有未见水高产井。但同一油藏单元内,见水顺序遵循“由构造低到高、由测试目的层深度大到小”逐步水淹的规律(图4 b)。二是T型水淹特征,深部断裂为底水突破主要通道,核部水淹后形成次生边水,再向两翼断裂过渡带依次水淹。以上认识对于断溶体油藏见水预警起到了指导性作用,对于同一油藏单元内生产井可通过加密含水监测、缩小工作制度等手段,进行有针对性治理。3.3 连通特征从整个断裂带的视角来看,其连通和能量表现为整体差异、局部相似。具体来说,同一断溶体油藏单元内生产井能量相同,井间相互连通,不同单元间能量差异,井间不连通。同一油藏单元内的生产井,往往表现为初期压力一致,压降斜率一致,同一生产阶段压力保持程度近似,生产中具有井间干扰现象。同一断溶体油藏单元,其连通样式受控于断裂与缝洞耦合的结构。对于花状雁列段(1段),缝洞横向关联性好,呈菱形架桥平面多向连通的特征,而在直立走滑段(2、3段),井间通过裂缝关联,呈单一沿断裂面连通特征(图5)。基于油气富集、含水、能量及连通特征,可将T P 3 7断裂带划分为3个油藏单元,进行精细化开发,制定针对性的治理对策(图5)。对于花状雁列样式的断溶体油藏,井间剩余油较为丰富,利用氮气或天然气驱均可有效扩大波及面积,提高驱替效率。对于直立走滑段,这种单一沿断裂面连通方式在矿场注水注气过程中,极易产生水窜、气窜。推荐采用天然气驱的方式开发,既可补充顶部油体弹性能,又可抑制水锥,即便在气窜的情况下,其产出也为天然气,油藏损失小。杨德彬,鲁新便,高志前,等/地学前缘(E a r t h S c i e n c e F r o n t i e r s)2 0 2 3,3 0(4)4 9 h t t p s:/w w w.e a r t h s c i e n c e f r o n t i e r s.n e t.c n 地学前缘,2 0 2 3,3 0(4)图5 不同断溶体油藏单元连通样式(a)与压力、累产柱状图(b)F i g.5 O v e r v i e w o f t h e m u l t i-u n i t f a u l t-k a r s t r e s e r v o i r(l e f t)a n d b a r g r a p h s(r i g h t)o f,f r o m t o p,i n i t i a l s t r a t u m p r e s s u r e,p r e s s u r e r e t e n t i o n r a t e a n d c u m u l a t i v e p r o d u c t i o n f o r d i f f e r e n t u n i t s o f t h e f a u l t-k a r s t r e s e r v o i r4 结论与认识(1)断溶体油藏成藏的内涵,可高度概括为“断溶控储、物性圈闭,深断控藏、垂向疏导,分段成藏、复式聚集”。这一关于“断溶体”的成藏认识,丰富了海相碳酸盐岩油气藏理论。(2)断溶体油藏是“断裂破碎、溶蚀、富集”三者的耦合,由此构成了同一断裂带内“一断裂段一单元,一单元一油藏”的特征,不同油藏单元的富集、含水、连通特征均存在差异。针对不同的断溶体油藏特征,需制定独具断溶体特色的开发技术对策。(3)国内外油气田开发实践显示,包括碳酸盐岩、白云岩、砂岩在内的多种岩性,都可能发育规模不等的断裂、裂缝带,在具备成藏条件的有利区,均有可能发育规模油气藏,应引起特别的关注。参考文献1 冯志强,李萌,郭元岭,等.中国典型大型走滑断裂及相关盆地成因研究J.地学前缘,2 0 2 2,2 9(6):2 0 6-2 2 3.2 郑和荣,胡宗全,云露,等.中国海相克拉通盆地内部走滑断裂发育特征及控藏作用J.地学前缘,2 0 2 2,2 9(6):2 2 4-2 3 8.3 邹才能,张光亚,陶士振,等.全球油气勘探领域地质特征、重大发现及非常规石油地质J.石油勘探与开发,2 0 1 0,3 75 0 杨德彬,鲁新便,高志前,等/地学前缘(E a r t h S c i e n c e F r o n t i e r s)2 0 2 3,3 0(4)h t t p s:/w w w.e a r t h s c i e n c e f r o n t i e r s.n e t.c n 地学前缘,2 0 2 3,3 0(4)(2):1 2 9-1 4 5.4 罗平,张静,刘伟,等.中国海相碳酸盐岩油气储层基本特征J.地学前缘,2 0 0 8,1 5(1):3 6-5 0.5 鲁新便,胡文革,汪彦,等.塔河地区碳酸盐岩断溶体油藏特征与开发实践J.石油与天然气地质,2 0 1 5,3 6(3):3 4 7-3 5 5.6 L U X B,WA N G Y,T I A N F,e t a l.N e w i n s igh t s i n t o t h e c a r b o n a t e k a r s t i c f a u l t sys t e m a n d r e s e r v o i r f o r m a t i o n i n t h 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