“断缝体”理论破解致密油高产“密码”

  [中国石化报 2023-11-20]
  华北油气红河油田钻井施工现场。付绪凯
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  鄂尔多斯盆地南部石油资源丰富，赋存于多套层系。华北油气在盆地南部开发的红河、泾河等油田，经历了长达20多年的探索，单井产量低、效益开发门槛高一直制约着油田发展，随着科研人员对油藏认识不断深化，近年来形成了“断缝体”理论，让长期处于低产低效的油田找到了打开高产油流的“钥匙”。
  初冬时节，在沟壑纵横、层峦叠嶂的陇东黄土塬上，抽油机正在热火朝天地生产。“还是这片土地，还是这群找油人，但今年我们的生产形势非常主动。”华北油气采油一厂副厂长李俊鹿介绍。
  今年以来，华北油气在红河、泾河油田相继完钻9口探井和11口开发井，均钻遇良好油气显示，新投产的11口油井均获高产，累计产油超1万吨，其中，泾河2301H井初期日产油24吨，目前稳产油超15吨/日，与多年前的老油井相比产油量提升了10倍。这些变化归功于“断缝体”理论的创新与突破。
  在认知升级中寻找“希望之光”
  华北油气在鄂尔多斯盆地南部开发建设的红河、泾河油田，在20年前的开发初期，受地质认识和石油工程工艺技术的限制，钻成的油井“口口有油，口口不流”。
  “2008年在红河油田部署的红河26井日产油26吨，按照当时的认识，这里主要发育大面积的岩性油藏，在这口井周边肯定还能打出高产井，但部署了六七口井均没见到预期效果。”华北油气勘探开发研究院南部所党支部书记王少朋说。
  2014年之后，红河、泾河油田的大部分油井被迫关停，但科研工作没有停滞。科研人员深化油藏基础研究，提出“勘探上要开展零基研究，开发上要竭尽办法盘活存量，工程上要着力研究针对性集成技术”，结合三维地震材料，对油藏重新认识、重新评价。
  华北油气成立鄂南致密油大幅提高产能项目组，推进具体工作。
  经过几年反复对老井高产因素进行分析，2017年，“断缝体”的概念逐步在科研人员脑海呈现。断缝体是由断裂、伴生脆性破碎带及被其改造过的致密低渗砂岩共同构成的储集体，具备储藏原油的空间与条件，其上部及侧面均有非渗透泥质岩、致密层等封挡。断缝体大小不一，储油量也不一样。红河26井正好打在了储油量较多的断缝体内，获得了高产。
  2017~2018年，他们重新排查和分析上千口油井，查阅钻井日志、测录井信息等历史数据资料，结合优化后的物探地震断裂解释信息分析，有了新的发现。有的油井位于断裂发育区，在钻井过程中伴有大量油流溢出，但在投产后产量很低，很可能是在钻井时穿过了地层中的断缝体，造成溢流。
  为验证这一判断，他们对断裂发育区显示好、产量低的井实施井筒改造，针对断缝发育段重新射孔或小规模酸化压裂，沟通断缝体，释放产能。经过改造，有些井产量得到大幅度提升，有些无产量的井重获新生，其中，JH2P43井经过实施补孔作业充分沟通了邻近的断缝体，日产油量提升为20余吨。
  纵横部署探井拓宽“断缝体”
  JH2P9井是验证断缝体是否存在的第一口新井。华北油气勘探开发研究院南部所所长邵隆坎说：“泾河55等打在断缝体的井已获得高产，从三维地震资料可见JH2P9井与泾河55井属于同一断缝体，我们认为按照水平井设计JH2P9井将钻穿断缝体，应该能获得理想的产量。”
  2019年，该井成功完钻并投产，累计产油已超万吨，验证了长8油层存在断缝体。
  随着研究不断深入，科研人员持续优化井位部署，2021年，在彬长区块西北部太昌断裂带部署了“短水平井”和102H井，测试稳定日产油8吨，成功找到一个全新的富油断裂带，落实了一个新的储量阵地。
  为求证断缝体在其他油区是否广泛存在，2020年，他们在红河油田部署实施了红河5101H探井，于2022年试获日产23吨自喷油流，验证了红河油田长8油层也发育断缝体油藏，实现了在平面区带上的延伸与拓展。
  2020年之后，华北油气依据断缝体油藏的认识，持续跟进，扩大战果。华北油气采油一厂先后自主研究并部署的HH51P3井、HH51P5井，均获得了日产20吨以上油流。截至目前，针对长8油层的断缝体已经部署了勘探开发井10余口。
  盆地南部纵向上发育长6、长7、长8、长9等油层，为验证其他层位是否有断缝体油藏的存在，2022年，华北油气在泾河油田针对长6油层部署泾河2301H井，试获日产24吨油流，证实长6油层组断缝体存在；2023年部署实施彬201、HH42P17等井，分别验证了长7、长9油层存在断缝体，纵向上拓展了勘探开发目标。
  今年，华北油气在实施玉都1井主探长9层的过程中，发现上部长6、长8层发育断缝体，均钻遇断缝体获得高产油流。于是，科研人员调整思路，尝试实施“丛式井组，立体开发”模式，将玉都1井井场调整为立体井场，同时开发3套断缝体油层。目前，已完成部署新井2口，继续探索评价长6、长8油层断缝体潜力。
  由定性到定量的“升华”
  “断缝体的大小、多少、含油性等指标要搞清楚就是一个定量的问题，我们的目标也是向定量方向努力，为更加精准部属井位提供依据。”华北油气勘探开发研究院总地质师齐荣说。
  2019年以来，华北油气开展“大兵团”作战，组建地质、物探、油藏等多部门、多专业的断缝体协同攻坚团队，坚持物探地质一体化，充分利用物探资料，加强断缝精准预测和储层地震地质综合预测工作，大幅提高井位设计精度；坚持地质工程一体化，工程人员在钻完井、采油工艺等多专业围绕储层保护、自然投产进行攻关；坚持科研生产一体化，通过实践与研究的迭代提升，断缝体刻画精度、开发技术对策适用性大幅度提高。
  科研人员通过深入开展断缝体富集及高产因素研究，针对断缝体几何形态不规则、内部结构复杂等特点，攻关形成多尺度断裂解释技术，建立“地质、工程识别，物探预测，立体刻画”的断缝体刻画描述方法。在断裂系统精细刻画的基础上，他们通过对断裂组合样式及其油水分布规律系统进行分析，初步总结出三大类17个小类断缝体发育样式及其油水分布特征。初步明确拉分式、马尾式、平行式3类断缝体为高产模式。
  华北油气优选断缝体发育程度高、断缝—砂体匹配性好的三种类型9个断缝体目标展开探评，根据断层条数、断距大小、储层厚度等条件开展“一井一策”井位部署论证，每口井都要经过两三轮的方案优化才能确定最终设计。齐荣说：“红河、泾河油田受走滑断裂带控制发育数十条断缝体，给扩大优质储量范围提供了目标，为油田发展奠定了基础。”
  泾河油田早胜断裂带中、东段实施评价井4口，实钻符合率100%。其中，2022年实施的JH55P4井、JH55P5井，自然投产稳定日产油20吨，达到高效开发标准。2022年以来，断缝体勘探井成功率90%以上，收到良好的勘探成果。
  工程设计和工艺更服“水土”
  “过去，我们在钻井施工中最担心钻遇到断层，因为极易发生钻井液严重漏失，尽量避开断层，现在不同了，要追着断缝体打。”华北石油工程公司五普钻井分公司40404井队长罗海军介绍，“针对纵向展布的断缝体，以往部署的直井很难打到，目前部署的水平井横向钻穿断缝体就比较容易，还可以使水平段正好钻穿断缝体核心部位。”
  按照断缝体发育宽度计算，追求钻井的有效进尺，有不少井的有效水平段长仅需要四五百米。华北油气设计的水平井轨迹方案为断缝体钻井工程工艺提供了新的思路。
  镇泾区块南川1H井的水平井轨迹方案，就是根据断层砂体情况设计的。
  科研人员在研究地层资料时，发现这口井目的层砂体的断距较大，如果从该断缝体所在位置直接打入该层，不仅钻井施工难度较大，水平井段的有效进尺也会“缩水”。于是科研人员转变思路，放弃直奔目的层的惯常“套路”，找到和目的层有砂砂接触的另一套砂体作为水平井的着陆点，水平段从砂砂接触的部分穿过，最终到达靶点。
  南川1H井自然投产试获日产油23.5吨，这种轨迹设计思路推广到彬长区块的和2H、胜3H井，均收到较好效果。
  压裂施工放弃了“大液量大砂量”的做法，针对目的层采取简单的酸化处理，不实施压裂，依靠地层自然能量投产。钻井设计优化可以节省100多万元，压裂施工节省100万~200万元，油田开发成本降低的同时，储层得到了保护，实现了自喷生产，单井油产量也得到有效提升。
  华北油气初步形成断缝体油藏“储保暂堵钻井+裸眼筛管完井+酸洗疏导投产”开发技术，JH2P9井组水平井3口断缝带钻遇率100%，井组最高日产油68吨，平均单井稳定产油能力18.5吨/日，百万吨产能建设投资得到有效控制。
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  断缝体油藏是如何形成的？
  鄂尔多斯盆地南缘过渡带中生界延长组发育湖泊三角洲沉积体系，形成大面积展布的河道砂层复合体，在构造作用下，致密碎屑岩中发育的断裂及其伴生的局部脆性破碎带组合成断裂系统，成为致密、低渗储层重要的储集空间和成藏渗流通道。这种由断裂、伴生脆性破碎带及被其改造过的致密低渗砂岩共同构成的储集体，其上部及侧面均有非渗透泥质岩、致密层等封挡，称之为断缝体。断裂有效沟通源岩，石油可沿断裂垂向或侧向运移进入高渗的断缝体，在上覆油页岩、泥岩等盖层封堵，以及侧向泥岩、致密砂岩遮挡下，形成断缝体油藏。
  断缝体识别与描述有哪些方法？
  鄂尔多斯盆地南缘过渡带构造复杂，华北油气在明确区域构造应力特征和断裂、裂缝发育特征的基础上，利用岩芯、钻井资料、测井资料，结合三维地震的精细解释、振幅变化、曲率属性等技术，开展了断裂、裂缝的识别技术研究。
  通过对断缝体的识别与描述，明确了大、中尺度裂缝的组合展布决定断缝体的骨架形态，小、微尺度裂缝发育边界与砂体发育边界叠合决定断缝体的边界，并形成了一套较为完整的断缝体识别与描述流程，阐述了断缝体油藏的基本地质特征。
  断缝体与油气成藏富集有什么关系？
  镇泾、彬长区块延长组基质储层致密，含油饱和度较低，油水基本不分异，断缝体内毛细管力变小，界面势能降低，会导致原生致密油藏基质孔隙中的石油渗流到附近的断缝体系中，并在局部浮力驱动下沿缝网通道垂向、侧向运移到高部位的有利储集空间，直至上倾方向被不渗透的泥岩或致密砂岩所遮挡，形成油气富集区。镇泾、彬长区块断缝体的存在不仅改善了致密的储层物性，同时作为油气运、聚、散的通道，改造调整了原生油藏的油水关系。