裂缝型火山岩油藏成藏规律研究与应用

潘有军 李道阳 董庆明 徐 赢 杜春梅

1.中国石油吐哈油田分公司勘探开发研究院, 新疆 哈密 839009；2.西部钻探公司国际钻井公司， 新疆 乌鲁木齐 830000

裂缝型火山岩油藏成藏规律研究与应用

潘有军1李道阳1董庆明2徐 赢1杜春梅1

1.中国石油吐哈油田分公司勘探开发研究院, 新疆 哈密 839009；2.西部钻探公司国际钻井公司， 新疆 乌鲁木齐 830000

ND火山岩油藏为裂缝孔隙型油藏，认识成藏规律和裂缝分布对井位部署和有效开发极为重要。通过解剖ND火山岩轴部裂缝发育区所有单井，发现高产井的出油层段均位于断裂破碎面之上，断裂破碎面作为油气运移的通道和储集空间、加之上覆相对塑性地层和相适应的低压系统匹配成的保存条件，轴部区为断裂破碎带成藏。为了提高钻井成功率和有效开发ND火山岩油藏，依据火山岩地层中断裂等同于裂缝的研究成果，借助用于识别断裂系统的相干体属性这一简单技术来识别裂缝发育区。采用等比例划分窗口技术，进而提取相干振幅属性，得出的裂缝发育区与高产井区十分吻合，表明该技术是预测致密火山岩裂缝发育区的一种有效技术手段。通过对失利井的分析，得出具有良好的封存条件是裂缝型火山岩油藏成藏的关键因素之一。并对裂缝不发育区采用水平井大型体积压裂开发动用技术，取得较好效果。

ND火山岩；断裂破碎带；成藏规律；裂缝识别；挖潜剩余油；水平井开发

0 前言

火山岩油藏成藏模式较砂岩复杂,从储集空间来看,既有以玄武岩为主的、以独有的气孔以及沉凝灰岩与生物质交错沉积时形成的、以基质孔隙为主的基质孔隙型油藏,又有致密火山岩中以开启的裂缝为主要储集空间的裂缝型油藏[1-2]。裂缝型火山岩油藏具有矿物成分多样、结构类型各异、储集空间非均质性强、油气分布规律不清等特征[3],深入研究裂缝型火山岩油藏的形成条件和裂缝分布具有重要的理论和实际意义[4]。

通过标定ND圈闭西北部的几口高产井的井轨迹及高产油气层段，在垂直穿过ND断鼻圈闭北部边界断层的近南北向过井地震剖面上，可以清楚地看到出油层段均位于断裂破碎面之上，从地震剖面上仔细观察这里的断裂特征，可以发现石炭系卡拉岗组火山岩地层是“脆脆”地错断，而上覆的三叠系至中下侏罗统相对塑性地层均形成完美的“盖帽”，同时三塘湖盆地地层中系统性缺水，地层压力普遍偏低，从油气成藏理论来说，这里的火山岩断裂破碎面不仅是油气运移的通道，而且提供了裂缝带储集空间、加之上覆地层和相适应的低压系统匹配成的保存条件，断裂破碎带成藏是完全能够实现的。

国内外进行裂缝检测应用的主要技术有[5]:露头区地质调查和岩芯观测；岩芯实验室分析法；各种常规测井和特殊测井方法；重磁电方法；基于地震数据的构造应力场数值模拟方法；利用地震与测井技术相结合的方法来确定裂缝发育带等。各种预测研究方法各有优缺点,在实际应用中,要根据研究区的实际地质情况,选择合适的方法组成合理的裂缝预测配套方案。但是,前人对裂缝的预测仍然以测井为主,以地震数据为基础的各种裂缝预测技术仍未得到大范围应用[5-7]。关于火山岩裂缝的地震识别,因为缺乏有效的技术手段,很多人会落于常规砂砾岩地层应用的技术陷阱,比如简单采用提取地震振幅等属性,认为高振幅带即是裂缝发育带或油气聚集区,进而推荐井位，最终造成失利。脆性火山岩如玄武岩发育地层,同砂砾岩地层一样,断层发育区一定会表现为地震同相轴的错断,因此振幅属性会表现为“暗区”,强振幅区不是裂缝发育区而是非发育区,所以利用地震振幅属性预测火山岩裂缝发育是极端错误的做法。

依据火山岩地层中断裂等同于裂缝的研究成果,借助用于识别断裂系统的相干体属性这一简单技术来识别致密玄武岩地层中的裂缝发育区,方法上采用等比例划分窗口技术,分别提取地震相干数据体各小层之间的相干数据振幅属性,就可以得到小层的平面属性,也可将各小层的相干振幅属性叠合连片用来预测整体上的主要裂缝发育区。实践证明,该技术是预测致密火山岩裂缝发育区的有效技术手段。

1 断裂破碎带成藏研究

自ND卡拉岗组圈闭西北角的NDP 7-2井至圈闭中部的ND 9-7井,逐个解剖所有单井可以发现,除ND 89-6井是因发育一条裂缝出油,及NDP 1井位于断鼻圈闭以北的下盘出油外,所有的高产井如ND 8-3、NDP 8-3、M 17、NDP 3、ND 9-7井均位于ND断鼻圈闭北界的断裂破碎面层段，其余只要没有钻遇这个断裂破碎面的井,无论是钻探在断鼻圈闭的轴部高点还是翼部裂缝发育区,无论是直井、大斜度井还是水平井[8-10]，都是低效或无效井。

通过标定ND圈闭西北部的几口高产井的井轨迹及高产油气层段,在垂直穿过ND断鼻圈闭北部边界断层的近南北向过井地震剖面上,可以清楚地看到出油层段均位于断裂破碎面之上,在钻井过程中往往伴有泥浆漏失、钻速加快等显示有裂缝发育的特征。岩屑录井往往会鉴定成带荧光显示的泥质粉砂岩、砂砾岩或表征为火山爆发相的火山角砾岩[10-13],其实这是构造断裂作用将致密火山岩原岩破碎成角砾状后,被破碎细屑充填或部分外来物质充填胶结的构造角砾岩,是典型的断裂破碎面标志之一,对应段测井响应具有GR值升高、三孔隙度曲线跳跃、深电阻较玄武岩围岩低,气测、荧光显示异常等特征。这些井初期日产量高，有的达百吨左右,累计产量达万吨至两万吨以上,而周边不论位于断层南或北的井,只要没有穿越这个断裂破碎油气富集带,除NDP 1井初产能达到20 t/d,很多井的累计产量都在百吨之内,经济效益极差。这些证据有力地说明了ND火山岩圈闭西北部依靠断裂破碎面的裂缝带成藏的规律。从地震剖面上仔细观察这里的断裂特征,可以发现石炭系卡拉岗组火山岩地层是“脆脆”地错断,而上覆的三叠系至中下侏罗统相对塑性地层均形成完美的“盖帽”,同时三塘湖盆地地层中系统性缺水,地层压力普遍偏低,从油气成藏理论来说,这里的火山岩断裂破碎面不仅是油气运移的通道,而且提供了裂缝带储集空间、加之上覆地层和相适应的低压系统匹配成的保存条件,断裂破碎带成藏是完全能够实现的。

2 火山岩裂缝识别研究

关于火山岩裂缝的地震识别,因为缺乏有效的技术手段,很多人会落入常规砂砾岩地层应用的技术陷阱,比如简单采用提取地震振幅等属性,认为高振幅带即是裂缝发育带或油气聚集区,并据此推荐井位,从而造成失利。脆性火山岩如玄武岩发育地层,地震相特征为地震同相轴，具有非连续性,呈蚯蚓状,同砂砾岩地层一样,断层发育区一定会表现为地震同相轴的错断,因此振幅属性会表现为“暗区”,强振幅区不是裂缝发育区而是非发育区,所以利用地震振幅属性预测火山岩裂缝发育是极端错误的做法。依据火山岩地层中断裂等同于裂缝的研究成果,可以借助用于识别断裂系统的相干体属性这一技术来识别致密玄武岩地层中的裂缝发育区,但如果直接求取体属性或按照火山岩剥蚀面解释的层位进行等时窗口或切片属性的求取,会发现解释效果并不理想。

图1 地震剖面和相干剖面时间窗口划分图

对ND区块卡拉岗组火山岩裂缝发育规律的研究,采取了等比例划分窗口技术,窗口顶界层位利用火山岩剥蚀界面追踪的层位,窗口下沿层位采用相当于C2k的K5-1小层附近的一套强振幅、连续反射的地震同相轴追踪的层位，见图1。按照地震原理,这套强振幅、连续反射的同相轴是由上下层具有ρν差值较大的界面如玄武岩和凝灰岩之间才能产生,从地层沉积的角度看,两套层位所包含的窗口之间可以看成是一套连续的沉积,然后在这套连续沉积的窗口内按时间比例划分成4～5个小层,这样求取的沿层相干属性不会因层位解释问题而出现人为因素的极值。

按照上面划分的窗口分别提取地震相干数据体各小层之间的相干数据振幅属性,就可以得到各小层的平面相干振幅属性,也可将各小层的相干振幅属性叠合连片用来预测整体上的主要裂缝发育区。图2是相干振幅属性预测的裂缝发育区和高产井区的对比图,从图2可知，预测出的裂缝发育区与高产井区十分吻合,因此应用这种比例分层求取火山岩地层方差体属性是预测致密火山岩裂缝发育区的一种有效技术手段。

图2 相干振幅属性与高产区对比图

3 裂缝型火山岩油藏成藏特征

裂缝识别技术不仅有效地识别出ND 2号卡拉岗组断鼻构造上的裂缝发育区,还发现以北的ND 3号圈闭上的“亮点”区带,即裂缝发育区。ND 3号圈闭上在不同年份上钻了4口井:M 21、M 23、M 28及ND 9-3井,这些井虽然没有获得商业油流,但录井油气显示非常丰富,说明油气在这里运移过,因此在油路上的致密火山岩中的有效“圈闭”就有“留住”油气成藏的可能。目前,因缺乏有效开发建产区块,适当选择外围区域突破火山岩油藏开发的“禁区”是可行的,因此在裂缝预测发育区优选了ND 3号圈闭上的ND 301井。ND 301井录井荧光显示58 m,浸泡定级7-8级,测井解释差油层27.4 m/3层。从测井曲线解释来看,大段发育的孔隙特征是明显的,但没有明显的较大裂缝或缝洞,气测显示也差,压裂投产初期最高日产油2.28 t/d,目前日产油仅0.32 t/d,累计产油21.65 t。

从ND 301井的失利,可以看出虽然识别出了火山岩中发育有裂缝,但无法识别出这条裂缝是“通天”的,还是可以“封盖”住以形成一定的保存空间,目前依据地震资料最大程度也只能做到某种概率性的预测。因此,火山岩油藏的勘探开发还特别需要发展火山岩裂缝预测以及含油气直接检测等技术。

通过实钻和综合分析可知,目标区石炭系卡拉岗组火山岩之上的三叠系小泉沟群沉积了一套砂泥岩互层,这样的岩性组合显然对下覆的火山岩风化壳附近形成油气储集和保存极为不利,即使火山岩中发育有裂缝，也只是提供了存储空间，根据石油地质理论，要形成油气藏，油气运移和保存条件缺一不可，卡拉岗组火山岩地层中的裂缝可作为存储空间，但油气的保存只能依靠火山岩自身的致密特性形成有限的保存条件。这即为裂缝型火山岩油藏的典型成藏特征。

4 开发动用技术研究

实践表明,对于基质孔洞发育而裂缝不发育的火山岩油藏,可以通过水平井大型体积压裂技术提高单井产量、储量动用程度和开发效益[16]。

5 结论

1)ND火山岩轴部区产量高,通过解剖所有单井后分析认为是以断裂破碎面成藏,断裂破碎面不仅是油气运移的通道,而且提供了裂缝带储集空间,加之上覆地层和相适应的低压系统匹配成的保存条件,断裂破碎带成藏是完全能够实现的；

2)借助用于识别断裂系统的相干体属性这一简单技术来识别裂缝发育区,采用等比例划分窗口技术提取各小层平面相干振幅属性或各小层属性叠合来预测裂缝发育区,得出的裂缝发育区与高产井区十分吻合,表明该技术是预测致密火山岩裂缝发育区的一种有效技术手段；

3)实钻结果分析表明,ML凹陷石炭系卡拉岗组火山岩油气只能依靠火山岩自身的致密特性形成有限的保存条件,火山岩中发育有裂缝,也只是提供了存储空间,要能成藏,油气运移和保存条件缺一不可；

4)ND火山岩油藏裂缝不发育的翼部区采用水平井大型体积压裂技术开发动用取得了较好的实施效果,表明对于基质孔洞发育而裂缝不发育的火山岩油藏，可以通过水平井大型体积压裂技术提高单井产量、储量动用程度和开发效益。

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10.3969/j.issn.1006-5539.2016.05.010

2016-03-11

中石油科技重大专项课题“低品位储量资源有效开发技术研究”(2012E-34-08)。

潘有军(1984-)男,工程师,工学学士，现从事油气田储层及开发研究。