走滑断裂断控碳酸盐岩油气藏的特征与井位部署思路——以塔里木盆地为例

邓兴梁 闫 婷 张银涛 万效国 冯 凯 袁安意 姚 超 肖春艳

中国石油塔里木油田公司勘探开发研究院

0 引言

塔里木盆地油气资源丰富[1]，经过多年的油气勘探，已在塔北隆起与塔中隆起奥陶系碳酸盐岩发现了一系列风化壳型与礁滩型油气藏，并形成了“古隆起控油、斜坡富集”的油气分布规律认识。但是，该盆地北部坳陷奥陶系碳酸盐岩埋藏深度大于7 000 m，勘探程度与认识程度均较低。

2016 年前，塔里木盆地碳酸盐岩油气勘探主要以礁滩体与风化壳的准层状“相控”油气藏模式进行部署。近年来的研究发现，礁滩型与风化壳型油气藏中高产、高效井多分布于走滑断裂带上，走滑断裂对碳酸盐岩储层和油气富集具有重要的控制作用，并逐渐形成走滑断裂控藏的观点[2]。断控岩溶储层主要是在大气淡水或热液沿断裂淋滤或上涌过程中，断裂破碎带进一步扩溶形成具有一定储集空间的碳酸盐储层。同时走滑断裂作为油气运聚的主要通道，疏导油气至储集空间聚集形成碳酸盐岩岩性油气藏。在断控碳酸盐岩油气成藏认识的指导下，勘探领域从隆起、斜坡向坳陷延伸，研究方向从潜山岩溶、礁滩岩溶、层间岩溶向以断控岩溶为主的碳酸盐岩油气藏转变[3-4]。2018 年开始向坳陷区开展油气勘探，并在北部坳陷的MS1 井的中奥陶统一间房组碳酸盐岩获得重大突破，表明塔北隆起、塔中隆起之间坳陷区超深层（埋深大于7 000 m）仍具有良好的油气勘探前景，但由于北部坳陷储层埋藏深、开发成本高，同时对于走滑断裂控储控藏特征认识不清，开发井成功率不高、高效井比例低，油气效益开发面临着巨大的挑战。

为此，笔者基于前期的研究成果，利用三维地震资料、岩心/岩屑信息及动态资料，系统开展了断裂和储层特征再认识，明确了走滑断裂对油气藏的控制作用，提出了油气富集高产模式，总结形成了“四定”的高效井位部署思路，以期打开塔里木盆地断控碳酸盐岩油气藏高效开发的局面。

1 区域地质概况

塔里木盆地中部发育晚新元古代裂谷、古—中生代克拉通内坳陷与新生代前缘隆起，南华系—第四系沉积厚度达15 000 m。盆地中部下古生界碳酸盐岩厚度超过3 000 m，发育多套储盖组合与含油气层段，目前已发现的油气主要分布于塔北隆起南斜坡与塔中凸起北斜坡地区（图1）。

塔里木盆地发育众多大型走滑断裂，奥陶系碳酸盐岩在走滑断裂作用下形成沿断裂发育的断裂破碎带，破碎带经历岩溶作用形成沿断裂带分布的洞穴、裂缝等缝洞型储集体，后期油气沿断裂垂向运移、充注成藏后形成碳酸盐岩断控岩溶油气藏，断裂是控制岩溶油气藏的关键。塔里木盆地北部坳陷以断控型碳酸盐岩油藏为主，富满油田主体位于北部坳陷阿满过渡带中北部，奥陶系主要发育铁热克阿瓦提组（O3tr）、桑塔木组（O3s）、良里塔格组（O3l）、吐木休克组（O3t）、一间房组（O2y）、鹰山组（O1-2y）和蓬莱坝组（O1p）（图1）。其中，良里塔格组、一间房组、鹰山组和蓬莱坝组均具备发育优质储层的岩性基础（图1）。经过10余年的勘探评价与滚动开发，富满油田先后发现哈得23、跃满、富源、玉科、果勒、跃满西、富源Ⅱ、鹿场、满深9 个区块，目前已成为该地区油气上产的主力区块。

2 断控型油气藏特征

2.1 断裂特征

北部坳陷由于多期的构造活动，导致走滑断裂的多期活动，在继承性发育的过程中，在多套地层形成花状构造，产生“花上花”的结构特征。在晚加里东期、晚海西期、燕山期都有走滑断裂的活动，形成3 层构造样式（图2）[2]。

通过对该地区断裂演化特征分析，断裂演化主要有3 种模式[3]：①晚期断裂沿早期主断裂继承性发育。受控局部构造应力场没有大的改变，早期的走滑断裂从古生代碳酸盐岩向上继承性发育，断裂的性质、类型与样式都没有改变，仅是断裂规模与断穿层位出现变化。这类断裂以线性构造为主，构造活动强度较小，多分布在北部地区。②晚期张扭正花断裂沿早期压扭逆冲断裂发育，形成断裂性质的反转。加里东晚期的压扭性断裂，在晚海西期、燕山期的张扭构造背景下，断裂沿早期的主断裂面发育，但断块从抬升转向下掉，断裂从逆冲转向正断，以张扭应力特征为主。③早期断垒带上新生正断层，晚期断裂对早期构造形成叠加改造，并向上发展。在大型走滑断裂带上，往往沿断垒带的中部新生断裂，并向上、向下发育，切割并改造早期的断裂，下部与主断裂带合并，形成复杂的花状构造。

2.2 储层特征

图1 塔里木盆地中部构造单元、油气田分布及奥陶系地层简图

图2 塔北隆起走滑断裂典型地震剖面图

北部坳陷断控碳酸盐岩储集层主要分布在一间房组—鹰山组，埋深多超过7 000 m。储层以开阔台地相台内滩相为主，岩性主要为亮晶砂屑灰岩、亮晶颗粒灰岩、亮晶生屑灰岩、泥晶颗粒灰岩[5]。岩心薄片分析表明，碳酸盐岩原生孔隙几乎消失殆尽，以次生孔隙为主，储集空间主要为次生溶蚀及构造破裂作用形成的孔、洞与裂缝，镜下多见粒间、粒内溶孔、铸模孔及微裂缝（图3）。岩心孔隙度主峰介于1.80%～4.50%，平均值为2.17%；渗透率主峰介于0.1 ～1.0 mD，属于特低孔隙度—低孔隙度、超低—低渗透率储层，孔渗相关性很差。由于大型缝洞发育，岩心易破碎，岩心样品物性整体偏低，仅能代表储层基质物性。

北部坳陷碳酸盐岩油气藏受断裂控制明显，断裂破碎带附近岩溶作用发育，经过多期断裂及深部热液作用，储层改造十分强烈，形成复杂的岩溶缝洞系统，非均质性强烈，储层类型复杂多样。该区带受加里东期、海西期、印支期、燕山期、喜马拉雅期构造运动的叠加和改造，构造演化过程复杂，其中加里东期和海西期构造活动最强烈，是控制本区构造形成的主要构造运动期次。奥陶系在风化淋滤和后期地下热液上涌等作用的改造下，形成大量溶洞或洞穴，即断控溶蚀型储层（图4-a）。碳酸盐岩储集体发育达到一定规模，在地震叠后数据体上常表现出以波谷—波峰或波谷—波峰—波谷组成的低频率、较强振幅为特征的反射类型，即“串珠”状反射特征（图4-b）。李相文等[4]在分析走滑断裂体系对非均质储层的控制特征时，认为断裂及其伴生裂缝控制整条断裂破碎带，岩溶水（大气淡水向下淋滤或地下热液向上溶蚀）沿断裂破碎带附近的缝—孔—洞、微断裂破碎带发生溶蚀改造，可进一步有效地改善早期的储集空间[5]。因此，断控岩溶储层的横向展布特征呈现出沿断裂条带状分布的规律（图4-c）。

图3 塔北隆起—塔中凸起奥陶系碳酸盐岩储层特征典型照片

图4 断控型碳酸盐岩特征图

2.3 油气藏特征

近年来的勘探开发实践表明，塔里木盆地北部坳陷奥陶系碳酸盐岩地层构造、储层和油气输导成藏均受走滑断裂的控制。圈闭系统是断溶系统内的断溶体单元，断溶系统为相同地质背景下岩溶水沿断裂破碎带溶蚀改造所形成不同三维空间结构的岩溶缝洞系统，断溶体单元则是断溶系统中的独立岩溶单元[4]。塔北隆起一间房组发育碳酸盐岩缝洞型储层，与上覆桑塔木组巨厚层泥岩（厚度介于500 ～1 500 m）形成一套优质储盖组合。

断裂破碎带主控岩溶区奥陶系油气藏具有沿断裂带整体含油气、局部富集的特征，油气成藏具有“多期成藏、断裂控储、垂向运聚”的特点[6-8]。油气主要来源于中下寒武统玉尔吐斯组烃源岩，沿通源走滑断裂垂向运移，多期次成藏。原油地面平均密度为0.811 g/cm3，为轻质油；气油比整体差异较大，介于66 ～532 m3/t，平均气油比为292 m3/t。地层温度位于临界温度左侧，远离临界点，轻质油区饱和压力低，地饱压差大，属于未饱和油气藏。

结合静态地震资料和动态试井曲线特征、试井解释结果、递减分析曲线综合分析，将该地区奥陶系碳酸盐岩储层类型划分为洞穴封闭型、洞穴洞缘型和裂缝孔洞型3 种类型，对应3 种油气藏类型（表1）。

洞穴封闭型储层油气藏以洞穴为主要储集空间，洞周围是致密石灰岩，该类储层在地震剖面上通常表现为串珠状反射特征[9]；试井解释井储远大于理论井储，内外渗透率差别大，油气产量呈近似直线下降，表现为定容的生产特征。

洞穴洞缘型储层油气藏在常规地震剖面上反射特征与洞穴封闭型储层一致，均出现串珠状反射特征，由于储集体外围存在液体或地层能力补充，试井双对数曲线呈现多个“凹子”复合特征，试采定容特征较明显，转机采后油压、产量平稳，递减慢，动态储量、可采储量均比较高。

裂缝孔洞型储层油气藏是哈拉哈塘油田奥陶系碳酸盐岩普遍发育的油气藏。储层裂缝既作为渗滤通道，又是储集空间，当多组裂缝相互沟通或者裂缝与溶蚀孔、洞相互沟通可成为好的有效储层。该类储层在地震剖面上以片状强反射和杂乱反射为主，试井双对数曲线呈现双孔介质特征，具有一定的稳产期。

表1 断控型碳酸盐岩油气藏分类表

3 井位部署思路

近年来，随着油气藏地质认识的不断深入，认识到深大断裂体系是含油气盆地主要的油气运移通道，深大断裂能够沟通深部烃源，使得油气垂向运聚。另外，与断裂相伴相生的岩溶发育进一步叠加了深大断裂对油气的疏导作用，促进了油气沿断裂带运聚、充注成藏。因此断裂具有明显的“控储、控藏、控富集”作用。随着北部坳陷开发的不断深入，井位部署逐渐摸索形成了定区、定段、定井、定型的“四定”断控油气藏的井位部署方法，明确了高效井特征，大大提高了钻井成功率。

3.1 断裂分级、分期定富集带

通过研究，创新了走滑断裂精细描述技术系列，形成了一套低信噪比区走滑断裂识别技术、弱走滑断裂刻画技术以及微构造精细描述技术3 大技术体系，大大提高了复杂断裂的解释精度。

结合断裂形成期次研究，认为断裂带对油气藏的控制作用具有几个特点：加里东期应力场呈南北向挤压，形成北东向和北西向呈“X”字形相交的共轭断裂；早海西期应力场呈北西斜向挤压导致北西向断裂持续活动，燕山期应力场呈东西向张扭，北东向断裂重新活动；喜马拉雅期至今应力场呈北东向挤压，北东向断裂持续活动至今，而北西向断裂处于闭合状态（图5）[10]。因此北东向断裂是目前北部坳陷控制油气聚集最有利的断裂。对北部坳陷完钻井统计分析发现，近年来获得的高效井、有效井有141 口，其中115 口都集中在北东向断裂上。因此，在井位部署研究过程中以北东向断裂为主要目标，集中部署井位建产，而北西向断裂则侧重滚动评价。

图5 塔里木盆地区域应力场

3.2 断裂分类、分段定富集段

由于断裂在构造演化过程中受应力场的变化多次扭动变换方向，断裂破碎带的宽度变化较大，变形强度也存在差异。利用三维地震数据体资料对塔北隆起走滑断裂进行微构造的精细刻画，发现断裂在平面展布和纵向上均呈现明显的分段性[11-13]。以北部坳陷FⅠ1 断裂带为例，根据断裂带的几何学特征以及控储宽度将断裂带可划分4 个段，自南向北断裂带的长度与控储宽度呈正相关，随着断裂长度的增加，断裂的控储宽度也随之增加，整体上断裂发育程度北段好于南段，也符合塔北隆起断裂整体上北强南弱的特征（表2）。从生产效果来看，断裂带北段单井日产油也高于南段，其原因在于断裂活动越强，破碎带宽度越大，岩溶作用则越强烈，储层相对更为发育，油气成藏更有利。因此是井位部署的重点[14-16]。

3.3 主干断裂正地貌长串珠定高效井

近年来，根据北部坳陷富满油田实际钻井情况，具有“串珠状”地震反射的储层在钻井过程中容易发生放空、漏失现象，一般表现为洞穴型储层特征，后期不经过酸压即可直接投产。图6 中W1、W2 两口井均表现为串珠状反射特征，处在主干断裂上，但W1 井位于趋势面低部位，地貌相对较低，从油气分异聚集角度而言，构造高相对部位更有利于油气聚集，是获得高产的必要条件之一。另外，W1 井钻探“串珠”反射纵向延升范围较短，仅“一峰一谷”，从生产效果来看，W1 井试油日产量为34.4 m3，目前累计产油0.02×104t，W2 井趋势面较高，纵向上表现为“多峰多谷”的反射特征，该井2018 年投产，生产550 d 累计产油4.78×104t，为典型的高产井。因此，根据富满油田勘探开发实践，进一步明确高产井为“主干油源走滑断裂＋正地貌＋多相位的‘串珠’反射”的特征（图6），按照此原则，优选部署井位，试油百吨井频出，高效井比例直线攀升。

表2 北部坳陷FⅠ1 断裂带试采特征数据表

图6 北部坳陷富满油田井位部署图

通过对完钻井的开发特征、地震资料特点等的分析[17]，高效井的特征表现为近主干油源走滑断裂、位于正向地貌、地震反射为多相位“串珠”的特征（图7）。2018—2020 年，按“主干油源断裂＋正地貌＋长串珠反射”的特征部署并完钻井33 口，投产32 口，均获得高产油气流，生产油压稳定，其中22 口百吨井。

图7 断控型油气藏高效井地震反射特征图

3.4 走滑断裂破碎带建模定井型

富满油田断裂破碎带宽度一般介于200 ～300 m，围岩向断裂带核部发育“三段式”模式（图8-a）。在钻井过程中，一般钻进断层破碎带就存在油气显示，偶有发生钻井液漏失，在此基础上完井就会错失钻遇断层核部优质缝洞体的机会，因此基于油气藏认识的基础上积极转变井位部署思路，优化井型，采用短半径水平井横穿断裂破碎带（图8-b）；其次是从“见好就收”到“打漏强钻”，提升优质储层的钻遇率，增大泄油面积，大幅度提高储量动用程度。

通过总结，针对断裂破碎带控制长串珠模式宜采用短半径水平井开发，一方面考虑垂直断裂带或大角度斜交断裂带以增加储层钻遇率，更重要的是增加缝洞体系动用率。针对横向多个单串珠模式宜采用水平井开发，通过水平井沿储层顶部“头皮”钻进以动用多个缝洞体系，提升单井产能。针对纵向短串珠模式和单串珠模式宜采用斜井开发，采用纵向水平井的理念，进一步增加储层钻遇率。

图8 走滑断裂破碎带分段与井轨迹模式图

4 开发效果

通过持续开展碳酸盐岩勘探开发科研技术攻关，形成了碳酸盐岩缝洞型储层定量雕刻技术，创新地质理论认识，攻克了超深、断控、缝洞型碳酸盐岩油气藏开发的技术瓶颈，实现了从单个缝洞体—缝洞单元—缝洞系统的综合研究。在深化断裂控储控藏认识的基础上，按照井位部署的“四定”原则，在北部坳陷富满油田部署了一批井，钻井成功率由75%提高至97%，高效井比例由20%提高至68%。新井单井日产油量由35 t 提高到78 t，2019 年高效建产100×104t/a。在临近满加尔坳陷的FⅠ17 断裂带上部署了MS1 井酸压求产，采用10 mm 油嘴，在油压40 MPa 条件下，测试日产油量超600 m3，日产气量超37×104m3。该井的成功进一步证实了大型走滑断裂严格控制着碳酸盐岩油藏的展布规律和富集规模，推动形成了以走滑断裂破碎带为主攻领域的油气藏评价思路，为北部坳陷油气增储上产提供了有效的指导[18-20]。

5 结论

1）北部坳陷走滑断裂主要有3 期构造活动，晚加里东期以压扭线性特征为主，晚海西期和燕山期主要为继承性活动，以张扭环境为主。

2）断控碳酸盐岩油气藏储层以洞穴和孔洞为主，受断裂控制作用明显，平面上沿断裂带呈线性展布特征，纵向上主要与断裂活动强度和溶蚀作用有关。

3）断裂破碎带是北部坳陷油气藏的主控因素，具有“多期成藏、断裂控储、垂向运聚”的特点。

4）基于油气藏特征，提出的定带、定段、定井、定型的“四定”高效井位部署思路有效解决了北部坳陷高效开发的瓶颈问题，大幅度提高单井产量及高效井比例，实现了富满油田效益开发，在同类油气藏中具有一定的推广应用价值。