馬永生，蔡勛育，云露，李宗杰，李慧莉，鄧尚，趙培榮

（1. 中國石油化工集團有限公司，北京 100728；2. 中國石化西北油田分公司，烏魯木齊 830011；3. 中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 102206）

0 引言

深層—超深層海相碳酸鹽巖蘊藏著豐富的油氣資源，是尋找油氣的重要方向，也是實現中國能源接替的現實領域[1-2]。近20年來，先后在塔里木盆地和四川盆地于該領域發(fā)現了多個大中型油氣田，如塔里木盆地以塔河、輪南、塔中為代表的奧陶系不整合巖溶縫洞型碳酸鹽巖油氣田[3-5]，四川盆地以普光、元壩、龍崗為代表的上二疊統(tǒng)—下三疊統(tǒng)礁/灘型碳酸鹽巖氣田[6]，以安岳為代表的震旦系—下寒武統(tǒng)礁/灘型碳酸鹽巖氣田[7-9]。除了上述大中型油氣田外，近年來又相繼在四川盆地龍門山前的三疊系雷口坡組發(fā)現潮坪相碳酸鹽巖巖性氣藏，在二疊系茅口組、棲霞組發(fā)現斷裂-流體耦合改造型碳酸鹽巖油氣藏[10]，前寒武古老層系潛在的微生物碳酸鹽巖油氣藏也越來越多地得到研究關注[11-12]。

近10年來，經過地質理論認識探索和地震鉆井等技術攻關，在塔里木盆地塔北、塔中兩大古隆起間的構造低部位，順北地區(qū)的超深層古老碳酸鹽巖層系中獲得重大勘探突破，在7 000 m以深獲得高產輕質油，刷新了石油地質傳統(tǒng)認識。順北油氣田的發(fā)現和建產成為深層—超深層海相碳酸鹽巖勘探開發(fā)的標志性實踐成果。本文基于順北油氣田的勘探開發(fā)實踐，總結“十三五”期間順北超深層斷控縫洞型油氣藏勘探開發(fā)理論認識和技術進步，分析“十四五”面臨的挑戰(zhàn)和技術對策，希望能夠進一步豐富和完善中國深層—超深層海相碳酸鹽巖油氣勘探開發(fā)理論技術，以期為其他盆地深層—超深層碳酸鹽巖勘探開發(fā)提供新的啟示。

1 順北油氣田概況與勘探發(fā)現歷程

1.1 順北油氣田概況

順北油氣田主體位于塔里木盆地腹部順托果勒低隆起。該低隆起北鄰沙雅隆起，南接卡塔克隆起，東西向位于阿瓦提坳陷與滿加爾坳陷之間，位于構造相對較低的“鞍部”（見圖 1a）。順托果勒低隆起歷經加里東早期克拉通內弱伸展背景下的穩(wěn)定構造沉降、加里東中晚期—海西早期區(qū)域擠壓背景下的低隆起形成和發(fā)育、海西中晚期和印支期以來的調整改造，形成現今構造格局[13-16]。與塔北、塔中兩大古隆起相比，順托果勒低隆起區(qū)構造穩(wěn)定，褶皺變形弱、發(fā)育多期活動的走滑斷裂[15-16]。該區(qū)地層發(fā)育較為齊全，各時代地層僅部分組段不同程度缺失。

受構造沉積演化控制，該區(qū)早寒武世初期發(fā)育了1套斜坡相優(yōu)質烴源巖（玉爾吐斯組）；寒武紀—中奧陶世，發(fā)育厚度約3 000 m的碳酸鹽巖地層，后期為走滑斷裂改造，可形成規(guī)模發(fā)育的斷控儲集體[17]；晚奧陶世，該區(qū)沉積厚約500～2 500 m陸棚相泥巖，與下伏碳酸鹽巖斷控儲集體形成良好的儲蓋組合（見圖 1），成為順北油氣田勘探開發(fā)的主體對象[17-18]。

圖1 順北油氣田構造位置（a）與生-儲-蓋示意圖（b）

順北油氣田已發(fā)現的油氣藏主要賦存于奧陶系鷹山組—一間房組，埋深7 200～8 800 m，為深層—超深層油氣藏。鉆探揭示油氣藏主要沿區(qū)內主干走滑斷裂帶分布（見圖1、圖2），儲集空間主要為構造破裂作用形成的縫洞體系[17,19-20]。在油氣田范圍內，油氣藏相態(tài)變化大，總體具有“西油東氣、北油南氣”的特征（見圖2）。順北油氣田西部目的層埋深超7 000 m，主要為輕質油藏；順北油氣田中東部目的層埋深超6 500 m，主要為凝析油氣藏和干氣藏。截至2021年底，順北油氣田已累計提交探明儲量超2×108t（油當量），建成百萬噸產能陣地。估算油氣田范圍內沿18條主干走滑斷裂帶分布的油氣資源量為17×108t（油當量）。

圖2 順北油氣田斷控縫洞型油氣藏分布示意圖（O3qrb—上奧陶統(tǒng)恰爾巴克組；O1—2y—中下奧陶統(tǒng)鷹山組；O2yj—中奧陶統(tǒng)一間房組；O1p—下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組；—C 1—2—中下寒武統(tǒng)；—C1y—玉爾吐斯組）

1.2 順北油氣田勘探發(fā)現歷程

順北油氣田的發(fā)現經歷了艱苦的探索歷程。1984年沙參 2井在塔里木盆地奧陶系海相碳酸鹽巖中獲得油氣勘探發(fā)現，在沙雅隆起歷經10余年的堅持探索，1997年發(fā)現典型的不整合巖溶縫洞型大型油田——塔河油田。此后，中國石油化工集團有限公司（簡稱中國石化）借鑒塔河油田的成功經驗和模式，按照“逼近主力烴源巖，立足大型古隆起、古斜坡”尋找大型油氣田的勘探思路，在卡塔克隆起、巴楚隆起、和田古隆起展開探索，未獲規(guī)模性油氣發(fā)現。2010年以來，中國石化進一步深化疊合盆地油氣成藏關鍵因素“源-儲-蓋-藏”的動態(tài)演化研究，逐漸認識到臺盆區(qū)沙雅、卡塔克兩大古隆起的斜坡區(qū)和構造低部位發(fā)育中下寒武統(tǒng)優(yōu)質烴源巖，上覆中上奧陶統(tǒng)厚層泥質巖蓋層，具有優(yōu)越的“源-蓋”條件。同時，在塔河油田及外圍的勘探開發(fā)實踐中發(fā)現多期活動的走滑斷裂具有明顯的控儲、控藏作用[21-22]，由此認識到斜坡區(qū)和構造低部位發(fā)育的走滑斷裂體系可能是有利的勘探領域，值得進一步探索。

2011—2014 年，首先對順托果勒低隆起北部和東南部、目的層埋深相對較淺的躍進地區(qū)和順南地區(qū)展開探索，先后部署順南 1、躍進 1X、順南 4、順南 5等井，證實順托果勒低隆起北部和東南部發(fā)育受斷裂帶控制的碳酸鹽巖斷控型儲集體，油氣沿走滑斷裂成藏和富集。在此期間，順南地區(qū)取得天然氣重要發(fā)現，順南4井、順南5井獲得高產工業(yè)氣流（見表1）。但由于順南地區(qū)目的層地層溫度高（普遍大于170 ℃）、壓力高（部分井超120 MPa），鉆完井和測試工程難度大，勘探向順托果勒中北部轉移。

2015年，部署在順托果勒低隆起中部順北8號斷裂帶附近的順托1井和部署在北部順北1號斷裂帶上的順北 1-1H井測試相繼獲得高產工業(yè)油氣流（見表1）。同時研究和實鉆進一步證實，順托果勒低隆起北部雖然埋深大，但地溫梯度低，油氣資源以輕質油和凝析油為主。2015—2016年，針對順北1號斷裂帶展開評價的 6口鉆井全部獲得高產工業(yè)油氣流，宣告了順北油氣田的發(fā)現[17,21]。此后，勘探不斷向順北油氣田西部、南部和東部的多條斷裂帶拓展。2018—2020年，部署在順北5號斷裂帶上的順北5X井、順北53X井等獲得工業(yè)油氣流，部署在順北 7號斷裂帶上的順北7X井測試獲油氣。2021年以來，部署在順北4號、8號斷裂帶上的順北41X井等5口鉆井測試相繼獲千噸（油氣當量）高產工業(yè)油氣流（見表 1）；部署在順北11號斷裂帶上的順北11井和順北111井鉆獲油氣顯示；進一步證實順北油氣田奧陶系碳酸鹽巖整體含油氣，斷裂帶是油氣富集的有利部位。

表1 順北油氣田重點發(fā)現井一覽表

自2016年順北油氣田發(fā)現以來，勘探開發(fā)一體化評價不斷深入。部署在順北一區(qū)順北 1號斷裂帶、1號斷裂分支斷裂帶和 5號斷裂帶北段的油藏評價井相繼獲得高產，并投入開發(fā)試采。2019年以來，隨著順北5號斷裂帶南段、順北4號及8號斷裂帶的勘探發(fā)現，勘探開發(fā)一體化評價進一步向南、向東擴展。開發(fā)實踐中根據不同斷裂帶油氣藏特征不斷調整優(yōu)化開發(fā)方案，完善有針對性的鉆完井和儲集層改造技術。截至2021年底，順北一區(qū)已建成百萬噸產能建設陣地，全區(qū)投產井50余口，已累產原油317×104t，累產天然氣13.8×108m3。順北5號斷裂帶南段和順北4號斷裂帶已一體化部署30余口鉆井，實現了對兩條斷裂帶的整體控制。

順北油氣田勘探發(fā)現和快速建產的歷程，伴隨著地質理論認識深化和地球物理與工程技術進步的推動。

2 地質理論認識進展

2.1 古老層系烴源巖與生烴演化

2.1.1 主力烴源巖發(fā)育與生烴演化

順北地區(qū)已發(fā)現的奧陶系油氣藏原油地球化學特征與塔河油田原油具有相似性，表現為C21TT＜C23TT、低伽馬蠟烷、C27-C28-C29ααα20R規(guī)則甾烷呈現“V”字形分布、規(guī)則甾烷相對重排甾烷含量高，原油碳同位素組成偏輕特征。目前研究認為，下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組是主力烴源巖[17,21,23]。

“十三五”以來，圍繞玉爾吐斯組發(fā)育模式和分布規(guī)律，基于野外露頭、鉆井和地震資料開展詳細研究，建立了玉爾吐斯組緩坡沉積模式[21,24-25]，預測了烴源巖分布范圍（見圖 3）。研究表明，玉爾吐斯組沉積期，圍繞“中央古陸”向北依次發(fā)育內緩坡沉積、中、外緩坡沉積。夏河1井和方1井鉆揭內緩坡潮坪相碎屑巖，有機質豐度為 0.04%～0.38%，平均值為0.22%；巴探5井和瑪北1井缺失玉爾吐斯組[25-26]。尉犁1、孔探1和塔東2等井鉆揭外緩坡黑色頁巖、硅質頁巖，有機質豐度為 1.64%～33.10%，平均值為11.80%[27]；星火1井鉆揭中緩坡硅質巖與黑色頁巖，有機質豐度為1.00%～9.43%，平均值為4.71%[28]。順北油氣田分布區(qū)雖未有鉆井揭示，但依據區(qū)域地震相追蹤對比，該區(qū)玉爾吐斯組處于中外緩坡相區(qū)，優(yōu)質烴源巖發(fā)育，為形成大型油氣田提供了堅實的物質基礎[17]。

圖3 塔里木盆地下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組烴源巖分布預測圖

2.1.2 古地溫場與烴源巖生烴演化

順北油氣田奧陶系油氣相態(tài)分布具有東氣西油和南氣北油的特征（見圖 2）。在順北一區(qū)，埋深超過8 000 m的超深層碳酸鹽巖仍有輕質油藏保存。這主要與古地溫史“偏冷”及其控制下的主力烴源巖在超深層高壓條件下生烴過程“偏緩”密切相關[19-20]。

塔里木盆地經歷了寒武紀—志留紀—泥盆紀、石炭紀—二疊紀、三疊紀—侏羅紀、白堊紀—新生代等4大構造演化階段。不同演化階段古地溫場發(fā)生顯著變化，經歷了震旦紀—奧陶紀高熱流（“熱”盆）、志留紀—晚古生代熱衰減（“熱”盆向“冷”盆過渡）、中生代穩(wěn)定熱演化（低熱流“冷”盆）、新生代巖石圈撓曲熱演化 4個階段[29-30]。研究預測，晚奧陶世順北地區(qū)玉爾吐斯組烴源巖古溫度為 120～125 ℃，海西晚期該烴源巖古溫度約為 150～160 ℃，現今溫度約為185 ℃；順南地區(qū)地溫場顯著高于順北中西部地區(qū)，順南地區(qū)玉爾吐斯組烴源巖晚奧陶世古溫度為 180～190 ℃，海西晚期該烴源巖古溫度約為200～210 ℃，現今溫度約為235 ℃[20]。

順北油氣田中西部地區(qū)長期處于構造穩(wěn)定沉降階段，具有持續(xù)低地溫特征。下寒武統(tǒng)烴源巖在低地溫、大埋深、高壓力條件下，液態(tài)生油窗長，海西晚期處于生高成熟油階段，印支期—喜馬拉雅期仍處于生凝析油氣和濕氣階段（見圖4a）。順北油氣田東部下寒武統(tǒng)烴源巖地層溫度高，熱演化程度高，海西晚期處于生高成熟油—凝析油氣階段，印支期—喜馬拉雅期處于生凝析油氣—干氣階段（見圖4b）。

圖4 順北油氣田西部順北5井（a）和東部順北41X井（b）埋藏史-熱史-生烴史和成藏史

2.1.3 油氣相態(tài)與分布

順北油氣田油氣資源類型主要受下寒武統(tǒng)主力烴源巖生烴史控制，也與油藏形成后經歷的調整改造有關。油氣成藏研究表明，順北地區(qū)普遍經歷了加里東晚期、海西晚期及燕山期—喜馬拉雅期等多期油氣成藏過程[17,19-20,31]，不同地區(qū)和斷裂帶間成藏過程存在差異（見圖4）。近期研究認為，順北油氣田中東部油藏形成后經歷了不同程度的原油熱裂解和一定程度的硫酸鹽熱化學還原（TSR）作用改造[32-34]。依據順北油氣田古地溫史、主力烴源巖生烴史和油藏調整改造的研究，結合已鉆井的實際情況，進一步預測了順北油氣田油氣相態(tài)分布（見圖5），為不斷明確勘探方向奠定了基礎。

圖5 順北油氣田及周緣奧陶系油氣藏類型平面分布圖

2.2 走滑斷裂與控儲控藏

2.2.1 走滑斷裂發(fā)育特征

“十二五”期間相關專家認為，在塔北、塔中兩大古隆起斜坡區(qū)，地層連續(xù)沉積，構造變形弱，但發(fā)育多期活動的走滑斷裂，對該區(qū)碳酸鹽巖儲集層形成和油氣成藏有重要的控制作用[35-36]；該研究認識為順北油氣田的探索發(fā)現提供了重要的理論依據。順北地區(qū)走滑斷裂與位移量達數百至數千千米的大型走滑斷裂（板緣型、嵌入碰撞型等）相比[37-38]，滑移距不超過2 km[39]，也被稱為克拉通內走滑斷裂[40-42]。

“十三五”以來，基于二維、三維地震資料解釋，從宏觀上進一步厘定了順北及鄰區(qū)克拉通內走滑斷裂體系展布與發(fā)育特征，認識到走滑斷裂在順托果勒地區(qū)普遍發(fā)育，但活動特征存在地區(qū)性差異[15,20]。順北及鄰區(qū)走滑斷裂體系分布具有“東西分區(qū)”的特點（見圖1）。順北5號斷裂以東的4號、8號、12號、14號等斷裂主體走向大致為北東30°，構成北東向近平行斷裂體系。5號斷裂以西的7號、9號、11號、13號等斷裂主體走向大致為北西20°，構成北西向近平行斷裂體系。5號斷裂以東的1號、2號斷裂收斂于5號斷裂，走向大致為北東45°，可被認為是5號斷裂分支斷裂體系。5號斷裂及其北東向分支斷裂體系位于東部北東向與西部北西向兩大近平行斷裂體系之間，可能具有調節(jié)變形的作用（見圖1）?？拷逞怕∑穑?號斷裂與1號斷裂之間發(fā)育網狀“X”型似共軛斷裂體系。對走滑斷裂帶分層結構與活動期次開展地震-地質精細解析，表明不同斷裂體系的形成演化存在差異。上述走滑斷裂帶主要形成于加里東中期Ⅲ幕（晚奧陶世末）[16,41]，其中，北東向主干斷裂多數在加里東晚期—海西早期、海西中—晚期仍有繼承性活動，而多數北西向主干斷裂未發(fā)現有加里東晚期以后持續(xù)活動的地震資料證據[20]。

主干走滑斷裂帶在空間上多具有“主滑移帶平面分段、縱向分層變形、垂向多期疊加”的特征。受多幕次繼承性活動的影響，順北地區(qū)主干走滑斷裂以主滑移帶高陡斷層的方式向下斷穿寒武系，斷至基底，向上以雁列斷層的方式斷至石炭系、二疊系（見圖6）。在中下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖頂面，沿走滑斷裂走向，可識別出走滑平移段、疊接拉分段、疊接壓隆段和復合構造4種典型分段構造樣式[20,41]。

圖6 順北油氣田主干走滑斷裂帶縱向分層、平面分段模式圖（據文獻[15]修改）

2.2.2 走滑斷裂控儲特征

順北油氣田超深層斷控縫洞型儲集體是伴隨走滑斷裂發(fā)育而形成的一類特殊儲集體，其儲集空間主要為斷控縫洞體系，包括斷裂空腔（洞穴）、構造縫和構造角礫縫以及少量沿斷裂裂縫發(fā)育的溶蝕孔洞和孔隙（見圖 7、表 2）。鉆井揭示主要目的層段（奧陶系鷹山組—一間房組）儲集空間發(fā)育具有強烈的空間非均質性，儲集層物性差異大（見表 2）。儲集空間主要沿走滑斷裂帶分布，表現為側斜井和水平井在橫穿斷裂的過程中，多鉆遇放空、鉆井液漏失；洞穴放空厚度通常小于5 m，多數在2 m左右[17]。與橫穿斷裂帶的鉆井截然不同的是，距離斷裂破碎體系百米范圍外的鉆井鮮有放空、漏失現象，斷裂帶之間基巖致密，基本不發(fā)育規(guī)模分布的儲集空間[43-44]。

圖7 順北油氣田斷控縫洞型儲集體主要儲集空間特征

表2 順北油氣田各斷裂帶典型高產井鷹山組—一間房組儲集層參數統(tǒng)計表

“十三五”期間，基于順北地區(qū)勘探實踐和碳酸鹽巖走滑斷裂野外露頭描述綜合研究，明確了順北油氣田走滑斷裂帶對超深層碳酸鹽巖規(guī)模儲集體發(fā)育具有重要的控制作用[17,20,43]。

順北地區(qū)走滑斷裂帶在中下奧陶統(tǒng)致密碳酸鹽巖中發(fā)育斷層核-裂縫帶結構（簡稱為“核帶結構”），是具有復雜內部結構的三維地質體[45]。塔里木盆地阿克蘇地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖露頭走滑斷裂精細描述揭示斷層核部發(fā)育角礫，且角礫與角礫之間普遍見空腔發(fā)育[41]?；趯M穿斷裂帶的順北 7X井成像測井資料精細解釋揭示，斷裂帶內部發(fā)育核部角礫帶和裂縫帶。角礫帶在成像測井上呈現“礫狀亮斑”特征，具有高孔、高滲特征[44,46]。近期，橫穿順北4號斷裂帶的順北41X井實鉆與成像測井資料也進一步揭示走滑斷裂帶內部結構具有橫向和垂向非均質性：在橫向上，斷裂帶內部發(fā)育多組核帶結構，具有組系特征[47]，角礫帶寬度分布在3.48～8.45 m，裂縫帶寬度為2.98 m（見圖8）；在垂向上，斷控規(guī)模儲集體發(fā)育具有縱向差異，在不同深度的巖性段鉆遇儲集空間類型與規(guī)模差異顯著，推測受地層能干性控制[48]。

圖8 順北41X井實鉆揭示走滑斷裂核帶結構控制儲集體發(fā)育示意圖

順北地區(qū)斷控儲集體規(guī)模受走滑斷裂分段樣式和活動強度控制。走滑斷裂發(fā)育典型的壓隆段、拉分段、平移段 3種分段構造樣式，其中壓隆段和拉分段發(fā)育于分段疊接部位，寬度受兩個分段間距控制，普遍大于受單個分段控制的平移段[49]，相應的斷控儲集體規(guī)模更大[18]。在同等條件下，斷裂分段活動強度越大，斷控儲集體規(guī)模越大。例如，順北7井和順北5井分別位于順北7號斷裂和順北5號斷裂壓隆段[49]。兩條斷裂帶同為北西向斷裂帶，壓隆段分段結構均具有左階右行特征，但順北 7號斷裂活動強度和延伸長度都小于順北5號斷裂，前者發(fā)育局限于順北地區(qū)西北部，而后者貫穿塔北隆起、順托果勒低隆和塔中隆起，順北7井實鉆揭示的儲集體規(guī)模小于順北5井。

2.2.3 走滑斷裂控藏特征

順北超深層斷控縫洞型油氣藏具有特殊的“立體板狀”空間展布特征，整體油柱高度大、產能高；不同斷裂帶、同一斷裂帶不同部位油氣藏類型和油氣富集程度存在差異，這與走滑斷裂控制下的儲集體發(fā)育特征和斷裂的通源輸導特征密切相關[17-19]。

順北地區(qū)主干走滑斷裂斷入基底，溝通深部寒武系烴源巖，縱向構造樣式控制了斷裂帶通源性，造成不同斷裂帶或同一斷裂帶不同部位垂向輸導能力差異顯著，進而控制油氣差異聚集。一方面，走滑斷裂作為垂向輸導通道，在溝通下寒武統(tǒng)烴源巖和中下奧陶統(tǒng)儲集層的過程中，需貫穿易變形的中—下寒武統(tǒng)膏鹽巖軟弱層。膏鹽巖匯聚增厚部位不利于油氣垂向輸導，對應的上覆目的層多鉆遇水體或含水率較高的油氣層[18]。另一方面，在發(fā)育“中部走滑-兩側地塹”復合構造樣式的順北 5號斷裂南段，橫穿斷裂帶的多口鉆井僅在中部主走滑斷面鉆遇高產油氣。這是由于中部主走滑斷面向下斷穿寒武系，垂向直接溝通玉爾吐斯組烴源巖，而兩側地塹斷面自上而下發(fā)育至中—上奧陶統(tǒng)內部即消亡，不能直接溝通烴源巖，油氣難以富集[41]。

走滑斷裂分段構造樣式控制了斷控儲集體的規(guī)模和空間展布，因此也控制了油氣藏分段連通性。以北東向順北 1號斷裂帶為例，斷裂精細解析揭示該斷裂帶由 8個分段左階展布組成，分段疊接部位均發(fā)育拉分段[41]。干擾試井與鄰井動態(tài)響應揭示，順北 1號斷裂帶4個連通井組和斷裂帶分段結構高度吻合：位于不同分段上的單井，即使距離近，相互不連通，而位于同一分段上的單井，即使相距較遠，仍具有連通性，油氣藏沿走滑斷裂分布，表現為“一段一油藏”的特征。

綜上所述，順北油氣田走滑斷裂控制了縫洞型儲集體發(fā)育與油氣藏的分布。走滑斷裂發(fā)育及控儲控藏地質模式如圖 9所示。高陡走滑斷裂多期活動，構造破裂作用形成斷裂裂縫體系，受多種成巖流體改造形成沿斷裂帶展布的“板狀”斷控縫洞型儲集體；同時，斷裂向下溝通下寒武統(tǒng)優(yōu)質烴源巖，伴隨斷裂活動，油氣多期充注，形成油氣柱高度較大（目前實鉆證實最大高度580 m）的斷控縫洞型油氣藏。走滑斷裂帶平面分段樣式、縱向結構樣式和活動強度差異造成了不同斷裂帶和同一斷裂帶不同部位儲集體規(guī)模和油藏規(guī)模的差異。

圖9 順北油氣田走滑斷裂發(fā)育及控儲控藏演化模式圖

3 地球物理和工程技術進展

3.1 沙漠區(qū)超深層碳酸鹽巖地震勘探技術

“十三五”期間聚焦地質目標，針對順北沙漠區(qū)超深走滑斷裂帶及斷控儲集體空間成像、儲集體精細描述等關鍵技術難題，通過采集處理解釋一體化與地質物探一體化持續(xù)攻關研究，創(chuàng)新集成了超深層碳酸鹽巖地震采集、走滑斷裂及縫洞體立體成像、走滑斷裂帶精細解析、斷控縫洞體雕刻與量化描述、斷控圈閉描述與目標優(yōu)選等技術系列，為順北油氣田勘探開發(fā)提供了重要技術支撐。

3.1.1 超深層碳酸鹽巖三維地震采集技術

順北地區(qū)地表多為高大沙丘、中下奧陶統(tǒng)高陡走滑斷裂埋藏深（平均大于7 300 m），且縱橫向非均質性強，地震波能量衰減嚴重，導致目的層地震資料有效信號弱、波場復雜、信噪比低，走滑斷裂及斷控縫洞體成像精度低[50]。

順北超深斷控縫洞體地震關鍵技術現場試驗揭示，影響儲集體成像精度的采集關鍵因素為能量、信噪比、空間采樣率。采用潛水面以下5～7 m、16～22 kg的藥量激發(fā)能提高深層弱反射及繞射波能量；采用 3串36個多檢波器“品”字型面積組合接收、300～400次高覆蓋次數能提高目的層的信噪比；采用25 m×25 m的采集面元、橫縱比大于0.5的寬方位、大于7 000 m的最大炮檢距、60～100萬道/km2高炮道密度的三維觀測系統(tǒng)來提高超深高陡斷裂的空間采樣密度。

通過探索與實踐，形成了一套針對沙漠區(qū)超深高陡走滑斷裂技術經濟有效的三維地震采集技術，配合野外控制放炮間隔減小環(huán)境噪音影響、野外作業(yè)現場采用逐點錄制視頻質控各工序施工質量、超萬道排列采集現場實時監(jiān)控軟件對野外采集單炮進行實時質量監(jiān)控、第三方處理單位現場跟蹤監(jiān)控基礎資料和剖面質量等有力措施，保障野外采集所獲得的地震資料全面、準確、可靠，走滑斷裂及縫洞體的信號得到增強、信噪比有所提高。

3.1.2 超深層走滑斷裂帶及縫洞體立體成像技術

目的層地震資料主頻低（17～18 Hz）、頻帶窄（5～55 Hz），走滑斷裂及縫洞體地震響應弱、成像精度低。二疊系火山巖全區(qū)發(fā)育、巖相多樣、厚度及速度變化大，在時間域引起假構造，同時發(fā)育層間多次波，影響了走滑斷裂及縫洞體的成像精度。

以地質目標為導向，采用沙丘擬合法改進靜校正邊界效應，消除了沙丘邊界層析靜校正引起的構造假象；采用保低頻、保繞射的精細疊前預處理技術，通過點、線、面、體四級質控優(yōu)化斷控儲集體成像處理參數；采用組合壓制多次波方法，包括逆散射級數法和廣義自由表面多次波去除法，消除二疊系火山巖引起的多次波；采用高斯束速度建模、全方位（五維）速度建模技術，反演火成巖和斷裂帶的高波數速度場，提高速度模型精度；采用寬頻逆時偏移（RTM）成像技術，保護低頻有效信號；采用繞射波成像技術、分頻成像技術等特殊成像手段，進一步提高斷控縫洞體成像的識別精度[51]。

通過探索和實踐，建立了以保護低頻、保護繞射波、保持振幅、疊前時間偏移參數測試等“三保一測”疊前預處理關鍵參數優(yōu)選，以二疊系火山巖、奧陶系、寒武系、斷裂帶等“三層一帶”精細速度建模為核心的走滑斷裂及縫洞體立體成像技術與流程（見圖10）。目的層地震主頻提高2 Hz、頻帶拓寬7 Hz，超深層走滑斷裂成像精度斷距從20 m提高到15 m，縫洞體的串珠響應更聚焦，個數也明顯變多。

圖10 走滑斷裂及縫洞體立體成像技術流程及高精度成像處理前后效果對比圖

3.1.3 斷控縫洞體雕刻與量化描述技術

斷控縫洞體發(fā)育受走滑斷裂帶控制，具有縱向深度大、內部非均質性強的特點。實鉆證實斷控縫洞體發(fā)育程度差異大，準確刻畫規(guī)?？p洞體空間位置、量化體積成為勘探開發(fā)的主要難點。

根據露頭、鉆井、測井及產能特征分析，斷控縫洞體的儲集空間類型為洞穴型、孔洞型、裂縫型3類，正演模擬與實鉆證實主要的地震相為“串珠”反射相、雜亂反射相和線性弱反射相[52-54]，對應的敏感屬性分別為瞬時振幅、不連續(xù)性和AFE屬性[55-56]。利用鉆井和測井資料約束結構張量屬性描述的斷控縫洞體輪廓，結合低頻信息建立反演初始模型，開展井震結合的斷控縫洞體相控波阻抗反演，刻畫儲集體空間分布特征；利用已鉆井測井解釋孔隙度和波阻抗關系建立波阻抗-孔隙度擬合公式，將反演波阻抗體轉換成孔隙度體，完成斷控儲集體三維空間雕刻和量化描述。

通過探索和實踐，形成了斷控縫洞體雕刻與量化描述技術序列[50,56-57]，有效支撐了規(guī)模儲集體預測與探明儲量提交?！笆濉逼陂g，順北地區(qū)主干斷裂帶鉆井放空漏失吻合率由75%提高到85%。

3.1.4 斷控圈閉描述與目標優(yōu)選技術

斷控縫洞型圈閉是受斷裂帶控制、構造破碎為主，經流體改造形成的裂縫-洞穴型儲集體，被致密巖層封蓋和側向遮擋而形成的特殊巖性圈閉。

基于斷控縫洞型圈閉的特殊性[17]，開展走滑斷裂分段構造樣式研究，結合高精度相干預測斷裂展布確定側向遮擋邊界；開展洞穴型、孔洞型、裂縫型 3類儲集體的地震相預測研究，并綜合確定斷控儲集體的外邊界；開展泥巖蓋層或內幕致密灰?guī)r物性分析，預測有利蓋層范圍，綜合頂封、側封和儲集層的范圍確定圈閉的邊界[50,54]，進而完成斷控縫洞型圈閉空間描述（見圖 11a、圖 11b）。在斷裂帶評價和圈閉描述的基礎上，對主斷面和規(guī)模儲集體進行量化描述和空間定位，從而優(yōu)選有利目標。結合不同樣式走滑斷裂的實鉆案例，形成了擠壓段樣式“錨式”、平移段樣式“勾式”、拉分段樣式“鐮刀式”、復合型“鏟式”的井軌跡設計方案（見圖11c）。

圖11 斷控縫洞型圈閉描述與井軌跡設計示意圖

通過探索和實踐，建立了斷控縫洞型圈閉描述、目標優(yōu)選與軌跡設計技術，支撐了順北油氣田勘探開發(fā)井位部署，優(yōu)選有利井位目標57個，主干斷裂帶鉆井成功率83%，建成了百萬噸產能陣地，落實了4號、8號斷裂帶兩個億噸級增儲區(qū)帶。

3.2 地質工程一體化技術

“十三五”期間，針對超深層走滑斷控縫洞型油氣藏的勘探開發(fā)實際需求，地質工程一體化深度融合，創(chuàng)新形成了井軌跡空間優(yōu)化、優(yōu)快鉆井、斷控縫洞型油氣藏高效完井測試與儲集層改造等配套技術，為勘探開發(fā)實踐提供了技術支撐。

3.2.1 井軌跡空間優(yōu)化技術

順北地區(qū)儲集層埋藏深，上部復雜地層多，在二疊系火山巖、志留系雁列斷裂、上奧陶統(tǒng)侵入巖發(fā)育段實鉆井揭示易發(fā)生漏失、卡鉆。同時，斷控儲集體沿高陡斷裂展布，直井鉆遇規(guī)模儲集層的一次中靶率低，多采用水平井開發(fā)，因地層破碎程度高，非均質性強，部分井出現定向鉆進過程中，鉆遇破碎地層后井壁坍塌掉塊嚴重，井下阻卡頻繁。

通過地質工程一體化結合，初步形成了斷控縫洞型油氣藏井軌跡空間優(yōu)化技術（見圖12）。開展二疊系火山巖、侵入體地震相分析、地震反演預測，同時對志留系斷裂開展不同尺度相干精細識別與解釋[58]，侵入體識別精度大于等于10 m；通過三維可視化避開斷裂及裂縫發(fā)育區(qū)優(yōu)選井口，優(yōu)化后漏失量明顯降低；通過目的層斷裂立體解析與儲集體“洞穴、孔洞、裂縫”分類雕刻，立體三維空間優(yōu)化井軌跡提高規(guī)模儲集體中靶率[59]。同時，基于區(qū)塊三維地震數據信息建立地質層位模型，并結合單井測井信息，構建了三維區(qū)域地質模型及斷裂帶井周坍塌壓力風險分析模型，通過模擬不同井斜及鉆井方位條件下井壁失穩(wěn)風險等級，形成破碎地層井眼軌跡空間優(yōu)化技術，保障了順北地區(qū)定向井安全高效鉆進。

圖12 斷控縫洞型油氣藏鉆井軌跡設計優(yōu)化示意圖

3.2.2 超深井優(yōu)快鉆井技術

順北油氣田儲集層埋藏超深、縱向上跨度大（7 200～8 800 m），超高壓（89～129 MPa）、高溫（160～209 ℃），鉆井工程面臨壓力體系復雜、溢流和漏失共存，高陡構造、地層傾角大、地層破碎、漏失嚴重、地層可鉆性差，井身結構設計困難等諸多難題[60]。通過井震結合技術，深入分析地層孔隙壓力、坍塌壓力和破裂壓力（三壓力）剖面，結合鉆井實踐，形成順北油氣田井身結構優(yōu)化序列[61]；通過古生界的地層特征和巖石力學參數研究，開展個性化提速技術攻關，優(yōu)化形成古生界的地層分層提速技術[62]；基于構造特征、裂縫發(fā)育和充填程度及井壁巖塊受力綜合研究，基本明確了井壁坍塌的原因，提出破碎性地層防塌鉆井液技術，初步解決了破碎地層井壁坍塌問題[63]；基于巖石礦物組分、微觀結構和損害因素等研究，研制由可酸溶纖維、可酸溶填充材料及彈性石墨組成的抗高溫可酸溶暫堵體系，形成“鉆井液性能控制+可酸溶暫堵體系”的儲集層保護技術[64]，解決了裂縫性儲集體漏失與儲集層污染并存的難題。

隨著順北油氣田勘探開發(fā)不斷向更深層拓展，新技術試驗推廣步伐持續(xù)加快，如在高傾角易斜地層推廣應用“垂鉆工具+大扭矩螺桿”提速技術，定向井段攻關試驗旋轉導向一趟鉆技術。通過持續(xù)攻關探索，形成了順北超深井快速鉆井技術，鉆井周期由前期460 d，逐步縮短至200 d以內，支撐了順北油氣田高效勘探開發(fā)。

3.2.3 安全高效完井測試技術

順北油氣田奧陶系油氣藏為超深、高溫、高破裂壓力和強腐蝕的斷控縫洞型油氣藏，完井工程面臨裸眼完井井壁易坍塌、高溫腐蝕環(huán)境苛刻、超深井資料錄取難度大等難題。針對裸眼井壁易坍塌的難題，推廣裸眼井壁支撐完井工藝，配套研發(fā)耐酸易鉆磨鋁合金襯管，滿足有效支撐井壁、方便后期側鉆的雙重需求，生產期間井筒穩(wěn)定有效保障油氣通道暢通；針對傳統(tǒng) CaCl2鹽水體系超過 130 ℃高溫保護效果差的難題，研發(fā)適用于130～210 ℃、酸性工況的NaCl-NaBr新型環(huán)空保護液，室內腐蝕速率小于等于0.05 mm/a，有效保障高溫CO2-H2S環(huán)境下管柱安全；針對超深水平井及大斜度井難以開展正常測井作業(yè)的難題，通過改造引進超長9 000 m連續(xù)油管，采用連續(xù)油管穿電纜及儀器硬連接方式解決儀器輸送工藝難題，配套升級高溫高壓生產測井儀器，最大測深8 808 m，為單井下步措施及動態(tài)儲量提供了科學依據；針對采用常規(guī)試井方法解釋順北斷控縫洞型油藏存在明顯局限性的難題，通過建立縫洞型油藏試井新模型[65]，實現利用試井解釋縫洞體積和高效產能預測，為儲量評價及資料解釋提供了高效手段。

3.2.4 超深層斷控縫洞體儲集體改造技術

順北斷控縫洞型油氣藏縱橫向分隔性強，常規(guī)完井難以建產。針對斷控縫洞型儲集體地質特點，配套形成針對性改造技術：①近解遠疏酸壓溝通技術。對裂縫型儲集層重漿漏失井污染重的難題，基于酸蝕蚓孔擴展數學模型[66]及酸蝕蚓孔擴展最優(yōu)注入速度[67]，形成膠凝酸近井解堵+交聯酸遠井疏通酸壓工藝，通過酸蝕蚓孔快速穿透污染帶，再大排量泵注高黏交聯酸，形成更高導流能力的通道，實現遠井疏通，疏通范圍為30～60 m，有效解決了漏失污染井的復產、增產問題。②主縫+復雜縫酸壓技術。針對縫洞體內裂縫發(fā)育但連通性差的問題，基于巖石脆性理論及酸液對巖石強度弱化理論[68]，形成主縫+復雜縫酸壓技術，采用壓裂液造主縫、酸液+滑溜水造分支縫擴大改造范圍，激活更多天然裂縫，實現對體內連通性差的異常體的高效動用。③斷控縫洞型油藏暫堵分段酸壓技術。針對斷控縫洞型油藏井周存在多套儲集體，籠統(tǒng)酸壓難以高效動用的難題，基于復合暫堵轉層理論[69-70]，形成了該類油藏水平井暫堵分段酸壓技術，暫堵能力達到20 MPa，實現暫堵軟分段2～3段，增加了井周不連通儲集體的動用能力，提高增產效果。

4 順北油氣田勘探開發(fā)挑戰(zhàn)與對策

“十三五”期間順北油氣田的勘探開發(fā)實踐表明，環(huán)滿西邊緣已形成塔北—順北—順南整體連片含油氣的格局，整體為富油氣區(qū)帶，具有巨大的勘探開發(fā)潛力。加強基礎地質研究，不斷夯實資源基礎、拓展勘探領域，加強地球物理技術攻關，不斷提高超深層復雜地質目標的預測精度，加強“三超”（超深、超高溫、超高壓）條件下的油氣藏的高效開發(fā)技術對策和配套的工程技術攻關，是“十四五”期間順北油氣田實現持續(xù)規(guī)模增儲建產的重要保障。

4.1 夯實資源基礎與拓展勘探領域中面臨挑戰(zhàn)與對策

順北地區(qū)超深層源儲發(fā)育和成藏富集規(guī)律、主干斷裂帶內部結構描述、低序級斷裂及縫洞體成像與表征等是夯實資源基礎、拓展勘探領域面臨的重要問題。

前期研究明確順北地區(qū)發(fā)育玉爾吐斯組優(yōu)質烴源巖和多期活動的走滑斷裂，提出斷裂發(fā)育特征及活動性控制儲集體發(fā)育規(guī)模、空間結構和通源性等重要認識，有效指導了該區(qū)的勘探開發(fā)實踐[17-19]。隨著勘探開發(fā)在順北地區(qū)多條斷裂帶展開，鉆井揭示油氣藏相態(tài)變化大、不同斷裂帶油氣富集程度有差別、同一斷裂不同部位油氣水賦存特征和鉆井產能有差異，表明該區(qū)源儲發(fā)育條件和成藏富集規(guī)律仍需進一步研究。玉爾吐斯組烴源巖區(qū)域范圍內的巖相、有機相和差異生烴過程，不同斷裂帶間油氣差異成藏和次生轉化過程需要深化研究。中下奧陶統(tǒng)在順北油氣區(qū)也發(fā)育相對深水沉積相區(qū)的烴源巖[24,71]，是否有現實供烴意義也需要持續(xù)關注。另一方面，不同斷裂間和同一斷裂帶不同部位的斷裂裂縫體系展布規(guī)律、斷裂-流體耦合作用機制、應力場背景下的儲集層物性變化規(guī)律仍不十分明確。鉆井還揭示在順北地區(qū)寒武系—奧陶系內幕發(fā)育其他類型儲集體，針對性的儲集層成因、分布規(guī)律和成藏評價研究也有待深入開展。

前期基于斷裂與儲集體發(fā)育特征的認識，探索形成了一系列適用性的地球物理方法技術，有效支持了前期的勘探開發(fā)[50]，但仍存在技術難題制約勘探評價的進一步深入。目前，主干斷裂帶間的低序級斷裂及相關縫洞儲集體的識別和預測還相對薄弱；順北 5號斷裂帶以西，由于二疊系火山噴發(fā)巖和中上奧陶統(tǒng)侵入巖的屏蔽影響，走滑斷裂及縫洞儲集體精準識別和預測還有一定困難；順北12號斷裂帶以東，地表沙丘變化幅度大，前期地震資料信噪比偏低，主干斷裂內部和主干斷裂間低序級斷裂及縫洞體成像還不能滿足儲集體精準預測與評價的需求。結合勘探開發(fā)實踐，持續(xù)完善走滑斷裂帶內部結構及其儲集體空間非均質性描述與表征技術，對提高靶點預測準確性，提升勘探開發(fā)效率至關重要。

4.2 斷控縫洞型油氣藏高效開發(fā)建產面臨挑戰(zhàn)與對策

順北油氣田不同區(qū)塊的油氣藏開發(fā)所處階段不同，面臨難題與挑戰(zhàn)也不同。

順北一區(qū)已建成百萬噸產能，目前面臨儲量動用程度低、能量保持程度低、注水困難及井筒完整性差等問題。需要進一步深化油藏認識，加快縫洞表征與內部結構連通性攻關，摸清儲量動用狀況，優(yōu)化構建注采井網，優(yōu)化注水方案，加快側鉆井為主的新井部署，提高儲量動用程度，保障穩(wěn)產。

順北二區(qū)4號、8號斷裂帶已經獲得油氣突破，如何高效推進勘探開發(fā)一體化評價、實現“少井高產、多控長穩(wěn)”目標是面臨的主要挑戰(zhàn)。根據斷裂構造及其控儲控藏特征，摸清不同分段縫洞體發(fā)育特征，開展凝析氣藏流體相態(tài)、不穩(wěn)定試井分析方法、產能評價、開發(fā)方式等基礎研究，平面分段、縱向深淺結合，優(yōu)化構建注采井網，探索一井多靶，提高儲量動用與單井產能，優(yōu)化開發(fā)方案，加快油氣藏分布規(guī)律與儲量規(guī)模評價[72]。

順北三區(qū) 5號斷裂南段發(fā)育典型的復合地塹構造樣式[16,20]。通過前期持續(xù)攻關與勘探實踐，認識到近井裂縫流動特征明顯，遠端物性變差，供給能力不足，是前期測試難獲高產穩(wěn)產的主要原因。開展斷裂構造運動學特征及其控儲控藏機制、規(guī)模儲集體與油氣水分布規(guī)律研究，加強規(guī)?？p洞體內部連通關系表征，精細設計井軌跡，實現一井多控提高儲量動用規(guī)模。

4.3 超深層高溫高壓油氣藏工程技術面臨挑戰(zhàn)與對策

“十三五”期間，奧陶系破碎地層易坍塌，定向儀器耐溫不足，提速工藝單一，儲集層漏失污染地層等問題仍未充分解決，下步需加強“三超井”（超深、超高溫、超高壓）配套工程工藝技術研發(fā)攻關及引進力度，開展一趟鉆提速、隨鉆提承壓、控壓鉆井技術，進一步縮短鉆井周期，降低井控風險，加快勘探節(jié)奏，降低工程成本。隨著順北油氣田勘探開發(fā)向更深層推進，需開展順北井身結構簡化配套技術、順北超深斷溶體油藏分支井鉆完井技術、防氣侵鉆井液技術、超深斷溶體儲集層保護技術、油套管輕量化等研究。形成井身結構簡化配套技術、滿足鉆深7 000 m負荷鉆機施工、單井產能不小于100 t/d、順北氣區(qū)鉆井周期縮短50%。

順北油氣田不同斷裂帶地層條件（超深、高壓、高溫）差異性大，高效勘探開發(fā)配套工程技術缺乏基礎研究；亟需開展地層壓力預測、儲集層應力分布規(guī)律、儲集層傷害機理、工程地質一體化風險預測研究。明確各斷裂帶地應力特征、三壓力縱橫向分布規(guī)律以及儲集層損害主控因素，完善一體化風險預測技術，為工程技術優(yōu)化提供理論基礎，支撐油氣藏高效勘探開發(fā)。

5 結語

順北油氣田的發(fā)現及有效動用對深層—超深層勘探開發(fā)實踐具有重要的啟示意義。

持續(xù)深化基礎地質研究為實現勘探突破夯實了理論基礎。針對超深層海相碳酸鹽巖層系成烴、成儲等基礎地質問題，基于野外、鉆井、地震等資料，持續(xù)開展研究攻關，進一步明確了主力烴源巖展布范圍和生烴演化過程，為勘探戰(zhàn)略選區(qū)提供了依據。在勘探實踐中發(fā)現規(guī)模儲集層沿斷裂帶發(fā)育的特點，加強走滑斷裂幾何學、運動學等基礎研究，形成走滑斷裂帶控儲控藏新認識，促使勘探思路由在大型古隆起、古斜坡尋找不整合巖溶型碳酸鹽巖油氣藏向在具有原地烴源供給的構造低部位探索走滑斷裂帶轉變，實現了順北超深層斷控縫洞型油氣藏的系列發(fā)現。

堅持一體化協(xié)同創(chuàng)新是實現深層、超深層油氣藏有效動用的關鍵。順北油氣田儲集層埋藏深度達7 200～8 800 m，具有超高壓（89～129 MPa）、高溫（160～209 ℃）的特征。通過堅持一體化，地質、物探、油藏、工程全流程、多專業(yè)融合協(xié)同攻關，形成了“帶-斷-面-靶點”四級勘探評價思路，三維地震采集、處理、解釋一體化攻關，建立地表大沙漠區(qū)、多層侵入巖發(fā)育區(qū)，超深斷控縫洞體高精度成像與精細描述技術?？碧介_發(fā)一體化研究和實踐不斷深化油藏特征和富集規(guī)律認識，建立基于地質、工程、經濟一體化的深層勘探目標優(yōu)選與評價決策系統(tǒng)，提高勘探開發(fā)鉆井成功率。通過地質工程全流程一體化攻關，創(chuàng)新并完善超深、高溫、高壓鉆井、測井及完井技術體系，有效解決了目標上部地層可鉆性差、高溫、高壓、高破壓等難題，鉆井周期由前期460 d縮短至200 d左右，2021年相繼打出多口“千噸井”。順北油氣田已建成百萬噸產能建設陣地，實現超深層油氣藏的高效動用。