胜利海上油田下古生界潜山油藏储层描述与开发调整

2022-04-12王志伟张凯张本华武群虎刘少斌周红科张在振

断块油气田 2022年2期

王志伟，张凯，张本华，武群虎，刘少斌，周红科，张在振

（1.中国石油大学（华东）石油工程学院，山东青岛 266580；2.中国石化胜利油田分公司海洋采油厂，山东东营 257237）

0 引言

下古生界潜山油藏是胜利海上油田重要的开发对象，自1993年埕北11A-5井投入开发以来，历经了近30 a的开发，累计动用石油地质储量3 236×104t，实施开发井52口，生产原油296×104t。目前，下古生界潜山油藏的采出程度9.1%，采油速度0.36%，与国内外同类型潜山油藏相比，整体处于“低采出程度、低采油速度”阶段，仍具有较大的提高采收率空间。由于下古生界潜山油藏的储层埋藏深、储集空间分布复杂、非均质性强、地震资料品质差，储层地震精细预测难度大，也给剩余油分布研究、精准挖潜及能量补充等带来了较大难度。基于此，本文针对制约胜利海上油田下古生界潜山油藏储层精细描述的关键问题，从基础资料分析入手，结合区域构造演化特征研究，系统开展了储层控制因素分析、储集体发育模式研究及储集体预测技术攻关，有效提高了储层预测精度，成功实施胜海古1、埕北古4、埕北313、埕北30-306等4个潜山区块的开发调整方案，取得了较好的开发效果，为后续潜山油藏的开发调整提供了一定的借鉴。

1 区域地质概况

胜利海上油田包括新北油田、埕岛油田，其中埕岛油田位于山东省东营市东北、渤海湾南部水深4～20 m的极浅海海域，区域构造位置处于埕北低凸起东南端，四周被渤中、沙南、埕北、桩东4个生油坳陷包围，油气成藏条件十分优越，有利勘探开发面积507 km2（见图1）。已钻井揭示的研究区地层自下而上为太古界、古生界和中生界潜山、古近系沙河街组和东营组、新近系馆陶组和明化镇组及第四系平原组[1-7]。除第四系平原组外，其余7套层系均已发现油气，是典型的复式油气藏，上报探明石油地质储量4.69×108t，其中潜山油藏探明石油地质储量6 333×104t。目前，埕岛油田建成年产原油能力340×104t，成为我国极浅海海域投入勘探开发的最大油田。

图1 胜利海上油田构造位置示意

研究区历经多期构造运动叠加，发育埕北、埕北20、埕北30南、埕北30北等4条边界基底控山断层。在新生代长期继承性活动的为北西向的埕北断层和北东向的埕北30南、埕北30北断层[8-10]，在新生代消亡的为北西向的埕北20断层，4条断层将研究区潜山分成了西、中、东“三排山”的构造格局。同时，研究区内还发育多条近东西向断层，将潜山整体切割为“棋盘”状复杂构造格局。下古生界潜山油藏残留地层为寒武系和奥陶系，其中寒武系地层厚度为10～600 m，奥陶系地层厚度为10～700 m。储层发育了以奥陶系冶里组—亮甲山组白云岩地层为主的内幕储层和以八陡组、上马家沟组、下马家沟组石灰岩地层为主的风化壳储层，风化壳储层发育厚度受控于残留地层岩性、古构造高低及上覆地层等多种因素，厚度在10～160 m。

2 构造演化特征

研究区自三叠系以来经历了印支、燕山及喜山期等多期构造运动[11-14]，分为5个阶段。印支期受强烈挤压应力作用，北西向埕北、埕北20断层发育，形成北西向构造格局，整体抬升剥蚀，剥蚀高点位于断层上盘。

燕山早期为构造转型期，但仍受控于弱挤压应力作用，整体坳陷沉积水下，沉积了一套河湖相含煤地层。燕山中期区域构造应力场发生根本性转变，在郯庐断裂左旋走滑、岩石圈强烈伸展减薄、地幔活动与软流圈隆升等共同作用下，进入了大规模断陷发育和火山活动期。此时，受拉张应力作用，先存的北西向断层发生构造反转，北西向山系形成，派生出一系列与郯庐断裂走向一致的北东向走滑断层（如埕北30南、埕北30北断层），将北西向山系切割成西、中、东3段，剥蚀高点位于中段南部。燕山晚期构造运动减弱，受挤压应力作用形成近南北向背斜，全区抬升遭受强烈剥蚀，部分北东向走滑断层发生反转，新生一系列近东西向正断层。潜山内幕被进一步复杂化，挤压构造使山系中的东段更加明显，此时北西向的埕北20断层停止运动。

喜山期的郯庐断裂经历了左旋压扭到右旋张扭转换，受拉张应力作用差异隆升或断块翘倾成山，潜山升降幅度较大，高部位遭受剥蚀，低部位接受沉积。各潜山陆续埋入水下并接受沉积，最终形成了现今西、中、东“三排山”的构造格局。

3 储层发育模式及预测技术

3.1 储层发育特征及控制因素

综合利用测录井、岩心、薄片等资料，对研究区储集空间特征进行了识别，识别出晶间孔隙、溶蚀孔洞、裂缝等3种储集空间类型[15-17]。研究区以裂缝型储集空间为主。晶间孔隙为白云岩和石灰岩在重结晶作用、白云石化作用下形成的白云石或方解石晶体之间的孔隙；溶蚀孔洞为地下水或地表水对碳酸盐岩进行溶解作用而形成的储集空间；裂缝绝大部分为受应力作用而形成的构造裂缝，经地下水沿裂缝溶蚀扩大也可形成两壁不平整的溶蚀裂缝，储集空间分布非均质性强，溶蚀程度具有较大差异。储层发育主要受岩性、断层和残留地层厚度等3个方面作用的影响[18-19]。石灰岩中发育大、中尺度张裂缝，白云岩中发育中、小尺度剪裂缝。石灰岩可溶蚀性强，易产生溶蚀孔洞，白云岩脆性大，易形成裂缝。储层发育程度与距主控断层的水平距离呈负相关关系，靠近断层方向的裂缝发育，垂直断层方向的裂缝有规律减少，距断层 20，40，80，120，160 m的裂缝密度分别为 135，130，108，94，82 条/m2。储层发育主要集中在奥陶系，残留地层厚度越大，储层发育越好，有效储层主要发育在距潜山顶面200 m范围以内。储层厚度影响着裂缝发育程度，薄层中的裂缝较厚层中的裂缝更为发育。

3.2 断层+裂缝+溶蚀复合储集体概念

断层+裂缝+溶蚀复合储集体是由地层错动产生，分布于断层周围，储集空间以裂缝和溶蚀孔洞为主的储层发育带。依据裂缝、溶蚀孔洞发育规律及岩石分布特征，将其分为角砾岩段、碎裂岩段、块状岩段3种结构单元。角砾岩段见大小、形状各异的砾石，磨圆度较差，绝大多数砾石在不同方向上均可见断层擦痕，砾间被方解石及泥质胶结，局部泥质含量高的层段见磨圆度较好的砾石，胶结程度较高，多处可见溶洞，油迹显示明显。碎裂岩段见2组或2组以上走向不同的裂缝切割岩石，但没有发生位移，裂缝密度大于15条/m2，大部分裂缝壁弯曲呈现明显的溶蚀痕迹，且存在不同程度的开启，多数含油。块状岩段发育1组或2组走向不同的裂缝，裂缝密度3～15条/m2，以高角度裂缝为主，且多被方解石充填，缝壁平直，仅局部见水平溶蚀缝发育，少数含油。各岩段充填程度普遍较高，溶蚀程度较低，仅在奥陶系上马家沟组中发现水平溶蚀缝。

3.3 断层+裂缝+溶蚀复合储集体发育模式

对各结构单元的测井响应特征参数进行统计分析，得到与断层相关的储集体结构判别公式，并对已完钻井进行储集体结构识别，同时将测井识别结果标定到地震剖面上，发现角砾岩段、碎裂岩段的空间分布与断层发育存在一定关系。角砾岩段一般是断层面所通过的位置，砾石具有多面、多向擦痕，反映了多期强弱不同的断裂构造活动情况。碎裂岩段多数靠近角砾岩段对称发育，受断层规模、岩性的影响，有时块状岩段也会靠近角砾岩段发育。结合角砾岩段、碎裂岩段、块状岩段的发育特征，建立了断层+裂缝+溶蚀复合储集体发育模式（见图2），即角砾岩段靠近断层发育，碎裂岩段紧邻角砾岩段分布。当断层规模较小时，碎裂岩段也会靠近断层发育，块状岩段则相对离断层较远，整体上符合“原岩段—块状岩段—碎裂岩段—角砾岩段—断层面—角砾岩段—碎裂岩段—块状岩段—原岩段”的空间组合模式[20-23]。

图2 断层+裂缝+溶蚀复合储集体发育模式

3.4 断层+裂缝+溶蚀复合储集体预测

在断层+裂缝+溶蚀复合储集体发育模式建立的基础上，采用裂缝分级预测技术对不同尺度裂缝进行描述，实现潜山储层的空间刻画。

3.4.1 储集体正演模拟

根据钻遇裂缝带储层合成地震记录标定，确定地质模型中地层速度及裂缝储层的速度界限，中生界地层速度为4 100 m/s，奥陶系地层速度为6 000 m/s，寒武系地层速度为5 400 m/s，裂缝带地层速度为5 000 m/s。选取震源子波为单峰，对建立的模型进行垂直入射模拟，得到CDP（共深度点）时间剖面，与实际地震剖面进行对比，并对模型进行精细修改，直到模拟得到的时间剖面与实际地震剖面相吻合。依据正演模拟剖面，确定裂缝带地震响应特征以杂乱反射或空白反射为主。

3.4.2 储集体预测技术

按照宽度、延伸长度及开启程度等将裂缝分为大、中小、微等3个尺度，大尺度裂缝采用不连续性相干属性预测技术，中小尺度裂缝采用改进蚂蚁体预测技术，微裂缝采用波形指示反演预测技术。

1）大尺度裂缝采用不连续性相干属性预测技术。不连续性相干属性是在时间-频率域内进行地层倾角时差计算，然后选取分析时窗，对地下异常地质体进行不连续性检测。该技术获得的地层倾角较为准确，能有效消除地层倾角的影响，从而突出真实断裂及大级别裂缝的不连续性特征。针对次级断裂和大尺度裂缝，开展基于倾角扫描的不连续性检测。不连续性相干属性预测裂缝平面分布见图3。由图可以看出，埕北30潜山下古生界Tg层主干断裂展布多为北东向，不同断块内部被次一级东西向和南北向裂缝带复杂化，距离断块边界的断裂越近，对应的裂缝带越发育，高产井埕北302、埕北30、埕北30A-2井均处于高异常分布区。

图3 不连续性相干属性预测裂缝平面分布

2）中小尺度裂缝采用改进蚂蚁体预测技术。考虑到研究区发育大量高角度的张性裂缝带，利用不受反射振幅和波形影响的体曲率属性来改进蚂蚁体追踪，进而更好地预测中小尺度裂缝。体曲率只计算同相轴的形变程度，对反射振幅不敏感，而对挠曲（未断开）、褶皱等横向变形更敏感，改进蚂蚁体可提高中小尺度裂缝的识别效果。对比相干剖面和改进蚂蚁体追踪剖面可以发现，改进蚂蚁体更能清晰地预测中小尺度裂缝发育，下古生界Tg层改进蚂蚁体切片可以清楚地识别断裂整体构造格局和次级断裂展布特征，同时褶曲、挠曲等变形位置同样被预测出来，均为裂缝带发育位置。改进蚂蚁体预测裂缝平面分布见图4。由图可以看出，埕北 302、埕北 303、埕北 30、埕北 313、埕北 39井以北北东和北东向裂缝为主，而近东西向裂缝发育较少，说明裂缝发育带主要受控于北东向断裂，东西向断裂对裂缝带发育影响较小。

图4 改进蚂蚁体预测裂缝平面分布

3）微裂缝采用波形指示反演预测技术。地震波形特征与储层垂向岩性组合密切相关，横向变化为储层空间变化的综合体现[24]。波形指示反演基本流程是对已知井的地震波形特征进行分析，优选与目标点波形相似度高的井建立初始地质模型，结合原始地震波形变化信息，不断优化计算，确保反演结果与原始地震信息及地质认识一致。从反演结果分析来看，反演结果在井点处与测井解释结果相吻合，横向上体现微裂缝带的发育情况。

4）多属性体融合技术。单一储层裂缝识别与预测技术都存在缺点，很难有效用于裂缝预测。为提高裂缝储层预测精度，采用多属性体融合技术提高裂缝储层描述精度。通过不连续性相干属性预测技术描述大尺度裂缝，改进蚂蚁体技术描述中小尺度裂缝，波形指示反演预测技术分析微裂缝带发育情况。对3种数据体频谱分析，优化融合频谱范围，提取有效频率成分进行属性融合。多属性体融合后剖面见图5，图中黑线为井轨迹。纵向上能体现大、中小尺度裂缝带特征，横向上能体现微裂缝带发育情况，与开发井钻遇情况吻合。

图5 多属性体融合后剖面

4 开发调整

基于断层+裂缝+溶蚀复合储集体的地质认识和储层预测结果，得到下古生界潜山油藏储层平面综合分布特征。结合生产动态资料，分析油水运移方向，考虑断层等条件的遮挡作用，明确区块剩余油富集区，综合确定开发调整潜力。按照“单井控制多个储集体、井控储量50×104t以上”的原则，编制了埕岛油田胜海古1、埕北古4、埕北313、埕北30-306等4个潜山区块开发调整方案，方案设计动用石油地质储量1 367×104t，部署开发井18口，规划建产22×104t。

截至目前，已完成胜海古 1、埕北古4、埕北313区块8口开发井的方案实施，新建产能9.5×104t，开发井实施过程中均钻遇良好油气显示，新井储层的钻遇成功率达100%。单井实际钻遇储层厚度与钻前储层预测厚度相比，8口新井钻前储层预测平均厚度30 m，实际钻遇储层平均厚度26 m，误差4 m，符合率达85%。综合应用多方法对下古生界油藏潜山储层进行预测，可以有效解决制约胜利海上油田下古生界潜山油藏高效开发的关键难题，降低开发风险。