走滑斷裂斷控碳酸鹽巖油氣藏的特征與井位部署思路
——以塔里木盆地為例

鄧興梁 閆 婷 張銀濤 萬效國 馮 凱 袁安意 姚 超 肖春艷

中國石油塔里木油田公司勘探開發研究院

0 引言

塔里木盆地油氣資源豐富[1]，經過多年的油氣勘探，已在塔北隆起與塔中隆起奧陶系碳酸鹽巖發現了一系列風化殼型與礁灘型油氣藏，并形成了“古隆起控油、斜坡富集”的油氣分布規律認識。但是，該盆地北部坳陷奧陶系碳酸鹽巖埋藏深度大于7 000 m，勘探程度與認識程度均較低。

2016 年前，塔里木盆地碳酸鹽巖油氣勘探主要以礁灘體與風化殼的準層狀“相控”油氣藏模式進行部署。近年來的研究發現，礁灘型與風化殼型油氣藏中高產、高效井多分布于走滑斷裂帶上，走滑斷裂對碳酸鹽巖儲層和油氣富集具有重要的控制作用，并逐漸形成走滑斷裂控藏的觀點[2]。斷控巖溶儲層主要是在大氣淡水或熱液沿斷裂淋濾或上涌過程中，斷裂破碎帶進一步擴溶形成具有一定儲集空間的碳酸鹽儲層。同時走滑斷裂作為油氣運聚的主要通道，疏導油氣至儲集空間聚集形成碳酸鹽巖巖性油氣藏。在斷控碳酸鹽巖油氣成藏認識的指導下，勘探領域從隆起、斜坡向坳陷延伸，研究方向從潛山巖溶、礁灘巖溶、層間巖溶向以斷控巖溶為主的碳酸鹽巖油氣藏轉變[3-4]。2018 年開始向坳陷區開展油氣勘探，并在北部坳陷的MS1 井的中奧陶統一間房組碳酸鹽巖獲得重大突破，表明塔北隆起、塔中隆起之間坳陷區超深層（埋深大于7 000 m）仍具有良好的油氣勘探前景，但由于北部坳陷儲層埋藏深、開發成本高，同時對于走滑斷裂控儲控藏特征認識不清，開發井成功率不高、高效井比例低，油氣效益開發面臨著巨大的挑戰。

為此，筆者基于前期的研究成果，利用三維地震資料、巖心/巖屑信息及動態資料，系統開展了斷裂和儲層特征再認識，明確了走滑斷裂對油氣藏的控制作用，提出了油氣富集高產模式，總結形成了“四定”的高效井位部署思路，以期打開塔里木盆地斷控碳酸鹽巖油氣藏高效開發的局面。

1 區域地質概況

塔里木盆地中部發育晚新元古代裂谷、古—中生代克拉通內坳陷與新生代前緣隆起，南華系—第四系沉積厚度達15 000 m。盆地中部下古生界碳酸鹽巖厚度超過3 000 m，發育多套儲蓋組合與含油氣層段，目前已發現的油氣主要分布于塔北隆起南斜坡與塔中凸起北斜坡地區（圖1）。

塔里木盆地發育眾多大型走滑斷裂，奧陶系碳酸鹽巖在走滑斷裂作用下形成沿斷裂發育的斷裂破碎帶，破碎帶經歷巖溶作用形成沿斷裂帶分布的洞穴、裂縫等縫洞型儲集體，后期油氣沿斷裂垂向運移、充注成藏后形成碳酸鹽巖斷控巖溶油氣藏，斷裂是控制巖溶油氣藏的關鍵。塔里木盆地北部坳陷以斷控型碳酸鹽巖油藏為主，富滿油田主體位于北部坳陷阿滿過渡帶中北部，奧陶系主要發育鐵熱克阿瓦提組（O3tr）、桑塔木組（O3s）、良里塔格組（O3l）、吐木休克組（O3t）、一間房組（O2y）、鷹山組（O1-2y）和蓬萊壩組（O1p）（圖1）。其中，良里塔格組、一間房組、鷹山組和蓬萊壩組均具備發育優質儲層的巖性基礎（圖1）。經過10余年的勘探評價與滾動開發，富滿油田先后發現哈得23、躍滿、富源、玉科、果勒、躍滿西、富源Ⅱ、鹿場、滿深9 個區塊，目前已成為該地區油氣上產的主力區塊。

2 斷控型油氣藏特征

2.1 斷裂特征

北部坳陷由于多期的構造活動，導致走滑斷裂的多期活動，在繼承性發育的過程中，在多套地層形成花狀構造，產生“花上花”的結構特征。在晚加里東期、晚海西期、燕山期都有走滑斷裂的活動，形成3 層構造樣式（圖2）[2]。

通過對該地區斷裂演化特征分析，斷裂演化主要有3 種模式[3]：①晚期斷裂沿早期主斷裂繼承性發育。受控局部構造應力場沒有大的改變，早期的走滑斷裂從古生代碳酸鹽巖向上繼承性發育，斷裂的性質、類型與樣式都沒有改變，僅是斷裂規模與斷穿層位出現變化。這類斷裂以線性構造為主，構造活動強度較小，多分布在北部地區。②晚期張扭正花斷裂沿早期壓扭逆沖斷裂發育，形成斷裂性質的反轉。加里東晚期的壓扭性斷裂，在晚海西期、燕山期的張扭構造背景下，斷裂沿早期的主斷裂面發育，但斷塊從抬升轉向下掉，斷裂從逆沖轉向正斷，以張扭應力特征為主。③早期斷壘帶上新生正斷層，晚期斷裂對早期構造形成疊加改造，并向上發展。在大型走滑斷裂帶上，往往沿斷壘帶的中部新生斷裂，并向上、向下發育，切割并改造早期的斷裂，下部與主斷裂帶合并，形成復雜的花狀構造。

2.2 儲層特征

圖1 塔里木盆地中部構造單元、油氣田分布及奧陶系地層簡圖

圖2 塔北隆起走滑斷裂典型地震剖面圖

北部坳陷斷控碳酸鹽巖儲集層主要分布在一間房組—鷹山組，埋深多超過7 000 m。儲層以開闊臺地相臺內灘相為主，巖性主要為亮晶砂屑灰巖、亮晶顆粒灰巖、亮晶生屑灰巖、泥晶顆粒灰巖[5]。巖心薄片分析表明，碳酸鹽巖原生孔隙幾乎消失殆盡，以次生孔隙為主，儲集空間主要為次生溶蝕及構造破裂作用形成的孔、洞與裂縫，鏡下多見粒間、粒內溶孔、鑄模孔及微裂縫（圖3）。巖心孔隙度主峰介于1.80%～4.50%，平均值為2.17%；滲透率主峰介于0.1 ～1.0 mD，屬于特低孔隙度—低孔隙度、超低—低滲透率儲層，孔滲相關性很差。由于大型縫洞發育，巖心易破碎，巖心樣品物性整體偏低，僅能代表儲層基質物性。

北部坳陷碳酸鹽巖油氣藏受斷裂控制明顯，斷裂破碎帶附近巖溶作用發育，經過多期斷裂及深部熱液作用，儲層改造十分強烈，形成復雜的巖溶縫洞系統，非均質性強烈，儲層類型復雜多樣。該區帶受加里東期、海西期、印支期、燕山期、喜馬拉雅期構造運動的疊加和改造，構造演化過程復雜，其中加里東期和海西期構造活動最強烈，是控制本區構造形成的主要構造運動期次。奧陶系在風化淋濾和后期地下熱液上涌等作用的改造下，形成大量溶洞或洞穴，即斷控溶蝕型儲層（圖4-a）。碳酸鹽巖儲集體發育達到一定規模，在地震疊后數據體上常表現出以波谷—波峰或波谷—波峰—波谷組成的低頻率、較強振幅為特征的反射類型，即“串珠”狀反射特征（圖4-b）。李相文等[4]在分析走滑斷裂體系對非均質儲層的控制特征時，認為斷裂及其伴生裂縫控制整條斷裂破碎帶，巖溶水（大氣淡水向下淋濾或地下熱液向上溶蝕）沿斷裂破碎帶附近的縫—孔—洞、微斷裂破碎帶發生溶蝕改造，可進一步有效地改善早期的儲集空間[5]。因此，斷控巖溶儲層的橫向展布特征呈現出沿斷裂條帶狀分布的規律（圖4-c）。

圖3 塔北隆起—塔中凸起奧陶系碳酸鹽巖儲層特征典型照片

圖4 斷控型碳酸鹽巖特征圖

2.3 油氣藏特征

近年來的勘探開發實踐表明，塔里木盆地北部坳陷奧陶系碳酸鹽巖地層構造、儲層和油氣輸導成藏均受走滑斷裂的控制。圈閉系統是斷溶系統內的斷溶體單元，斷溶系統為相同地質背景下巖溶水沿斷裂破碎帶溶蝕改造所形成不同三維空間結構的巖溶縫洞系統，斷溶體單元則是斷溶系統中的獨立巖溶單元[4]。塔北隆起一間房組發育碳酸鹽巖縫洞型儲層，與上覆桑塔木組巨厚層泥巖（厚度介于500 ～1 500 m）形成一套優質儲蓋組合。

斷裂破碎帶主控巖溶區奧陶系油氣藏具有沿斷裂帶整體含油氣、局部富集的特征，油氣成藏具有“多期成藏、斷裂控儲、垂向運聚”的特點[6-8]。油氣主要來源于中下寒武統玉爾吐斯組烴源巖，沿通源走滑斷裂垂向運移，多期次成藏。原油地面平均密度為0.811 g/cm3，為輕質油；氣油比整體差異較大，介于66 ～532 m3/t，平均氣油比為292 m3/t。地層溫度位于臨界溫度左側，遠離臨界點，輕質油區飽和壓力低，地飽壓差大，屬于未飽和油氣藏。

結合靜態地震資料和動態試井曲線特征、試井解釋結果、遞減分析曲線綜合分析，將該地區奧陶系碳酸鹽巖儲層類型劃分為洞穴封閉型、洞穴洞緣型和裂縫孔洞型3 種類型，對應3 種油氣藏類型（表1）。

洞穴封閉型儲層油氣藏以洞穴為主要儲集空間，洞周圍是致密石灰巖，該類儲層在地震剖面上通常表現為串珠狀反射特征[9]；試井解釋井儲遠大于理論井儲，內外滲透率差別大，油氣產量呈近似直線下降，表現為定容的生產特征。

洞穴洞緣型儲層油氣藏在常規地震剖面上反射特征與洞穴封閉型儲層一致，均出現串珠狀反射特征，由于儲集體外圍存在液體或地層能力補充，試井雙對數曲線呈現多個“凹子”復合特征，試采定容特征較明顯，轉機采后油壓、產量平穩，遞減慢，動態儲量、可采儲量均比較高。

裂縫孔洞型儲層油氣藏是哈拉哈塘油田奧陶系碳酸鹽巖普遍發育的油氣藏。儲層裂縫既作為滲濾通道，又是儲集空間，當多組裂縫相互溝通或者裂縫與溶蝕孔、洞相互溝通可成為好的有效儲層。該類儲層在地震剖面上以片狀強反射和雜亂反射為主，試井雙對數曲線呈現雙孔介質特征，具有一定的穩產期。

表1 斷控型碳酸鹽巖油氣藏分類表

3 井位部署思路

近年來，隨著油氣藏地質認識的不斷深入，認識到深大斷裂體系是含油氣盆地主要的油氣運移通道，深大斷裂能夠溝通深部烴源，使得油氣垂向運聚。另外，與斷裂相伴相生的巖溶發育進一步疊加了深大斷裂對油氣的疏導作用，促進了油氣沿斷裂帶運聚、充注成藏。因此斷裂具有明顯的“控儲、控藏、控富集”作用。隨著北部坳陷開發的不斷深入，井位部署逐漸摸索形成了定區、定段、定井、定型的“四定”斷控油氣藏的井位部署方法，明確了高效井特征，大大提高了鉆井成功率。

3.1 斷裂分級、分期定富集帶

通過研究，創新了走滑斷裂精細描述技術系列，形成了一套低信噪比區走滑斷裂識別技術、弱走滑斷裂刻畫技術以及微構造精細描述技術3 大技術體系，大大提高了復雜斷裂的解釋精度。

結合斷裂形成期次研究，認為斷裂帶對油氣藏的控制作用具有幾個特點：加里東期應力場呈南北向擠壓，形成北東向和北西向呈“X”字形相交的共軛斷裂；早海西期應力場呈北西斜向擠壓導致北西向斷裂持續活動，燕山期應力場呈東西向張扭，北東向斷裂重新活動；喜馬拉雅期至今應力場呈北東向擠壓，北東向斷裂持續活動至今，而北西向斷裂處于閉合狀態（圖5）[10]。因此北東向斷裂是目前北部坳陷控制油氣聚集最有利的斷裂。對北部坳陷完鉆井統計分析發現，近年來獲得的高效井、有效井有141 口，其中115 口都集中在北東向斷裂上。因此，在井位部署研究過程中以北東向斷裂為主要目標，集中部署井位建產，而北西向斷裂則側重滾動評價。

圖5 塔里木盆地區域應力場

3.2 斷裂分類、分段定富集段

由于斷裂在構造演化過程中受應力場的變化多次扭動變換方向，斷裂破碎帶的寬度變化較大，變形強度也存在差異。利用三維地震數據體資料對塔北隆起走滑斷裂進行微構造的精細刻畫，發現斷裂在平面展布和縱向上均呈現明顯的分段性[11-13]。以北部坳陷FⅠ1 斷裂帶為例，根據斷裂帶的幾何學特征以及控儲寬度將斷裂帶可劃分4 個段，自南向北斷裂帶的長度與控儲寬度呈正相關，隨著斷裂長度的增加，斷裂的控儲寬度也隨之增加，整體上斷裂發育程度北段好于南段，也符合塔北隆起斷裂整體上北強南弱的特征（表2）。從生產效果來看，斷裂帶北段單井日產油也高于南段，其原因在于斷裂活動越強，破碎帶寬度越大，巖溶作用則越強烈，儲層相對更為發育，油氣成藏更有利。因此是井位部署的重點[14-16]。

3.3 主干斷裂正地貌長串珠定高效井

近年來，根據北部坳陷富滿油田實際鉆井情況，具有“串珠狀”地震反射的儲層在鉆井過程中容易發生放空、漏失現象，一般表現為洞穴型儲層特征，后期不經過酸壓即可直接投產。圖6 中W1、W2 兩口井均表現為串珠狀反射特征，處在主干斷裂上，但W1 井位于趨勢面低部位，地貌相對較低，從油氣分異聚集角度而言，構造高相對部位更有利于油氣聚集，是獲得高產的必要條件之一。另外，W1 井鉆探“串珠”反射縱向延升范圍較短，僅“一峰一谷”，從生產效果來看，W1 井試油日產量為34.4 m3，目前累計產油0.02×104t，W2 井趨勢面較高，縱向上表現為“多峰多谷”的反射特征，該井2018 年投產，生產550 d 累計產油4.78×104t，為典型的高產井。因此，根據富滿油田勘探開發實踐，進一步明確高產井為“主干油源走滑斷裂＋正地貌＋多相位的‘串珠’反射”的特征（圖6），按照此原則，優選部署井位，試油百噸井頻出，高效井比例直線攀升。

表2 北部坳陷FⅠ1 斷裂帶試采特征數據表

圖6 北部坳陷富滿油田井位部署圖

通過對完鉆井的開發特征、地震資料特點等的分析[17]，高效井的特征表現為近主干油源走滑斷裂、位于正向地貌、地震反射為多相位“串珠”的特征（圖7）。2018—2020 年，按“主干油源斷裂＋正地貌＋長串珠反射”的特征部署并完鉆井33 口，投產32 口，均獲得高產油氣流，生產油壓穩定，其中22 口百噸井。

圖7 斷控型油氣藏高效井地震反射特征圖

3.4 走滑斷裂破碎帶建模定井型

富滿油田斷裂破碎帶寬度一般介于200 ～300 m，圍巖向斷裂帶核部發育“三段式”模式（圖8-a）。在鉆井過程中，一般鉆進斷層破碎帶就存在油氣顯示，偶有發生鉆井液漏失，在此基礎上完井就會錯失鉆遇斷層核部優質縫洞體的機會，因此基于油氣藏認識的基礎上積極轉變井位部署思路，優化井型，采用短半徑水平井橫穿斷裂破碎帶（圖8-b）；其次是從“見好就收”到“打漏強鉆”，提升優質儲層的鉆遇率，增大泄油面積，大幅度提高儲量動用程度。

通過總結，針對斷裂破碎帶控制長串珠模式宜采用短半徑水平井開發，一方面考慮垂直斷裂帶或大角度斜交斷裂帶以增加儲層鉆遇率，更重要的是增加縫洞體系動用率。針對橫向多個單串珠模式宜采用水平井開發，通過水平井沿儲層頂部“頭皮”鉆進以動用多個縫洞體系，提升單井產能。針對縱向短串珠模式和單串珠模式宜采用斜井開發，采用縱向水平井的理念，進一步增加儲層鉆遇率。

圖8 走滑斷裂破碎帶分段與井軌跡模式圖

4 開發效果

通過持續開展碳酸鹽巖勘探開發科研技術攻關，形成了碳酸鹽巖縫洞型儲層定量雕刻技術，創新地質理論認識，攻克了超深、斷控、縫洞型碳酸鹽巖油氣藏開發的技術瓶頸，實現了從單個縫洞體—縫洞單元—縫洞系統的綜合研究。在深化斷裂控儲控藏認識的基礎上，按照井位部署的“四定”原則，在北部坳陷富滿油田部署了一批井，鉆井成功率由75%提高至97%，高效井比例由20%提高至68%。新井單井日產油量由35 t 提高到78 t，2019 年高效建產100×104t/a。在臨近滿加爾坳陷的FⅠ17 斷裂帶上部署了MS1 井酸壓求產，采用10 mm 油嘴，在油壓40 MPa 條件下，測試日產油量超600 m3，日產氣量超37×104m3。該井的成功進一步證實了大型走滑斷裂嚴格控制著碳酸鹽巖油藏的展布規律和富集規模，推動形成了以走滑斷裂破碎帶為主攻領域的油氣藏評價思路，為北部坳陷油氣增儲上產提供了有效的指導[18-20]。

5 結論

1）北部坳陷走滑斷裂主要有3 期構造活動，晚加里東期以壓扭線性特征為主，晚海西期和燕山期主要為繼承性活動，以張扭環境為主。

2）斷控碳酸鹽巖油氣藏儲層以洞穴和孔洞為主，受斷裂控制作用明顯，平面上沿斷裂帶呈線性展布特征，縱向上主要與斷裂活動強度和溶蝕作用有關。

3）斷裂破碎帶是北部坳陷油氣藏的主控因素，具有“多期成藏、斷裂控儲、垂向運聚”的特點。

4）基于油氣藏特征，提出的定帶、定段、定井、定型的“四定”高效井位部署思路有效解決了北部坳陷高效開發的瓶頸問題，大幅度提高單井產量及高效井比例，實現了富滿油田效益開發，在同類油氣藏中具有一定的推廣應用價值。