塔里木盆地顺北地区顺北84X井超千米含油气重大发现及其意义

塔里木盆地顺北中部北东向走滑断裂带长期处于油气运聚富集的优势区,顺北8号走滑断裂带实钻揭示沿断裂带发育断控缝洞型油气藏,顺北84X井纵向上沿断裂带含油气高度高达1088 m,揭示断控缝洞型油气藏含油气高度大、不受现今构造高低控制。为查明断控缝洞型油气藏含油气高度的主控因素,立足顺北中部奥陶系碳酸盐岩油气藏的成藏地质条件和钻探成果,开展顺北84X井的储层、圈闭及成藏特征等石油地质条件分析,为深化断控缝洞型油气藏认识和向深层评价拓展提供支撑。研究表明:①走滑构造破碎是致密碳酸盐岩成储的关键,其储层发育深度不受碳酸盐岩地层埋深的控制,在近9000 m的埋深条件下仍发育断控缝洞型储集体;②上覆巨厚泥岩盖层顶封、两侧致密灰岩侧封、走滑断裂平面分段和纵向分层变形是形成断控缝洞型圈闭的关键;③油-源对比分析表明油气来自寒武系玉尔吐斯组烃源岩,证实了前期顺北中、东部“寒武多期供烃、构造破裂成储、原地垂向输导、晚期成藏为主、走滑断裂控富”的成藏模式的合理性。顺北84X井的发现揭示塔里木盆地超深层致密碳酸盐岩发育受走滑断裂控制,储层纵向深度大,油气充注足,超深层勘探潜力巨大。

基于阵列声波测井估算碳酸盐岩储层岩石力学和地应力参数——以顺北4号带为例

地质力学分析在油气藏勘探开发过程中发挥着重要作用,顺北油气田中—下奥陶统一间房组—鹰山组储层地应力研究相对滞后。对比分析了顺北4号带下古生界中—下奥陶统一间房组—鹰山组碳酸盐岩不同类型储层的岩石力学和地应力特征,同时探讨了微观颗粒结构对碳酸盐岩储层地应力和岩石力学参数的控制作用,为顺北地区超深层碳酸盐岩储层评价提供了基础地质依据。基于弹簧组合模型,通过岩石力学实验和阵列声波测井确定了岩石力学和地应力特征,通过铸体薄片和X射线CT扫描表征碳酸盐岩的微观孔隙结构。研究结果表明:顺北4号带一间房组—鹰山组杨氏模量分布在50~89 GPa,抗压强度在99~136 MPa,泊松比在0.25~0.32;地层最大水平主应力为200~225 MPa,最小水平主应力为125~160 MPa。一间房组—鹰山组碳酸盐岩不同类型储层的岩石力学参数和地应力存在明显差异,从Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类到非储层段碳酸盐岩的杨氏模量、抗压强度和最大水平主应力明显增大,而泊松比和最小水平主应力变化不大。相比于一间房组—鹰山组泥晶灰岩,砂屑-生屑灰岩方解石颗粒较大,颗粒黏结程度降低,导致岩石抗压强度和杨氏模量减小;砂屑-生屑灰岩部分方解石颗粒呈次圆状或圆状,颗粒三维空间球度较大,颗粒之间咬合作用减弱,使得岩石的抗压强度和杨氏模量减小;砂屑-生屑灰岩存在大量的孔隙和裂缝,灰岩易沿着潜在的微裂缝面或者颗粒接触面摩擦滑动甚至破裂,同样导致岩石抗压强度和杨氏模量减小。此外,一间房组—鹰山组泥晶灰岩受热液作用影响,部分白云石交代为石英,导致泥晶灰岩的抗压强度和杨氏模量增加。岩石的宏观力学特征和岩石力学参数受岩石微观颗粒结构的制约,一间房组—鹰山组杨氏模量、抗压强度和最大水平主应力低值区即为顺北4号带优势储层发育区带。

塔里木盆地顺北1号断裂带奥陶系碳酸盐岩储层结构表征及三维地质建模

综合利用地震、测井、岩心以及动态生产资料,对塔里木盆地顺北1号断裂带断控型碳酸盐岩储集体的内部结构进行了层级划分;基于层级划分,通过地震资料属性提取与转换、深度学习、基于目标示性点过程模拟以及离散裂缝网络模拟(DFN)等方法建立了三维地质模型,并以模型进行油气储量和油藏数值模拟,将拟合结果与实际生产数据进行对比。研究结果表明:(1)顺北1号断裂带奥陶系断控型储层按层级由大到小分为走滑断裂影响带、断控体、类洞穴、类洞穴内簇充填和裂缝带共5个层级。(2)走滑断裂影响带受应力差异影响具有分段性,可细分为挤压段、拉分段和平移段;断控体在拉分段发育断裂交会型、单支走滑型,在平移段发育双断裂交错型和两断裂交会型,在挤压段发育双断裂扭曲型和双断裂交会型,共有6种平面组合样式;类洞穴在地震剖面上呈串珠状反射特征;类洞穴内部分为栅体与栅间(基岩),其中栅体又可进一步分为簇(角砾带)、簇间(裂缝带),整体表现为栅状结构,簇的物性更好;裂缝带为类洞穴的主要储集空间,在簇内部比簇间更发育,在一间房组比鹰山组更发育,一间房组和鹰山组均以发育高角度裂缝为主,在两者连接处则以发育水平缝为主。(3)地质模型预测的油气储量与地质分析储量误差为1.75%,模型模拟的生产井地层压力及累产液结果与生产动态吻合度较高,拟合误差小于10%。

顺北油气田“深地工程”关键工程技术进展及发展方向

为推动超深层油气资源开发,总结了顺北油气田的关键工程技术进展情况,该油气田研究形成了地质工程一体化、井身结构设计方法、破碎带垮塌防治技术、井眼轨迹与地质甜点优化技术、储层保护技术及超深超高温定向技术等钻井关键技术,高精度应力场反演算法、高性能酸压液体、工具–暂堵复合分段改造技术和高效支撑技术等完井关键技术,采油气管柱安全经济决策技术、经济效益配产优化、油气藏开发一体化方案设计和深层泡沫调驱、堵水技术等采油关键技术,构建了超深层开发工程技术体系。指出下一步的技术攻关方向,需聚焦于提高储量动用率的钻井技术、深井高效智能完井技术和深层油气藏提高采收率技术,以实现更低丰度储量区的高效开发,拓展油气藏类型,形成可持续发展的深层油气开发新局面。

顺北油气田二叠系火成岩钻井技术研究与应用

塔里木盆地顺北区块二叠系火成岩地层厚度大、硬度高、裂缝发育、非均质性强,导致机械钻速低与堵漏耗时长,相比邻区平均钻井周期增加达1.5倍。近几年,通过持续强化钻井液堵漏技术与优选高效钻井工艺,漏失量与堵漏时间逐步缩短,钻井指标逐年提高。本文分析了影响堵漏时间长与机械钻速低的主控因素,提出堵漏浆中加入竹纤维、变形颗粒以改善堵漏工艺技术,明确了冲击工具的适用条件,优选攻击性与抗冲击性的PDC钻头,改进混合钻头结构以及配套大扭矩、长寿命螺杆等技术对策,提速降本成效显著,为加快顺北油气田的高效勘探开发提供了指导。

塔里木盆地顺北西部地区火成岩侵入体发育特征及其与断裂耦合关系

塔里木盆地顺北西部地区火成岩侵入体分布广泛,对地层和含油气系统改造作用明显,但该地区火成岩侵入体发育特征及其与深部走滑断裂带之间的耦合关系并不十分清楚。基于顺北西部地区最新二维和三维地震资料,精细刻画了火成岩侵入体形态特征,划分了火成岩侵入体不同类型及组合关系,判别了火成岩侵入体发育期次,确定了火成岩侵入体与深部走滑断裂耦合关系。结果表明:(1)顺北西部地区火成岩侵入体具有“一”字形、舌形、碟形以及半碟形几种形态类型。(2)单一侵入岩床通过相接、相连及错断组合形成岩床复合体。(3)火成岩侵入体主要分布于中-下奥陶统顶面至中-下泥盆统顶面之间,侵入岩床活动类型包括单期单层、单期多层和多期多层3类。(4)不整合面和断裂作为岩浆侵入的通道,控制了火成岩侵入体发育数量和规模,导致研究区南部和北部侵入作用存在明显差异。(5)研究区北部深部走滑断裂作为岩浆主要侵入通道,纵向侵入作用较强;南部岩浆以不整合面为主要侵入通道,横向侵入作用更强。

顺北地区断控缝洞体测井响应特征和类型识别方法

顺北地区断控缝洞体蕴藏有丰富的油气资源,断裂带控制了油气运移和聚集。断裂带结构复杂,发育断层、裂缝等多种储集空间,断层中充填不同物质。多种类型的储集空间和充填物导致常规测井响应复杂,加之研究区测井资料不尽相同,断控缝洞体类型识别困难。依据录井和电成像测井等信息,确定了未充填断裂洞穴型、角砾充填断裂洞穴型、泥质充填断裂洞穴型和裂缝型4种断控缝洞体类型。分析了单井测井资料,包括各种测线曲线、无密度测井曲线、无密度和无能谱测井曲线、无密度和无中子测井曲线、无密度和无中子以及无能谱测井曲线和无中子和无能谱测井曲线共6种情况。对比不同类型断控缝洞体的自然伽马、无铀伽马、声波时差、中子、密度、深侧向和浅侧向电阻率等测井响应差异,将测井响应两两组合进行交会分析,优选出5个对断控缝洞体类型敏感的测井响应交会图版,结合不同的测井资料情况,形成4套逐级识别断控缝洞体类型的流程,建立了一种利用常规测井资料识别断控缝洞体类型的方法。应用该方法对顺北地区实际井资料进行处理解释,识别结果与岩心、电成像测井解释结论一致。该识别方法能满足研究区各种测井曲线资料情况的断控缝洞体类型识别需求,识别结果为断裂带内部结构解释提供有效支撑。

顺北油气田特深井钻井关键技术现状与发展建议

顺北油气田资源储量丰富,但油气埋藏深,储层具有超深、高压、超高温特点,被公认为钻完井的“世界禁区”。因此,探索适用于顺北油气田特深井的高效钻井技术系列,对加快该油气田高效开发具有重要意义。针对顺北油气田钻井技术难点,通过多年技术攻关和实践,形成了高效钻井技术系列,主要包括井身结构优化设计技术、古生界分层提速技术、复杂地层井筒强化技术、易漏地层高效防漏固井技术、高温储层高效定向技术和断控型储层保护技术。通过强化地质工程一体化并推广应用成熟技术,在井深逐年增加的情况下,钻井周期逐年缩短,保障了顺北油气田高效勘探、效益开发。指出需持续提升一井多控,断裂间安全钻井、异常高压工程应对能力,加强工具、材料耐温性能等关键核心技术攻关力度,提出应加大万米深井钻探的基础理论、关键技术与装备攻关研究,以进一步推动顺北油气田勘探开发步伐,保障安全成井,不断解锁“中国深度”。

顺北油田二叠系防漏堵漏技术进展及发展建议

为了解决顺北油田二叠系钻进过程中漏失严重的问题,分析了顺北二叠系地层特征、漏失类型及裂缝宽度,揭示了二叠系漏失原因,总结了该油田防漏堵漏技术发展历程及取得的技术成果,并就目前面临的难题给出了技术攻关建议。分析可知,二叠系地层破碎,多尺度复杂裂缝发育,漏失压力低,裂缝对井筒压力敏感,是造成地层漏失的主要原因。针对二叠系漏失,经历“逢漏就堵”、“避免承压”、“塌漏同治”及“优化完善”四个阶段,形成了随钻防漏、桥堵、随钻堵漏、凝胶堵漏、化学固结和全井堵漏浆等技术。2018年以来,在顺北蓬1、顺北鹰1等20余口井应用,单井平均漏失量由2017年之前的508 m 3降低为2020年的138 m 3(降低72.8%),单井堵漏时间由2017年之前的9.3 d降到2020年的2.6 d(降低72%),现场应用效果良好。

顺北油气田超深井目的层测井施工技术探讨

针对顺北油气田超深井目的层测井免测率高、资料获取率低的情况,分析测井存在的难点,主要有以下四个方面:井漏造成测井井控风险高、测井仪器性能不满足施工条件、无配套测井井控操作规程以及无配套漏失井测井工艺。针对难点,从施工前准备、井控措施及测井工艺三方面着手,施工前做好井眼准备及测井施工方案准备,施工期间制定有针对性的井控应急预案,并引入仪器性能高、井控风险低的直推存储式工艺。实践表明,采用直推存储式工艺及配套方案,顺利完成了顺北油气田近100井次目的层的测井施工,测井资料获取率从2017年的31.25%提升至2022年的93.80%,为顺北油气田的地层认识与储层评价提供了可靠的测井资料保障,有助于加快油田勘探开发进度。

顺北油气田超深井分段完井技术

顺北油气田储层发育多条断裂,每个断裂内有一条或多条栅状储集体,储集体间分隔性强,需要通过分段改造动用多个断面储集体,提高油气井产能。为此,通过优化橡胶材料的配方、硫化工艺和完井工具的机械结构,研发了耐高温高压的大扩张比裸眼封隔器、投球分级滑套、压差滑套、完井封隔器等分段完井用关键工具。基于两性离子酸用稠化剂和有机–无机抗高温双重交联剂,研制了抗高温交联缓速酸;利用压裂液和酸液的黏度及密度差异,形成了远距离沟通深部酸压工艺。在研发关键完井工具、高温酸液、酸压工艺的基础上,基于地质工程一体化理念,研究形成了顺北油气田超深井分段改造完井技术。顺北油气田12口井应用了该技术,应用结果表明:裸眼封隔器、投球分级滑套和压差滑套耐温180℃、耐压90 MPa,分段级数可达5级;交联缓速酸耐温180℃,黏度提高2倍以上,酸岩反应速率降低20%以上,酸液穿透距离由100 m提高至120 m;现场应用分段级数最高达到4级,封隔器下深达8833 m,应用温度最高达182℃;压后折算产量同比邻井平均提高20%,SHB4-5H井等3口井达到日产油量超过千吨,实现了少井高产。

顺北1-7H超深水平井钻井液技术

顺北1-7H井位于顺托果勒低隆北缘,设计井深7726.51m,是四开制超深开发水平井。该井地质结构复杂,钻进过程中穿越多套地层,施工中钻井液井壁稳定技术难度大。针对不同井段及不同地层岩性,采用不同的钻井液体系,配合相应的现场钻井液维护处理工艺,保证了施工的顺利进行,施工中井壁稳定,井身质量好,取得了优快钻井的良好效果。

顺北5号断裂带复杂井段钻井液关键技术浅析

顺北5号断裂带处于阿瓦提断陷北斜坡、顺托果勒隆起西北部与沙雅隆起西南部的倾没端,本文概述了顺北5号断裂带的地质特点及钻井液技术难点。针对二叠系、志留系、奥陶系的地层特点,针对性的提出了随钻防漏技术方案、停钻段塞堵漏、专封技术,在现场的施工过程中取得了一定效果,研究结论对于顺北工区下部提速提效具有较好的借鉴意义。

顺北油气田二叠系快速钻进技术分析

近年来,顺北油田取得了重大油气突破,是中石化西北开发的主战场。顺北油气田为奥陶系碳酸盐岩裂缝-洞穴型油藏,储层埋藏深度大7300~8500m,地层压力>80MPa,地层温度>155℃,从上到下钻遇新生界到奥陶系的多套地层,其中古生界二叠系地层是二开提速提效的关键井段,二叠系地层存在破碎带、裂缝发育,易发生井漏;井壁稳定性差,易出现坍塌掉块,且该地层厚度大,火成岩夹砂泥岩,机械钻速低等难点,本文通过对二叠系地层特性分析以及提速工具的应用,总结出二叠系钻进推荐方案。

塔里木盆地顺北碳酸盐岩元素地球化学特征与油气富集机制

石油和天然气是重要的战略资源。深地油气因其储量丰富但地质条件复杂,成为近年来油气行业广泛关注的热点。作为中国石化首个以“深地工程”命名的油气项目,塔里木盆地顺北地区油气田深地油气勘探基础理论研究对中国更好地端牢能源饭碗具有重要意义。选取采自塔里木盆地顺北地区控制油气储量区的工业油气流井——SB47钻井岩心(屑)样品进行元素地球化学分析,结合测井、录井、钻井实际工况以及矿物学与岩石学资料,探讨顺北地区奥陶系碳酸盐岩元素地球化学特征和孔缝洞建造机理与油气富集机制,以期为该地区油气勘探开发工作提供理论支撑。主要成果:(1)SB47井的元素地球化学特征可以很好地指示顺北地区奥陶系碳酸盐岩普遍存在的白云岩化现象。顺北地区奥陶系碳酸盐岩Ca、Mg元素的“镜像”变化趋势反映了白云岩化作用的强弱变化;Fe、Mn、Sr、Ba含量与Ca、Mg含量的协同变化反映了白云岩化作用对元素富集和迁移的控制作用。(2)结合声波时差、电阻率、气测全烃以及成像测井等测录井资料,SB47井的元素地球化学特征可以很好地判断顺北地区奥陶系碳酸盐岩孔缝洞的成因和充填物类型。声波时差大、电阻率低和气测全烃值高表明地层发育孔缝洞或伴有油气水充填,Ca、Mg元素的“镜像”变化表明地层发育白云岩化成因孔缝洞,Si、Fe、Mn、Ti、Al、K的含量增大表明孔缝洞为泥质充填。基于研究成果及顺北地区控制天然气储层和工业油气流井均沿断裂带发育的客观事实,提出顺北地区奥陶系碳酸盐岩孔缝洞建造机理与油气富集机制。结论认为,构造裂缝形成低压区,利于油气富集产出;构造裂缝为地表水自上而下运移、热液流体自下而上运移及深埋藏封存流体侧向运移提供了通道,导致断裂带附近成岩作用明显和孔缝洞的发育,进而成为油气聚集带。

顺北油田顺北4号断裂带中段断控储集体连通性评价

顺北4号走滑断裂带断控储集体类型多样,各储集层空间位置,影响储集体连通能力,制约不同部位油井产量。通过探讨一种在钻前评价目标储集体连通能力的方法,对顺北4号走滑断裂带中段断控储集体连通性展开评价。结果表明,顺北4号走滑断裂带中段断控储集体共划分为4个分隔单元,各分隔单元内部洞穴连通率均超过50%,高角度裂缝延伸,垂向洞穴累计厚度大,连通能力较强,分隔单元3与分隔单元4内部的有利目标获取高产概率较大。

塔里木盆地顺北4号走滑断裂带变形特征及有利区评价

顺北4号走滑断裂带位于塔里木盆地顺托果勒低隆起,向北延伸至沙雅隆起,具有埋藏深,平面分段、纵向分层、多期活动、结构复杂等特征。通过对顺北4号走滑断裂带高品质三维地震资料解释,开展了断裂带分层、分段、分期、活动性和有利区评价。结果表明,顺北4号走滑断裂带在古生界具有4层结构,大致以中奥陶统顶界面为界,其上发育雁列式断层,其下发育高陡走滑断层;走滑断裂带具有明显的分段特征,按走向可分为北段、中段和南段,整体具有南压北张的特征;走滑断裂带在古生界先后经历了加里东运动中期Ⅰ幕、加里东运动中期Ⅲ幕、加里东运动晚期和海西运动期4期活动;通过对影响顺北地区油气富集成藏的主控因素通源性、储集体规模和晚期调整性的叠加,对顺北4号走滑断裂带进行有利区评价,得到多个有利区,并在实钻中得到验证。

顺北中部超深层断控缝洞型油气藏储集体特征与实践应用

超深层碳酸盐岩储层非均质性强,其内部结构受地震资料精度限制,规模储层预测和分布认识存在难度。选取顺北中部北东向断裂体系的顺北4号断裂带为研究对象,开展断裂构造破碎成储物理模拟实验、井震精细标定、模型正演、储集体表征、储集体地质模型研究,提出断裂面附近发育多个由空腔、裂缝带组成的多组缝洞集合体,建立了走滑断裂栅状储集体结构模式,阐明走滑断裂栅状储集体的成因机制与主控因素,构建了断裂带规模储集体“一体多栅”结构模型,形成了断控储集体空间定位与“一井多控、一井一靶、一井多靶”分类井轨迹设计方案。成果应用指导了顺北4号、顺北8号断裂带钻井轨迹设计,实现了断控缝洞型复杂油气藏的“少井高产”,新增一个百万吨产能新阵地,对我国其他盆地超深层断控型油气藏的勘探具有一定指导与借鉴意义。

顺北5号断裂带南部压力剖面建立及井身结构优化

顺北5号断裂带南部受断裂构造运动影响,钻井过程中普遍存在恶性漏失、钻井效率低等问题。为此,基于邻井成像测井资料和钻井资料,建立了漏失压力计算模型,得到了顺北5号断裂带南部地层的四压力(孔隙压力、破裂压力、坍塌压力和漏失压力)剖面;根据四压力剖面和钻井技术难点优化井身结构,将侵入体未发育区域原有的五开井身结构优化为四开井身结构,并减小井眼尺寸,缩短了钻井周期;针对侵入体发育区域,设计了地层承压能力强的非常规四开井身结构和缩小井眼尺寸的常规五开专封井身结构,提高了井壁稳定性。现场试验表明:所建漏失压力计算模型的预测准确性较高;应用常规五开专封井身结构后,复杂情况处理时效平均缩短27.8 d,钻井周期平均缩短14.6%。研究和现场试验表明,顺北5号断裂带南部采用优化后的井身结构能够解决钻井过程井漏和钻井效率低的问题,可为复杂地层超深井井身结构设计提供技术借鉴。

塔里木盆地顺北油田超深断溶体深度学习地质建模方法

断控缝洞型储层是分布在中国塔里木盆地奥陶系的一种特殊类型储层,具有埋藏深、成因复杂、非均质性强等特点,受限于井资料稀疏和地震品质低等因素,断控缝洞型储层的准确表征与精细建模面临重要挑战。综合钻测井、岩心、野外露头及三维地震信息,在断控缝洞型储层构型模式指导下,构建了断溶体深度学习训练样本;在深度学习网络综合分析基础上,提出了适用于深层断溶体的深度学习建模方法。研究结果表明:深层少井资料条件下,基于多源数据综合建立的“原位等尺度”训练样本是断溶体深度学习建模的基础;优选的地质体目标图像转换网络可以较好地实现从地震数据到断溶体储层的直接预测。在训练网络搭建基础上,建立了塔里木盆地顺北油田5号断裂带南段的断溶体储层三维模型,该模型多维度符合断控岩溶地质模式及分布规律,与基于钻井资料的储层预测符合率较高。提升断溶体深度学习地质建模的精度和条件化程度是未来的努力攻关方向之一。