王志偉，張凱，張本華，武群虎，劉少斌，周紅科，張在振

（1.中國石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院，山東 青島 266580；2.中國石化勝利油田分公司海洋采油廠，山東 東營 257237）

0 引言

下古生界潛山油藏是勝利海上油田重要的開發(fā)對象，自1993年埕北11A-5井投入開發(fā)以來，歷經(jīng)了近30 a的開發(fā)，累計動用石油地質(zhì)儲量3 236×104t，實施開發(fā)井52口，生產(chǎn)原油296×104t。目前，下古生界潛山油藏的采出程度9.1%，采油速度0.36%，與國內(nèi)外同類型潛山油藏相比，整體處于“低采出程度、低采油速度”階段，仍具有較大的提高采收率空間。由于下古生界潛山油藏的儲層埋藏深、儲集空間分布復(fù)雜、非均質(zhì)性強、地震資料品質(zhì)差，儲層地震精細(xì)預(yù)測難度大，也給剩余油分布研究、精準(zhǔn)挖潛及能量補充等帶來了較大難度?；诖?，本文針對制約勝利海上油田下古生界潛山油藏儲層精細(xì)描述的關(guān)鍵問題，從基礎(chǔ)資料分析入手，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化特征研究，系統(tǒng)開展了儲層控制因素分析、儲集體發(fā)育模式研究及儲集體預(yù)測技術(shù)攻關(guān)，有效提高了儲層預(yù)測精度，成功實施勝海古1、埕北古4、埕北313、埕北30-306等4個潛山區(qū)塊的開發(fā)調(diào)整方案，取得了較好的開發(fā)效果，為后續(xù)潛山油藏的開發(fā)調(diào)整提供了一定的借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

勝利海上油田包括新北油田、埕島油田，其中埕島油田位于山東省東營市東北、渤海灣南部水深4～20 m的極淺海海域，區(qū)域構(gòu)造位置處于埕北低凸起東南端，四周被渤中、沙南、埕北、樁東4個生油坳陷包圍，油氣成藏條件十分優(yōu)越，有利勘探開發(fā)面積507 km2（見圖1）。已鉆井揭示的研究區(qū)地層自下而上為太古界、古生界和中生界潛山、古近系沙河街組和東營組、新近系館陶組和明化鎮(zhèn)組及第四系平原組[1-7]。除第四系平原組外，其余7套層系均已發(fā)現(xiàn)油氣，是典型的復(fù)式油氣藏，上報探明石油地質(zhì)儲量4.69×108t，其中潛山油藏探明石油地質(zhì)儲量6 333×104t。目前，埕島油田建成年產(chǎn)原油能力340×104t，成為我國極淺海海域投入勘探開發(fā)的最大油田。

圖1 勝利海上油田構(gòu)造位置示意

研究區(qū)歷經(jīng)多期構(gòu)造運動疊加，發(fā)育埕北、埕北20、埕北30南、埕北30北等4條邊界基底控山斷層。在新生代長期繼承性活動的為北西向的埕北斷層和北東向的埕北30南、埕北30北斷層[8-10]，在新生代消亡的為北西向的埕北20斷層，4條斷層將研究區(qū)潛山分成了西、中、東“三排山”的構(gòu)造格局。同時，研究區(qū)內(nèi)還發(fā)育多條近東西向斷層，將潛山整體切割為“棋盤”狀復(fù)雜構(gòu)造格局。下古生界潛山油藏殘留地層為寒武系和奧陶系，其中寒武系地層厚度為10～600 m，奧陶系地層厚度為10～700 m。儲層發(fā)育了以奧陶系冶里組—亮甲山組白云巖地層為主的內(nèi)幕儲層和以八陡組、上馬家溝組、下馬家溝組石灰?guī)r地層為主的風(fēng)化殼儲層，風(fēng)化殼儲層發(fā)育厚度受控于殘留地層巖性、古構(gòu)造高低及上覆地層等多種因素，厚度在10～160 m。

2 構(gòu)造演化特征

研究區(qū)自三疊系以來經(jīng)歷了印支、燕山及喜山期等多期構(gòu)造運動[11-14]，分為5個階段。印支期受強烈擠壓應(yīng)力作用，北西向埕北、埕北20斷層發(fā)育，形成北西向構(gòu)造格局，整體抬升剝蝕，剝蝕高點位于斷層上盤。

燕山早期為構(gòu)造轉(zhuǎn)型期，但仍受控于弱擠壓應(yīng)力作用，整體坳陷沉積水下，沉積了一套河湖相含煤地層。燕山中期區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變，在郯廬斷裂左旋走滑、巖石圈強烈伸展減薄、地?；顒优c軟流圈隆升等共同作用下，進(jìn)入了大規(guī)模斷陷發(fā)育和火山活動期。此時，受拉張應(yīng)力作用，先存的北西向斷層發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)，北西向山系形成，派生出一系列與郯廬斷裂走向一致的北東向走滑斷層（如埕北30南、埕北30北斷層），將北西向山系切割成西、中、東3段，剝蝕高點位于中段南部。燕山晚期構(gòu)造運動減弱，受擠壓應(yīng)力作用形成近南北向背斜，全區(qū)抬升遭受強烈剝蝕，部分北東向走滑斷層發(fā)生反轉(zhuǎn)，新生一系列近東西向正斷層。潛山內(nèi)幕被進(jìn)一步復(fù)雜化，擠壓構(gòu)造使山系中的東段更加明顯，此時北西向的埕北20斷層停止運動。

喜山期的郯廬斷裂經(jīng)歷了左旋壓扭到右旋張扭轉(zhuǎn)換，受拉張應(yīng)力作用差異隆升或斷塊翹傾成山，潛山升降幅度較大，高部位遭受剝蝕，低部位接受沉積。各潛山陸續(xù)埋入水下并接受沉積，最終形成了現(xiàn)今西、中、東“三排山”的構(gòu)造格局。

3 儲層發(fā)育模式及預(yù)測技術(shù)

3.1 儲層發(fā)育特征及控制因素

綜合利用測錄井、巖心、薄片等資料，對研究區(qū)儲集空間特征進(jìn)行了識別，識別出晶間孔隙、溶蝕孔洞、裂縫等3種儲集空間類型[15-17]。研究區(qū)以裂縫型儲集空間為主。晶間孔隙為白云巖和石灰?guī)r在重結(jié)晶作用、白云石化作用下形成的白云石或方解石晶體之間的孔隙；溶蝕孔洞為地下水或地表水對碳酸鹽巖進(jìn)行溶解作用而形成的儲集空間；裂縫絕大部分為受應(yīng)力作用而形成的構(gòu)造裂縫，經(jīng)地下水沿裂縫溶蝕擴大也可形成兩壁不平整的溶蝕裂縫，儲集空間分布非均質(zhì)性強，溶蝕程度具有較大差異。儲層發(fā)育主要受巖性、斷層和殘留地層厚度等3個方面作用的影響[18-19]。石灰?guī)r中發(fā)育大、中尺度張裂縫，白云巖中發(fā)育中、小尺度剪裂縫。石灰?guī)r可溶蝕性強，易產(chǎn)生溶蝕孔洞，白云巖脆性大，易形成裂縫。儲層發(fā)育程度與距主控斷層的水平距離呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，靠近斷層方向的裂縫發(fā)育，垂直斷層方向的裂縫有規(guī)律減少，距斷層 20，40，80，120，160 m的裂縫密度分別為 135，130，108，94，82 條/m2。 儲層發(fā)育主要集中在奧陶系，殘留地層厚度越大，儲層發(fā)育越好，有效儲層主要發(fā)育在距潛山頂面200 m范圍以內(nèi)。儲層厚度影響著裂縫發(fā)育程度，薄層中的裂縫較厚層中的裂縫更為發(fā)育。

3.2 斷層+裂縫+溶蝕復(fù)合儲集體概念

斷層+裂縫+溶蝕復(fù)合儲集體是由地層錯動產(chǎn)生，分布于斷層周圍，儲集空間以裂縫和溶蝕孔洞為主的儲層發(fā)育帶。依據(jù)裂縫、溶蝕孔洞發(fā)育規(guī)律及巖石分布特征，將其分為角礫巖段、碎裂巖段、塊狀巖段3種結(jié)構(gòu)單元。角礫巖段見大小、形狀各異的礫石，磨圓度較差，絕大多數(shù)礫石在不同方向上均可見斷層擦痕，礫間被方解石及泥質(zhì)膠結(jié)，局部泥質(zhì)含量高的層段見磨圓度較好的礫石，膠結(jié)程度較高，多處可見溶洞，油跡顯示明顯。碎裂巖段見2組或2組以上走向不同的裂縫切割巖石，但沒有發(fā)生位移，裂縫密度大于15條/m2，大部分裂縫壁彎曲呈現(xiàn)明顯的溶蝕痕跡，且存在不同程度的開啟，多數(shù)含油。塊狀巖段發(fā)育1組或2組走向不同的裂縫，裂縫密度3～15條/m2，以高角度裂縫為主，且多被方解石充填，縫壁平直，僅局部見水平溶蝕縫發(fā)育，少數(shù)含油。各巖段充填程度普遍較高，溶蝕程度較低，僅在奧陶系上馬家溝組中發(fā)現(xiàn)水平溶蝕縫。

3.3 斷層+裂縫+溶蝕復(fù)合儲集體發(fā)育模式

對各結(jié)構(gòu)單元的測井響應(yīng)特征參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，得到與斷層相關(guān)的儲集體結(jié)構(gòu)判別公式，并對已完鉆井進(jìn)行儲集體結(jié)構(gòu)識別，同時將測井識別結(jié)果標(biāo)定到地震剖面上，發(fā)現(xiàn)角礫巖段、碎裂巖段的空間分布與斷層發(fā)育存在一定關(guān)系。角礫巖段一般是斷層面所通過的位置，礫石具有多面、多向擦痕，反映了多期強弱不同的斷裂構(gòu)造活動情況。碎裂巖段多數(shù)靠近角礫巖段對稱發(fā)育，受斷層規(guī)模、巖性的影響，有時塊狀巖段也會靠近角礫巖段發(fā)育。結(jié)合角礫巖段、碎裂巖段、塊狀巖段的發(fā)育特征，建立了斷層+裂縫+溶蝕復(fù)合儲集體發(fā)育模式（見圖2），即角礫巖段靠近斷層發(fā)育，碎裂巖段緊鄰角礫巖段分布。當(dāng)斷層規(guī)模較小時，碎裂巖段也會靠近斷層發(fā)育，塊狀巖段則相對離斷層較遠(yuǎn)，整體上符合“原巖段—塊狀巖段—碎裂巖段—角礫巖段—斷層面—角礫巖段—碎裂巖段—塊狀巖段—原巖段”的空間組合模式[20-23]。

圖2 斷層+裂縫+溶蝕復(fù)合儲集體發(fā)育模式

3.4 斷層+裂縫+溶蝕復(fù)合儲集體預(yù)測

在斷層+裂縫+溶蝕復(fù)合儲集體發(fā)育模式建立的基礎(chǔ)上，采用裂縫分級預(yù)測技術(shù)對不同尺度裂縫進(jìn)行描述，實現(xiàn)潛山儲層的空間刻畫。

3.4.1 儲集體正演模擬

根據(jù)鉆遇裂縫帶儲層合成地震記錄標(biāo)定，確定地質(zhì)模型中地層速度及裂縫儲層的速度界限，中生界地層速度為4 100 m/s，奧陶系地層速度為6 000 m/s，寒武系地層速度為5 400 m/s，裂縫帶地層速度為5 000 m/s。選取震源子波為單峰，對建立的模型進(jìn)行垂直入射模擬，得到CDP（共深度點）時間剖面，與實際地震剖面進(jìn)行對比，并對模型進(jìn)行精細(xì)修改，直到模擬得到的時間剖面與實際地震剖面相吻合。依據(jù)正演模擬剖面，確定裂縫帶地震響應(yīng)特征以雜亂反射或空白反射為主。

3.4.2 儲集體預(yù)測技術(shù)

按照寬度、延伸長度及開啟程度等將裂縫分為大、中小、微等3個尺度，大尺度裂縫采用不連續(xù)性相干屬性預(yù)測技術(shù)，中小尺度裂縫采用改進(jìn)螞蟻體預(yù)測技術(shù)，微裂縫采用波形指示反演預(yù)測技術(shù)。

1）大尺度裂縫采用不連續(xù)性相干屬性預(yù)測技術(shù)。不連續(xù)性相干屬性是在時間-頻率域內(nèi)進(jìn)行地層傾角時差計算，然后選取分析時窗，對地下異常地質(zhì)體進(jìn)行不連續(xù)性檢測。該技術(shù)獲得的地層傾角較為準(zhǔn)確，能有效消除地層傾角的影響，從而突出真實斷裂及大級別裂縫的不連續(xù)性特征。針對次級斷裂和大尺度裂縫，開展基于傾角掃描的不連續(xù)性檢測。不連續(xù)性相干屬性預(yù)測裂縫平面分布見圖3。由圖可以看出，埕北30潛山下古生界Tg層主干斷裂展布多為北東向，不同斷塊內(nèi)部被次一級東西向和南北向裂縫帶復(fù)雜化，距離斷塊邊界的斷裂越近，對應(yīng)的裂縫帶越發(fā)育，高產(chǎn)井埕北302、埕北30、埕北30A-2井均處于高異常分布區(qū)。

圖3 不連續(xù)性相干屬性預(yù)測裂縫平面分布

2）中小尺度裂縫采用改進(jìn)螞蟻體預(yù)測技術(shù)?？紤]到研究區(qū)發(fā)育大量高角度的張性裂縫帶，利用不受反射振幅和波形影響的體曲率屬性來改進(jìn)螞蟻體追蹤，進(jìn)而更好地預(yù)測中小尺度裂縫。體曲率只計算同相軸的形變程度，對反射振幅不敏感，而對撓曲（未斷開）、褶皺等橫向變形更敏感，改進(jìn)螞蟻體可提高中小尺度裂縫的識別效果。對比相干剖面和改進(jìn)螞蟻體追蹤剖面可以發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)螞蟻體更能清晰地預(yù)測中小尺度裂縫發(fā)育，下古生界Tg層改進(jìn)螞蟻體切片可以清楚地識別斷裂整體構(gòu)造格局和次級斷裂展布特征，同時褶曲、撓曲等變形位置同樣被預(yù)測出來，均為裂縫帶發(fā)育位置。改進(jìn)螞蟻體預(yù)測裂縫平面分布見圖4。由圖可以看出，埕北 302、埕北 303、埕北 30、埕北 313、埕北 39井以北北東和北東向裂縫為主，而近東西向裂縫發(fā)育較少，說明裂縫發(fā)育帶主要受控于北東向斷裂，東西向斷裂對裂縫帶發(fā)育影響較小。

圖4 改進(jìn)螞蟻體預(yù)測裂縫平面分布

3）微裂縫采用波形指示反演預(yù)測技術(shù)。地震波形特征與儲層垂向巖性組合密切相關(guān)，橫向變化為儲層空間變化的綜合體現(xiàn)[24]。波形指示反演基本流程是對已知井的地震波形特征進(jìn)行分析，優(yōu)選與目標(biāo)點波形相似度高的井建立初始地質(zhì)模型，結(jié)合原始地震波形變化信息，不斷優(yōu)化計算，確保反演結(jié)果與原始地震信息及地質(zhì)認(rèn)識一致。從反演結(jié)果分析來看，反演結(jié)果在井點處與測井解釋結(jié)果相吻合，橫向上體現(xiàn)微裂縫帶的發(fā)育情況。

4）多屬性體融合技術(shù)。單一儲層裂縫識別與預(yù)測技術(shù)都存在缺點，很難有效用于裂縫預(yù)測。為提高裂縫儲層預(yù)測精度，采用多屬性體融合技術(shù)提高裂縫儲層描述精度。通過不連續(xù)性相干屬性預(yù)測技術(shù)描述大尺度裂縫，改進(jìn)螞蟻體技術(shù)描述中小尺度裂縫，波形指示反演預(yù)測技術(shù)分析微裂縫帶發(fā)育情況。對3種數(shù)據(jù)體頻譜分析，優(yōu)化融合頻譜范圍，提取有效頻率成分進(jìn)行屬性融合。多屬性體融合后剖面見圖5，圖中黑線為井軌跡?？v向上能體現(xiàn)大、中小尺度裂縫帶特征，橫向上能體現(xiàn)微裂縫帶發(fā)育情況，與開發(fā)井鉆遇情況吻合。

圖5 多屬性體融合后剖面

4 開發(fā)調(diào)整

基于斷層+裂縫+溶蝕復(fù)合儲集體的地質(zhì)認(rèn)識和儲層預(yù)測結(jié)果，得到下古生界潛山油藏儲層平面綜合分布特征。結(jié)合生產(chǎn)動態(tài)資料，分析油水運移方向，考慮斷層等條件的遮擋作用，明確區(qū)塊剩余油富集區(qū)，綜合確定開發(fā)調(diào)整潛力。按照“單井控制多個儲集體、井控儲量50×104t以上”的原則，編制了埕島油田勝海古1、埕北古4、埕北313、埕北30-306等4個潛山區(qū)塊開發(fā)調(diào)整方案，方案設(shè)計動用石油地質(zhì)儲量1 367×104t，部署開發(fā)井18口，規(guī)劃建產(chǎn)22×104t。

截至目前，已完成勝海古 1、埕北古4、埕北313區(qū)塊8口開發(fā)井的方案實施，新建產(chǎn)能9.5×104t，開發(fā)井實施過程中均鉆遇良好油氣顯示，新井儲層的鉆遇成功率達(dá)100%。單井實際鉆遇儲層厚度與鉆前儲層預(yù)測厚度相比，8口新井鉆前儲層預(yù)測平均厚度30 m，實際鉆遇儲層平均厚度26 m，誤差4 m，符合率達(dá)85%。綜合應(yīng)用多方法對下古生界油藏潛山儲層進(jìn)行預(yù)測，可以有效解決制約勝利海上油田下古生界潛山油藏高效開發(fā)的關(guān)鍵難題，降低開發(fā)風(fēng)險。

5 結(jié)論

1）下古生界潛山油藏發(fā)育晶間孔隙、溶蝕孔洞、裂縫等儲集空間，以裂縫型儲集空間為主，依據(jù)裂縫、溶蝕孔洞發(fā)育規(guī)律及巖石分布特征，提出了斷層+裂縫+溶蝕復(fù)合儲集體概念，建立了儲集體發(fā)育模式，分為角礫巖段、碎裂巖段、塊狀巖段3種結(jié)構(gòu)單元。

2）采用裂縫分級預(yù)測技術(shù)對不同尺度裂縫進(jìn)行描述，實現(xiàn)了不同尺度裂縫的空間刻畫。大尺度裂縫采用不連續(xù)性相干屬性預(yù)測技術(shù)，中小尺度裂縫采用改進(jìn)螞蟻體預(yù)測技術(shù)，微裂縫采用波形指示反演預(yù)測技術(shù)。采用多屬性體融合技術(shù)提高了裂縫儲層的描述精度。

3）依據(jù)研究區(qū)潛山油藏構(gòu)造發(fā)育特征，在儲層發(fā)育控制因素分析、儲集體發(fā)育模式研究的基礎(chǔ)上，優(yōu)選不同尺度裂縫預(yù)測技術(shù)對儲層進(jìn)行刻畫。單井實際鉆遇結(jié)果與鉆前儲層預(yù)測結(jié)果符合率較高，取得了較好的開發(fā)調(diào)整效果。