裂縫型火山巖油藏成藏規律研究與應用

潘有軍 李道陽 董慶明 徐 贏 杜春梅

1.中國石油吐哈油田分公司勘探開發研究院, 新疆 哈密 839009；2.西部鉆探公司國際鉆井公司， 新疆 烏魯木齊 830000

裂縫型火山巖油藏成藏規律研究與應用

潘有軍1李道陽1董慶明2徐 贏1杜春梅1

1.中國石油吐哈油田分公司勘探開發研究院, 新疆 哈密 839009；2.西部鉆探公司國際鉆井公司， 新疆 烏魯木齊 830000

ND火山巖油藏為裂縫孔隙型油藏，認識成藏規律和裂縫分布對井位部署和有效開發極為重要。通過解剖ND火山巖軸部裂縫發育區所有單井，發現高產井的出油層段均位于斷裂破碎面之上，斷裂破碎面作為油氣運移的通道和儲集空間、加之上覆相對塑性地層和相適應的低壓系統匹配成的保存條件，軸部區為斷裂破碎帶成藏。為了提高鉆井成功率和有效開發ND火山巖油藏，依據火山巖地層中斷裂等同于裂縫的研究成果，借助用于識別斷裂系統的相干體屬性這一簡單技術來識別裂縫發育區。采用等比例劃分窗口技術，進而提取相干振幅屬性，得出的裂縫發育區與高產井區十分吻合，表明該技術是預測致密火山巖裂縫發育區的一種有效技術手段。通過對失利井的分析，得出具有良好的封存條件是裂縫型火山巖油藏成藏的關鍵因素之一。并對裂縫不發育區采用水平井大型體積壓裂開發動用技術，取得較好效果。

ND火山巖；斷裂破碎帶；成藏規律；裂縫識別；挖潛剩余油；水平井開發

0 前言

火山巖油藏成藏模式較砂巖復雜,從儲集空間來看,既有以玄武巖為主的、以獨有的氣孔以及沉凝灰巖與生物質交錯沉積時形成的、以基質孔隙為主的基質孔隙型油藏,又有致密火山巖中以開啟的裂縫為主要儲集空間的裂縫型油藏[1-2]。裂縫型火山巖油藏具有礦物成分多樣、結構類型各異、儲集空間非均質性強、油氣分布規律不清等特征[3],深入研究裂縫型火山巖油藏的形成條件和裂縫分布具有重要的理論和實際意義[4]。

通過標定ND圈閉西北部的幾口高產井的井軌跡及高產油氣層段，在垂直穿過ND斷鼻圈閉北部邊界斷層的近南北向過井地震剖面上，可以清楚地看到出油層段均位于斷裂破碎面之上，從地震剖面上仔細觀察這里的斷裂特征，可以發現石炭系卡拉崗組火山巖地層是“脆脆”地錯斷，而上覆的三疊系至中下侏羅統相對塑性地層均形成完美的“蓋帽”，同時三塘湖盆地地層中系統性缺水，地層壓力普遍偏低，從油氣成藏理論來說，這里的火山巖斷裂破碎面不僅是油氣運移的通道，而且提供了裂縫帶儲集空間、加之上覆地層和相適應的低壓系統匹配成的保存條件，斷裂破碎帶成藏是完全能夠實現的。

國內外進行裂縫檢測應用的主要技術有[5]:露頭區地質調查和巖芯觀測；巖芯實驗室分析法；各種常規測井和特殊測井方法；重磁電方法；基于地震數據的構造應力場數值模擬方法；利用地震與測井技術相結合的方法來確定裂縫發育帶等。各種預測研究方法各有優缺點,在實際應用中,要根據研究區的實際地質情況,選擇合適的方法組成合理的裂縫預測配套方案。但是,前人對裂縫的預測仍然以測井為主,以地震數據為基礎的各種裂縫預測技術仍未得到大范圍應用[5-7]。關于火山巖裂縫的地震識別,因為缺乏有效的技術手段,很多人會落于常規砂礫巖地層應用的技術陷阱,比如簡單采用提取地震振幅等屬性,認為高振幅帶即是裂縫發育帶或油氣聚集區,進而推薦井位，最終造成失利。脆性火山巖如玄武巖發育地層,同砂礫巖地層一樣,斷層發育區一定會表現為地震同相軸的錯斷,因此振幅屬性會表現為“暗區”,強振幅區不是裂縫發育區而是非發育區,所以利用地震振幅屬性預測火山巖裂縫發育是極端錯誤的做法。

依據火山巖地層中斷裂等同于裂縫的研究成果,借助用于識別斷裂系統的相干體屬性這一簡單技術來識別致密玄武巖地層中的裂縫發育區,方法上采用等比例劃分窗口技術,分別提取地震相干數據體各小層之間的相干數據振幅屬性,就可以得到小層的平面屬性,也可將各小層的相干振幅屬性疊合連片用來預測整體上的主要裂縫發育區。實踐證明,該技術是預測致密火山巖裂縫發育區的有效技術手段。

1 斷裂破碎帶成藏研究

自ND卡拉崗組圈閉西北角的NDP 7-2井至圈閉中部的ND 9-7井,逐個解剖所有單井可以發現,除ND 89-6井是因發育一條裂縫出油,及NDP 1井位于斷鼻圈閉以北的下盤出油外,所有的高產井如ND 8-3、NDP 8-3、M 17、NDP 3、ND 9-7井均位于ND斷鼻圈閉北界的斷裂破碎面層段，其余只要沒有鉆遇這個斷裂破碎面的井,無論是鉆探在斷鼻圈閉的軸部高點還是翼部裂縫發育區,無論是直井、大斜度井還是水平井[8-10]，都是低效或無效井。

通過標定ND圈閉西北部的幾口高產井的井軌跡及高產油氣層段,在垂直穿過ND斷鼻圈閉北部邊界斷層的近南北向過井地震剖面上,可以清楚地看到出油層段均位于斷裂破碎面之上,在鉆井過程中往往伴有泥漿漏失、鉆速加快等顯示有裂縫發育的特征。巖屑錄井往往會鑒定成帶熒光顯示的泥質粉砂巖、砂礫巖或表征為火山爆發相的火山角礫巖[10-13],其實這是構造斷裂作用將致密火山巖原巖破碎成角礫狀后,被破碎細屑充填或部分外來物質充填膠結的構造角礫巖,是典型的斷裂破碎面標志之一,對應段測井響應具有GR值升高、三孔隙度曲線跳躍、深電阻較玄武巖圍巖低,氣測、熒光顯示異常等特征。這些井初期日產量高，有的達百噸左右,累計產量達萬噸至兩萬噸以上,而周邊不論位于斷層南或北的井,只要沒有穿越這個斷裂破碎油氣富集帶,除NDP 1井初產能達到20 t/d,很多井的累計產量都在百噸之內,經濟效益極差。這些證據有力地說明了ND火山巖圈閉西北部依靠斷裂破碎面的裂縫帶成藏的規律。從地震剖面上仔細觀察這里的斷裂特征,可以發現石炭系卡拉崗組火山巖地層是“脆脆”地錯斷,而上覆的三疊系至中下侏羅統相對塑性地層均形成完美的“蓋帽”,同時三塘湖盆地地層中系統性缺水,地層壓力普遍偏低,從油氣成藏理論來說,這里的火山巖斷裂破碎面不僅是油氣運移的通道,而且提供了裂縫帶儲集空間、加之上覆地層和相適應的低壓系統匹配成的保存條件,斷裂破碎帶成藏是完全能夠實現的。

2 火山巖裂縫識別研究

關于火山巖裂縫的地震識別,因為缺乏有效的技術手段,很多人會落入常規砂礫巖地層應用的技術陷阱,比如簡單采用提取地震振幅等屬性,認為高振幅帶即是裂縫發育帶或油氣聚集區,并據此推薦井位,從而造成失利。脆性火山巖如玄武巖發育地層,地震相特征為地震同相軸，具有非連續性,呈蚯蚓狀,同砂礫巖地層一樣,斷層發育區一定會表現為地震同相軸的錯斷,因此振幅屬性會表現為“暗區”,強振幅區不是裂縫發育區而是非發育區,所以利用地震振幅屬性預測火山巖裂縫發育是極端錯誤的做法。依據火山巖地層中斷裂等同于裂縫的研究成果,可以借助用于識別斷裂系統的相干體屬性這一技術來識別致密玄武巖地層中的裂縫發育區,但如果直接求取體屬性或按照火山巖剝蝕面解釋的層位進行等時窗口或切片屬性的求取,會發現解釋效果并不理想。

圖1 地震剖面和相干剖面時間窗口劃分圖

對ND區塊卡拉崗組火山巖裂縫發育規律的研究,采取了等比例劃分窗口技術,窗口頂界層位利用火山巖剝蝕界面追蹤的層位,窗口下沿層位采用相當于C2k的K5-1小層附近的一套強振幅、連續反射的地震同相軸追蹤的層位，見圖1。按照地震原理,這套強振幅、連續反射的同相軸是由上下層具有ρν差值較大的界面如玄武巖和凝灰巖之間才能產生,從地層沉積的角度看,兩套層位所包含的窗口之間可以看成是一套連續的沉積,然后在這套連續沉積的窗口內按時間比例劃分成4～5個小層,這樣求取的沿層相干屬性不會因層位解釋問題而出現人為因素的極值。

按照上面劃分的窗口分別提取地震相干數據體各小層之間的相干數據振幅屬性,就可以得到各小層的平面相干振幅屬性,也可將各小層的相干振幅屬性疊合連片用來預測整體上的主要裂縫發育區。圖2是相干振幅屬性預測的裂縫發育區和高產井區的對比圖,從圖2可知，預測出的裂縫發育區與高產井區十分吻合,因此應用這種比例分層求取火山巖地層方差體屬性是預測致密火山巖裂縫發育區的一種有效技術手段。

圖2 相干振幅屬性與高產區對比圖

3 裂縫型火山巖油藏成藏特征

裂縫識別技術不僅有效地識別出ND 2號卡拉崗組斷鼻構造上的裂縫發育區,還發現以北的ND 3號圈閉上的“亮點”區帶,即裂縫發育區。ND 3號圈閉上在不同年份上鉆了4口井:M 21、M 23、M 28及ND 9-3井,這些井雖然沒有獲得商業油流,但錄井油氣顯示非常豐富,說明油氣在這里運移過,因此在油路上的致密火山巖中的有效“圈閉”就有“留住”油氣成藏的可能。目前,因缺乏有效開發建產區塊,適當選擇外圍區域突破火山巖油藏開發的“禁區”是可行的,因此在裂縫預測發育區優選了ND 3號圈閉上的ND 301井。ND 301井錄井熒光顯示58 m,浸泡定級7-8級,測井解釋差油層27.4 m/3層。從測井曲線解釋來看,大段發育的孔隙特征是明顯的,但沒有明顯的較大裂縫或縫洞,氣測顯示也差,壓裂投產初期最高日產油2.28 t/d,目前日產油僅0.32 t/d,累計產油21.65 t。

從ND 301井的失利,可以看出雖然識別出了火山巖中發育有裂縫,但無法識別出這條裂縫是“通天”的,還是可以“封蓋”住以形成一定的保存空間,目前依據地震資料最大程度也只能做到某種概率性的預測。因此,火山巖油藏的勘探開發還特別需要發展火山巖裂縫預測以及含油氣直接檢測等技術。

通過實鉆和綜合分析可知,目標區石炭系卡拉崗組火山巖之上的三疊系小泉溝群沉積了一套砂泥巖互層,這樣的巖性組合顯然對下覆的火山巖風化殼附近形成油氣儲集和保存極為不利,即使火山巖中發育有裂縫，也只是提供了存儲空間，根據石油地質理論，要形成油氣藏，油氣運移和保存條件缺一不可，卡拉崗組火山巖地層中的裂縫可作為存儲空間，但油氣的保存只能依靠火山巖自身的致密特性形成有限的保存條件。這即為裂縫型火山巖油藏的典型成藏特征。

4 開發動用技術研究

實踐表明,對于基質孔洞發育而裂縫不發育的火山巖油藏,可以通過水平井大型體積壓裂技術提高單井產量、儲量動用程度和開發效益[16]。

5 結論

1)ND火山巖軸部區產量高,通過解剖所有單井后分析認為是以斷裂破碎面成藏,斷裂破碎面不僅是油氣運移的通道,而且提供了裂縫帶儲集空間,加之上覆地層和相適應的低壓系統匹配成的保存條件,斷裂破碎帶成藏是完全能夠實現的；

2)借助用于識別斷裂系統的相干體屬性這一簡單技術來識別裂縫發育區,采用等比例劃分窗口技術提取各小層平面相干振幅屬性或各小層屬性疊合來預測裂縫發育區,得出的裂縫發育區與高產井區十分吻合,表明該技術是預測致密火山巖裂縫發育區的一種有效技術手段；

3)實鉆結果分析表明,ML凹陷石炭系卡拉崗組火山巖油氣只能依靠火山巖自身的致密特性形成有限的保存條件,火山巖中發育有裂縫,也只是提供了存儲空間,要能成藏,油氣運移和保存條件缺一不可；

4)ND火山巖油藏裂縫不發育的翼部區采用水平井大型體積壓裂技術開發動用取得了較好的實施效果,表明對于基質孔洞發育而裂縫不發育的火山巖油藏，可以通過水平井大型體積壓裂技術提高單井產量、儲量動用程度和開發效益。

[1] 牛寶榮,潘紅芳.火山巖油藏儲層特征及開發對策[J].吐哈油氣,2008,13(3):278-291. Niu Baorong, Pan Hongfang. Reservoir Characteristics and Development Countermeasures of Volcanic Reservoir [J]. Tuha Oil & Gas, 2008, 13 (3): 278-291.

[2]范存輝,周 坤,秦啟榮,等.基底潛山型火山巖儲層裂縫綜合評價——以克拉瑪依油田四2區火山巖為例[J].天然氣地球科學,2014,25(12):1925-1932. Fan Cunhui, Zhou Kun, Qin Qirong, et al. Comprehensive Assessment of Fractures in the Volcanic Basement Buried Hill Reservoirs: A Case Study of Volcanic Reservoir in 4-2 Region of Karamay Oilfield [J]. Natural Gas Geoscience, 2014, 25 (12): 1925-1932.

[3]賈永祿,孫高飛,聶仁仕,等.基于應力敏感性的視均質火山巖氣藏試井模型[J].天然氣與石油,2015,33(4):33-36. Jia Yonglu, Sun Gaofei, Nie Renshi, et al. Well Test Model for Pseudo Homogeneous Volcanic Gas Reservoir Based on Stress Sensitivity [J]. Natural Gas and Oil, 2015, 33 (4): 33-36.

[4]張津海.三塘湖盆地馬朗凹陷火山巖油氣藏形成條件綜合研究[D].西安:西北大學,2012. Zhang Jinhai. Comprehensive Research on the Formation Condition of Volcanic Hydrocarbon Reservoir in Malang Depression in Santanghu Basin [D]. Xi’an: Northwest University, 2012.

[5]孫 煒.火山巖儲層裂縫預測方法研究[D].北京:中國地質大學(北京),2010. Sun Wei. Study of Prediction Methods for the Volcanic Reservoir Fracture [D]. Beijing: China University of Geosciences (Beijing), 2010.

[6]譚開俊,衛平生,潘建國,等.火山巖地震儲層學[J].巖性油氣藏,2010,22(4):8-13. Tan Kaijun, Wei Pingsheng, Pan Jianguo, et al. Volcanic Seismic Reservoir [J]. Lithologic Reservoirs, 2010, 22 (4): 8-13.

[7]朱如凱,毛治國,郭宏莉,等.火山巖油氣儲層地質學——思考與建議[J].巖性油氣藏,2010,22(2):7-12. Zhu Rukai, Mao Zhiguo, Guo Hongli, et al. Volcanic Oil and Gas Reservoir Geology:Thinking and Forecast [J]. Lithologic Reservoirs, 2010, 22 (2): 7-12.

[8]孫玉凱,羅權生,張克安,等.三塘湖盆地牛東油田火山巖巖性巖相特征及其對儲集性能的控制作用[J].石油天然氣學報,2009,31(3):57-61. Sun Yukai, Luo Quansheng, Zhang Ke’an, et al. Lithologic and Lithofacies Features of Volcanics and Their Control on Reservoir Capability in Niudong Oilfield of Santanghu Basin [J]. Journal of Oil and Gas Technology, 2009, 31 (3): 57-61.

[9]李謀杰,郭海敏,鄭佳奎,等.牛東地區火山巖儲層特征及測井評價[J].石油天然氣學報(江漢石油學院學報),2011,33(2):90-95. Li Moujie, Guo Haimin, Zheng Jiakui, et al. Volcanic Reservoir Characteristics and Logging Evaluation in Niudong Area [J]. Journal of Oil and Gas Technology, 2011, 33 (2): 90-95.

[10]鄭雷清,鄭佳奎,陳文安,等.牛東地區火山巖儲層裂縫測井評價[J].吐哈油氣,2008,13(3):241-245. Zheng Leiqing, Zheng Jiakui, Chen Wen’an, et al. Evaluation of Fracture Logging of Volcanic Rock Reservoir in Niudong [J]. Tuha Oil & Gas, 2008, 13 (3): 241-245.

[11]張慶國,盧穎忠.風化店火山巖油藏裂縫識別研究[J].西北大學學報(自然科學版),1995,25(6):693-696. Zhang Qingguo, Lu Yingzhong. Study on Fracture Identification of the Igneous Reservoir in Fenghuadian [J]. Journal of Northwest University (Natural Science Edition), 1995, 25 (6): 693-696.

[12]向 洪.三塘湖油田火山巖壓裂改造技術研究與應用[J].西部探礦工程,2011,23(9):42-44. Xiang Hong. Research and Application of Fracturing and Reconstruction Technology of Volcanic Rock in Santanghu Oilfield [J]. West China Exploration Engineering, 2011, 23 (9): 42-44.

[13]劉俊田.三塘湖盆地牛東地區石炭系卡拉崗組火山巖風化殼模式與識別[J].天然氣地球科學,2009,20(1):57-62. Liu Juntian. Weathering Crust Model and Recognition of Carboniferous Kalagang Formation (C2k) Volcanic Rocks in Niudong Block, Santanghu Basin [J]. Natural Gas Geoscience, 2009, 20 (1): 57-62.

[14]馬俯波,何順利,劉建偉,等.牛東火山巖儲層壓裂技術研究與應用[J].鉆采工藝,2010,33(1):51-53. Ma Fubo, He Shunli, Liu Jianwei, et al. Research and Ap-

plication of Fracturing Technology in Niudong Volcanic Formation [J]. Drilling & Production Technology, 2010, 33 (1): 51-53.

[15]孫欣華.牛東火山巖油藏井網適應性研究[J].吐哈油氣,2011,16(2):129-131. Sun Xinhua. Study on Well Pattern Adaptability of Volcanic Reservoir in Niudong [J]. Tuha Oil & Gas, 2011, 16 (2): 129-131.

[16]郭 洋,楊勝來.我國火山巖油氣藏壓裂技術研究進展[J].天然氣與石油,2012,30 (2):49-51. Guo Yang, Yang Shenglai. Current Status and Development Trend of Volcanic Reservoir Fracturing Technology in China [J]. Natural Gas and Oil, 2012, 30 (2): 49-51.

10.3969/j.issn.1006-5539.2016.05.010

2016-03-11

中石油科技重大專項課題“低品位儲量資源有效開發技術研究”(2012E-34-08)。

潘有軍(1984-)男,工程師,工學學士，現從事油氣田儲層及開發研究。