斷層對致密砂巖氣藏甜點區的控制作用
——以四川盆地中部蓬萊地區須二段氣藏為例

車國瓊 王立恩 汪轟靜 李 明 唐青松 唐 松 梁 鋒 曾青高

1.中國石油西南油氣田公司川中油氣礦 2.中國石油西南油氣田公司川西北氣礦

0 引言

四川盆地上三疊統須家河組致密砂巖氣藏歷經60余年的勘探開發，取得了豐碩的成果，獲得了超過1×1012m3的天然氣地質儲量，但儲量動用程度和采出程度均不足5%，采收率亟待提高。如何預測須家河組儲層甜點區以提高氣藏的開發效益已成為當下急需解決的技術難題。近期，須家河組二段（以下簡稱須二段）氣藏在斷層發育區頻獲累產氣量超過3 000×104m3的高產氣井，是斷層控制了甜點區的分布？為此，筆者調研了大量的相關文獻，發現主要圍繞該地區須家河組油氣富集規律及主控因素等方面進行研究，認為：川中地區須家河組致密砂巖氣藏為構造背景下的自生生儲巖性氣藏，油氣在埋藏期和抬升期具有持續充注的特點，在大面積低豐度的背景下存在著局部富氣甜點區，油氣富集主要受烴源巖、構造、儲層和裂縫發育帶的共同控制[1-9]；須家河組斷層及其裂縫主要形成于燕山期和喜馬拉雅期，晚期網狀裂縫控制須家河組致密砂巖氣的富集高產[10-14]。但是，鮮有研究涉及斷層對甜點區的控制和精細刻畫。為此，筆者以四川盆地蓬萊地區須二段氣藏為例（其三維工區面積為390 km2），利用近年來最新的地質研究成果，結合典型井井震精細標定和氣井生產效果，研究不同類型斷層對油氣富集的控制作用，精細刻畫最有利的Ⅰ類斷層控制的甜點區，以期為該區的井位部署提供技術支撐。

1 致密砂巖氣藏地質特征及高產控制因素

1.1 構造特征

蓬萊地區位于四川盆地中部，須家河組構造整體表現為南東高、北西低的區域大單斜，構造整體較為平緩，受斷層作用發育多個小潛高[15-19]；須家河組底發育多個構造圈閉，單個圈閉面積介于2.7～18.2 km2，平均圈閉面積為7.0 km2，閉合高度介于15～45 m。蓬萊地區須家河組發育大量逆斷層，均呈北西向或近東西向展布，斷層傾角介于20°～40°；斷距在須家河組底界相對較大（40～60 m），在須家河組頂界較?。?0～30 m）；斷層在平面上延伸長度介于100～13 000 m；斷層向下均消失于中三疊統雷口坡組，向上消失于不同的地層中（圖 1）。

1.2 地層特征

四川盆地須家河組主要為一套河湖三角洲沉積體系，縱向上六分特征明顯，自下而上分別為須一段、須二段、須三段、須四段、須五段、須六段[1,4-6]。其中，須一、三、五段為湖相的黑色頁巖夾薄層砂巖和煤沉積，是主要的生烴層；須二、四、六段為三角洲相的大套砂巖夾薄層頁巖和煤沉積，是主要的儲集層?？v向上生儲搭配好，呈“三明治式”的疊置組合，為自生自儲氣藏[1,4]。須二段是該層組的主力氣層。

根據巖性、電性和沉積旋回組合特征，蓬萊地區須二段自下而上可分為須二1亞段、須二2亞段、須二3亞段。其中須二1亞段厚度介于40～60 m，以粉—細砂巖與黑色頁巖互層為主，自然伽馬與電阻率高，曲線呈鋸齒狀；須二2亞段厚度介于50～70 m，以中—細砂巖為主，自然伽馬和電阻率較低，曲線形態較為平直；須二3亞段厚度介于100～110 m，巖性與須二2亞段相似，較須二2亞段自然伽馬低、電阻率高，中—細砂巖為主，含氣性相對較好。須二3亞段為該氣田的主產氣層（圖2）。

1.3 儲層特征

根據蓬萊地區須二3亞段巖心、常規及鑄體薄片、物性、壓汞等資料分析，須二3亞段儲層主要有以下特點：

1）須二3亞段儲層巖性主要為長石巖屑砂巖，次為巖屑砂巖。

2）須二3亞段砂巖平均孔隙度為6.5%，平均滲透率為0.07 mD，其中滲透率小于0.1 mD的樣品占樣品總數的73%，屬于低孔隙度、特低滲透率、高含水飽和度的致密砂巖儲層[17-19]（圖3）。

3）須二3亞段儲層的儲集空間主要為粒內溶孔和微裂縫（圖4），鮮見殘余粒間孔，孔喉結構較差。據須二3亞段16個壓汞樣品分析，平均中值壓力為8.1 MPa，平均排驅壓力為0.95 MPa，平均最大進汞飽和度為84%，平均退汞效率為32%。

4）須二3亞段砂巖儲層分布較穩定。研究區砂巖普遍發育，橫向可以追蹤對比，單層厚度介于20～50 m，累計厚度介于90～100 m。其中，孔隙度大于6%的儲層在縱向上較均勻地分布于須二3亞段，一般發育3～6層，累計厚度介于10～35 m，孔隙度介于6%～9%、平均值為7%（圖2）。

1.4 氣井高產主控因素

須二3亞段致密砂巖在天然氣大規模運移的晚侏羅世至晚白堊世時由于埋深大、壓實作用強，砂巖儲滲品質差，天然氣呈彌散狀分布在致密砂巖中，含氣飽和度較低[2]。大量的巖石滲流實驗和干擾試井證實致密砂巖合理井距為600 m，可動用井控地質儲量一般小于2 000×104m3[15]。晚白堊世末期的構造抬升期形成的斷層由于末梢效應在須二3亞段致密砂巖中產生了大量的微裂縫，并形成一定規模的孔滲較好的裂縫—孔隙型儲滲體，對早期天然氣和該期大規模卸壓膨脹氣的聚集成藏提供了有效圈閉[1,9]，形成局部富氣甜點區，斷層控制了裂縫帶的發育，進而控制了油氣的富集高產。研究區須二3亞段試油井20口，其中獲工業氣井10口、產水井1口（日產水量為76.8 m3），測試產層段與斷層上消失端距離0～700 m；9口微氣井和干井遠離斷層，裂縫不發育（表1）。從單井測試產量看，距斷層越近，裂縫越發育，單井產量越高。但是，鉆遇的斷層類型（斷層分類見本文2.1）不同，所產流體性質不一樣，鉆遇Ⅰ類斷層主要產氣，鉆遇Ⅲ類斷層主要產水。其中，蓬萊11井鉆遇Ⅲ類斷層，測試產氣量高，但該井投產時為氣水同產，2個月后很快產大水，此時，該井累計產氣量僅210×104m3，日產氣量由投產時的4×104m3降為2×104m3，日產水量由20 m3升至70 m3。該井測試數據造成了鉆遇Ⅲ類斷層的單井天然氣無阻流量偏高，但生產實際仍然反映出鉆遇Ⅲ類斷層主要產水。

圖1 四川盆地蓬萊地區須家河組底界構造圖

圖2 蓬萊地區蓬萊107井須二段產層分布圖

2 斷層對甜點區的控制

2.1 斷層特征

蓬萊地區須家河組逆斷層較為發育（圖1）。斷層向下均斷穿須家河組底界，根據這些逆斷層向上消失的不同層位可劃分出3類斷層：①Ⅰ類斷層規模較大，向上消失于須二段上部或須三段內部，該類斷層在氣田內較多；②Ⅱ類斷層規模較小，向上消失于須二1-2亞段或須一段；③Ⅲ類斷層規模大，向上消失于須四段或侏羅系，Ⅱ類、Ⅲ類斷層在氣田內較少（圖5）。

2.2 斷層形成時間

蓬萊地區須家河組構造主要為北西向構造[14]。據本區2口井5個樣品測得的包裹體均一溫度分布范圍較窄（80.5～114 ℃）（表2），結合川中地區油氣演化史[2]，分析認為，裂縫形成于中侏羅世至早白堊世，主要形成于燕山早期，疊加定型于喜馬拉雅期。據前人對盆地內龍女寺、營山、廣安等構造須家河組的裂縫充填的自生礦物ESR測年、自生礦物K-Ar法測年等測試數據[2,9,10,13]，綜合分析認為，蓬萊地區須二3亞段裂縫形成主要有3期：第一期裂縫形成于燕山運動晚幕，距今93.4～74.3 Ma，為燕山運動晚幕褶皺相伴生的張裂縫，主要是在燕山晚期龍門山逆沖推覆作用下形成，裂縫呈北東向展布，此時為油氣大量充注階段，其連通了烴源巖與致密砂巖儲層，對油氣藏的形成具有積極的建設性作用；第二期裂縫形成于喜馬拉雅期第一幕，距今38.7～34.2 Ma，隨著四川盆地整體快速隆升而形成，為斷層伴生裂縫，對油氣調整成藏起到重要的通道和改善作用；第三期裂縫形成于喜馬拉雅期第二幕，距今約10 Ma內，對早期形成的裂縫產生疊加改造作用，并最終定型于油氣儲滲體內，晚期形成的網狀裂縫是氣藏富集形成局部甜點區的關鍵。

圖3 蓬萊地區須二3亞段孔隙度、滲透率直方圖

圖4 蓬萊地區須二3亞段砂巖儲層微觀照片

表1 蓬萊地區須二3亞段試油井產能與斷層/裂縫關系統計簡表

圖5 須家河組不同斷層類型及其控藏模式圖

表2 蓬萊地區須二3亞段流體包裹體均一溫度統計表

2.3 Ⅰ類斷層控制了富氣甜點區

須二段成藏系統中須一段、須二段的黑色頁巖為主要的烴源巖，厚度介于10～40 m，生烴強度一般為8×108～10×108m3/km2；須二段儲集砂巖厚度約160 m，巨厚的儲集砂體與較小的生排烴總量導致須二段砂巖含氣豐度較低。但由于致密砂巖中斷層發育，極大地改善了致密砂巖的儲滲品質，使原本低豐度氣藏通過斷層的輸導系統重新匯聚成高豐度的甜點區。

3類斷層由于斷層規模和向上消失的層位不同，在須二3亞段產生的裂縫效率迵異，導致成藏系統的氣水分布和油氣富集程度存在顯著的差異。

Ⅰ類斷層規模較大，由于斷層末梢效應對須二3亞段致密砂巖改造作用強，裂縫發育，大幅度提升了須二3亞段致密砂巖的儲滲品質，為油氣的高效運聚奠定了基礎。斷層溝通了烴源層與儲集層，使須一段、須二段生成的油氣沿斷層向須二3亞段裂縫—孔隙型砂巖儲滲體持續充注，須三段巨厚的頁巖是須二3亞段良好的直接蓋層。因此，天然氣最終富集在須二3亞段相對高孔隙度、滲透率的裂縫—孔隙型砂巖儲滲體中，形成甜點富氣區（圖5）。

Ⅱ類斷層規模較小，由于斷層末梢效應僅對非主產層須一段或須二段下部的砂巖儲滲性能具有一定的改善作用，但改造有限，形成的儲滲體規模相對較小，富集的天然氣儲量有限，難以富集高產，對主產層須二3亞段砂巖改造作用弱（圖5）。

Ⅲ類斷層規模大，斷層穿過須二3亞段，對須二3亞段致密砂巖有較好的改造作用，但其改造效果遠不如Ⅰ類斷層。該類斷層雖然向下溝通了下部烴源層，有利于油氣的富集，但向上溝通了須四段下部的高含水層，導致烴源巖生成的天然氣沿斷層向上逸散，而須四段地層水通過斷層向下匯聚，該類斷層對須二3亞段氣藏的形成主要起破壞作用，保存條件較差。因此，鉆遇該類斷層附近的須二3亞段普遍產大水，氣產量較低（圖5）。

綜上研究表明，Ⅰ類斷層較Ⅱ類、Ⅲ類對須二3亞段致密砂巖的油氣富集作用更強，Ⅰ類斷層疊合古今構造高部位，更有利于氣水的分異，Ⅰ類斷層控制了須二3亞段甜點富氣區。

圖6 蓬萊地區須二段4種鉆井地震響應模式圖

2.4 勘探開發驗證了3類斷層鉆探效果差異顯著

蓬萊地區須二段的鉆井可以劃分為4種模式：鉆遇3類斷層的井各對應一種斷層模式，另一種是鉆遇無斷層模式（圖6），4種模式的勘探開發效果迥異。

2.4.1 鉆遇Ⅰ類斷層模式

該模式井鉆探測試和生產效果好。該模式鉆井8口，均獲工業氣流，單井平均測試產氣量為19.0×104m3/d，均為高產氣井，已投產7口井的平均單井累計產氣量為6 685×104m3，單井平均累計產水量15.40×104m3（表3），地層水主要來自于兩口須二3亞段與須四段合試井，這兩口井累計產水量為104.00×104m3，占高產氣井累計產水量的96%。

2.4.2 鉆遇Ⅱ類斷層模式

目前，該模式無鉆遇井。但在距該類型斷層約0.26 km處鉆有遂39井，該井為1980年完鉆井（無成像測井資料），在鉆須二1亞段過程中見兩次氣侵顯示，顯示段聲波時差曲線有明顯的跳波現象，裂縫較發育，表明斷層對下部砂體的儲滲品質有一定的改善作用，但由于斷層規模較小，不足以形成甜點富氣區。該井射孔酸化測試產微氣。

2.4.3 鉆遇Ⅲ類斷層模式

該斷層模式鉆遇井以產大水為主。3口井鉆遇此類模式，均測試，獲工業氣井2口，單井平均產氣量為16.7×104m3/d，單井平均產水量為144 m3/d。兩口井均投產，單井平均累產氣量為850×104m3、井均累產水量為2.44×104m3，水氣比29 m3/104m3（表3）。

2.4.4 鉆遇無斷層模式

該模式鉆遇井以產微氣或干井為主。有9口井鉆遇此類模式，9口井完成試油，均未工業氣流，該類型井在鉆須二段過程中基本無顯示，測井曲線上無裂縫響應，測試產微氣或干井。

2.5 甜點區刻畫

蓬萊地區須二段氣藏高產井主要受Ⅰ類斷層控制，由于斷層的末梢效應，裂縫及斷層在常規時間地震反射剖面上出現大范圍的同相軸錯斷、波形變異、振幅能量減弱等地震反射特征（圖6）。據此，對Ⅰ類斷層在須二3亞段引起的變異帶進行精細刻畫，進而圈定裂縫—孔隙型砂巖儲層甜點區的范圍。裂縫—孔隙型甜點區圈定原則是沿斷層走向方向確定儲滲體長度，在垂直于斷層走向方向，確定甜點區異常帶的寬度，進而圈定甜點區的大小。在此基礎上，平面、剖面結合對甜點區內明顯裂縫發育區進行追蹤解釋。對蓬萊地區三維工區390 km2的Ⅰ類斷層控制的甜點區進行精細解釋和評價，共刻畫甜點區17個，單個甜點區面積介于0.30～10.18 km2（圖7），總面積為32.96 km2, 估算天然氣地質儲量為82.4×108m3，天然氣技術可采儲量為41.2×108m3，剩余天然氣可采儲量為 36.8×108m3（表 4）。

表3 蓬萊地區須二段氣藏鉆遇不同斷層模式井測試/生產情況統計表

3 應用效果

新鉆井表明刻畫的甜點區是可靠的。目前，利用該成果已部署井位4口，完鉆1口（蓬萊002-X7井），該井所在的甜點區面積為0.7 km2。蓬萊002-X7井在須二3亞段鉆井過程中見氣測異常顯示，常規測井曲線裂縫響應特征明顯，成像測井可見低角度縫和網狀縫發育，裂縫發育段經射孔酸化聯作測試，獲得日產量為12.0×104m3的工業氣流，一點法天然氣無阻流量為21.0×104m3/d。

結合研究區的綜合地質研究成果，對區內鉆達井經過鉆井、測井、地震等精細標定和分析，對Ⅰ類斷層引起的須二3亞段變異帶在常規地震剖面上進行了360°方位的切片和精細跟蹤解釋，所刻畫的甜點區為新鉆井證實可靠，該成果能夠支撐蓬萊地區下一步的井位部署。

另外，該研究思路和方法對其他地區致密氣甜點區的精細刻畫同樣具有參考價值。在川中中臺山地區按照該類經典模式部署的H103井（水平井），在須二段上部鉆遇多個裂縫發育段，試油獲日產80.15×104m3的高產氣流，表明該成果具有較好的推廣應用前景。

4 結論

1）蓬萊地區須二段氣藏的主產氣層為須二3亞段，為低孔隙度、特低滲透率致密砂巖氣藏，基質砂巖儲滲品質較差，但砂巖中發育的縱多小斷層產生的裂縫是其獲得高產的地質基礎。

2）蓬萊地區斷層是改善須二3亞段致密砂巖儲滲品質的關鍵地質因素，按照斷層向上消失的層位可分為3類，其中Ⅰ類斷層向上消失于須二3亞段，其對須二3亞段致密砂巖的改造作用明顯強于另兩類。

圖7 蓬萊地區須二3亞段甜點區及裂縫分布圖

表4 蓬萊地區須二3亞段甜點區儲量統計表

3）斷層是油氣富集高產的地質基礎，3類斷層控藏效果差異顯著。其中，Ⅰ類斷層控制的須二3亞段成藏系統中源、儲、通道、保存等關鍵成藏要素搭配最佳，控制油氣的富集高產；Ⅱ、Ⅲ類斷層不利于油氣富集成藏?？碧介_發證實，Ⅰ類斷層模式鉆遇井為高產氣井，生產效果好。

4）斷層對須二3亞段儲滲體的改造在常規地震反射時間剖面上表現為大面積的同相軸錯斷、波形雜亂或斜反射等裂縫響應特征。

5）蓬萊地區三維工區Ⅰ類斷層控制的須二3亞段有利儲滲體為17個，總面積為32.96 km2，估算天然氣地質儲量為82.4×108m3，剩余天然氣可采儲量為36.8×108m3，具有較大的勘探開發潛力。