断控岩溶体系空间结构差异性与三维建模——以顺北1号断裂带为例

张文彪, 段太忠, 赵华伟， 马琦琦， 鲍 典

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

塔里木盆地顺北油气田的发现揭示了大型走滑断裂控储、控藏的特征，且随着钻井及生产动态数据增加，发现不同断裂带或同一断裂带的不同部位，油气藏规模及油气富集程度存在明显差异。中国学者对顺北地区走滑断裂构造特征、成藏模式、储层预测等工作开展了大量卓有成效的研究[1-6]，在理论与实践上起到了较强的助推作用。而随着滚动开发工作的推进，单井产能特征、动态干扰特征显示出走滑断裂体系内部更为复杂的连通关系，主要表现在断裂分段性、断溶体分割性、以及动态连通性之间呈现出不匹配的现象，以上问题对于该类油藏如何高效布井带来较大挑战。另外，鉴于顺北油田钻井成本极高，“稀井高产”的需求迫在眉睫，探索走滑断裂带、断溶体、油气充注体、缝洞连通体之间的层次关系及差异性，并通过三维建模的方式展示各层次之间的匹配方式，对于指导深层断溶体油藏合理高效开发具有关键作用。基于此，以顺北1号走滑断裂带为研究对象，通过走滑断裂带构造特征分析、断溶体分布刻画、动态特征描述，开展断裂分段、断溶体油气充注、断溶体分割及断溶体内部缝-洞连通关系研究，并建立各个层级的三维模型，为顺北油田滚动开发及井位部署提供参考及理论依据。

1 地质概况

顺北地区构造位置位于塔里木盆地顺托果勒低隆起西北部，沙雅隆起的西南倾没端，东西紧邻满加尔坳陷和阿瓦提坳陷，南北邻近卡塔克隆起和沙雅隆起，构造特征北高南低、东高西低，构造平缓。顺北地区经历多阶段构造演化活动[7]，下古生界地层发育相对齐全，奥陶系自下而上为下统蓬莱坝组(O1p)、中-下统鹰山组(O1-2y)、中统一间房组(O2yj)、上统恰尔巴克组(O3q)、良里塔格组(O3l)和桑塔木组(O3s)。志留系自下而上为下统柯坪塔格组(S1k)、下统塔埃尔塔格组(S1t)、中统依木干他乌组(S1y)，泥盆系发育中下统克孜尔塔格组(D1-2k)、上统东河塘组(D3d)。该区在下古生界奥陶系一间房组-鹰山组碳酸盐岩与上覆巨厚桑塔木组泥岩盖层形成非常好的储盖组合，多期活动的走滑断裂体系为该地区油气运移、聚集与富集提供了优越的石油地质条件，是目前油气勘探评价主要目标。顺北地区勘探开发主要目的层系为奥陶系一间房组和鹰山组上部碳酸盐岩，已知储层类型以孔洞-裂缝型为主，断裂-裂缝体系相关构造破裂作用是储层发育的主控因素。

研究区为顺北1号断裂带(图1[8])，该区滚动勘探开发程度较高，目前沿断裂带已钻各类井30余口，录取了多种动静态资料进行分析，集中表现为断裂带不同段的流体性质存在差异、单井生产压力变化存在差异、以及单井产能之间的巨大差异。当前该断裂带部分单井已出现压降过快、生产压力不足等问题，对于断裂带空间差异性的认识不清也是制约下步如何调整的重要因素。

图1 研究区区域位置[8]Fig.1 Location of study area[8]

2 断控岩溶体系空间结构差异性分类

顺北地区勘探开发实践已证实走滑断裂带具有控储、控藏、控富的作用[7]，走滑断裂体系是断溶体形成和演化的重要基础，控制着不同级别差异体的形成(图2)。受地应力及地层岩性双重作用，走滑断裂在空间表现出分段性特征，不同断裂段破碎程度和规模不同，构成不同的破碎体；破碎体作为基础，受胶结溶蚀作用差异控制，形成不同规模、具有一定分割性的断溶体；断溶体的油气富集程度受断溶体规模及断裂沟通源岩程度影响，集中体现为油气充注差异性，构成不同的充注体[9]；断溶体内部，受缝-洞组合关系及断裂开启程度控制，形成沟通强度不同的连通体。

图2 断溶体系空间结构差异分类Fig.2 Classification of spatial hierarchical variety of fault karst system

2.1 走滑断裂带分段性

SHB1-X表示井名图3 顺北1号带走滑断裂分段性特征Fig.3 Segmental characteristics of Shunbei1 strike-slip faultzone

2.2 断溶体空间分割性

断溶体的发育基础为走滑断裂形成的破碎体，根据溶蚀强度不同，将断溶体作为第二层次差异体进行分析。顺北主要发育深大断裂体系，其在构造演化过程中发生多次应力方向的转换，加之地层岩性的差异，导致走滑断裂带的宽度呈现出宽窄不一的特征，表现为宽条带状破碎体和窄条带状破碎体。破碎体内发育的大量断裂/裂缝作为沟通通道，在表层岩溶水或深部流体双重作用下，演化为现今的断溶体，破碎体因宽窄变化不同、溶蚀强弱不同，必然造成后期形成的断溶体呈现一定程度的空间分割性。

图5 顺北1号带断溶体空间分割性特征Fig.5 Fault-controlled paleokarst reservoir segmental features of Shunbei 1

另外，断溶体间的分割强弱也与断溶体本身的规模变化有关，从图4(b)可以看出，断溶体出现分割往往是在其宽度变窄的位置以及纵向延伸较浅的位置。

图4 顺北1号带基于单井钻遇漏失点标定结构张量属性值Fig.4 Cutoff values analysis of structural tensor attribute values based on the drilling data along Shunbei 1

2.3 油气充注差异性

油气充注差异需要考虑充注通道和储集体两个要素，即通源断裂与断溶体的有机结合称为充注体，将其作为第三层次差异体进行研究。已有成果表明，顺北地区油气差异聚集主控因素包括断裂通源性、纵向疏导性以及分段性[13-16]，进一步说明断裂对于油气富集程度至关重要。

本次对于充注差异的研究，除断裂的疏导、通源及分段性外，更要考虑其与断溶体分割性之间的匹配关系。考虑走滑应力过程[17]，通过相干及蚂蚁体分析，沿顺北1号断裂带走向提取了大、中型断裂片[图6(a)]，从裂缝片的分布密度来看，可将1号断裂带分为5个裂缝集中段，其中主干断裂4段，分支断裂1段，段与段之间裂缝密度变小甚至裂缝片基本不发育。断裂片密度分段性与断溶体分割性之间具有较好的一致性[图6(b)]，通过断裂与断溶体的匹配，构成强弱不同的充注体，①号充注体的断裂通道较深，断溶体沿纵向发育规模较大，断溶体与深大断裂之间沟通情况较好，该充注体内典型单井的平均单位压降采油量为1 145 t/MPa，间接反映其含油丰度较高，说明其油气充注条件较好，属于强充注体；②号充注体的断裂深度不大，且断溶体纵向发育规模较小，通过典型单井剖面来看[图6(d)]，断裂沟通深部油源的程度较弱，其单位压降采油量为887 t/MPa，说明其油气充注条件一般，属于弱充注体；③号充注体从断裂纵深以及断溶体体积来看，匹配关系较好，典型单井剖面[图6(c)]显示其沟通油源的程度强，单位压降采油量达到2 147 t/MPa，充注条件较好，属于强充注体。基于以上分析，将1号断裂带划分为3个强充注体和2个弱充注体，不同充注体之间的平均单井压降产能均存在差异，进一步说明其充注强度的变化。

2.4 缝-洞连通强弱性

缝-洞是断溶体储层研究的最基本单元，其组合关系和连通程度也是影响开发效果的最直接因素，本次将缝-洞连通强弱作为第4层次差异体进行研究。断溶体内部储集体发育主要受成岩作用(溶蚀、胶结等)强弱控制[18-19]，溶蚀作用可能会在原有断溶体分割基础上进一步弱化其差异性，也可能由于成岩胶结作用进一步强化了原有的分割性差异。当断层岩溶蚀作用较弱、胶结作用较强时，会形成致密的透镜体，缺少有效储集空间，且通常呈不连续分布，造成断溶体内部进一步分割，生产动态表现为不连通或弱连通；当溶蚀作用大于胶结作用时，断层岩内会形成一定规模的溶蚀孔洞，再加之原有的碎裂空隙，构成断溶体内部最主要的储集空间，各储集空间之间主要靠断裂/裂缝进行沟通，多数情况下动态连通情况较好。另外，需要强调的是，不同规模的断裂/裂缝往往是储集体间沟通与否的桥梁，当裂缝受到不均匀应力或不均匀胶结充填作用时，会导致裂缝空间出现间断性的开启和闭合，如果缺乏动态资料支撑，会给缝-洞连通程度判断带来很大挑战。

首先，基于研究区19口井的压力监测数据编制了压力分布平面分布[图7(a)]，可见其沿断裂带不同位置呈现出差异变化，尤其在SHB1-3井区附近，显示出了较高的压力值，与当前生产状况较为匹配。断裂带其他井区位置压力值也表现出相对集中的现象，同一组连通单元的可能性较大。

其次，基于干扰试井资料，对顺北1号带断溶体内部缝-洞沟通情况进一步分析。前述钻井揭示断裂带上不同位置油藏温度、压力系数不同，表明断溶体油藏内部存在更为复杂的连通关系。干扰试井资料(表1)表明顺北1号断裂带存在3个连通性较好的井组，其他基本均为单井控制的独立井组。对于连通井组，压力传播速度最快的SHB1-6H井组达到370 m/h，其他两个井组压力平均传播速度约40 m/h，可见即使同为连通体，其连通程度也差异较大。为进一步综合动、静态数据分析储层连通性的匹配关系，沿顺北1号断裂带走向提取缝-洞叠合平面分布[图7(b)]，通过对比发现，动态连通井组与静态缝-洞分布之间具备一定的相关性，连通井组内部洞-缝之间沟通关系较为清晰，不同井组之间的断裂/裂缝分布呈现减弱的趋势，如SHB1-1H与SHB1-6H井组之间断裂属性变弱，说明不连通的原因是断裂不发育；而进一步分析SHB1-1H与SHB1-2H井组之间，缝-洞分布预测结果显示，两个独立井组分属于拉分段的两侧，分割原因可能由于拉分下凹位置储层物性较差、裂缝沟通性弱。

图7 基于缝-洞分布的井组连通状况平面分布Fig.7 Planar distribution of dynamic connectivity based on fracture-cavity distribution

表1 井组动态连通情况统计Table 1 Well group dynamic connectivity statistics

整体来看，顺北1号断裂带内部缝-洞之间的连通关系存在3种情况。缝-洞之间沟通顺畅，即裂缝作为沟通通道处于未充填的开启状态；缝-洞储层间物质分割，即洞与洞间无裂缝沟通；缝-洞间物性分割，即有裂缝存在，但裂缝处于填充或闭合状态。基于以上，造成沿走滑断裂带呈现多个相互独立、不具备统一温压系统的连通体单元。

3 断控岩溶体系空间结构三维建模

基于以上差异性分类特征，按照“层次建模”的思路，通过三维地质建模进行表征，进一步梳理各个层次差异体之间的关系，为油藏流体流动模拟奠定基础。

3.1 走滑断裂带三维建模

图8 顺北1号走滑断裂三维模型Fig.8 Three-dimensional model of Shunbei1 strike-slip fault/fracture

3.2 断溶体三维建模

断溶体分布受走滑断裂带约束，受钻井资料限制，断溶体三维建模主要基于地震雕刻，采用确定性建模方法，在走滑断裂格架内建立断溶体分布模型。以地震结构张量属性为基础，提取断溶体地质目标体，通过网格重采样技术，确定性建立断溶体三维分布模型。

从建模结果来看(图5)，断溶体沿走滑断裂带呈现纵深发育，且宽窄不一、断续分布，不同颜色代表相互独立的断溶分割体，既存在走向上的不连续，也在纵向上表现为不同的体。此外，单个断溶体的内部连接程度也存在差异变化，有的为全连通、有的仅为部分连通，更加剧了储层内部的复杂性。

3.3 内部缝-洞带建模

缝-洞属于断溶体内部主要的储集体类型，本次主要采用地质建模的方式，进一步将缝-洞之间的连通关系进行三维展示，深入剖析油藏内部结构。同样由于钻井数量以及录取资料的限制，单井统计数据极其有限，顺北1号带仅有5口井具有测井资料，且基本均为直导岩井数据，仅反映了断裂围岩的特征，而对于侧钻到断裂带内部的斜井和水平井基本无测井数据，因此，对于内部缝-洞的认识仍主要依靠地震资料。通过对地震属性及反演工作的多次尝试，探索出剩余阻抗属性可有效预测缝洞储集体分布。剩余阻抗是通过常规波阻抗与背景波阻抗做差得到，从地球物理含义上可将背景波阻抗值理解为原始层状地层信息，通过做差得到的剩余阻抗相当于仅保留了溶蚀改造后的地层信息，即溶洞、溶孔储层。

溶洞、溶孔储层建模主要基于剩余阻抗属性采用确定性方法。因溶洞与溶孔的溶蚀强度不同，反映到剩余阻抗上表现为属性值高低。同样基于钻井揭示的漏失信息及钻时曲线信息对溶洞、溶孔的属性界限值进行标定，尤其是钻时曲线在遇到溶洞储层时会较溶孔储层进一步降低，通过多井取平均值分析，溶孔储层的剩余阻抗截断值约22.6，溶洞储层的剩余阻抗截断值约28.5。在断溶体轮廓约束下，将剩余阻抗雕刻得到的溶洞、溶孔地质目标体重采样到三维模型中，得到孔洞储层模型，同时将前面得到离散裂缝片嵌入到孔洞模型中，得到缝-洞带三维模型。

图10 顺北1号断裂带缝-洞组合三维模型平面及剖面结果Fig.10 The plane and section results of the fracture-cavity combination 3D model of the Shunbei 1 fault zone

4 讨论

断溶体系从断裂到储层逐渐演化，断裂-储层之间的匹配关系，尤其是作为连通通道的断裂开启闭合问题，是导致现今缝-洞储层连通关系复杂性以及生产特征差异性的关键因素。因此，理清断溶体系各个层次差异体之间的成因关系及组合规律，并采用针对性的技术手段进行三维表征，对于该类油藏的高效开发至关重要。以下两点内容尚需进一步研讨和攻关。

4.1 空间差异性耦合关系

断控岩溶储层不同于常规沉积储层，属于复杂断裂基础上强改造的结果。前已述及，走滑断裂根据应力变化可划分为拉分段、平移段、压隆段，但各个段之间的界限并非十分清晰，往往存在叠加过渡，甚至于共存的现象。图11(a)为顺北1号断裂带缝-洞储层组合及走滑分段性之间的对比，可见各个分段交替出现，不同段对应的缝-洞储层宽度存在一定变化，整体来看拉分段宽度略大于平移和压隆段，孔洞储层基本沿主断裂面分布，且集中分布在断裂交叉部位。

图11(b)为在储层分段基础上，通过干扰试井结果进一步划分的动态连通井组。从动态分组的界限来看，其与断裂、储层之间的分段性并非完全匹配，如SHB1-1H井与SHB1-4H井分属于同一拉分段的两翼，但两口井并无动态干扰响应，再如SHB1-22H井与SHB1-7H井属于同一平移段，动态测试显示两口井也不连通；反之，分属于不同断裂段的单井间其动态响应却较为明显，如SHB1-2H井与SHB1-5H井分属于拉分段和压隆段。以上现象说明，断裂、储层、动态分割性之间相互关联、相互影响，溶蚀改造作用可能会强化构造分段性，也可能会削弱构造分段性。另外，再加上成岩胶结和地应力作用影响，一些看似连通的断裂/裂缝可能会由于充填或挤压应力强而导致裂缝闭合，造成一些“假连通”的现象，如SHB1-3与SHB1-19H之间，如果单从地质信息很容易误判为连通。针对以上难点和复杂性，希望下一步能够从不同走滑断裂段的溶蚀改造规律、缝洞充填性预测、地应力与裂缝闭合关系等方面展开攻关。

4.2 建模数模一体化协同研究

储层的复杂性、资料的不完备、认知不充分，给顺北断溶体油藏的表征与高效开发带来极大挑战，尤其当地质认识不充分的前提下所建立的三维模型，其预测准确性会大打折扣。当前顺北地区主要依靠地震资料进行三维建模，受分辨率限制，储层模型的精度较低，地震雕刻“串珠”所反映的是缝洞带概念，内部孔洞组合关系很难判断。另外，缝-洞的充填程度、充填样式直接影响到储集体物性及连通性，在缺乏足够钻井数据支撑的前提下，通过地震进行物性判断和预测的难度更大。

当单一因素不确定性程度较高的时候，通过多维度的数据进行综合、循环分析显得尤为重要。三维静态模型可以反映基本的缝-洞组合关系，通过动态试井资料可以判断裂缝的连通情况，通过产量拟合和压力拟合，可大致推断可采储量及油水界面情况。采用多轮次的建模数模一体化工作对油藏模型进行整体调整，可一定程度降低模型的风险。需要强调的是，建模工作要充分尊重地质认识，以最大程度展示储层的差异性；数模工作要充分意识到地质认识的局限性，通过动态响应对地质模式进行合理大胆的预测，再进一步修改模型，开展下一轮建模数模工作。因此，建议将建模数模一体化工作模式充分运用到顺北断溶体型油藏的研究中，通过多维互动、模式拟合、动态拟合使得模型更具合理性。

5 结论

(1)顺北断溶体系空间差异性可以划分为4类。即走滑断裂分段性，包括拉分、平移、压隆；断溶体分割性，包括强分割、弱分割；油气充注差异性，包括强充注体、弱充注体；缝-洞连通强弱性，包括连通性好的强连通体、连通性较差的弱连通体。各类差异体之间相互影响构成复杂的断溶体系，成岩改造作用可能会强化原有的差异性，也可能会弱化原有的差异性。

(2)断溶体系“层次建模”可再现其空间差异性。从复杂构造模型、断溶体模型再到内部缝-洞结构模型，逐级约束，储层连通关系逐渐清晰。缝-洞充填性及裂缝开启闭合程度是动态连通性判断的主要制约因素，通过建模数模一体化研究有望降低其不确定性。