APP下载

鄂尔多斯盆地南缘过渡带致密-低渗油藏断缝体的识别与描述

2020-08-14何发岐梁承春袁春艳黎小伟

石油与天然气地质 2020年4期
关键词:鄂尔多斯曲率测井

何发岐,梁承春,陆 骋,袁春艳,黎小伟

(中国石化 华北油气分公司,河南 郑州 450006)

鄂尔多斯盆地是一个大型的克拉通盆地,内部划分为6个一级构造单元[1-2],其中伊陕斜坡作为盆地主体是一个倾角约1°的宽缓单斜,构造较为简单。中国石化在鄂尔多斯盆地登记的油气矿权区块多位于一级构造单元结合部位。综合分析认为这些区块既是构造的过渡部位,也是沉积乃至油气成藏的过渡部位。以鄂尔多斯盆地南缘的镇泾、彬长等区块为例,构造上位于天环坳陷、伊陕斜坡、渭北隆起结合部位,中生界沉积由深水湖盆生油成烃的泥质岩向湖盆边缘三角洲较粗粒的碎屑岩沉积过渡。由于沉积、构造演化的差异性,成藏条件与盆内伊陕斜坡构造带油田有很大不同,断裂、裂缝的普遍发育、西南沉积物源的复杂性、烃源岩向盆缘方向逐渐减薄的低品位性等多种原因叠加,导致成藏条件复杂,圈闭类型多样,油气藏类型丰富。对于三叠系延长组致密-低渗储层而言,一定规模的断裂、裂缝的发育能够更有效的沟通油源,改善油藏的储集条件,是鄂尔多斯盆地南缘致密-低渗油气田油气富集的主控因素。

目前,断裂体系、裂缝型油藏理论及描述方法取得了许多新认识和新成果[3-5],塔里木盆地断溶体圈闭(油藏)概念的提出及其良好的勘探开发效果给裂缝型油藏研究带来了新的启示[6],鄂尔多斯盆地边缘断裂、裂缝的预测得到了更多的关注[7-8]。笔者以鄂南镇泾、彬长区块为例,利用井、震资料,结合野外露头观察、岩心观察、特殊测井等资料,综合分析识别断裂、裂缝展布,从动力学角度分析成因和规模,从几何形态描述断缝体三维空间展布,进而研究断缝体与油气富集成藏的关系。

1 研究区地质特征

1.1 区域构造应力特征

鄂尔多斯盆地演化过程中主要的构造应力活动有四期,分别为:加里东期、印支期、燕山期、喜马拉雅期[9]。其中燕山期和喜马拉雅期是三叠系延长组断裂、裂缝形成的主要时期,燕山期构造地应力水平挤压作用造成中生界区域性断缝广泛发育,喜马拉雅期构造运动对燕山期形成的断裂、裂缝进行改造。燕山期盆地西南缘最大主压应力方向为NE-SW向,盆地东南缘最大主压应力方向为NW-SE向;喜马拉雅期受挤压的方向为 NNE-SSW 向,被拉张的方向为 NWW-SEE向,最大主应力方向为NNE-SSW向,全区分布比较稳定。多期构造运动形成了鄂尔多斯盆地南部NE和NW两组区域性断裂[9-12]。

1.2 断裂、裂缝特征

镇泾、彬长区块中生界断裂、裂缝比较发育,三叠系断裂断面倾角大,基本上以陡直断裂为主或上缓下陡,向上延伸切穿白垩系,到深部近于直立;断裂在平面上呈带状产出,包括一系列与主断裂相平行或以微小角度相交的次级断裂;单条断裂延伸不远,各级断裂分叉交织,构成极为复杂的辫状、羽状断裂带;断裂带基本上呈直线延伸,断面在空间上具有“丝带效应”的特点,即同一条断裂的倾向在不同的空间位置会有明显的变化,导致同一断层在空间上表现出既有正断层又有逆断层的特征。裂缝以构造成因为主,主要为高角度缝、剪裂缝。

2 断裂、裂缝的识别与描述方法

2.1 地质分析法

目前地质上常用的识别断裂、裂缝的方法较多,主要有地层对比法、钻井地质构造异常法、岩心分析法、常规测井曲线异常判断法、特殊测井识别法、录井异常判断法等。

2.1.1 地层、构造异常识别断裂

镇泾、彬长区块总体上是单斜构造,地层平缓。利用直(斜)井地层对比过程中的同层位深度突变、厚度突变、地层缺失、地层重复以及韵律层数突变等特征可以初步识别断裂位置和确定断距大小;由于研究区内多发育高角度裂缝,水平井横穿裂缝的几率大大提高,可利用其岩性、物性、含油气性的突变较为准确的识别断点或者裂缝点,但判断断距较难。通过钻井地质构造形态特征,也可以明显的看出因断裂的发育造成的构造异常,从彬长区块JH17井区长81-2亚段砂顶构造图(图1),可以看出JH17井区总体上为北西方向缓倾的单斜形态,在JH23-JH17井南部存在构造转折带,宽约936 m,最大高度差17 m,预测存在两条近似平行的北东东向正断层,形成地堑构造。但是钻井地质构造异常法的精度受钻井密度以及断裂发育规模影响,钻井密度越高、断距越大、断裂延伸长度越大,识别精度越高。通过该技术方法的应用,可以在研究区内初步识别出主断裂带的分布规律。

图1 鄂尔多斯盆地彬长区块JH17井区长81-2砂顶构造Fig.1 Diagram showing the top structure of Chang 81-2 sandstone reservoirs in Well JH17 of Binchang block,Ordos Basin

2.1.2 岩心分析识别裂缝

岩心是识别裂缝发育最直接的资料,岩心分析法主要用于认识和描述裂缝的发育特征,是井-震结合预测裂缝发育的基础,可以验证测井、地震的裂缝解释成果[13]。通过岩心观察,可初步确定裂缝产状、裂缝宽度、裂缝密度以及裂缝充填程度[14]。研究区裂缝主要为构造成因的高角度缝,岩心破裂特征明显,断面清晰。通过岩心薄片显微观察,可以发现一些微尺度裂缝,这对于储层微观结构的描述起到重要的作用。但是由于钻井取心数量有限,岩心分析法不能单独应用分析裂缝平面发育规律。

2.1.3 常规、特殊测井结合识别裂缝

测井方法也是一种有效识别裂缝的方法,地层中裂缝的存在会引起不同的测井响应,常规测井的异常响应主要表现为扩径、声波时差增大、密度减小、补偿中子增高、电阻率降低。一般情况下声波时差异常幅度与裂缝张开程度呈正相关关系;密度异常主要受井壁不规则程度的影响;由于裂缝的发育,钻进时会造成泥浆滤液的侵入,往往导致电阻率降低,深、浅侧向电阻率幅差较非裂缝砂岩储层有明显的降低[15]。但是不同的裂缝产状、裂缝宽度、裂缝密度及分布规律,有不同的测井响应特征,如高角度缝、小尺度裂缝在直井的常规测井曲线上异常变化不明显。

成像测井是研究裂缝较为有效和直观的手段,其主要依据是裂缝发育处的电阻率与围岩的差异。裂缝断面在图像上表现为连续的或间断的条带,与正常地层产状明显不一致[15-16]。成像测井精度高、分辨率高,可以识别小尺度裂缝。镇泾区块的红河200井长81-2亚段常规测井曲线上无法识别裂缝,但成像测井解释有3条小微裂缝,且这3条裂缝处全烃明显增大的特征可以佐证其可靠性。

2.1.4 钻井参数异常识别断裂、裂缝

断裂、裂缝发育的井段,在钻井过程中通常会出现井漏、井涌、井喷、井壁垮塌、钻速变化等特征,钻井参数异常法对大-中尺度裂缝的识别较有效,如镇泾区块的HH55P11井钻进过程漏失严重,分析认为该井钻遇断裂破碎带。

2.1.5 录井显示异常识别裂缝

研究区钻井裂缝发育的井段会呈现出明显的录井异常,主要表现为:气测全烃高异常,一般净增值可达10%以上;曲线形态呈台阶式;组分比值为油层特征;槽面具油花、针尖状气泡,高度上涨特征。录井显示异常法受限于裂缝发育尺度,宽度、开度及密度较小的裂缝显示不明显。

2.2 地震分析法

2.2.1 地震剖面结合相干属性识别断裂

常规地震剖面识别作为断裂解释工作的基础,对研究区断裂解释起着至关重要的作用。断裂在地震剖面上通常具有以下 5 种标志:①反射波同相轴发生错断;②标准反射波同相轴产生局部变化;③反射波同相轴突然增减或消失,波组间隔发生突变;④反射波同相轴产状突然变化、波形凌乱或出现空白带;⑤特殊波的出现。常规地震剖面解释为了解研究区的断裂发育情况,明确断裂的走向、倾向及发育规模提供了重要的信息[17]。

近年来,利用沿层相干属性刻画断裂在研究区的应用越来越广泛,且更为精确。沿层相干属性是在沿层位给定的时窗内,计算相邻地震道之间的相干系数(相似性)。波形是地下岩层特征的响应,相邻道之间波形相似性越好,相干系数越大,地层越稳定。当有断裂发育时,断裂附近相邻地震道之间的相似性变差,相干系数变小。该方法对于识别较大尺度断裂十分有效。如图2所示,为过彬长区块东部的一条南北向剖面,从剖面1,2,3号位置处可以看到地震反射同相轴有明显错断,同时在相干切片图上有明显的线性低相干特征,将其解释为断裂。

2.2.2 曲率属性及分频相干识别小断裂

对于断距较小的断裂,由于受地震资料的分辨率和视觉分辨率影响,无法在地震剖面上准确地识别;而相干属性对断距小于地震分辨率的断裂及地震响应只有同相轴扭曲或振幅微小变化的断裂,识别效果不佳。

为了证实地震剖面识别小断裂的精度,建立了不同断距的地质模型(储层厚度为15 m,断裂断距分别为20,15,10,5 m),对其进行二维地震正演模拟试验(地震子波频率为28 Hz)。试验表明:断裂断距大于10 m时,同相轴明显扭动或错断;当断距小于10 m时,同相轴仅有微弱的扭曲(图3)。因此断距小于10 m的断裂在剖面上较难识别。

图3 鄂尔多斯盆地南缘过渡带断裂模型正演示意图Fig.3 Schematic diagram showing the forward modeling of faults in the transitional zone at the south margin of Ordos Basin a.断裂模型示意图;b.断裂正演模型地震反射特征

曲率属性反映了地层受构造应力挤压时层面的弯曲程度。当断裂断距较小,地震同相轴不完全断开时,会在断裂处有一定的倾角和弯曲,因此可以利用曲率属性识别小断裂。频谱分解技术是对原始的地震数据进行分频处理,得到不同频段的单频地震信号,低频信号解释了大尺度的地质特征,而高频地震信号反映了一些小尺度的细节,提高了地震资料预测薄储层及岩性圈闭的能力。分频的相干体,可以检测出全频带相干体不易看到的微小断裂和裂缝特征[17-19]。如图2所示,4号位置在地震剖面上表现为同相轴弯曲,在常规相干属性上没有明显线性低相干特征,正演模型分析结果认为此处应发育小断裂,同时在曲率属性上有比较明显的线性特征(图4a),在50 Hz分频相干切片上也有明显的线性低相干特征(图4b)。因此将这类存在同相轴弯曲、且在曲率属性和50 Hz分频相干切片上有明显线性异常的位置解释为小断裂。

图2 鄂尔多斯盆地彬长区块断裂解释示意图Fig.2 Interpretation of faults in Binchang block,Ordos Basin a.南北向地震剖面;b.相干切片 (图中数字代表断裂发育位置。)

图4 鄂尔多斯盆地彬长区块小断裂解释示意图Fig.4 Interpretation of small faults in Binchang block,Ordos Basin a.曲率属性;b. 50 Hz分频相干切片 (图中数字代表断裂发育位置。)

2.2.3 方位曲率属性识别裂缝

由于裂缝发育具有一定的方向性,常规的构造曲率基于全方位信息对裂缝预测没有针对性,方位曲率属性能够加强显示某一方向上的裂缝特征。通过区域应力场分析得到研究区裂缝发育的主方向,将方向信息加入到曲率属性计算过程得到方位曲率属性。以彬长区块JH17井区为例,从构造力学出发,利用地层的几何信息(构造面)、岩性信息(速度、密度),反演出地层的应力场,进而得到裂缝发育方向为北东78°。通过对比分析认为常规曲率属性预测裂缝多解性较高,而方位曲率属性方向性更好、线性异常更清晰,且方位曲率属性与实钻裂缝点吻合程度也更高,在研究区具有较好的适用性(图5)。因此,研究区的裂缝识别原则是在常规曲率高值分布区域寻找方位曲率线性异常[20-22]。

图5 鄂尔多斯盆地彬长区块JH17井区曲率属性Fig.5 Curvature attributes of Well JH17 in Binchang block,Ordos Basin a.方位曲率属性;b.方位曲率属性放大图;c.常规曲率属性;d.常规曲率属性放大图

3 断缝体描述

鄂尔多斯盆地南缘过渡带中生界延长组发育湖泊-三角洲沉积体系,形成大面积展布的河道砂层复合体[23],燕山期和喜马拉雅期构造运动在鄂南盆缘形成NE向和SW向两组区域性断裂。在构造作用下,致密碎屑岩中发育的断裂及其伴生的局部脆性破碎带,组合成断裂系统,成为致密-低渗储层重要的储集空间和成藏渗流通道。这种由断裂、伴生脆性破碎带及被其改造过的致密低渗砂岩共同构成的储集体,其上部及侧面均有非渗透泥质岩、致密层等封挡,称之为断缝体。断裂有效的沟通源岩,石油可沿断裂垂向或侧向运移进入高渗的断缝体,在上覆油页岩、泥岩等盖层封堵以及侧向泥岩、致密砂岩遮挡下,形成断缝体油藏。

3.1 断缝体的识别流程

在断裂成因演化认识的基础上,首先针对研究区内断裂近直立发育的特征,综合地层对比、水平井实钻分析以及钻井构造异常法对断裂初步进行点和线上的解释,结合地质解释成果,利用三维地震剖面以及相干属性,对断裂进行立体解释;对于断距小于10 m的断裂,在正演模型的指导下,综合利用精细地层对比、曲率属性以及分频相干技术进行精细刻画;针对研究区裂缝倾角较大,多数高于75°的特征,利用常规测井以及岩心分析法对研究区水平段裂隙点以及单井裂缝进行识别,综合方位曲率法预测裂缝的空间发育特征;结合研究区储集砂体三维空间展布特征,识别断缝体系统(图6)。

图6 鄂尔多斯盆地南缘过渡带断缝体识别流程Fig.6 Identification of fault-fracture bodies in the transitional zone at the south margin of Ordos Basin

3.2 断缝体的描述

多模式断裂正演模型的建立,有效的指导了断裂的精细解释。相比前期成果,断裂横向连续性更强,解释可靠性也有了较大提高。岩性不同,裂缝发育程度存在明显的差异,一般认为裂缝主要发育在石英、方解石、白云石等脆性矿物含量较高的砂岩中[24-25]。大-中尺度裂缝的组合展布决定断缝体的骨架形态,小-微尺度裂缝发育边界与砂体发育边界叠合决定断缝体的边界。以JH17井区为例,精细描述断缝体特征,JH17井区长81-2亚段断缝体的剖面边界为断穿砂岩的顶底界,平面边界则为缝网消失或砂体尖灭的界限。裂缝发育在断裂两侧曲率值大于46、相干值小于1的区域,且方位曲率属性呈线性条带,在常规地震剖面上有同相轴微小扭曲或振幅减弱特征的范围,最终在JH17井区识别出6个断缝体(图7)。如1号断缝体发育范围主要受两条近似平行的主断裂以及储集砂体空间分布的控制,两条平行断裂均为正断层,相距500 m,倾角大于75°,走向为北东东向,断裂延伸长度约为8 km,两条断裂的断距均在20~40 m,在断裂两侧近600 m的范围内伴生裂缝较为发育。1号断缝体为长81油层组砂体叠置发育区,主砂体发育在长81-2亚段,个别部位叠置长81-1亚段砂体,长81-2亚段主砂体厚度4~12 m,河道宽度5 km,砂体厚度由河道中心向河道边部减薄。

图7 鄂尔多斯盆地彬长区块JH17井区断缝体模式Fig.7 Fault-fracture body modes in Well JH17 of Binchang block,Ordos Basin

3.3 断缝体与油气成藏富集关系

通过对断缝体的识别与描述,结合近几年的开发实践,对于鄂尔多斯盆地南缘过渡带致密-低渗油藏的油水分异规律有了新的认识。镇泾、彬长区块延长组基质储层致密,含油饱和度较低,油水基本不分异;断缝体内毛细管力变小,界面势能降低,会导致原生致密油藏基质孔隙中的石油渗流到附近的断缝体系中,并在局部浮力驱动下沿缝网通道垂向、侧向运移到高部位的有利储集空间,直至上倾方向被不渗透的泥岩或致密砂岩所遮挡,形成油气富集区;从基质孔隙渗流出来的水在油水分异作用下被交换到裂缝连通的较低部位的储集空间。镇泾、彬长区块断缝体的存在不仅仅改善了致密的储层物性,同时作为油气运、聚、散的通道,改造调整了原生油藏的油水关系。

采用断缝体识别与描述技术,有效预测了镇泾、彬长区块长8油藏断缝体空间发育特征,明确了单个断缝体的“甜点区”位置,为新钻水平井水平段的优化设计提供重要的依据。近年来,彬长区块JH17井区针对断缝体油藏共部署水平井25口,平均水平段长由原来的900 m优化到600 m,大幅度降低了无效水平段和单井钻井投资。优化后的这批水平井初期单井产量大于8 t/d,总体达到设计产能,基本实现了断缝体油藏的有效动用。

4 结论

1) 断裂、裂缝的识别是断缝体描述的关键,需要综合地层对比、钻井地质构造异常以及地震剖面、相干属性等对多尺度断裂进行立体解释;综合常规测井、成像测井、岩心分析以及方位曲率预测裂缝的空间发育特征。

2) 断缝体由断裂、伴生脆性破碎带及被其改造过的致密低渗砂岩共同构成,其上部及侧面有非渗透泥质岩、致密层等封挡。

3) 断缝体精细描述从断裂、裂缝和储集砂体3个方面开展,包括断裂要素、裂缝的发育特征、展布空间及其与砂体的空间配置关系等,形成三维空间雕刻技术以满足精细刻画的需要。

4) 鄂尔多斯盆地南缘过渡带三叠系储层具有致密和裂缝发育的特征,有油源背景的断缝体利于油气富集,油气在局部浮力作用下往往沿裂缝网向有利高部位运移,遇到上倾封闭条件时聚集成藏。因此,断缝体的识别与描述是鄂南构造沉积过渡带寻找富集“甜点区”和有效开发的重要技术。

猜你喜欢

鄂尔多斯曲率测井
本期广告索引
高强度高温高压直推存储式测井系统在超深井的应用
一类具有消失χ 曲率的(α,β)-度量∗
儿童青少年散瞳前后眼压及角膜曲率的变化
鄂尔多斯的婚礼 曾征 丙烯 150cm x 165cm 2020年
延长油田测井现状与发展前景
面向复杂曲率变化的智能车路径跟踪控制
地理盲
鄂尔多斯盆地姬嫄地区长6段超低渗储层敏感性评价
鄂尔多斯盆地庆城10亿吨级页岩油田勘探获重大突破