塔里木盆地顺北地区不同断裂带油气充注能力表征研究与实践

2015年以来，中国石化西北油田分公司在塔里木盆地顺北地区取得了良好的油气资源勘探成果，顺北1号断裂带整体建产，顺北2井获油气流，顺北5号断裂带多口钻井均获高产油气流，表明顺北地区具备巨大的油气潜力。实钻表明，顺北地区油气藏沿走滑断裂带分布，高产井大多集中在油气充注强、缝洞发育、裂缝渗透性强的部位［1-6］。部署在顺北1号断裂带上的8口井生产测试显示，油气来源于井底之下200～300 m处，说明断裂带具有纵向输导能力，且油气主要来源于寒武系底部玉尔吐斯组烃源岩。顺北主体区不同规模的断裂带均有油气发现，取自不同钻井的原油密度与化学组分均相似，指示顺北主体区均具有良好的油气充注［7-8］。然而，不同断裂带之间，或同一条断裂带上不同位置的钻井产液含水率差异显著，表明断裂带不同部位的油气充注具有非均一性，位于充注较强、含水率低部位的钻井往往获得高产。

油气沿断裂带垂向充注效率评价是钻井获得高产的前提，也是断裂带分段评价、优化井位的首要参考指标。顺北地区目的层地质条件复杂，控储控藏因素众多［9-11］，且处于开发初期。根据现有资料难以精准确定优势充注位置，这已成为顺北高效开发所面临的一个重要问题。

本文借助多项地质研究成果及实钻井资料，在深刻认识顺北油气成藏体系的基础上，提出利用“充注体”概念来宏观评价断裂带充注能力，并厘定了影响顺北走滑断裂带油气充注效率的主要因素，据此建立了划分及评价断裂带不同部位充注能力的技术思路，为顺北下一步钻井部署提供了有力的理论支撑。

1 前沿概述

塔里木盆地顺北地区古生界中发育一系列走滑断裂带，目前已厘定出18条克拉通内走滑断裂带，其共同特征是在寒武系-中、下奥陶统中表现为直立高陡的断面，沿断面被切穿的多套碳酸盐岩层系发生强烈破碎，进而形成油气上移通道与储集空间，向下沟通寒武系玉尔吐斯组烃源岩，向上终止于上奥陶统泥岩盖层，形成了一套特殊的“藏下有源，下生上储”的短距离油气运移成藏体系（图1）。

图1

图1   塔里木盆地顺北地区断控油气藏剖面示意图

Fig.1   Sketch map showing the fault‑controlled reservoirs in the Shunbei area， Tarim Basin

顺北油气藏独特的油气运移特征决定了直立高陡走滑断裂是其核心的油气成藏要素［12-14］。断裂带的垂向贯通程度直接影响了油气运移的效率。若断面向上切穿了所有地层，且每个层系的破碎程度都很高，则油气会畅通无阻地从烃源岩向上运移，并在中、下奥陶统中形成规模油气藏。而一旦断面受到致密盖层遮挡，或切穿地层时破碎不彻底，则油气运移势必会受阻。在油气田开发初期，由于资料有限，难以准确预测油气高效充注的部位，这对于“短距离运移近储”的碳酸盐岩缝洞型油藏以及“远运远储”的碎屑岩圈闭来说都是制约开发效果的核心问题。

前期塔河油田的开发实践表明，利用地震数据可以实现断裂构造样式及地层破碎程度的定量-半定量识别。在缺乏钻井资料的区块，地震数据可以作为缝洞型碳酸盐岩油气藏的主要评价工具。在塔北-顺北地区，中奥陶统顶界（T74界面）是碳酸盐岩与泥岩盖层的分界线，也是塔河及顺北油气藏的区域盖层。在T74界面之下，未被改造的碳酸盐岩地层在地震剖面上通常表现为弱振幅的平整同相轴或杂乱特征，缝洞发育的部位则会形成显著的强能量体，而断裂带往往表现为同相轴错断、变形或“线状弱反射”，据此可以在地震剖面上识别出断裂体系的轮廓和样式。例如，借助地震振幅差异对顺北5号断裂带进行立体雕刻后（图2），可以直观表征断裂带的立体结构。其整体表现为沿着走向发育的一系列三维地质体，垂向上贯穿多个层系，但是样式各不相同。

图2

图2   塔里木盆地顺北5号断裂带北段振幅立体雕刻图

a.振幅平面图； b.振幅剖面图

Fig.2   Amplitude stereogram showing the northern part of No.5 fault zone in the Shunbei area， Tarim Basin

借助地震立体雕刻手段，本文将“充注体”定义为：由同一条断裂带控制的，具有相同油源、相同储集体发育背景、纵横向输导能力的三维空间组合。如图3所示，“充注体”的构成要素有3个，即底部烃源岩、由断裂带构成的深层输导与调整系统和浅层储集油气的缝洞系统。划分“充注体”的目的是认识不同地层段间的充注条件差异，核心是判断断裂沟通油气的能力（如下切深度、纵向连续性等），意义是评价地层分段之间的油气输导能力，并优选地质甜点、实现快速突破。通过对“充注体”3个构成要素定量-半定量评价，可以在钻井部署前预测不同“充注体”的油气充注效果，进而制定评价方案，并在实施中滚动完善。本文基于顺北断裂体系的研究，重点探讨了断裂带的构造样式、内部结构以及现今地应力场对不同充注体油气输导能力的影响。

图3

图3   塔里木盆地顺北1号断裂带充注体立体雕刻图

Fig.3   3D engravings showing the charging bodies in No.1 fault zone， Shunbei area， Tarim Basin

2 地质概况

顺北地区位于塔里木盆地顺托果勒低隆的北部，处于阿瓦提、满加尔坳陷与沙雅隆起的结合部，区域构造位置有利，油源充足，是油气长期运移聚集的指向区。同时，该区寒武系生油岩和走滑通源断裂亦是短距离近储运聚的有利区［15-17］（图4）。近年来，在研究区周边已经陆续发现托普台、跃参等多个海相油气藏。其中，跃参区块奥陶系已经建成了年产20 × 104 t产能阵地。

图4

图4   塔里木盆地顺托果勒地区断裂体系

a.顺托果勒地区位置； b.顺托果勒地区断裂分布

Fig.4   Distribution of fault systems in the Shuntogole area， Tarim Basin

顺北主体区的油气富集层位是中下奥陶统一间房组与鹰山组，岩性以灰岩为主［18-19］。早-中奥陶世，顺北区块位于台地相沉积环境，沉积了巨厚的碳酸盐岩。中奥陶世末，寒武系-奥陶系大型碳酸盐岩建造阶段结束。在近南北向构造应力作用下，地壳逐步抬升，塔北隆起地区形成一个北高南低的宽缓古隆起。顺北地区处于塔北隆起南部倾末端，形成了北东向及北西向的走滑断裂体系，断裂发育规模大，断穿层位多。断裂带及其附近的碳酸盐岩受构造应力作用发生破碎，形成了裂缝型储集体。加里东晚期—海西早期构造运动使得走滑断裂带进一步被改造，局部存在海西晚期热液溶蚀作用，形成以走滑断裂控制为主的多种成因叠加改造的裂缝-洞穴型储集体［20-21］。

目前，顺北地区多条断裂带已开展油气生产。其中，已经实现基本控制的有顺北1号和5号断裂带。二者均向下断穿基底，在寒武系和中下奥陶统中表现为直立高陡的走滑断裂，在上奥陶统和志留系中以雁列正断层为主，纵向上具有分层差异破碎的特征（图5）。在T74界面之上，顺北1号和顺北5号断裂带大致呈NE和NS-NW走向，在中国石化工区范围内长度分别为28 km和29 km［6-10］。钻井均部署于断穿基底的北东向断裂带上，且均钻遇放空或出现大规模泥浆漏失，试采获得较高产量，表明钻遇了裂缝-洞穴型储层。顺北5井钻遇放空漏失，累计漏失1 313 m3，测试获高产，进一步证明顺北地区断裂控储、控藏及控富的特征。综合研究实钻井的钻井资料、岩心资料及成像测井资料等，确定顺北地区奥陶系储层类型为沿深大断裂发育的裂缝-洞穴型储层，储集空间类型可划分为破碎角砾带中发育的孔洞、构造破裂缝等［20-21］。

图5

图5   塔里木盆地顺托果勒地区走滑断裂构造样式

Fig.5   Structural patterns of strike‑slip faults in the Shuntogole area， Tarim Basin

3 研究资料与方法

顺北5号断裂带中段位于顺北主体区顺8三维工区内，其走向近南北，长度约为20 km，在中、下奥陶统-寒武系中直立高陡，地层整体破碎程度明显小于顺北1号断裂带与5号断裂带北段，在地震剖面上呈“线状弱反射+杂乱强反射”特征。中国石化西北油田分公司沿顺北5号断裂带中段部署了一系列开发井，大多以侧钻方式贯穿断面，随即酸压建产。本次研究选取顺北5号断裂带中段的4口典型井作为研究对象，包括SHBB4井、SHBB5井、SHBB6井和SHBB7井，另外选取顺北5号断裂带北段SHBB8井作为参照。

本文研究资料包括顺北5号断裂带中段的三维地震数据体、5口特征井的钻井、录井、测井及压恢试井资料，图件制作及三维地质建模工作均在Petrel软件中完成，地震剖面解释精度达到25 m/个，解释层位7个（T74，T76，T78，T80，T81，T82，T83）。

4 研究结果

通过对顺北油气田多口钻井相关资料分析，发现直立高陡走滑断裂带的油气输导能力主要受3方面因素影响，即断裂构造样式、断裂带内部结构和现今地应力场。

4.1 断裂带构造样式差异

顺北5号断裂的中段主要以左阶斜列展布（图6）。剖面上，顺北5号断裂带深层走滑断裂明显错断同相轴，局部可见串珠状强反射。在T74界面（中奥陶统一间房组顶面）之上，顺北5号断裂浅层构造表现为雁列正断层。顺北5号断裂带在T74界面发育的左阶斜列展布分段间的叠接区域主要为隆起构造，指示该系列走滑分段右行走滑。尽管顺北5号走滑断裂带在寒武系-中、下奥陶统中产状以直立高陡为主，但顺北5号断裂带构造样式在寒武系中表现出多样性，最明显的即为在中寒武统中（T90—T81）发育滑脱/逆断层。

图6

图6   塔里木盆地顺北5号断裂带中段构造样式解析结果

a.构造分布与T82界面平面相干图； b.T82界面垂向断距；c.典型地震剖面（30号）； d.典型地震剖面（67号）

Fig.6   Interpretation of structural style in the middle section of No.5 fault zone in the Shunbei area， Tarim Basin

结合顺北地区寒武系的现今地应力场特征，发现5号断裂带在寒武系中处于走滑应力状态，即具备沿着走向发生水平错动的活动趋势。在这种应力状态下，最容易发生活动的是直立高陡断面，而滑脱逆断层的产状在走滑应力状态下保持了相对稳定，几乎不具有滑动的趋势。Zoback，Barton和Morris等人认为，滑动趋势较大的断面或裂缝通常具有较强的水力输导能力，而处于稳定状态的断层则基本不具有渗透能力［22-24］。因此，在中寒武统发育的滑脱/逆断层对于油气的运移很难起到输导作用，会导致油气的纵向输导不畅，而直立高陡穿过中寒武统的走滑断层是最理想的水力输导通道。

根据滑脱构造样式，尤其是上下盘错位的幅度，可以将其划分为A，B和C 3种类型（图7）。A型构造，尽管在强振幅同相轴中发育了逆冲断层，但仅仅是依靠同相轴的错动解释出铲式断面，上、下盘并未发生明显的位移，直立高陡的主断面甚至是基本连续的，这种情况下逆冲断层的发育并不影响垂向的输导功能。B型构造与A相似，区别是上、下盘的位移明显增大，逆冲断层上、下的直立断面也出现了明显的错动，如果逆冲断层不具有水力输导能力，那么这种构造的垂向输导能力势必受到阻碍。C型构造是滑脱幅度最大的一种，滑脱断层的上、下盘已经大幅度错开，直立高陡的走滑断裂无法在垂向上连续贯通，这种构造的垂向输导能力很可能是最差的一种。

图7

图7   塔里木盆地顺北5号断裂带中段滑脱构造样式分类结果

a.铲式逆冲断层； b.逆冲断层； c.滑脱构造

Fig.7   Classification of decollement structure styles in the middle section of No.5 fault zone in the Shunbei area， Tarim Basin

4.2 断裂带内部结构渗透能力差异

顺北油气田钻井多是以侧钻或水平井的方式贯穿断面，在钻遇主干断面或密集发育的节理带时，多发生放空或泥浆漏失现象。此时，若出现较高的气测异常，便表明钻遇了断裂带上具有较强油气输导能力的部位。反之，当钻遇断面而不发生放空或漏失，或虽发生小规模漏失但气测无异常时，指示钻遇的断面几乎没有渗流能力。基于多口钻井的测井资料分析，该现象本质上是由断裂带走向上内部结构差异性造成的。

沿断层走向部署在顺北5号断裂带不同位置的钻井通常会钻遇3种结构：破碎角砾发育的核带结构，裂缝密集分布的节理带和离散裂缝带，其水力输导能力依次减弱（图8）。

图8

图8   塔里木盆地顺北5号断裂带钻井钻遇的3种结构示意图

a.节理带，分布范围达数十米； b.核带结构，分布范围达数百米； c.离散裂缝带，分布范围大于100 m

Fig.8   Three structures typically encountered during drilling in No.5 fault zone in the Shunbei area， Tarim Basin

SHBB7井是部署在顺北5号断裂带中段的一口大斜度井，钻探目标为探索中、下奥陶统中发育的走滑断裂主断面。综合分析相干体与地震剖面资料可以发现，多个层位的同相轴在垂向上发生幅度几乎一致的错断或变形，由于错断部位振幅明显低于临近地层而显示出“线状弱反射”的特征。SHBB7井在7 928 m深处自西向东贯穿了断面，在该处漏失密度为1.40 g/cm3的泥浆25 m3。在7 928 m漏失点附近，电阻率曲线呈明显的“箱状+峰状+梳状”异常低值。与围岩相比电阻率值下降幅度超过100倍，且曲线齿化率不高，对称性差，在7 850～7 880 m范围内明显不同步。此外，声波时差曲线在该部位也出现从低向高的明显波动。综合以上现象，说明该井在漏失点附近钻遇了破碎角砾异常发育的“核带结构”［25-26］。该井随后酸压完井，试井表现出较典型的“定井储+表皮+径向复合+无限大储层”渗流特征，亦说明井筒附近起到导流作用的主要是破碎角砾和裂缝［27-30］。该井产能较高且油压稳定，目前日产超过65 t，表明破碎角砾发育的核带结构具有较强的水力输导能力。

同理分析发现：SHBB6井与SHBB8井所钻遇的断裂带分别裂缝密集分布的节理带和离散裂缝带（图9），因而，SHBB6井、SHBB7井与SHBB8井在产能上具有显著差异（表1）。

图9

图9   塔里木盆地顺托果勒地区SHBB6，SHBB7和SHBB8井地震剖面

Fig.9   Seismic profiles across wells SHBB6， SHBB7 and SHBB8 in the Shunbei area， Tarim Basin

表1   塔里木盆地顺托果勒地区SHBB6，SHBB7与SHBB8井产能统计

Table 1  Productivity statistics of wells SHBB6， SHBB7 and SHBB8 in the Shunbei area， Tarim Basin