基于可钻性分析及三维地质建模的钻探有利区优选：以雄安新区雾迷山组为例

鲁 锴，刘 玲，鲍志东，季汉成，刘金侠，李 磊，李 晋，鲍逸非，牛 博，陈振良，曹瑛倬，陈欣怡，李宗峰

(1.中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院，北京 102206；2.中国石油大学(北京)地球科学学院，北京 102249； 3.中国石化集团公司新星石油有限责任公司，北京 100083；4.北京邮电大学理学院，北京 100876；5.中国石油大学(北京)石油工程学院，北京 102249)

0 引 言

为实现我国提出的“30—60”双碳目标，2021年10月26日，国务院印发《2030年前碳达峰行动方案》，其中明确提出大力发展新能源，2030年非化石能源消费比重达到25%左右。地热作为一种清洁可再生能源，具有储量大、遍布广、能效高、稳定性好等特征，因此对其开发和利用是实现我国“双碳”目标的重要途径之一。雄安新区位于京津冀腹地，区域兼跨的牛驼镇地热田、容城地热田和高阳地热田是河北省乃至整个京津冀地区地热综合条件最好的地区之一[1-2]。研究区地热资源利用历史悠久，主要以中-低温水热型为主，具有水量大、矿化度低、出水稳定等特征[3-4]，对雄安新区地热能的成功开发及利用具有普遍性的示范意义。但目前，随着研究区大量地热井开始施工，在钻进过程中，普遍遇到地层预测情况与实际钻探情况相差较大、岩溶地层漏失严重、钻井液突然失返、遭遇卡钻、钻头磨损严重等影响钻进效率和钻井成本的问题[5-7]。因此，本次研究基于丰富的钻井、测井、岩心、薄片等资料，结合抗压强度、硬度和研磨性等岩石力学实验，利用三维地质建模技术，实现对雄安新区及其周边有利钻探靶区的综合预测，为钻井工艺的优化、钻进效率的提高和钻井成本的降低提供先导。

1 区域地质概况

雄安新区位于渤海湾盆地西部的冀中坳陷的中西部(图1(a))。整体构造格局呈NW—SE走向，具有明显的“凹、凸、断”相间的特点[8-9]。主要构造单元包括“三凸、四凹、两斜坡”，具体为牛驼镇凸起、容城凸起和高阳低凸起，霸县凹陷、饶阳凹陷、保定凹陷和徐水凹陷，牛北斜坡和蠡县斜坡。其中又可划分出三个潜山发育带，分别为牛驼镇凸起上的牛驼镇凸起潜山发育带、蠡县斜坡北部的同口—雁翎低潜山发育带和任丘地区的任丘低潜山发育带。另外，研究区整体被安新构造转换带明显分为南北两部分，呈现出北高南低的格局(图1(a))。研究区内断裂以NE向为主、NWW向断裂为辅，主要为NE向的容城断裂、牛东断裂和高阳断裂，以及NWW向的容南断裂和牛南断裂(图1(a))。牛东断裂位于牛驼镇凸起东侧，以正断层活动为主，长达72 km，断距大于2200 m[10]。容城断裂为正断层，位于容城凸起东侧，倾向SEE，长约30 km，断距1600 m[11-12]。牛东、容城两条断层都有不同程度弯曲，呈“S”形。高阳断裂为正断层，倾向NW，在研究区长度为43 km，是高阳低凸起和蠡县斜坡的分界[13]。牛南断层，NWW向展布，断面倾向南，倾角45°，垂直断距1200～3200 m，水平断距1000～2500 m，为牛东断层的南端，是安新横向调节带的组成部分[13]。容南断裂位于容城凸起南侧，牛南断层的北西侧，为NWW走向正断层。

图1 雄安新区构造单元与地层划分

研究区地层可明显分为上、下两个部分，上部新生界碎屑岩地层直接不整合覆盖于下部中元古界碳酸盐岩地层之上(图1(b))。研究区上部新生界由老到新可划分为古近系、新近系和第四系，皆为陆相碎屑岩沉积(图1(b))。古近系由下到上可分为孔店组、沙河街组和东营组。古近系在本区具有低孔低渗的特征，富水性差，且矿化度较高，一般不构成有经济价值的热储层。因此，在本次研究中将古近系各组作为整体分析。新近系由老到新可分为馆陶组和明化镇组。馆陶组下部岩性主要为灰色粗砂岩和砂砾岩，中部岩性以灰绿色泥岩夹粉砂岩为主，上部岩性为灰白色砂岩夹紫红色泥岩。馆陶组热储砂体发育，砂体单层厚度较大，物性较好，热水矿化度较低，是本区重要的浅层热水储层。明化镇组为一套下细上粗的河流相砂泥沉积，在全区均有分布。第四系平原组以未成岩的黄色黏土质细砂为特征，覆盖全区，自西向东逐渐增厚。作为目前雄安新区主力热储的蓟县系雾迷山组为一套巨厚的潮坪相白云岩沉积[14-15]。由华北地区野外露头实测结果可知，其厚度由几百米到超过3000 m不等，由北东向南西呈现逐渐减薄的趋势[16]。研究区雾迷山组自沉积后经历了多期构造抬升，受到多期风化、剥蚀、淋滤和构造破裂作用叠加影响，溶蚀孔洞和裂缝极为发育，形成了以“孔、洞、缝”为主的复合储集体[17-18]。

基于研究区及周边100余口钻井分层数据所绘制各层段顶面埋深等值图可知：研究区不同构造单元的雾迷山组埋深差异较大，主体埋深在600～4000 m之间(图2(a))，残余厚度在310～1265.5 m之间。除容城凸起和牛驼镇凸起核部位外，古近系全区皆有分布，埋深在600～1800 m之间(图2(b))，厚度变化较大，最厚可超过4000 m。除本区北部的容城凸起和牛驼镇凸起缺失外，馆陶组在本区其他地区均有分布。其埋深在1000～1600 m之间(图2(c))，主体厚度在200～600 m之间，最厚可超过900 m。明化镇组主体埋深在50～450 m之间(图2(d))，厚度在400～1400 m之间。

图2 雄安新区主要层系顶面埋深等值线图

2 雄安新区岩性识别与岩石可钻性参数

2.1 雄安新区碎屑岩系测井岩性识别及岩石可钻性分析

综合前人研究成果[19-21]，结合研究区钻井岩心、薄片和录井资料，将雄安新区雾迷山组上覆碎屑岩岩性细分为泥岩、粉砂岩、细砂岩、中砂岩、粗砂岩、砾岩、砂质泥岩、泥质砂岩和含砾砂岩9种。根据研究区中较多取心的关键井中已知岩性地层的测井参数，优选对雄安新区碎屑岩敏感的自然伽马和声波时差曲线进行交汇分析，划分出具有地质意义的测井相，进而通过岩心对比与标定建立测井岩性识别模型图版[22]，对雄安新区碎屑岩系岩性进行识别。结果显示：研究区泥岩自然伽马>45 API，声波时差>380 μs/m；粉砂岩的自然伽马为7～9 API，声波时差为230～270 μs/m；中砂岩的自然伽马为6.5～11 API，声波时差为340～375 μs/m；细砂岩自然伽马为7～9 API，声波时差为270～340 μs/m；粗砂岩自然伽马为7.5～11 API，声波时差为375～400 μs/m；砾岩自然伽马为9～15 API，声波时差为275～340 μs/m；砂质泥岩自然伽马为45～75 API，声波时差为300～380 μs/m；泥质砂岩自然伽马为8.5～15 API，声波时差为>400 μs/m；含砾砂岩自然伽马为5.5～9 API，声波时差为320～340 μs/m(图3)。

图3 雄安新区碎屑岩系岩性测井识别图版[22]

由研究区雾迷山组上覆碎屑岩的钻进过程实践可知，除了在构造凸起处新近系胶结程度较弱的松散地层易发生井壁失稳坍塌事故、在大套泥岩发育段易发生缩径卡钻等风险外[23]，目前碎屑岩段已可以实现高效钻进。因此，研究区碎屑岩系的可钻性参数符合常规规律(表1)[24]，即碎屑岩系中泥岩的硬度和抗压强度最低，但二者随埋深增大而增大；而砂岩中石英等坚硬矿物含量越多、埋深越大、胶结作用越强、颗粒越细，则岩石的硬度、抗压强度越大，均布性越小且磨圆越差的岩石研磨性越强，越容易对钻头造成磨损。

表1 常见碎屑岩强度、硬度分布(据王益民等[24]修改)

2.2 雄安新区雾迷山组岩石学特征及测井识别

本区雾迷山组岩性以白云岩为主，通过对野外剖面、岩心和薄片的观察鉴定，以白云岩中所含不同结构为依据，将雄安新区雾迷山组岩石类型主要分为结晶白云岩、颗粒白云岩、微生物白云岩、硅质白云岩和角砾白云岩5大类。

(1)结晶白云岩。

结晶白云岩在雾迷山组中是分布最广的白云岩类型。依据镜下所见的晶体尺寸，雾迷山组中的结晶白云岩以泥晶白云岩和粉晶白云岩为主，含有少量的细晶白云岩。野外与岩心观察结果显示，泥晶白云岩一般为灰白色至灰色，可呈薄层、中层、厚层和块状产出(图4(a)和(b))。镜下观察结果显示，泥晶白云岩中白云石含量大于90%，晶体直径小于0.005 mm(图4(c))，结构较为均一，在阴极发光下主要发昏暗光或者不发光。由物性资料统计可知，结晶白云岩平均孔隙度为2.83%，平均渗透率为41.84×10-3μm2，孔隙度范围为0.014%～10.47%，渗透率范围为0.01×10-3～3870.00×10-3μm2。

图4 雄安新区及周边雾迷山组岩石类型图版

(2)颗粒白云岩。

颗粒白云岩中颗粒含量一般大于60%(图4(d))，颗粒类型以砂屑、球粒、鲕粒和核形石为主，显示其沉积于潮坪环境中水动力较强的部位，多在研究区的中南部发育。由于早期胶结作用的支撑，颗粒之间多数为点、线接触。不同颗粒可发生不同程度的硅化，砂屑和球粒中多见颗粒被整体硅化(图4(e))，鲕粒和核形石颗粒多表现为核心或纹层部分被硅质交代(图4(f))。由物性资料统计可知，颗粒白云岩的平均孔隙度为3.26%，平均渗透率为24.67×10-3μm2，孔隙度范围为0.51%～16.90%，渗透率范围为0.01×10-3～102.00×10-3μm2。

(3)微生物白云岩。

雾迷山组的微生物白云岩是由于蓝细菌的生物化学作用对碳酸盐岩颗粒的黏结捕捉使其沉淀而形成的[25]，不仅是一种生物沉积构造，同时也是一种岩石。由于沉积时期的水体能量的差异，不同藻类所形成的构造也不同。依据白云岩中不同的微生物构造，雾迷山组中常见的微生物白云岩包括水平层状叠层石白云岩、波状叠层石白云岩、锥-柱状叠层石白云岩和藻凝块白云岩。水平层状叠层石白云岩是发育在浪基面之下，水体能量较弱，波浪扰动较少的潮下低能带中，藻类呈水平状发育而形成。当水体能量变强，藻类纹层受到的波浪扰动作用变强，进而形成波状叠层石白云岩(图4(g))。当水体逐渐变浅，能量逐渐增加，藻类纹层由波状变为锥状-柱状，形成可对抗风浪的锥-柱状叠层石白云岩(图4(h))。而藻凝块白云岩则主要是由于藻类在生长过程中被波浪搅动、打碎而产生的团块、碎屑和凝块形成的，多产出于潮下带上部或潮间带下部(图4(i))。由物性资料统计可知，微生物白云岩的平均孔隙度为3.17%，平均渗透率为17.97×10-3μm2，孔隙度范围为0.32%～7.90%，渗透率范围为0.01×10-3～285.00×10-3μm2。

(4)硅质白云岩。

研究区雾迷山组中常见原生沉积和次生交代成因的硅质岩，原生沉积的燧石通常呈纹层状、条带状、团块状和结核状产出。但若原生硅质结构与白云岩交互沉积，或在次生交代成因的硅质白云岩中，存在局部硅化不完全，当受到溶蚀作用，白云岩易发生溶蚀，形成溶孔；硅质难溶，可形成格架结构，利于白云岩中溶孔保存(图4(j))。同时，硅质结构中易发育裂缝(图4(k))，因此可作为储层。由物性测试结果可知，硅质白云岩的平均孔隙度为2.74%，平均渗透率为29.68×10-3μm2，孔隙度范围为0.30%～6.30%，渗透率范围为0.01×10-3～308.00×10-3μm2。

(5)角砾白云岩。

角砾白云岩的产生需要岩溶作用有一定强度和持续时间，其分布在纵向和垂向上有很大差异，可作为岩溶作用的识别标志。角砾岩一般是由上覆地层的重力和压力下，溶洞顶板和洞壁产生裂缝，随着岩溶作用加剧，裂缝会切割岩石，或者岩石发生崩塌，从而产生尺寸各异、形态不一的角砾。依据1999年Loucks对岩溶角砾岩的分类[26]，本区雾迷山组中角砾白云岩主要包括裂缝角砾白云岩(图4(l))、镶嵌角砾白云岩(图4(m))、紊乱角砾白云岩(图4(n))和洞穴沉积物充填(图4(o))。裂缝角砾岩是角砾化初期的产物，是由雾迷山组白云岩中极为发育的、多期次、宽度较小的裂缝将岩石切割为碎屑，且碎屑未发生位移或位移较小而形成(图4(l))。随着岩溶作用加剧，引起岩层内发生崩、塌、滑等作用，使大量碎屑的位移和旋转量增加，从而形成紊乱角砾白云岩(图4(n))。而镶嵌角砾白云岩与裂缝角砾岩相似，但碎屑间位移较大，是裂缝角砾岩和紊乱角砾岩间的过渡类型(图4(m))。洞穴沉积物充填主要是在岩溶洞穴中，由含碎屑和岩块的沉积物组成(图4(o))。在雄安新区雾迷山组岩心中常见角砾白云岩发育，通常此类岩石具有较高的原始孔隙度，但受后期压实作用和胶结作用影响，孔隙度大幅减小。由物性测试结果可知，角砾白云岩的平均孔隙度为6.39%，平均渗透率为106.68×10-3μm2，孔隙度为2.40%～15.70%，渗透率为0.17×10-3～858.00×10-3μm2。

进而基于研究区钻井岩心、薄片、录井和测井资料，利用自然伽马和声波时差曲线建立雾迷山组测井岩性识别模型图版。结果显示，硅质白云岩自然伽马为0.5～3.3 API，声波时差为130～163 μs/m；微生物白云岩自然伽马为1.3～3.3 API，声波时差为163～200 μs/m；颗粒白云岩自然伽马为0.8～1.3 API，声波时差为163～200 μs/m；角砾白云岩自然伽马为0.8～4.5 API，声波时差>200 μs/m；泥晶白云岩自然伽马>3.3 API，声波时差为130～178 μs/m(图5)。在雾迷山组白云岩储层中，白云岩中所含的不同结构决定了储层发育规模。以任丘潜山的雾迷山组油气储层为例，其中具有藻类结构的白云岩储层厚度约占总厚度的45%，角砾白云岩储层厚度占比超过20%，而硅质白云岩和泥晶白云岩二者相加储层占比接近20%，其余类型白云岩储层占比则不超过15%[27]。因此，在雄安新区雾迷山组热储层中作为主要储集岩的岩石类型主要为角砾白云岩、微生物白云岩、泥晶白云岩和硅质白云岩。颗粒白云岩由于其发育规模的局限和后期成岩作用的影响，不是主要的储集岩类。

图5 雄安新区雾迷山组岩性测井识别图版

2.3 雄安新区雾迷山组岩石可钻性参数分析

岩石可钻性参数主要是用来评价岩石破碎难易程度的综合指标，为了在雾迷山组岩溶地层中能够实现钻进效率提高和钻井成本下降的目标，依据前文分析，本次研究选取研究区雾迷山组储层中最发育的块状泥晶白云岩、角砾白云岩、柱状叠层石白云岩、硅质白云岩和层纹石5类岩石的柱塞和岩块样品，基于地质力学实验的方法，对雾迷山组岩石的抗压强度、硬度和研磨性等参数进行综合测定，进而划分岩石可钻性级次，对雾迷山组地层可钻性进行分析与预测。

(1)岩石抗压强度测试。

本次研究采用单轴压缩、围压为20 MPa和40 MPa条件下的三轴压缩方法对雾迷山组含有不同结构的白云岩柱塞样品进行测试。结果(表2)显示，抗压强度与围压呈正相关关系(图6(a))，白云岩的平均抗压强度由大到小依次为：块状泥晶白云岩>硅质白云岩>层纹石>角砾白云岩>柱状叠层石白云岩。实验结果说明与相对均质的块状泥晶白云岩相比，白云岩中所含有的硅质、藻纹层和角砾等结构都会降低其抗压强度。另外，排列更为紧密的水平状藻纹层结构相对于非均质性更强的柱状藻叠层结构具有更高的抗压强度，非均质性最强的角砾白云岩的抗压强度最低。因此，雾迷山组白云岩中所含有的不同结构影响了岩石的抗压强度。

表2 雄安新区雾迷山组岩石力学测试结果

图6 雄安新区雾迷山组岩石可钻性参数测试结果

(2)岩石硬度测试。

岩石的矿物成分和结构对其抗钻能力起了决定性的作用。利用压入硬度法，将上述雾迷山组岩石块体样品放入全自动岩石硬度测定仪，对同一岩样的两个不同部位施加点载荷，分次测定其最大试验载荷，进而计算其硬度均值。实验结果显示(表2)，平均岩石硬度由大到小为：硅质白云岩、块状泥晶白云岩、层纹石、角砾状云岩和柱状叠层石白云岩(图6(b))，且由岩石硬度分类结果(表3)[24，28]可知，雾迷山组岩石硬度分级主要为中硬-硬。由对测试样品的全岩X射线衍射(XRD)分析结果可知，除硅质白云岩中石英含量明显较高(>50%)外，其余岩石样品中的石英含量均小于10%。因此，影响雾迷山组中各岩石硬度的主要因素为其结构。具有较为均一且致密结构的泥晶白云岩和层纹石，其硬度也高于非均质性较强的角砾白云岩和柱状叠层石白云岩，这与岩石抗压强度测试结果相一致。

表3 岩石硬度划分表(据王益民等[24]和尹宏锦[28]修改)

(3)岩石研磨性测试。

岩石的研磨性通常被定义为岩石对钻头的磨损能力[29]。在钻井的过程中，岩石对钻头的磨损会增加钻头的消耗，使钻头破岩的效率降低，增加钻井的成本。因此，对岩石研磨性进行研究可以为钻头设计、选型、提高钻进效率和降低钻井成本都有着指导意义。本次研究结合研究区岩样实际情况，选择1.5 kN的正压力和150 r/min的转速进行实验，研磨时间设置为10 min，进而采用以研磨环的磨损失重与岩石破损单位体积的比率来作为岩石研磨性指标，即：

λ=ΔW/ΔV

(1)

式中：ΔW为研磨环磨损的质量，mg；ΔV为岩石磨损的体积，cm3；λ为研磨性指标，mg/cm3。

岩石磨损的体积可以通过研磨槽长度和宽度进行计算得到，计算公式，

(2)

式中：ΔV为岩石磨损的体积，R为研磨环半径，L为研磨槽长度，h为研磨槽深度。

为了更好地区分雾迷山组岩石的研磨性和更为方便地与其他岩石类型进行对比，采用公比为2的等比级数分级方法对测定值进行计算。实验和计算结果(表2)显示，雾迷山组岩石研磨性由大到小排序为：块状泥晶白云岩、硅质白云岩、层纹石、角砾状白云岩和柱状叠层石白云岩(图6(c))。由地层岩石研磨性分级表(表4)[29-30]可知，雾迷山组不同结构白云岩研磨性分级为中低-中高级。与岩石硬度和抗压强度相同，岩石的研磨性也是取决于岩石内部矿物含量与形态结构。其中高硬度的硬质矿物、胶结程度、颗粒大小和岩石组构对其研磨性的影响很大。对于雾迷山组中的不同结构白云岩来说，石英含量越高、内部结构越均一，则岩石研磨性越高。

表4 地层岩石研磨性分级(据邹德永等[29]和袁军等[30]修改)

(4)雄安新区雾迷山组白云岩可钻性分级。

综合岩石抗压强度、硬度和研磨性三种可钻性参数的测定结果，将柱状叠层石白云岩和角砾白云岩划分为易钻级，层纹石划分为中钻级，硅质白云岩和块状泥晶白云岩划分为难钻级(表5)。另外，需要补充说明的一点是，由于颗粒白云岩在研究区分布较为局限，且在雾迷山组热储岩石类型中占比较低，因此，在岩石力学实验的样品中未选择颗粒白云岩进行测试。但为使测井岩性识别和后续建模工作尽量全面地反映研究区地层岩性情况，本次研究依据颗粒白云岩的测井电性响应特征(与微生物云岩相似)、颗粒大小(一般小于2 mm，较为均质)、胶结程度(后期颗粒间硅质胶结严重)和物性特征等特点，将其与层纹石一并划分为中钻级。由于测井岩性识别的局限性，难以将柱状叠层石白云岩和层纹石区分，因此在建模工作中统称为微生物白云岩，其应属易钻级与中钻级之间的较易钻级。

表5 雄安新区雾迷山组可钻性分级

对于研究区内一铺南1井中不同地层的实际钻进速度进行统计，结果显示：一铺南1井进行了以分钟为单位的钻时观测工作，新近系与古近系地层中钻速为0.4～21.7 min/m，在雾迷山组地层中钻速为0.9 ～77.98 min/m；钻速差异说明研究区深部雾迷山组地层可钻性差于其上覆碎屑岩地层。

为降低不同埋深引起的围压差异所造成的钻速误差，本次研究选取研究区及周边3口钻井钻遇雾迷山组中相邻层段不同类型白云岩的钻速进行统计，结果显示：淀6-4井1191～1207 m角砾白云岩层段中钻速为5.0～21.0 min/m，平均钻速为7.1 min/m；1207～1230 m块状泥晶白云岩层段中钻速为3.0～27.0 min/m，平均钻速为14.0 min/m。高10井3536～3545 m硅质白云岩层段中钻速为12.0～34.0 min/m，平均钻速为18.8 min/m；3546～3573 m块状泥晶白云岩层段中钻速为11.0～56.0 min/m，平均钻速为23.2 min/m。文古1井5288～5297 m硅质白云岩层段中钻速为19.0～68.0 min/m，平均钻速为35.2 min/m；5298～5328 m块状泥晶白云岩层段中钻速为15.0～93.0 min/m，平均钻速为37.1 min/m。不同类型白云岩实际钻速显示的差异与本次研究的雾迷山组可钻性分级结果一致。另外，不同井中不同埋深层段的同一岩性实际钻速的区别说明了随埋深增大，岩石的可钻性变差。

3 雄安新区三维地质模型构建

基于雄安新区各地层岩石类型测井识别结果和岩石可钻性参数研究的基础，利用地质建模技术，从三维可视化角度实现对研究区地热钻探靶区的预测。针对本区复杂的地层，选用Schlumberger Petrel 2018.2版本软件对其进行地质建模。

3.1 数据准备

基于各类资料的综合利用，本次建模收集处理了研究区101口钻井的井轨迹坐标、补心海拔、分层和测井曲线以及经测井解释的岩性参数等数据。其中，为使模型更为直观，将研究区地层分为平原组、明化镇组、馆陶组、古近系(内部不分组)、雾迷山组及雾迷山组之下地层，从而确定各地层顶、底的深度界限。

网格是建立地质模型的基础，根据研究区建模面积及井位间距和计算机运行速度，最终合理设定模型平面网格为350 m×350 m，垂向上将雾迷山组及其上覆地层划分为145个小层，其中第四系共15个小层，明化镇组30个小层，馆陶组20个小层，古近系30个小层，雾迷山组50个小层，雾迷山组之下地层视为整体不分小层。模拟精度较高，满足建模要求。

3.2 模型搭建

由于本区未采集覆盖全区的三维地震数据，本次研究采取地震剖面解释成果与构造数据相结合的手段，刻画出本区内主要正断层，走向为北东—南西向、近东西向。层面模型主要反映了地层界面的三维分布，叠合的层面模型即为地层格架模型。本次研究主要利用测井分层数据在断层模型的基础上建立层面模型，包括平原组顶面、明化镇组顶面、馆陶组顶面、古近系顶面、雾迷山组顶面和底面。进而对局部插值异常进行检查和消除，以尽可能如实地反映出地层的形态(图7)。通过测井曲线解释成果对未取心井或井段的岩石类型进行识别，使所有井段都得到连续的岩石类型曲线。在构造模型基础上，应用离散曲线的粗化方法，将岩石类型粗化到三维地质模型中，利用随机模拟方法中适应性较强且能够综合各种参数的序贯指示方法建立三维地质模型。

图7 雄安新区层面模型

模拟结果如图8所示，雄安新区上部碎屑岩系岩性平面上整体分布较为稳定，但纵向厚度差异大，主要受研究区构造单元控制。雾迷山组岩性与上覆岩层具有明显区分，且内部纵向岩性变化较频繁。因此，雄安地区碎屑岩系与雾迷山组地层可钻性具有明显差异，雾迷山组内部岩石可钻性具有频繁变化的特征。

图8 雄安新区三维地质模型与栅状图

3.3 雄安新区雾迷山组钻探靶区优选

由研究区三维地质模型东西向和南北向切片可知，牛驼镇凸起和容城凸起处上部碎屑岩系较研究区其他构造部位具有厚度小、埋深浅、砂岩含量较泥岩多、胶结作用较弱等特征，属较易钻进地层，但在钻进过程中需注意松散砂岩层造成井壁失稳的问题。两个凸起处雾迷山组埋深最浅，牛驼镇凸起处雾迷山组岩性随深度变大，由角砾白云岩、微生物白云岩和颗粒白云岩的组合向硅质白云岩和泥晶白云岩组合转变，钻进难度增大(图9(a))；容城凸起处雾迷山组岩性则以较易钻进的微生物白云岩和角砾白云岩为主(图9(a)和(c))。因此，综合而言，研究区北部两大凸起处是热储钻进效率相对最高、成本最低的最有利地区。在对于此处的雾迷山组进行钻探时应注意岩溶地层造成的泥浆漏失、失反、钻具放空和卡钻等问题，同时需注意角砾岩和硅质岩对钻头造成的崩坏和冲击等影响。

图9 雄安新区三维模型切片(切片位置见图1)

在研究区南部的高阳低凸起、同口—雁翎低潜山和任丘低潜山部位，雾迷山组埋深虽较北部凸起处变大，但上部碎屑岩层泥质含量较多，并且雾迷山组以微生物云岩、角砾白云岩与泥晶白云岩混杂为主，属较易钻进级次，是未来开发的潜力地区(图9(b))。在钻进时需注意大套泥岩可能造成的卡钻、缩径等问题。

在研究区北部的牛北斜坡处，由于砂岩厚度和埋深的增大，钻探时会面临上覆碎屑岩地层钻进难度较凸起处增大，而雾迷山组的可钻性变化与牛驼镇凸起处相似，同样呈现随深度变深而增大的特征(图9(d))。研究区南部的蠡县斜坡较同口—雁翎和任丘潜山部位埋深略大，整体钻进难度稍强(图9(c))。因此，研究区斜坡部位可作为次于凸起和潜山部位的未来地热潜力区进行勘探开发。而研究区4个凹陷处上部碎屑岩系厚度大，压实、胶结作用强烈，钻进难度增大；雾迷山组埋深巨大，并以泥晶白云岩和硅质白云岩为主，凹陷处地层均属难钻级。因此，较研究区其他地区，凹陷处热储钻进难度大、效率低、成本高(图9)。

4 结 论

雄安新区碎屑岩系岩性可细分为泥岩、粉砂岩、细砂岩、中砂岩、粗砂岩、砾岩、砂质泥岩、泥质砂岩和含砾砂岩9种。雾迷山组岩石类型主要分为结晶白云岩、颗粒白云岩、微生物白云岩、硅质白云岩和角砾白云岩5类。

采用岩石力学实验的方法，对雾迷山组各种含有不同结构白云岩的抗压强度、硬度和研磨性等可钻性参数进行综合测定。结果显示，不同类型白云岩的可钻性参数受到其中岩石内部结构的控制。块状泥晶白云岩和硅质白云岩的三种参数都明显大于其他类型岩石，因此将二者划为难钻级。而相较于其他岩石类型来说，角砾白云岩和微生物白云岩的三种参数明显较低，因此将二者归为易钻级。层纹石和颗粒白云岩则归为中钻级。

基于雄安新区各地层岩石类型测井识别结果和岩石可钻性参数研究的基础，利用地质建模技术建立雄安新区三维地质模型。从三维可视化角度明确研究区各地层展布、岩性变化和可钻性分布的规律，为钻井设计奠定基础。进而圈定牛驼镇凸起和容城凸起为钻进效率最高、钻井成本最低的钻探靶区。高阳低凸起、同口—雁翎低潜山带、任丘低潜山带、牛北斜坡和蠡县斜坡区域为次有利的潜力钻探靶区。而凹陷区钻探风险、难度较大，成本较高，对于凹陷区地热资源的钻探需进一步考量。