塔里木盆地顺北1 号断裂带走滑分段特征与控储控藏作用

2023-10-10朱秀香

岩性油气藏 2023年5期

朱秀香，赵锐，2，赵腾

（1.中国石化西北油田分公司勘探开发研究院，乌鲁木齐 830011；2.中国石化石油勘探开发研究院，北京 100083；3.中国地质大学（北京）能源学院，北京 100083）

0 引言

塔里木盆地中部前期的油气勘探结果表明，缝洞型碳酸盐岩储层的分布受走滑断层的控制［1-2］。中石化在顺北油田的重大突破进一步证明，走滑断层是奥陶系碳酸盐岩裂缝型储层发育和聚集的重要因素［3］。顺北地区储层类型为奥陶系超深断裂控制碳酸盐岩储层，油气资源主要赋存于台地盆地中下奥陶统7 300～8 500 m 的海相碳酸盐岩中［4-5］。塔里木盆地顺北特深层碳酸盐岩断控缝洞型油气田发现以来，新型断控缝洞型油气藏一直是广大学者研究的热点。顺北断控缝洞型油气藏沿走滑断裂带展布，走滑断裂不仅是油气运移通道，更是油气储集的空间。裂缝是控制储层质量的关键因素［6-8］。同一条走滑断裂带不同部位储集体特征差异明显，油气藏具有分段差异性，走滑断裂带构造分段变形控制储集体的差异性。前期学者通过研究断裂带内的储集空间类型与断裂控储机制，提出了断裂核带结构成储模型，认为走滑断裂带内部的叠接拉分段是更有利的油气富集部位［9-11］。勘探开发实践则表明：拉分段、平移段与压隆段均有高产井，且同一构造段内油气存在不连通性。走滑断裂控储作用不清制约着油气高效勘探开发。顺北油气田发育18 条主干走滑断裂带，油气资源当量为10×108t，因此，研究走滑断裂带差异控储作用，明确不同几何段内部结构的储集体发育特征意义重大。

2016 年，塔里木盆地顺北1号断裂带进入开发阶段，已钻井二十余口。通过三维地震断裂解释与构造解析，综合分析钻井、测井、试采与地震等资料，研究顺北1号断裂带分段性、不同几何段内部孔洞-裂缝结构体系及成因，明确有利的储集体结构类型。通过对顺北地区高渗透性的断裂-裂缝-溶洞体系下所形成的优质缝洞型储集体的分布进行研究，以期为顺北后期井位部署和钻井轨迹设计提供有利支撑。

1 地质概况

顺北油气田位于塔里木盆地顺托果勒低隆北部，油区面积为2.8×104km2，为一鞍状低隆，具有隆中坳、坳中隆的特征。其东部为满加尔凹陷，西部紧靠阿瓦提坳陷，南边为塔中隆起、塔中南缘断裂与吐木休克断裂，北侧紧邻塔北隆起、轮台断裂与雅南断裂［12］（图1a），顺北油气田是相对稳定的古构造单元，褶皱变形在该区发育较弱。该区奥陶系海相碳酸盐岩地层发育了完整的“生储盖”组合，在多个构造演化阶段中发育的断裂体系为油气提供了运移通道和富集空间，形成了优质的“断控型”油气储层［13-18］。研究区储层多沿断裂带部署，多口探井已经获得了高产油气流，是极富经济价值的油气勘探区域。

图1 塔里木盆地顺北地区中下奥陶统顶面主、次级断裂展布图（a）及岩性地层综合柱状图（b）Fig.1 Distribution of main and secondary faults on the top of Middle and Lower Ordovician（a）and stratigraphic column（b）in Shunbei area，Tarim Basin

研究区内主要发育4 条走滑断裂带，分别是顺北7 号断裂带、顺北5 号断裂带、顺北1号断裂带和顺北4 号断裂带，形成了北北东—北北西向的断裂体系（近似“X”型共轭断裂系）。其中以5 号断裂带为界，以东发育北东向断裂带，如1 号断裂带、4 号断裂带；5 号断裂带以西多发育北西向断裂带。在顺北地区所发育的走滑断裂体系在加里东Ⅲ期幕为左行走滑，5 号断裂带先于1 号断裂带形成，并且在加里东晚期—海西早期再次左行活动［3］。目前，已有的二维和三维地震资料覆盖了顺北7 号断裂带、顺北5 号断裂带、顺北1 号断裂带和顺北4 号断裂带的主体部分，且厘定了顺北1 号断裂带和7号断裂带平面分段结构，并对顺北1 号断裂带中的内部结构进行了深入分析。

以往学者对塔里木盆地顺北地区的走滑断裂体系进行了深入研究，明确了研究区的构造运动期次及断裂演化历史，认为走滑断层活动大致分为4个阶段。第1 阶段：加里东中期，主要为克拉通内走滑断裂体系形成时期。在西昆仑区域挤压作用下，碳酸盐岩台地开始区域抬升，发育多个挤压隆起及区域性的小规模断裂体系［19-20］。第2 阶段：加里东中晚期—海西早期，是在强烈挤压背景下的走滑断裂体系主要活动期，并在志留系—泥盆系发育了由深层走滑断裂带引起的雁列式张扭性断裂。第3阶段：海西晚期—印支期，主要受控于南天山造山运动的挤压作用，依然是断裂带发育的活跃期，还发生了早期深部断裂的再活动，在顺北地区发育了石炭—二叠的继承性小型断裂［21-22］。第4 阶段：燕山—喜马拉雅期，塔里木盆地进入了坳陷演化阶段，在研究区出现了拉张应力背景下的断裂活动，该阶段早期以左行走滑为主的北东向断裂发生了再次调整，到晚期活动微弱，断层体系逐渐定型［23-24］。研究区发育相对齐全的奥陶纪地层（图1b），三维地震覆盖面积约为2 800 km2，目前该地区勘探开发的主要目的层是中下奥陶统的一间房组和鹰山组。其中，一间房组厚度为160 m 左右，鹰山组上段厚度为250 m 左右，岩性以灰岩为主，顺北地区的目标层位为中下奥陶统鹰山组上段。

2 走滑断裂带平面分段特征

优选顺北7 号断裂带中SQ-1 井和SQ-2 井的成像测井资料相对齐全的井段（长度为2 km）进行研究（图2）。通过三维地震资料精细解析及电成像测井资料分析，发现该区域的断裂是由2 条断层拼接而成，SQ-1 井钻穿F1和F2 分段，SQ-2 井钻穿F2分段。从平面图上可以看出，单条走滑断裂从宏观上看似由一条断裂组成，然而在经过三维地震精细解析、断裂带几何特征定量分析后发现单条走滑断裂是由多个小型断片拼接组成，每个小断片为一个几何分段（图3）。断裂带内几何分段的排列方式类似斜列叠置的多米诺骨牌依次错列相连。在顺北7号断裂带中拆分出的2 条几何分段中F1 分段位于断裂带北部，F2 分段位于断裂带南部，F1 分段的南部和F2 分段的北部局部构成叠接关系（图4）。

图2 塔里木盆地顺北7 号断裂带平面图Fig.2 Plane map of Shunbei No.7 fault zone in Tarim Basin

图3 塔里木盆地顺北1 号带内部的8 个几何分段和2 套压力系统Fig.3 Eight geometric segments and two sets of pressure systems in Shunbei No.1 fault zone，Tarim Basin

图4 塔里木盆地顺北1 号断裂带5 号几何分段内部钻井地震剖面Fig.4 Seismic sections of No.5 geometric segment in Shunbei No.1 fault zone，Tarim Basin

按照顺北7 号断裂带的拆分原则，对顺北1 号断裂带的三维地震资料进行精细解析，顺北1 号断裂带自北向南可拆分为8 个几何分段，8 个几何分段由西南向东北方向依次叠置排列（图3）。选取了顺北1 号断裂带中由南向北依次分布的5 号分段、4 号分段、3 号分段进行几何分段内储集体结构精细剖析，探讨同一几何分段内储集体结构相似性与不同几何分段储集体结构差异性控制因素，以期能指导其他断裂带的勘探部署。

3 走滑断裂带内部储集体特征

3.1 内部储集体分段特征

塔里木盆地顺北1 号带内5 号几何分段上共有完钻井5 口，分别为SY-20，SY-5，SY-9，SY-10 和SY-11 井。沿5口钻井轨迹方向的地震剖面显示，5口钻井均钻穿主干断裂，且钻穿断裂几何分段时均发生泥浆漏失，SY-20，SY-9，SY-11 和SY-5 等4 口井发生放空（图4、表1）。

表1 塔里木盆地顺北1 号断裂带5 号几何分段异常工况统计Table 1 Statistics of abnormal working conditions of No.5 geometric segment in Shunbei No.1 fault zone，Tarim Basin

SY-20，SY-10，SY-9 和SY-11 等4 口井的压恢试井曲线特征具有相似性（图5），SY-20 井井周基本无污染，内区出现径向流动，外区物性较差；SY-9井井周基本无污染，但储集能力较差，内区为双重孔隙介质，边界明显且导数曲线后端出现下落，压力恢复较好，外区物性较好；SY-10 井井周存在一定的污染、储集能力较差，内区为双重孔隙介质地层，边界明显且外区物性中等；SY-11 井井周存在一定污染，井周储集体规模较小，内区为双重孔隙介质地层，边界明显且外区物性中等。4 口井内部储集体结构基本一致，均为内区洞、外区缝储集体，称之为“内洞外缝”型储集体。SY-5 井压恢试井曲线与上述4 口井差异较大，其压恢试井曲线显示，井周储集能力较差，尚未达到径向流段，推测该井所处的断面处以裂缝型储层为主，洞穴、孔洞不发育。

图5 塔里木盆地顺北1 号断裂带5 号几何分段内钻井的压恢试井曲线Fig.5 Pressure test curves of drilling of No.5 geometric segment in Shunbei No.1 fault zone，Tarim Basin

井间连通性能可以通过流体波动的传导，也就是压力的传导来体现，传播速度的快慢可以侧面反映油气藏的连通能力［25］。5 号几何分段内部井间干扰试井显示井间具有连通性（表2），但连通能力存在一定的差异。SY-5井和SY-9 井之间的压力传播速度小，为9.00～10.20 m/h，说明井间连通性弱；SY-10 井和SY-9 井以及SY-10 井和SY-11 井之间压力传播速度较大，分别为66.30 m/h 和38.96 m/h，说明井间连通性较好。

表2 塔里木盆地顺北1 号断裂带5 号几何分段井间压力传播速度Table 2 Pressure propagation velocity between wells of No.5 geometric segment in Shunbei No.1 fault zone，Tarim Basin

储集空间的大小和连通性能主要取决于断裂带内部角砾洞穴和裂缝的分布情况。为了更直观表征断裂带内部储集体空间大小，专门提取2 个重要指标“储容比”和“窜流系数”来表征其大小。储容比强调裂缝和破碎角砾的比例，该值越小，说明分母越大，角砾占比越大，储集空间越大，钻井产能越高。窜流系数指裂缝的导流能力，该值越小，说明流体速度越快。因此，2 个指标的数值越小，表明断裂带内部储集空间越大、连通性越好。由此分析可知，SY-9 井与SY-10 井的储集空间最大，其次为SY-11 井，裂缝导流能力SY-10 井最好，SY-9 井与SY-11井次之；而SY-5井的2 个系数相对其他井均较大，说明该井储集空间以裂缝为主，角砾洞穴及孔洞少或没有，压力传导速度慢（表3）。

表3 塔里木盆地顺北1 号断裂带不同井的储容比和窜流系数Table 3 Storage capacity ratio and channeling flow coefficient of different drilling wells in Shunbei No.1 fault zone，Tarim Basin

顺北1号断裂带的4号几何分段位于5号几何分段与3 号几何分段之间，在该分段内的SY-12 井和SY-13 井为完钻井（参见图4），2 口钻井均钻入主干断裂面，在钻遇断裂面时均发生规模性漏失。井间干扰试井显示该几何分段内2口井相互连通，而该几何分段内井组与5 号几何分段的井组互不连通。

SY-12 井压恢试井曲线显示，阶段Ⅰ的持续时间为0.01～1.00 h，为井筒储集和变井储段，井周与井筒直接沟通的储集体规模较大（图6）。阶段Ⅱ的持续时间为1～10 h，为裂缝流动段，缝流动特征明显，井筒附近地层中存在发育较好的裂缝或裂缝带，作为远井筒地层向近井筒地层供给的主要通道。阶段Ⅲ的持续时间为10～100 h，曲线形态呈现2 套供液空间结构，该井外围储集体发育，有一定的双重孔隙地层特征，可见该阶段为双洞特征段。初步判断该井所处油藏受边界控制，有平行断层边界响应。该井压恢试井曲线形态中内洞外缝特征出现2 次，与5 号几何分段内钻井压恢试井曲线不同，该曲线被命名为“双重内洞外缝结构”。干扰试井揭示2 口井间连通性较好，压力传播速度为18.9～42.1 m/h。

图6 塔里木盆地顺北1 号断裂带SY-12 井的压恢双对数曲线Fig.6 Pressure test curves of well SY-12 in Shunbei No.1 fault zone，Tarim Basin

3 号几何分段位于3 个几何分段中的最北端。段内共部署6 口钻井，均钻入主干断裂面，且全部发生漏失，其中有3 口井发生放空。在3 号几何分段内依据井间干扰特征及压力传播速度可划分为南、北2 套独立油气藏单元，单元内井间连通，单元间互不连通，且连通程度北部强于南部，亦强于4号几何分段及5 号几何分段（表4）。3 号几何分段内的井间压力传播速度呈从南到北增大的趋势，最北端的最大，表明3 号分段内的井间地层连通性从南到北逐渐变好。

3 号几何分段内SY-14 井的压恢试井曲线特征与5 号几何分段上5 口井的压恢试井曲线相似，井周储集能力较差，井周有一定污染，导数曲线中段既有径向流斜率水平的储层特征又存在双孔介质下掉形态的趋势，显示该井钻遇的洞穴非常大，且洞穴的内部凹凸起伏表明洞穴内并不完全为空洞，说明该类型储集体具有内部结构特别复杂、洞穴表面起伏不定的特征，洞穴外围渗透率高。SY-15，SY-18 和SY-16 等3口井的压恢试井曲线形态无规律（图7），分析认为这些井的井间连通程度非常高，造成井间相互影响大、井间干扰强烈，井口所测压力准确度不高，导致曲线形态无规律。因此，从工程学角度，将他们定性为受邻井强烈干扰的大型均质储集体。由此可见，SY-15，SY-16 和SY-18 井的储集空间最大、流体流动能力最强，是5号、4 号和3号3 个几何分段内产能最高的井。

图7 塔里木盆地顺北1 号断裂带3 号几何分段内的不同钻井的压恢双对数曲线Fig.7 Pressure test curves of different wells of No.3 geometric segment in Shunbei No.1 fault zone，Tarim Basin

总体来说，1 号断裂带中5 号几何分段、4 号几何分段及3 号几何分段内部储集体结构与连通性能差异很大。其中，3 号几何分段内部储集体结构表现为“大型均质储集体”，北部钻井由于井间强连通，压恢试井曲线大多形态不完整，进而表现为“受邻井干扰的大型均质储集体”，内部储集体结构显著区别于4 号与5 号几何分段，是3 个几何分段中最优的储集空间。同一几何分段内的井组之间相互连通，构成了一套统一的储集单元和油气系统；不在同一个几何分段内的钻井并未产生相互影响，井间不连通，分属于不同的储集单元和油气系统。

3.2 内部储集体连通性特征

塔里木盆地顺北1号断裂带经历了多期构造运动。加里东晚期顺北1 号断裂带左行左阶活动，深层断入基底高陡走滑断裂与上覆雁列正断层同时形成，深层发育多个几何分段，分段间局部发育叠接拉分；海西中、晚期顺北1 号断裂带再次左行活动，上覆地层中再次形成雁列正断层［3］。顺北1 号走滑断裂带T74界面（中下奥陶统顶面）下发育的直立高陡走滑断裂上方均与相应的雁列正断层对应，雁列正断层的活动强度与下部的走滑断裂直接相关［23］，下部的走滑断层滑移距越大、走滑断裂演化程度越高，几何分段越长，上部的雁列正断层发育程度越高（图8）。上方雁列正断层的大小指示5号、4 号及3 号几何分段的活动强度和演化程度由南向北依次增强。根据顺北1号断裂带3 个几何分段内钻井、测井、压恢试井及干扰试井资料，对3 个几何分段内部储集体结构和连通性进行了分类分析。相比4 号、3 号几何分段，南端的5 号几何分段上覆雁列正断层发育程度最低、目的层滑移距最小，则内部储集体结构为内洞外缝，中间部位存在一个主滑动面，滑动面两侧为破碎角砾，破碎角砾外围为裂缝。相比5号分段，4号分段上覆雁列正断层发育程度高，滑移距离增加，断裂的演化程度也相对成熟，在演化过程中发育了2套缝洞结构，命名为双重缝洞结构，其中“洞”是破碎角砾孔洞的响应，“缝”是外围裂隙的响应，发育双重缝洞结构的4号几何分段比5号几何分段的缝洞数量多、规模大，储集性能更好。3 号几何分段滑移距离大，走滑断裂演化程度更高，是3 个几何分段中雁列正断层发育程度最高、几何分段最长的一段；该分段在演化过程中断层内部发育多套缝洞体系，与5 号几何分段、4号几何分段相比，缝洞规模更大、连通性更优，称为“大型均质储集体”。

图8 塔里木盆地顺北1 号断裂带内几何分段储集体内部结构与雁列正断层关系Fig.8 Relationship between internal structure of geometric segments and echelon normal fault in Shunbei No.1 fault zone，Tarim Basin

走滑构造活动强度控制走滑断裂几何分段的演化程度及上覆雁列正断层的发育程度，进而控制几何分段的内部储集体结构。活动性越强的几何分段，其内部的储集空间越大，流体渗流能力越强，缝洞油气藏的连通性越强，单井控制储集体规模越大产能越高。