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      1. 北京物流信息聯盟

        【技術】南堡油田古生界古潛山油藏裂縫描述預測及勘探

        中外油氣服務 2022-08-23 15:30:43


        作者|劉淑華(中油冀東油田分公司)


        摘要


        南堡油田古生界碳酸鹽巖古潛山油藏為孔隙一裂縫型雙重介質油藏。精細描述裂縫發育和分布規律,是提高油氣藏勘探效果的關鍵。為此,在巖心描述裂縫和成像測井描述裂縫的約束下,應用疊前地震屬性解釋描述預測裂縫技術,確定目標區塊裂縫密度、產狀、發育程度及空間分布。預測結果顯示,現有高產井正位于預測構造裂縫發育部位,利用該成果部署新探井,預期將獲得良好勘探效果。


        引言


        南堡油田位于黃驊坳陷北端的南堡凹陷內。南堡凹陷為中、新生代斷陷,沉積巖最大厚度達8 o∞一1I。沉積基底為古生界和中生界地層,其中,古生界地層僅分布于凹陷南部,至今未鉆穿,預測殘留厚度在50~850 m;中生界地層幾乎遍布整個南堡凹陷,厚度在600~l 000 m。南堡凹陷新生代古近紀構造運動以中生代斷塊構造為背景,形成多個NEE向斷裂構造帶,另外,控帶基底深斷裂的翹傾活動還形成了若干斷塊古潛山,如南堡油田古潛山怛j。南堡油田古潛山油藏儲層為奧陶系裂縫孔洞灰巖,構造形態為斷塊山,圈閉面積為90 km2,圈閉幅度為550~l 800 m,夾持于生烴凹陷之間,沙河街組巨厚烴源巖披覆于裂縫性碳酸鹽巖儲層上,或以斷層與儲層接觸,豐富的油氣可以通過不整合面或斷層進入古潛山,成藏條件優越。位于南堡古潛山構造較高部位的LPNl井,奧陶系試油獲日產油700 m3/d,日產氣1.6×104 m3/d的高產油氣流,與南堡古潛山毗鄰的cFD2—1—1井,也在奧陶系獲日產油947 m3/d的工業油流,展示了南堡古潛山良好的勘探前景。


        1南堡油田古生界古潛山地震地質概況


        南堡油田位于南堡凹陷西南部灘海區域,已完成三維地震覆蓋。已發現的南堡1號、南堡2號構造均為凹中隆古潛山披覆背斜構造。南堡古潛山主體部位處于軸向為NEE向大型背斜北西轉折端北翼。古潛山構造形態為斷塊山,其頂面構造見NE和NW向為主的2組斷層。其中NE向同生基底深斷裂控制了古潛山的形成和發育。


        南堡古潛山發育區,構造一沉積組合可劃分為4個構造層(圖1),各構造層地層巖性和地震反射特征如下:



        (1)第一構造層為太古界花崗巖,反射雜亂,不連續。


        (2)第二構造層為古生界地層,埋深大于4 000 m,預測僅殘存奧陶系和寒武系地層,巖性以碳酸鹽巖為主,厚度在1 000 m左右。工區內僅鉆遇奧陶系馬家溝組灰巖,鉆穿最大厚度為203 m。該構造層頂部風化帶厚度為60~100 m,縫洞發育,地震反射弱。下部存在一組連續性好的中強反射相位。古生界主要分布于南堡凹陷南部,凹陷周邊凸起上也有局部分布,殘留厚度差異較大,是古潛山勘探重要目的層。該構造層與下伏、上覆構造層均為區域性角度不整合接觸。


        (3)第三構造層對應中生界侏羅系、白堊系地層,頂、底均為角度不整合界面。南堡1、2號古潛山地區高部位缺失中生界,圍斜部位見中生界碎屑巖超覆于古生界之上,地震反射強度中等,較連續。


        (4)第四構造層對應新生界,內部具有多套強反射波組,連續性好。地層巖性以砂泥巖互層為主,厚度在4 000 m以上,與下伏中生界呈角度不整合接觸。該構造層內部的古近系與新近系之問為區域角度不整合接觸。區內多幕構造運動伴有多期基性巖漿噴溢,形成了厚度為20~800 m的以玄武巖為主的火山巖層,廣泛分布于凹陷內。古近系內發育3套湖相優質烴源巖,為古潛山及其他圈閉成藏提供了豐富的油源。


        針對南堡古潛山地處灘海、埋藏深、地質情況復雜的特點,三維地震采集精心設計了觀測系統,使用了高精度地震儀器,采用靈活變換方式,通過小面元采集、大藥量和大能量激發等新技術,確保淺、中、深層反射信息接收,提高了地震波的下傳能量,改善了深層資料的信噪比,提高了地震資料品質,落實了構造細節和斷點特征,為古潛山裂縫|生儲層的預測描述工作奠定了良好的基礎。


        2應用疊前地震屬性描述預測古潛山裂縫


        鉆井證實,南堡油田古生界古潛山儲層為孔洞一裂縫性碳酸鹽巖。巖心和測井資料顯示儲層縱、橫向非均質性較強。分析確定裂縫的空間分布特征是早期勘探階段的一個重點,通過少量巖心和測井資料結合地震資料,描述預測井間裂縫分布規律,將有利于提高勘探成效。


        2.1裂縫的識別和描述


        巖b觀察可以最直觀地反映地下巖層裂縫的狀態和有關參數,可為地震預測裂縫提供刻度依據。在巖心上,還可以準確識別天然裂縫和人工裂縫,特別有利于確定各組裂縫不同的充填狀況、開啟程度、發育密度,以及裂縫發育與巖性、巖石結構構造的關系等。另外巖心資料還可以與測井資料比較分析,從而確定裂縫在測井曲線上的響應特征,并進一步標定、解釋裂縫在地震屬性上的響應特征。


        南堡古潛山2口探井取心總長度為8.9l m。其中NPl—5井從古潛山頂(3 959.55 m)向下取心,心長4.33 m,巖性以角礫狀白云質灰巖為主。巖心中斷層發育處見階步和鏡面構造,巖石碎裂較明顯,破碎巖塊近定向排列,巖塊問被泥質膠結物充填,滴酸不起泡。該井巖心宏觀裂縫以兩組高角度共軛張裂縫為主,傾角為45~8釅,開度為0.1~0.3 cm,多數被方解石充填。沿高角度宏觀縫(巖心可見縫最大長度為44 cm)見有大(13 cm×9 cm)小(3 cm×1 cm)晶洞10多個,洞內多見方解石充填,也偶見石英晶體(1 cm×o.5 cm),充填程度約為20%~90%。另有一組受高角度縫限制的低角度宏觀縫幾乎完全被方解石充填,僅保留極少數宏觀縫洞,油味濃,有油跡顯示。該井解釋裂縫段與LPNl井的巖心縫洞發育段及FMI測井解釋的裂縫、孔洞發育段十分吻合,與常規測井曲線的裂縫響應現象也一致。


        巖心的切片觀察發現,儲層微觀裂縫也較發育,而且密度大,充填差,含油性好。如LPNl井4 180.55、4 178.7 m的亮晶粒屑含云灰巖巖心熒光薄片可見中晚期含油構造縫切割了早期不含油構造縫。


        2.2 FMI成像測井解釋與裂縫性儲層描述


        為加強儲層裂縫的描述預測工作,對南堡油田全部古潛山預探井進行了FMI成像測井。剛I測井井壁圖像的縱橫向分辨率均達到5一,能夠反映井壁的巖性、孔隙度,以及井壁上的裂縫、孔洞及破損等。FMI測井可以提供3種圖像,其中,靜態圖像(scA)可用于計算裂縫密度,標定后可反映微電阻率變化,與淺側向值對應可用于巖相分析和地層劃分;動態加強圖像(NYNA)為高分辨率測井,常用識別和分析巖層中各種尺度的構造,如斷層、裂縫、巖石層理等b J。成像測井對井壁誘導縫的描述還能反映地應力狀況以及層理和裂縫發育的定向數據,是普通巖心描述很難得到的寶貴資料。其多井點數據可為地震預測裂縫提供判斷依據,提高利用地震屬性等技術預測裂縫發育分布的準確性。


        南堡油田古潛山LPNl等井FMI測井解釋的主要成果如表l所示。測井解釋的裂縫產狀、發育密度、發育井段、地層和斷層產狀及現今最大主應力方向等數據,為地震屬性預測裂縫提供了標定井旁地震道的依據。



        2.3疊前地震屬性描述預測古潛山裂縫


        根據巖心和FMI成像測井等資料觀察描述裂縫,僅能解決單井裂縫預測問題。而依靠地震技術描述井問裂縫平面及縱向分布規律,是做好裂縫預測研究,以滿足古潛山等裂縫性油藏勘探開發需要的一種探索性的方法。


        2.3.1儲層裂縫地震屬性響應


        本文地震屬性的各向異性研究的主要內容為地震的振幅、頻率等在不同方位角的差異。巖石中裂縫的密度、寬度(開度)和含油或水,都是造成地震屬性各向異性的因素。裂縫密度、開度的增加,地震屬性各向異性的幅度也增加,含油、水對地震生各向異性的影響更加明顯。地震屬性分析前期的疊前正演模擬,有助于了解地震響應特征各向異性與裂縫密度、產狀的關系,為地震方法提取裂縫信息提供了理論依據。


        2.3.2疊前地震屬性描述預測裂縫


        疊前地震各向異性計算前,首先對三維疊前地震資料進行相對保幅、保真的精細目標處理,以便為地震屬性預測裂縫提供較為可靠的原始數據。疊前地震各向異性計算,分析和檢測裂縫,主要分析疊前振幅和頻率等屬性隨方位角的變化,及其與裂縫的關系,為裂縫解釋提供地球物理依據。


        2.3.2.1疊前地震振幅屬性預測裂縫走向、發育密度和裂縫性儲層厚度


        儲層中存在裂縫的強不均質性將造成地震振幅隨方位角的變化。選取區內5個方位角的地震數據進行標定和消除子波影響處理。將古潛山頂向下的地層分成厚度為60~90 m的若干儲層段,對每個儲層段進行振幅隨方位角變化的分析,即可得到不同方位角的振幅橢圓。振幅橢圓長軸(即最大振幅)方向基本代表儲層裂縫的走向,短軸方向則代表垂直裂縫走向。統計縱向的振幅橢圓長軸方向的分布和變化,即可確定裂縫的空間展布;橢圓的扁率(長短軸之比)代表了振幅各向異性的程度,橢圓扁率越大,振幅各向異性越強,不同方向裂縫密度差異越大;根據振幅方位橢圓的扁率在地震三維數據體中確定發育裂縫后,在解釋層段內取一定長度的時窗,在該時窗內統計累加裂縫發育點數,再乘以采樣率和層速度即可得到該時窗內發育裂縫性儲層的厚度。


        2.3.2.2疊前地震波頻率屬性描述預測裂縫密度和開啟性確定裂縫空問展布


        儲層發育裂縫將引起地震波頻率隨方位角的變化HJ。沿裂縫法向方向,地震反射波衰減強度與裂縫密度成正比,且衰減強度大;沿裂縫走向方向,地震波也存在衰減,但衰減強度較??;縫愈發育,頻率隨方位角變化愈明顯。裂縫中存在的流體(油、氣或水)對高頻能量的衰減作用可以降低地震波的頻率,其作用大于固體礦物充填所產生的頻率衰減。所以,分析地震衰減屬性隨方位角的變化,可以間接描述開啟性裂縫的空間分布,對裂縫有效性的分析具有重要意義。


        通過小波變換計算得到5個方位角的頻率,根據頻率方位角橢圓的形狀和扁率可以確定各方位地震波頻率衰減的強度。頻率橢圓顯示頻率衰減強度大或尤為突出的地帶,即對應含油氣的開啟性裂縫發育密度大的區域。


        在老堡南、南堡南和南堡西3個工區,將古潛山奧陶系頂面向下的地層分為厚度為60~90 m不等的4個層段,分段計算方位角頻率變化,并繪制裂縫密度發育程度空間分布圖,分析發現,各工區第1層裂縫發育密度均較差;第2層(古潛山頂面以下90~150 m)裂縫密度大、發育密集區多;第3、4層只有老堡南工區裂縫發育密度大、發育密集區多,其余工區幾乎不發育裂縫。


        2.3.2.3利用疊后地震波能量吸收衰減屬性分析檢測孔洞


        地質體孔洞發育,并有油、水充填時,將造成地震反射振幅衰減梯度加大,地震反射頻率的高頻段吸收衰減加劇。通過檢測以上特征變化,可以計算出發育有利溶洞的儲層厚度,并編制成藏厚度圖。該技術顯示區內孔洞主要發育于東部的LNPl附近。


        2.4應力場數值模擬為地震屬性預測裂縫提供綜合分析依據


        利用構造力學和數值模擬技術反演古構造應力場,判斷裂縫發育特征,也是油氣田勘探開發中常用的裂縫預測方法之一。研究區應力場數值模擬結果表明,南堡油田古潛山奧陶系碳酸鹽巖構造裂縫發育與斷裂發育的關系明顯,裂縫發育區主要分布于主斷層附近,裂縫和斷裂走向均以NE向為主,嗍次之,與區域主構造應力方向一致。研究認為,區內NE向斷裂為燕山運動的結果,與之伴生的裂縫開啟性較好;向斷裂主要為印支運動的結果,該期斷裂伴生裂縫充填程度較高。


        古構造應力場數值模擬預測南堡古潛山奧陶系裂縫的分布和發育期次,從構造地質學角度提供了裂縫的形成和分布依據,提高了多學科、多信息分析和預測裂縫的可信度。


        3南堡古潛山儲層裂縫預測綜合分析及勘探評價建議


        巖心觀察、鏡下鑒定描述、FMI測井描述、地震多屬性描述預測、古應力場數值模擬分析預測等多學科、多技術的綜合應用,基本確定了南堡古潛山奧陶系裂縫性儲層的裂縫發育特征及分布規律:


        (1)裂縫的形成與斷層發育密切相關,裂縫密度大的區域主要集中在斷層兩側,裂縫走向常與斷層呈小角度相交。


        (2)裂縫發育以高角度縫為主(傾角為50~800),走向以NEE、sEE和Ew向為主,與現今最大水平主應力方向呈小銳角相交,有利于形成開啟性裂縫。


        (3)平面上,LPNl井區裂縫發育密度最大,NPl井區次之,NPl—5井區較差??v向上,裂縫性儲層厚度最大的地區亦為LPNl井區,疊加厚度大于160 m的區域約為井區面積的1/3。


        (4)多期次裂縫發育,但主要有早晚兩期。其中,早期裂縫為印支期形成的裂縫,基本被方解石、石英等充填,晚期裂縫為燕山期形成的高角度縫,充填少,開啟性好,宏觀及微觀裂縫含油性均較好。


        (5)預測前已完鉆并獲高產油氣流的LPNl井,恰好位于預測結果的裂縫發育區,且處于構造較高部位,因此勘探效果較好;另2口預探井則均處于預測結果的裂縫發育較差區塊,構造位置也較差,因此,僅見較好油氣顯示,而未能獲得工業油氣流。綜合分析裂縫預測結果認為,U)N工區位于NE向基底同生斷裂(老堡南1井西斷層)上升盤,其古潛山內幕地層與控山斷層組成反向屋脊斷塊山,古潛山奧陶系碳酸鹽巖儲層裂縫發育密度大,裂縫性儲層厚度大,與古潛山頂面構造疊加后,有4個區域處于油氣運聚有利部位,尤其是與I州1井斷層相隔的北部另一內幕斷塊高部位和東部斜坡裂縫發育區,是部署新探井的首選部位,NPl—5井以南裂縫發育區同樣為部署新井的有利區帶(圖2)。


        4結論



        (1)南堡油田古生界古潛山奧陶系儲層裂縫參考文獻:發育帶走向與古潛山主斷層走向相近?;追聪蛲鷶鄬由仙P的屋脊斷塊內巖層裂縫密度大,裂縫性儲層較厚,其中,北東向主斷層的近斷棱部位,是裂縫、孔洞發育最有利部位。


        (2)南堡古潛山裂縫性儲層主要有孔洞一裂縫型和裂縫一孔洞型兩種。古潛山頂部縫洞充填程度高,向下一定深度后裂縫發育的密度、開啟性好,形成較好的裂縫性儲層。


        (3)巖心、肼I測井、地震屬性、古應力場數值模擬等多學科、多信息技術手段的綜合應用是提高三維空間裂縫預測可信度的有效技術手段。

        (文章來源:特種油氣藏第)



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