塔里木盆地油气资源丰富,勘探领域众多。盆地的油气勘探自1952 年中苏石油公司开始至今经历了突破山前,初闯地台(1952~1963 年)、回师塔西南,发现柯克亚油气田(1964~1982 年)、着眼全盆地,突破塔北(1983~1988 年)、全盆地展开(1989年至今)4个阶段、60多年的历史,在这个过程中伴随着油气勘探理论的不断完善、勘探技术的不断提高,油气勘探领域不断扩大,从戈壁进入沙漠,从盆地腹部到山前,从陆相中新生界到海相古生界,从前陆盆地到克拉通,遍及整个盆地。目前,塔里木盆地已经成为我国油气增储上产最为重要的含油气盆地之一。

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▲ 顺北—顺南北东向断裂带油气勘探开发成果图

近年来,中国石油化工股份有限公司西北油田分公司(简称中石化西北油田分公司)在前期众多油气勘探重大成果的基础上,进一步深化总结、不断加大勘探力度,油气勘探取得了一系列新的重大突破。特别是“十二五”以来,在盆地整体评价的基础上,不断向塔河深层、顺北、顺托—顺南展开,落实了顺北、顺南—顺托、塔河深层3 个亿吨级增储上产区带。其中,2012 年,针对顺北地区中下奥陶统碳酸盐岩有利目标,优化勘探程序,实现了新区、新领域油气新发现。2015 年9月实施滚动评价井顺北1-1H井,顺北1-1H井中途测试获得高产、稳产工业油气流,实现了顺北地区的重大油气突破。2016 年1 号断裂带部署6口油藏评价井和产建井,6口井均在中下奥陶统发生放空、漏失,测试均获高产、稳产工业油气流,平均单井日产80t 以上,建立SHB1-1H 试采区。至此顺北大油气田被发现,提交石油探明储量1.3864×108 t,溶解气738×108m³。石油控制储量5.0858×108t,溶解气2706×108m³。石油预测储量为6.6×108t,溶解气为3511×108m³。2017 年加快推进一体化勘探开发节奏,顺北5 号断裂带北段和SHP3H 获得重要进展,日产60~100t,落实商业储量2.2×108t,新建立两个试采区,为后续区块开发提供了大量的实践经验。2018年1月通过了顺北1 区百万吨产能建设方案审查,标志着顺北油气田全面开发进入实质性阶段。

▲ 塔里木盆地海相碳酸盐岩油气藏类型示意图

通过4年持续的勘探评价,对顺北油气田的油气地质特征有了深刻、全面的认识,在前期潜山型、岩溶缝洞型油气藏类型的基础上,发现了国内乃至国际上又一种新的油气藏类型,即断控缝洞型油气藏。

顺北地区的超深层古老碳酸盐岩层系中获得重大勘探突破,是继雅克拉风化壳海相油气勘探突破、塔河油田岩溶缝洞勘探转折之后,塔里木盆地海相碳酸盐岩油气勘探的又一重要里程碑。顺北油气田深大断裂带“控储、控藏、控富”油气富集模式,丰富了海相碳酸盐岩储层成因类型,且将碳酸盐岩有效储层埋深延深至8500m 以下,拓展了海相碳酸盐岩超深层的勘探潜力,完善了海相碳酸盐岩储层形成理论,刷新了石油地质传统认识。顺北油气田的发现和建产成为深层-超深层海相碳酸盐岩勘探开发的标志性实践成果。

《》(漆立新. 云露 . 李宗杰著. 北京: 科学出版社. 2023.2)专著成果体现了理论创新和技术进步,具体表现为以下两大方面。

一、拓展了油气勘探领域、丰富了油气成藏理论

1. 开拓了下古生界碳酸盐岩勘探领域,实现了由古隆起、古斜坡向构造低部位的拓展

塔里木盆地多旋回叠合盆地发展背景下,古生界超深层碳酸盐岩油气成藏条件与富集规律十分复杂,不同地区油气成藏与富集规律差异大。

2013 年以来,围绕构造低部位这一长期以来一直被视作勘探的“禁区”,立足顺托果勒地区,加快开展构造低部位超深层碳酸盐岩油气成藏研究和勘探关键技术研发,通过多专业融合建立创新团队开展立项攻关,明确了构造低部位岩溶欠发育区具有深大走滑断裂带“控储、控藏、控富”的规律。在创新建立的超深缝洞体油气藏成藏理论指导下,形成了“立足原地烃源岩,沿深大走滑断裂带,寻找晚期原生规模油气藏”的勘探思路,取得了塔里木盆地构造低部位顺托、顺南、顺北等一系列重大油气突破,揭示了碳酸盐岩新类型油气藏——超深缝洞体油气藏,指导发现了十亿吨级、国内仅有国际少有、世界商业开发最深的油气田——顺北油气田,实现了塔河之外实质性油气突破,为西北油田长远发展奠定了基础。

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▲ 塔中—顺北—塔河地区奥陶系油藏发育模式图

2. 提出了新的储集体与油气藏类型,丰富了海相碳酸盐岩成储成藏理论

以构造为主要成因的断控裂缝-洞穴型储集体是顺北超深断控缝洞型油气藏的典型特征,是分布在岩溶欠发育区、沿断裂带发育的一种新类型储集体。它的提出,突破了碳酸盐岩传统四大类型储层(生物礁、颗粒滩、白云岩、风化壳)与断裂带难以形成规模储集体的固有认识。其主要的形成机制以走滑断裂带的构造破裂作用为主,叠加埋藏流体的改造作用,形成了不受构造埋深控制的规模储集体,有效储层埋深延深至8500m 以下,拓展了超深层的勘探潜力,丰富和完善了海相碳酸盐岩油气成储、成藏理论。

▲ 顺北地区断控缝洞型储层特征

通过实测孔隙度与渗透率也反映出断裂带之外岩性均属于低孔低渗特征,主要依靠构造运动及破裂作用对储集空间进行改善,实钻沿断裂带部署大量钻井中普遍钻遇放空、漏失也揭示了断控缝洞型储层,断控储集体沿断裂带分布,横向宽度窄(小于2km),纵向发育深度大(大于510m)、连通性好(大于2km),岩心观察亦可识别顺北地区奥陶系主要发育四种类型裂缝:成岩缝、沥青充填高角度裂缝、方解石充填高角度裂缝及低角度-近水平缝,除充填外均可形成良好的储集体及油气运移的有效通道。

3. 拓展了油藏保存下限深度,深化了超深层海相碳酸盐岩油气藏形成演化认识

顺北地区超深断控缝洞型油气藏勘探实践证实了在埋深接近8000m,仍获得保存良好的优质轻质原油。顺北地区温度场与烃源岩热演化表明寒武系玉尔吐斯组烃源岩热演化主要受压力和温度控制。以南北向贯穿顺北地区的顺北5 号走滑断裂带为例,顺北5 号走滑断裂带经历了加里东晚期、海西晚期—印支期油气充注,主要成藏期为海西晚期。塔里木盆地晚期属于冷盆,平均温度梯度小于2℃/100m,顺北5号走滑断裂带钻井温度和实测温度表明,深部温度梯度平均为1.55℃/100m,且埋深增大,温度梯度呈现逐渐降低的趋势。在主成藏期——海西晚期,烃源岩温度由北往南逐渐升高,分布在150~181℃,在封闭体系(长期稳定构造环境)大埋深、高压力(流体压力大于60MPa)背景下,烃源岩的演化程度比正常演化低0.5%,实际对应的热演化程度Ro为1.15%~1.8%,北段处于生油阶段,南段处于生凝析油气阶段,与北段为轻质油藏、中段为挥发性油藏、南段为凝析气藏的油藏特征完全对应,表明高压与较低低温场控制了油气热演化与现今油藏分布规律。

▲ 顺北地区5 号走滑断裂带典型钻井玉尔吐斯组成熟度演化

顺北较低温度场不仅利于寒武系玉尔吐斯组烃源岩晚期生油,还非常利于超深层油气的保存。油气保存主要受温度控制,原油裂解的温度主要为160~200℃,低于160℃原油基本不会裂解,而高于200℃时,原油基本裂解完。顺北地区油藏埋深普遍超过7400m,断裂带奥陶系地层埋深7840.3m 处仍见到保存完好的原油,未见到明显裂解的原油。参考200℃为原油裂解下限,顺北地区超深部的下奥陶统蓬坝组和埋深近万米的寒武系地层仍可能存在液态石油资源。

二、推动了技术进步、实现了技术创新

1. 建立了“三分六定”超深走滑断裂带及缝洞型储集体分类识别预测技术

顺北油田缝洞体勘探实践表明,断裂带是控制储层发育的关键因素,断裂带的精细解释与描述至关重要,从钻井揭示情况来看,依据储集空间不同,缝洞体内幕储层具体可分为洞穴型、断裂型、裂缝型3类。基于此,建立了“三分六定”超深走滑断裂带及缝洞型储集体分类识别预测技术

现有地震资料构造研究中,断裂带解释分析是以构造地质学理论为指导,更多地依据地震反射波波组特征变化,强调断距在解释中的作用,但走滑断裂带垂向断距小,错断特征不清晰,解释难度大,断裂带位置的解释忽视了走滑断裂样式差异明显、内部结构、与岩溶配套的规模储层响应等内容的评价。通过反复实践与总结,形成了超深走滑断裂带“定地质模式、定地震响应、定活动期次、定强度级别、定组合类型、定储集规模”的精细解释描述“六定”技术,为区域断裂带综合评价提供了系统的技术指导。

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▲ 超深走滑断裂带“六定”解析技术流程示意图

缝洞体储层的分类特征要求预测需要考虑对储集体边界(断裂带包络面)及内部结构两个方面进行刻画描述。在储层预测敏感参数反复优选与测试中,建立了梯度结构张量刻画缝洞体边界,振幅变化率、相控波阻抗反演技术预测洞穴型储层,不同门槛值约束下的倾角、曲率、AFE 属性识别预测断裂、裂缝型储层的技术组合。

2. 形成了断控缝洞体定量雕刻技术

根据钻井、测井及岩心资料分析,缝洞体主要储集空间类型为洞穴、孔洞及裂缝。通过模型正演和实钻井分析,洞穴型储层主要对应串珠状反射,孔洞型储层主要对应杂乱反射,裂缝型储层主要对应线性弱反射。通过从岩溶缝洞型到断控缝洞型储层量化描述的持续研究,形成了断控缝洞体定量雕刻“五步法”技术

▲ 顺北5 号走滑断裂带缝洞体不同角度储层

分类融合三维雕刻立体显示图

  • 第一步:井震标定——定响应,通过三维地震资料统计分析,对于目的层储层的地震反射特征主要表现为串珠相、杂乱相、裂缝相。

  • 第二步:属性优选——分类型,应用地震属性及门槛值,完成相应异常反射体雕刻,实现地震相分类空间刻画。

  • 第三步:相控反演——建关系,通过井震联合分形分维相控建模,建立低频信息趋势约束下的岩溶相控模型,加强地震相控因子,突出岩溶缝洞型储层空间不规则强非均质特征。

  • 第四步:量化表征——求孔隙,通过参数反演,搭建地震异常与地质体桥梁,确定孔隙度与波阻抗之间的关系。

  • 第五步:三维雕刻——算体积,基于孔隙度体,利用不同类型储层孔隙度门槛值,分类雕刻洞穴型、孔洞型和裂缝型储层,从而计算出储集体有效体积。

断控缝洞体定量雕刻“五步法”已成功推广到邻区及深层领域,该方法得到了全国矿产储量委员会的认可,并在油田实际应用中形成了一套碳酸盐岩缝洞型油藏储量计算的技术系列及标准规范。

3. 形成了深井超深井钻完井技术

顺北地区自然环境恶劣,地质结构复杂,存在超深、高压、高温等世界级难题,再加上井漏、井塌等复杂情况时有发生,随时威胁着钻井施工安全。

深井超深井钻井技术突破了钻井提速和安全钻井技术瓶颈,钻井提速提效技术取得重要进展,钻井实践中多次刷新“亚洲第一深井”钻井纪录。一是建立了钻井地质环境因素描述和优化设计方法,形成了复杂地层优快钻井配套技术,具备8000m 以上超深复杂地层超深水平井轨迹设计及控制技术支持能力;二是攻关形成井身结构优化技术、分层提速技术、易漏地层防漏防塌技术、低承压地层穿漏技术、奥陶系破碎地层防塌技术,钻井周期大幅度下降超过30%;三是开展了低承压长裸眼固井技术研究,以及抗高温185℃ MWD研发与现场试验,在循环温度(175℃)实现了水平井定向钻进。

形成超深水平井、大位移水平井完井关键技术,具备垂深7500m 超深水平井和位移5000m 大位移井完井设计与技术支持能力。一是特殊储层改造技术研制了耐高温交联酸体系、多级分段压裂工具及配套工艺,形成了高效酸压技术对策;二是明确了地应力场分布特征及对裂缝扩展的影响,提出了提高主缝+复杂缝压裂参数增强体内连通、分段连通体间、复合酸液构建导流的酸压增产思路,形成针对性高效酸压技术对策;三是研发了形成耐温、缓蚀均达到160℃交联酸和缓速自生酸的体系,提高缝长与远井导流能力;四是形成了180℃高黏、可加重、低摩阻压裂液,提高了净压力;五是优选出耐温(160℃)可降解纤维体系,暂堵压力达到15MPa 以上;六是初步优化形成了主缝+复杂缝酸压工艺,增大了沟通距离,扩大了改造范围。

顺北油气田的发现和突破证明:强基础、抓创新是勘探取得重大突破的前提和关键,多学科联合、多技术攻关是实现勘探突破的重要技术保障,创新形成的钻完井工程工艺技术系列是实现油气发现的重要技术支撑,创新管理体系实现了高效勘探与效益开发,产学研用强强联合是勘探突破的动力。因此,在众多前人研究成果的基础上,系统总结中石化西北油田分公司“十一五”、“十二五”和“十三五”以来的最新油气勘探所取得的重大成果,特别是顺北大油气田海相碳酸盐岩油气勘探实践成果具有重要的理论意义和重大的实践价值。

总之,本专著是在众多前人综合研究成果和油气勘探重大突破的基础上,进一步结合中石化西北油田分公司“十一五”、“十二五”和“十三五”以来油气勘探所取得的重大研究和油气勘探成果,以顺北大油气田为总结重点,按照新的学术思想、采用新的基础资料通过全面总结、系统编图、综合升华形成的,全面反映了顺北地区奥陶系油气田地质特征、油气形成过程、油气勘探技术的最新研究成果。

本文摘编自《顺北地区奥陶系断控缝洞型油气藏勘探实践》(漆立新. 云露 . 李宗杰著. 北京: 科学出版社. 2023.2)一书“前言”“第八章 顺北油气田发现的重要理论意义和重大实践价值”,有删减修改,标题为编者所加。

ISBN 978-7-03-074760-0

责任编辑 刘 琳

塔里木盆地油气资源丰富,勘探领域众多。顺北油气田的发现,是中国石化在塔里木盆地新地区、新领域、新类型获得的重大油气突破,扩大了中国石化在塔里木盆地的勘探领域。本书以顺北地区中下奥陶统碳酸盐岩为研究对象,采用地质、地球化学、物探技术相结合的研究方法,按照构造演化→沉积演化→源储演化→成藏演化的研究思路,系统深人地开展了顺北地区走滑断裂特征、沉积相特征、烃源岩条件、断控 缝洞型储集体特征等研究,首次建立了顺北地区断控缝洞型油气藏成藏 模式,并创新性地形成了深层断控缝洞型油气藏三维地震勘探的系列关键技术。本书可供广大基础地质工作者、油气地质工作者、矿产地质工作者及相关人员阅读。

(本文编辑: 刘四旦)

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