塔里木盆地超深层走滑断控油气藏研究进展与趋势

在塔里木盆地开辟了超深层走滑断控油气藏勘探开发领域,但断控油气藏极为复杂,难以效益开发,亟需加强油气藏基础地质研究。走滑断控油气藏具有非均质性强、储集层与流体分布复杂、油气产量变化大及采收率低的共性,不同地区走滑断控油气藏的断裂、储集层、成藏与流体存在较大的差异,面临一系列勘探开发难题。建立了差异成因的走滑断裂破碎带及其控储模型,揭示了沿走滑断裂带“相-断-溶”三元复合控储、连片差异规模发育的成储机制;构建了“源-断-储-盖”四元耦合成藏、“小藏大田”的走滑断控油藏模型,揭示了超深层走滑断控油藏的形成与保存机理。突破了克拉通盆地弱走滑断裂难以形成走滑断控大规模储集层与大油气田的理论认识局限,明确了克拉通盆地走滑断裂系统大规模发育的成因机制、走滑断裂破碎带差异成储成藏机理与油气富集规律。

塔西南山前地区柯克亚周缘叶探1井油气勘探重大突破及意义

塔西南山前西昆仑冲断带柯东构造带叶探1井在二叠系普斯格组获得重大突破,标志着塔西南山前地区发现一个重要的勘探接替层系。结合区域地质资料,根据野外露头、钻井、地震等综合研究,对柯克亚周缘二叠系普斯格组的成藏条件进行再认识。研究认为,研究区内二叠系普斯格组发育陆相湖泊—三角洲沉积体系,上段发育半深湖—深湖相烃源岩,面积1.0×10^(4)km^(2),厚度最大达到800m,集中段有机质丰度为0.92%~1.16%,以菌藻类生源为主,有机质类型主要为Ⅱ型,有机质丰度高;普斯格组下段发育三角洲前缘、滨浅湖沙坝优质砂岩储层,砂体厚度为42.5~63m,砂地比为27%~47%,是一套分布较广的区域性储层,与普斯格组上段泥岩组成优质储盖组合;柯克亚周缘发育印支期、喜马拉雅期两期构造变形,古生界叠瓦冲断、强烈逆掩叠置,圈闭成排成带,喜马拉雅期进一步挤压抬升改造,局部复杂化,形成的叠瓦冲断带为勘探有利区。根据普斯格组天然气干燥系数分析,折算Ro为1.31%~1.42%,与下盘烃源岩成熟度相当,表明油气来自下盘逆掩叠置烃源岩,经历早油晚气的成藏过程,成藏具有“逆掩叠置下盘供烃、下生上储、断裂输导”的特点。综合分析认为该地区二叠系普斯格组圈闭成排成带分布,已发现圈闭9个,面积301km^(2),天然气资源量约为2930×10^(8)m^(3),凝析油资源量约为2×10^(8)t,具有较好的勘探前景。

超深层断控碳酸盐岩油藏地质力学建模及其在开发中的应用

为提高超深断控碳酸盐岩油藏的开发效益,通过开展大尺寸岩样力学实验,揭示高角度—近直立断裂面变形与连通机理;基于高压注水提采的力学与流动耦合原理,通过地质力学建模,明确了断控碳酸盐岩油藏现今地应力场和断裂活动性分布规律;发现不同方位的断裂活动性以及不同部位的缝洞体连通性有明显差异,进而分析了不同井眼轨迹的开发效果,提出了地质工程一体化工作方法,科学指导井眼轨迹设计和注水方案优化。结果表明:①走滑断裂变形中的大尺度破碎体和高角度裂缝系统是影响储层品质的关键因素,高压注水一方面能够激活先存裂缝,一方面还能在先存裂缝基础上发生延伸扩展,甚至可以产生新的裂缝,促进了断控缝洞体在纵横向上的互相连通;②高压注水过程中断裂体内部发生力学与流动之间的耦合变化,渗流环境得到改善,通过循环举升,从而提高油气采收率;③根据断裂体形态、产状以及断裂面动态剪切变形连通性,可优选定向井最佳井点和井眼轨迹,并优化注水方案;④塔里木盆地断控油藏试验区通过高压注水,采收率提高5个百分点,该方法为超深断控型油藏高效开发提供了较好的理论依据和技术支撑。

塔里木盆地富满地区吐木休克组烃源岩有机地球化学特征及其油气勘探意义

塔里木盆地富满地区吐木休克组烃源岩作为近期勘探新发现的烃源岩层,具有良好的油气勘探前景,因此亟需对其进一步开展烃源岩地球化学评价,以便更好地指导勘探。通过总有机碳含量、岩石热解测定以及饱和烃、芳烃色谱-质谱(GC-MS)等分析方法对富满地区吐木休克组黑色泥岩及灰色泥岩岩屑样品进行了定性和定量表征。研究结果表明,吐木休克组烃源岩有机质丰度高,均值为3.4%,氢指数(HI)最高可达到590 mg/g,干酪根类型以Ⅱ型干酪根为主,为一套好-极好的优质烃源岩。从分子地球化学特征来看,烃源岩形成于弱还原偏咸水的海相沉积环境中,以低等水生藻类作为主要成烃生物。基于热解峰温T_(max)及饱和烃生物标志化合物和芳香烃热成熟度参数,吐木休克组烃源岩总体处于低成熟-中等成熟阶段,具有良好的生烃潜力。富满地区东南部区域作为环满坳陷西部斜坡区,可能分布有更厚、更优的吐木休克组烃源岩,且烃源岩可能已达到更高的热演化程度,其对奥陶系油气资源的贡献不可忽视。

关于超深油气井完井工程与油气藏采收率的思考

超深油气藏的不断开发采收率与油气井的完井设计紧密相关。然而,由于钻井装备的限制、高压盐水层的存在、地层易垮塌和易漏失等开发特性以及经济评价因素的考量,超深油气井的完井方式多样(如裸眼完井、不超过ϕ127 mm小尺寸油层套管完井等);生产管柱穿越射孔顶界乃至射孔底界的设计;多选用永久型封隔器等,这些都可能增加生产作业的难度、延长作业时间和提高作业成本,并影响开井率和最终采收率。选取两个已投入开发的超深油气藏区块作为案例,分析发现砂或泥砂埋积是导致开井率低下的重要原因,进而对采收率产生不利影响。研究提出超深井完井的研究与设计应预设出砂或泥砂埋积的情景,旨在延长砂或泥砂埋积的时间,以便为后续作业创造有利条件,最终目标是提高采收率。为此,研究从完井方式、油层套管尺寸、完井管柱配置、封隔器类型选择以及沉砂口袋设计等5个关键方面进行了深入的科学研究与优化设计。在此基础上,进一步对钻完井投资、钻完井周期及经济评价指标进行了综合测算。若经济评价指标未达预期,则通过提升单井产量来解决建井质量提升与经济评价之间的潜在矛盾。

库车坳陷超深油气藏钻井井壁稳定性分析研究及应用

库车坳陷克拉苏构造带超深油气储层具有埋深大、温度高、岩性变化大、应力场高等特点,导致基于常规井壁稳定性分析方法计算的钻井泥浆密度窗口不准,造成钻进过程中井壁失稳频发,给钻井安全和环境保护带来隐患.通过考虑温度效应对井筒应力的影响,加入基于Mohr-Coulomb破坏准则的弱面(裂缝)失稳条件,提出了一种根据岩石、弱面不发生剪切失稳的最小泥浆密度和不发生张性失稳的最大泥浆密度,以及孔隙压力和最小水平主应力的当量泥浆密度6个参数,共同确定超深储层钻井安全泥浆密度窗口的取值方法.实际资料应用结果表明,该方法对库车坳陷博孜区块超深复杂地层的坍塌压力和漏失压力的预测具有很好的适用性和准确性,为实际钻井施工设计提供有效参考.

塔里木盆地库车山前超深气井砂垢堵塞成因及靶向解除技术

塔里盆地库车山前超深气田是西气东输主力气源地,具有超高温、超高压、高矿化度、储层裂缝非均质性强等特征,气井生产过程中砂垢堵塞问题突出,据统计最高影响气田产能达800×104 m^(3)/d。为实现超深气井高效解堵,通过气水两相结垢热力学预测模型、裂缝性储层岩石力学实验、井筒内气液固流动模拟等研究,揭示了超深气井砂垢复合堵塞成因,并形成了靶向解堵复产关键技术。研究结果表明:①“高温流动压降结垢、裂缝面破裂出砂”是超深气井出砂结垢的内在机理;②结垢固化松散砂桥形成复合堵塞是气井堵塞减产的主要原因,其中靶向除垢是解堵复产的关键所在;③靶向除垢解堵区域为井筒变径处和井周5 m内基质—裂缝系统,气井堵塞率30%~60%为最佳解堵时机;④非酸性除垢解堵液相比常用的酸性解堵液,在同级别溶垢能力的基础上,腐蚀速率降至0.49 g/(m^(2)·h),可同时满足低腐蚀和高效除垢的技术要求。结论认为,形成的超深气井靶向除垢解堵技术在塔里木盆地库车山前超深气田规模应用159井次,有效率达93.3%,累计增产天然气75.08×10^(8)m^(3),已成为西气东输主力气井快速解堵复产的“冬保良方”,可为国内外同类气田解堵复产提供技术借鉴。

超深断控碳酸盐岩油藏空间结构表征技术与工程实践

在积极推进深地工程的背景下,超深断控缝洞型碳酸盐岩成为油气勘探开发的重点领域,而超深走滑断裂精准解译、缝洞体内部构型建模、断控油气藏储量雕刻评估、高效井位部署及提高采收率等是制约超深领域“增储上产”的重要科学问题与技术挑战。本文基于区域应力场研究、露头剖析、三维地震解译、物模数模,全面构建了涵盖动力学、运动学、几何学,分期、分级、分性质、分带、分层的“三学五分”断裂构造解析技术,据此阐明了走滑断裂纵向分层、横向差异分段特征,揭示了走滑断裂控储、控藏、控油气富集等地质规律,发现了超深断控缝洞型10亿吨级大油田。依据动/静态资料,精细刻画了断控缝洞体内部构型,通过“井震”结合实现了断控缝洞型油气藏量化表征,形成了相应的高效井位部署、油气储量雕刻评估等技术系列,支撑了富满油田10亿吨级油气储量的发现与落实。依据断控油气藏的定量刻画结果,针对性提出了提高采收率技术对策,推动了富满5×106t大油田的高效建设,形成了超深断控碳酸盐岩“增储上产”范例,可为我国类似油气藏的开发“上产”提供借鉴。

带油环凝析气藏衰竭式开发中——后期提高采收率

针对塔里木盆地Y5凝析气藏衰竭式开发过程中地层压力和气井产能快速降低、生产气油比逐渐下降、凝析油密度和黏度逐渐升高、开发效果迅速变差等问题,将生产动态特征与地层流体组分评价相结合,重新认识该气藏为带油环层状边水凝析气藏,并采用数值模拟方法确定其油环厚度。为改善开发效果,提高凝析油气采收率,系统开展带油环凝析气藏衰竭式开发中—后期提高采收率机理研究可知:完善井网、实施循环注气开发能大幅提高油气采收率,注入介质以二氧化碳最佳,气藏自产气次之;注气方式以重力辅助气驱模式最佳。基于气藏类型和提高采收率机理研究,编制了该气藏循环注气提高采收率方案,预测原油采收率较衰竭式开发提高29.96%。该气藏循环注气开发后累计注气0.19×10^(8) m^(3),地层压力恢复4.31 MPa,气井产能恢复到方案实施前的3.09倍,可为其他同类型气藏开发中—后期提高采收率提供借鉴。

基于结构张量的走滑断裂破碎带地震识别——以富满油田超深层碳酸盐岩为例

塔里木盆地超深层奥陶系碳酸盐岩走滑断裂破碎带发现了丰富的油气资源,但由于超深层地震资料分辨率低,难以精准刻画走滑断裂破碎带,制约了走滑断控油气藏的高效评价与目标优选。根据富满油田走滑断裂破碎带的地震响应特征,在构造导向滤波基础上,利用结构张量方法计算特征值和特征向量,通过时窗选取与纵向厚度叠加加强反映沿断裂方向的投影能量,突出走滑断裂破碎带,刻画其边界与强度。结果表明:该方法更清晰地刻画了走滑断裂的分布,可以识别更小规模的走滑断裂;实现了超深层碳酸盐岩走滑断裂破碎带宽度与强度的刻画,可以用来评价走滑断裂破碎带的发育程度;将该方法应用于圈闭评价、井位部署、井轨迹设计、钻井监测等,大幅提高了钻探成功率与单井油气产量。

塔中深层稠油在不同氧含量下的动力学特征研究

原油在减氧空气中发生氧化反应的过程复杂,准确分析油藏条件下原油氧化反应动力学特征十分重要。为实现对油藏条件下原油氧化反应的准确分析,需进行定性与定量综合研究。采用差示扫描量热法(DSC)、热重法(TG)等定性与定量测试方法,综合研究塔中深层稠油油藏在不同氧含量下的氧化机理、氧化放热、失重和动力学特征。DSC实验结果表明,氧含量的提升对原油的氧化热效应促进明显,原油的氧化放热量与峰值热流量随着氧含量的升高而大幅增加。TG实验表明,随着氧含量的升高,原油的低温氧化区间不断缩短,低温氧化阶段的质量消耗减少。低温氧化区间的温度范围随静态氧化时减氧空气中氧含量的升高(氧化程度的加深)而逐渐变窄。基于TG实验数据,使用微分法Friedman和微分法OFW求取的原油低温氧化阶段活化能接近,且活化能均随转化率的升高而增加,塔中深层稠油在氧含量为5%的减氧空气中低温氧化阶段平均活化能为81.04 kJ/mol。

塔里木盆地台盆区走滑断裂带多层叠加样式及石油地质意义

随着塔里木盆地油气勘探的不断深入,在台盆区古生界发现大规模走滑断裂系统,提出了一种新型断溶体油气藏。受塔里木盆地多期构造运动的影响,走滑断裂表现出多层结构,具有多期叠加活动特征。基于高品质三维地震资料、钻井资料及油气地质资料,对塔里木盆地大型走滑断裂的多层叠加特征及对油气的控制作用展开研究。研究结果表明:塔里木盆地台盆区走滑断裂带在古生界主要发育5个结构层,分别为下寒武统盐下构造层、中寒武统盐构造层、上寒武统—中奥陶统碳酸盐岩构造层、上奥陶统—石炭系碎屑岩构造层和二叠系岩浆岩构造层;受多期构造运动及走滑断裂带活动的影响,5层结构在空间上具有带状分布、垂向叠置、差异叠加的特征;断裂叠加类型多样,总体上可以分为连接型、叠接型、反转叠加型及反转改造型4种;走滑断裂带叠加方式影响了石油地质条件,可形成多层差异聚集油气藏,主要包括Ⅰ型油气藏(奥陶系碳酸盐岩油气藏)、Ⅱ型油气藏(奥陶系碳酸盐岩油气藏、志留系碎屑岩油气藏及二叠系岩浆岩油气藏)及Ⅲ型油气藏(寒武系盐下层白云岩油气藏)3种类型。

超深缝洞型碳酸盐岩储层精准定位技术探索实践

塔里木盆地缝洞型碳酸盐岩油藏埋藏深度大,缝洞储层储集空间小,具有极强非均质性,储层空间位置精准偏移归位难度大,给钻井靶点选择及实钻轨迹优化带来极大挑战,制约了井位部署及快速建产。利用前期三维地震处理的道集、速度场等资料和正钻井中采集的VSP数据,开展以VSP驱动处理为核心的随钻地震储层精准定位研究,通过优化处理工序流程,保证了72 h内提交成果的时效性,实现了不影响正钻井钻进速度的前提下完成储层的精准偏移归位,有效指导了目的层段的靶点调整及轨迹优化。该方法已应用于120余口钻井的随钻跟踪,有效提高了储层直接钻遇率,放空漏失率从60%提高到80%,保证了钻井成功率在90%以上,对类似缝洞型储层的储层预测和精准定位具有借鉴意义。

塔中隆起F_(Ⅱ)21断裂带油气成藏过程与多相态成因

针对塔中隆起F_(Ⅱ)21断裂带奥陶系油气藏相态分布复杂问题,基于构造解析、地球化学的综合分析认为,原油密度、天然气干燥系数及气油比等参数的平面分布趋势与走滑断裂分段构造密切相关,翼尾构造带北部发育凝析气藏,南部依次发育挥发性油藏与原油油藏。F_(Ⅱ)21断裂带与北部拗陷富满、顺北地区原油生源相同,主要来源于下寒武统烃源岩。原油成熟度沿断裂带由北至南依次降低,断裂带北部主要为原油裂解气,中部与南部主要为干酪根裂解气。F_(Ⅱ)21断裂带经历多期油气充注,翼尾地堑部位为油气有利充注点,喜马拉雅期盐下原油裂解气的强烈充注改造是北部凝析气藏形成的重要原因,受古构造影响,晚加里东期与晚海西期生成的原油资源主要于翼尾地堑构造南部鼻状隆起区域聚集成藏。

塔里木盆地油气勘探新领域、新类型及资源潜力

塔里木盆地勘探面积广阔、油气资源量大、探明程度较低,是"十四五"(2021—2025年)规划中国油气增储上产的最重要压舱石之一。塔里木盆地的勘探研究面临着诸多世界级难题,如古老海相烃源灶、超深规模储层、超深层油气赋存、超长油气藏演化等,这些因素严重制约了塔里木盆地的整体效益勘探。基于近两年的露头、钻井、地球物理、分析测试等资料,对塔里木盆地油气勘探新领域、新类型中成藏关键要素的耦合模式和资源潜力开展了系统分析。研究结果表明:塔里木盆地主要发育台盆区寒武系盐下、奥陶系、石炭系、前陆区古生界—新生界4套区域性储-盖组合及含油气系统,其中,库车坳陷白垩系亚格列木组、库车坳陷南斜坡迎烃面古生界潜山、库车坳陷北部构造带(迪北地区)侏罗系致密气断缝体、塔西南地区石炭系—二叠系、台盆区寒武系盐下台缘带及阿瓦提凹陷西缘寒武系、台盆区奥陶系断溶体是油气勘探最重要的新领域新类型。库车前陆区古生界潜山及中生界的近源油气资源量巨大,其中,温宿—佳木地区古潜山的石油资源量超过2×10^(8)t、天然气资源量约为600×10^(8)m^(3),白垩系亚格列木组的天然气资源量约为10500×10^(8)m^(3)、石油资源量超过4300×10^(4)t,北部构造带侏罗系阿合组的天然气资源量近2.6×10^(12)m^(3)、石油资源量约为1.3×10^(8)t。台盆区寒武系盐下台缘带的天然气资源量近1.8×10^(12)m^(3);阿瓦提凹陷西缘的天然气资源量约为4400×10^(8)m^(3)、石油资源量约为1.4×10^(8)t;富满—顺北地区奥陶系断溶体的油气资源量近32×10^(8)t油当量。新领域、新类型油气勘探突破带来的地质和资源潜力新认识可为后续持续高效的勘探奠定稳定基础。

断控缝洞型碳酸盐岩立式板状油藏注采井网构建

断控缝洞型碳酸盐岩油藏缝洞结构和连通关系复杂,传统井网部署易产生低产能井,需构建立体注采井网以提高产能。通过油藏数值模拟研究了不同因素对塔里木富满油田满深3和满深4井区立体注采井网波及系数的影响,并设计了先导试验方案预测产能。结果表明,满深3井区注气井与采油井单个交错排状分布时波及系数最大;采油井纵向深度越大,波及系数越大;平面注采井距在500~1000m波及系数相对稳定,井距增至1500m时,波及系数大幅度减小。满深4井区注气井、注水井与采油井单个交错排状分布时波及系数最大。先导试验中,满深3和满深4井区分别采取“浅部注N_(2),深部采油”和“顶部注N_(2),底部注水,中部采油”的井网构建方案,阶段末采出程度分别达到21.3%与22.4%,相比于基础衰竭式开发和注水开发方案有了显著提升。

塔里木盆地富满地区一间房组颗粒滩类型及分布

为明确富满地区中奥陶统一间房组颗粒滩类型及其分布,应用岩心、岩石薄片、碳同位素、测井、地震等资料,对其沉积相及其展布开展了研究。研究区一间房组沉积相类型可分为斜坡—盆地、台地边缘和开阔台地,后两者是颗粒滩的主要发育区;颗粒滩包括砂屑滩、鲕粒滩、生屑滩、过渡类型等,厚度占比普遍大于80%,部分井区大于90%,具浅颗粒滩化,其分布受快速海侵及缓慢海退背景下侧向迁移为主的沉积方式控制。开阔台地大面积分布的砂屑滩及生屑砂屑滩具备良好的储集性能,可作为下一步油气勘探的重要领域。

塔里木盆地F_(Ⅰ)17走滑断裂北段奥陶纪差异变形机制

为明确走滑断裂对碳酸盐岩油气成藏的作用,基于三维地震资料,分析F_(Ⅰ)17走滑断裂北段的发育特征与构造变形过程,结合地质建模,开展走滑断裂形成及演化的砂箱物理模拟。研究区内的F_(Ⅰ)17走滑断裂可分为南、北2段,南段为近北东—南西走向,主要发育雁列式断裂,奥陶纪一间房组整体以隆升为主,垂向上的变形幅度较大;北段为近北北东—南南西走向,主要发育线性走滑断裂,在奥陶纪一间房组变形微弱,局部地区可见地层微幅度下掉。砂箱物理模拟实验结果表明:线性走滑断裂的主位移带上会形成一系列隆起带,而走向偏转的走滑断裂在南段形成一系列隆起带,在北段则表现为地层下掉;在同一应力条件下,走滑断裂初始走向的差异会导致断裂受力发生变化,进而影响其演化过程。F_(Ⅰ)17走滑断裂南段的压隆段应力更加集中,局部裂缝和溶洞更发育,油气更为富集,油气勘探效果优于北段。

碳酸盐岩缝洞型油藏流固耦合下的油水两相流动特征

为提高缝洞型碳酸盐岩油藏采收率,探究其流固耦合下的油水两相流动特性,根据不同介质中的流体流动规律,建立了Stokes-Darcy两相流体流动模型;基于有效应力原理和广义胡克定律,建立了适用于缝洞型碳酸盐岩油藏的油水两相Stokes-Darcy流固耦合数学模型;分别针对有无流固耦合的缝洞型碳酸盐岩油藏,进行了宏观和细观的油水两相流体流动模拟。研究结果表明:油藏有无流固耦合作用,其油水两相流体流动特性在基质区差异较大,在溶洞内差异较小,注水速度对缝洞型碳酸盐岩油藏的油水流动影响较大。

塔里木盆地富满油田走滑断裂带通源性评价

塔里木盆地走滑断裂带对油气藏形成具有控制作用,走滑断裂带与油源连通性对油气运移、聚集非常重要。基于3D地震资料,运用Riedel剪切离散元模型和完全塑性介质-应力上升函数模型,对塔里木盆地富满油田Ⅱ区块FI 17走滑断裂带油源连通性进行了评价。研究结果显示:①FI 17走滑断裂带海西晚期雁列断裂拖曳点深度(h)理论计算值远小于实测值,表明其走滑断裂T张破裂成因,而非R剪切断裂。②FI 17走滑断裂带通源深度平均达9~18 km,表明该断裂能够将其下伏埋深10 km以下的玉尔吐斯组烃源岩生成的油气直接输导至上覆奥陶系断(缝)溶体圈闭中聚集成藏。③FI 17走滑断裂带通源深度(H)自北而南增加,其断控形成油气藏中的原油密度、天然气干燥系数、油气充注期次及各期次贡献度与油源连通性密切相关,表明油源连通性对油气聚集具有控制作用。走滑断裂级别、走向分段性、活动强度和断穿地层不同,控制作用也不同。油源连通性会沿着走向发生显著变化,影响油气垂向输导效能。