引用本文
李战奎, 郭明宇, 马金鑫, 刘广明, 张恒, 魏雪莲. 录井技术在渤海油田太古界变质岩裂缝识别中的应用[J]. 录井工程, 2023,34(1): 121-129.
LI Zhankui, GUO Mingyu, MA Jinxin, LIU Guangming, ZHANG Heng, WEI Xuelian. Fracture identification mud logging technology and application to Archean metamorphic reservoirs in Bohai Oilfield[J]. Mud Logging Engineering, 2023,34(1): 121-129.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2023.01.019  
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录井技术在渤海油田太古界变质岩裂缝识别中的应用
李战奎①, 郭明宇②, 马金鑫②, 刘广明①, 张恒①, 魏雪莲①
①中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司
②中海石油（中国）有限公司天津分公司

作者简介：李战奎 高级工程师,1986年生,2009年毕业于中国地质大学（北京）资源勘查工程专业,现主要从事海上油气勘探管理和现场地质录井工作 通信地址：300459 天津市滨海新区海川路2121号渤海石油管理局C座 电话：（022）66502138 E-mail：lizhk@cnooc.com.cn

收稿日期: 2023-02-01
基金: 中海石油（中国）有限公司“七年行动计划”重大科技专项“渤海油田上产4000万吨新领域勘探关键技术”部分研究成果（编号：CNOOC-KJ-135-ZDXM36-TJ-08-TJ）”
摘要

渤海油田对于太古界潜山的勘探开发力度逐步增大,先后发现并开发了JZ 25-1南太古界潜山油气藏、BZ 19-6特大型潜山凝析气藏,有力证实渤海油田太古界潜山具备极高的勘探潜力。太古界潜山岩性以变质花岗岩为主,油气储集空间主要为裂缝,裂缝发育程度对油气藏规模评价影响巨大,所以实现太古界变质岩裂缝的快速识别对勘探作业快速决策具有重要意义。通过研究发现,太古界潜山裂缝研究大多聚焦于变质岩储层的储集空间表征、裂缝表征、控制因素、储层分带和测井评价等方面,缺乏录井技术定量识别裂缝的研究。采用钻井参数曲线交会法、井漏法、岩心观察法、壁心观察法、岩屑微观特征法、薄片鉴定描述法将太古界变质岩裂缝分级描述为米级裂缝、毫米-厘米级裂缝、微米级裂缝、致密段4个级别。其在渤海油田近30口井的成功应用,为潜山油气勘探重大突破起到了关键的作用,对太古界变质岩潜山油气勘探的随钻决策具有重要意义。

关键词: 太古界潜山; 变质岩储层; 裂缝分级; 录井技术; 渤海油田
中图分类号:TE132.1 文献标志码:A
Fracture identification mud logging technology and application to Archean metamorphic reservoirs in Bohai Oilfield
LI Zhankui①, GUO Mingyu②, MA Jinxin②, LIU Guangming①, ZHANG Heng①, WEI Xuelian①
①CNOOC Ener Tech-Drilling & Production Co., Tianjin 300459, China
②Tianjin Branch of CNOOC Ltd., Tianjin 300459, China
Abstract

The exploration and development of the Archean buried hill in Bohai Oilfield has gradually increased, and the Jinzhou 25-1 South Archean buried hill oil & gas reservoirs and Bozhong 19-6 extra-large buried hill condensate gas reservoirs have been discovered and developed successively, which strongly confirmed that the Archaean buried hill in Bohai Oilfield has high exploration potential. The lithology of Archean buried hill is mainly metamorphic granite, and the oil & gas reservoir space is mainly fractures. The development degree of fractures has a great impact on the evaluation of the scale of oil & gas reservoirs. Therefore, the rapid identification of Archean metamorphic rock fractures is of great significance to the rapid decision-making of exploration operations. It is found that the study of Archean buried hill fractures mostly focuses on the characterization of metamorphic rock reservoir space, fracture characterization, control factors, reservoir zoning and logging evaluation, and lacks the study of quantitative identification of fractures by mud logging technology.This paper classifies and describes the Archean metamorphic rock fractures into four categories, namely, meter scale fractures, millimeter-centimeter scale fractures, micron scale fractures and dense segments, through the intersection of drilling parameter curves,lost circulation method, core observation method, wall core observation method, micro-characteristic method of cuttings, and thin section identification description method. The successful application of nearly 30 wells to Bohai Oilfield has played a key role in the major breakthrough of buried hill oil and gas exploration, and is of great significance to the decision-making while drilling of oil and gas exploration in Archean metamorphic buried hill.

Keyword: Archean buried hill; metamorphic reservoir; crack classification; mud logging technology; Bohai Oilfield
0 引言

随着油气勘探不断向纵深发展, 潜山逐渐成为油气勘探的重要领域并取得了勘探突破[1]。近年来国内外勘探实践发现了一大批大型潜山油气藏, 渤海湾盆地在太古界变质岩潜山勘探中也取得了重大成果和突破。渤海海域辽西凸起发现了JZ 25-1南变质岩潜山大型油气田, 辽东湾坳陷兴隆台潜山太古界发现了亿吨级储量规模的大型变质岩潜山内幕油藏, 济阳坳陷埕北地区太古界发育变质岩裂缝型储层, 渤中坳陷BZ 19-6气田储量超千亿立方米, 为渤海湾盆地寻找大型气田指明了新的方向。

太古界变质岩潜山本身缺乏原生储集空间, 储层的形成主要与后期的改造作用有关。变质岩潜山由于岩性复杂、经历构造活动期次多, 以及受不同类型流体改造等原因, 导致其成储过程复杂、控制因素多样, 勘探评价难度大[2]。前人对变质岩储层的研究主要集中在潜山裂缝型储集空间表征、裂缝成因以及对储层的控制作用等方面[3, 4, 5, 6, 7, 8, 9], 大部分研究集中分析地震、地质和测井等资料, 对于录井阶段定量评价储层裂缝技术方法则缺乏系统的研究。

笔者依据渤海湾盆地太古界变质岩潜山岩屑、壁心、岩心、薄片鉴定及钻井参数资料对渤海油田太古界变质岩裂缝型储层进行研究分析, 建立了录井裂缝评价方法, 从宏观到微观对裂缝储层进行全方位评价, 为渤海油田太古界变质岩潜山储层评价及油气测试决策提供资料支持, 同时也对国内其他地区变质岩潜山储层的勘探评价具有现实指导意义。

1 区域地质概况

渤海湾盆地太古界地层自形成至今经历了多期构造运动, 受后期改造作用影响, 内部缝、洞相对发育, 为油气储存提供了相对丰富的储集空间。太古界变质岩基底经历了太古代至中生代十分复杂的构造演化, 演化阶段大致分为5个阶段：太古代-古元古代变质结晶基底形成、中-新元古代拗拉槽发育、早古生代被动大陆边缘海盆、晚古生代汇聚型克拉通盆地、中生代陆内断陷盆地[10, 11]。盆地海域部分又经历新生代裂陷, 裂后热沉降后又发生了新构造运动。

渤海油田钻遇太古界潜山变质岩的区域主要位于辽东湾坳陷辽西低凸起构造带, 渤中坳陷渤南低凸起构造带、渤中凹陷西南部BZ 19构造, 埕宁隆起沙垒田凸起曹妃甸构造。实钻岩屑、壁心、岩心资料显示, 太古界潜山岩性复杂多样, 变质岩以花岗片麻岩和混合花岗岩为主, 局部见岩浆岩侵入体, 其中基性侵入岩为辉绿岩、中性侵入岩为闪长玢岩、酸性侵入岩为花岗斑岩。

2 太古界变质岩多尺度裂缝录井识别方法

目前, 对变质岩储层裂缝的识别与预测一直是具有挑战性的业界难题, 以往潜山油气藏裂缝的识别与预测方法比较单一, 多从地震、测井等手段去预测或识别裂缝, 评价效果难免受技术限制影响[12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22]。地震预测虽然为钻前预测方法, 但往往与实钻结果有些误差。测井技术为钻后评价, 难以保障评价的时效性, 且主要利用电成像测井作为最有力的裂缝识别手段, 其成本较高, 在成像资料有限的情况下利用常规测井资料识别裂缝也一直是测井技术的难题[23]。为了能够准确识别太古界变质岩潜山储层裂缝发育情况, 通过分析现场录井资料, 包括钻井参数、岩心、壁心、岩屑及薄片鉴定资料, 将太古界变质岩潜山裂缝分为米级裂缝、毫米-厘米级裂缝、微米级裂缝及致密段4个级别, 总结各个裂缝所对应的录井评价方法, 进而实现了录井过程中定量化识别太古界潜山储层发育情况, 为储层评价和油气发现提供理论依据。

2.1 米级裂缝储层录井评价方法

米级裂缝是渤海油田太古界变质岩潜山最高级别裂缝, 伴生次级微小缝, 属于潜山最优质储层。米级裂缝发育井段多具井段长、裂缝密度大、次级裂缝发育、储层联通性好、漏失风险高的特点, 钻进过程中参数响应明显, 具有钻压“ 放空” 现象。

2.1.1 钻时与钻压交会法

钻井过程中, 工程参数可第一时间反映井底岩性和储层变化。对于太古界潜山, 岩石硬度和强度高, 钻速一般较慢, 通常为2~10 m/min, 由于目前太古界潜山使用提速工具, 工程参数上扭矩变化较小, 钻压和钻时对裂缝响应较好。

在相同工程因素影响条件下, 太古界变质岩储层钻进过程中, 钻时和钻压可以反映变质岩裂缝发育程度。钻压低、钻时小, 证明储层裂缝发育, 为储层发育段; 反之钻压高、钻时大, 证明储层裂缝不发育, 为致密层, 需结合油气显示, 确定油层解释段。目前的录井参数可以实现采集间距为0.2 m, 对于裂缝发育的深度刻画更加准确。因此, 通过利用钻时与钻压交会, 第一时间判断储层裂缝发育情况及发育井段, 实现米级裂缝的精细刻画和识别。如图1所示, 钻压与钻时曲线交会, 交会图中黄色充填面积越大, 证明裂缝越发育, 反之裂缝不发育。

图1 渤海油田某井钻压与钻时曲线交会识别裂缝

2.1.2 井漏法

井漏是一种比较常见的钻井工程事故, 根据井漏发生的剧烈程度, 可以分为渗漏、小漏、大漏以及钻井液失返[24]。太古界潜山井漏是裂缝发育最直接的表征之一, 发生井漏的前提条件是漏失通道和漏失空间, 变质岩潜山的漏失通道和漏失空间只能是裂缝及孔洞。通过对渤海油田太古界潜山漏失与测试日产统计（表1）发现, 产能好的储层, 一般都会有明显井漏, 特别是高产层井漏更多, 例如CFD-M 2井单井漏失4 845 m3。对于潜山储层, 钻井液漏失表明地层中有宽大裂缝存在, 裂缝延展性好, 储集空间大, 能够容纳较多的钻井液, 也是潜山井油气高产的关键所在, 两者之间具有一定的相关性。

表1 渤海油田太古界潜山漏失与测试日产统计

依据钻进过程中的钻井参数变化及井漏情况, 可以准确判断潜山井漏裂缝发育段, 这类裂缝多为米级裂缝, 识别度较高, 钻井参数上存在较为明显的钻压和扭矩低, 钻时小, 工程上称为“ 放空” 现象（图2）。

图2 M 1井潜山钻进时钻压“ 放空” 现象

2.2 毫米-厘米级裂缝储层录井评价方法

毫米-厘米级裂缝是米级裂缝的次级裂缝或小构造缝, 属于太古界变质岩潜山优质储层, 这类裂缝多为半充填-充填缝, 故可在岩屑和壁心观察中发现。

2.2.1 岩屑微观特征法

岩屑录井是认识地层岩性的重要手段之一, 也是地质录井的主要任务之一[25]。太古界变质岩潜山地层岩石骨架硬度高, 受钻头破碎后不易被二次改造, 钻进返出岩屑多具有良好的原岩结构。通过岩屑观察、充填物及显微镜下观察等, 判断潜山裂缝发育程度, 特别是方解石晶体、黄铁矿和石英晶体等矿物的存在, 证明地层中发育宽度较大的裂缝空间, 能够反映毫米-厘米级别, 晶体越大, 证明裂缝宽度越大, 部分开启裂缝中由于油气流体运移活跃可见沥青质团块。渤海油田BZ 19-M6井在裂缝发育井段见晶型良好的方解石晶体、石英晶体或石英晶簇、黄铁矿颗粒等, 在裂缝段可见沥青质团块（图3）。

图3 渤海油田BZ 19-M6井裂缝岩屑表征

2.2.2 壁心观察法

壁心资料是油田勘探、评价中重要的参考资料, 通过壁心可以直观地进行岩性、油气显示判断。随着渤海油田勘探向中深层推进, 壁心在疑难层岩性鉴别、可疑层油气判别、储层孔渗分析、潜山储层裂缝、溶孔发育识别等方面都发挥着重要作用[26, 27]。

通过对壁心直观观察, 记录裂缝充填、缝宽、裂缝密度、含有物等地质信息, 能够准确识别毫米-厘米级裂缝, 为储层评价提供依据。渤海油田的BZ 26-X2井3 372 m壁心可见数条裂缝, 缝宽1~6 mm, 显微镜下可见数条0.1~1 mm裂缝（图4）。

图4 渤海油田BZ 26-X2井3 372 m壁心

2.3 微米级裂缝储层录井评价方法

米级裂缝和毫米-厘米级裂缝一般发育规模较大, 井壁分布密度较大, 可依据成像测井进行识别, 而微米级裂缝由于裂缝宽度极小, 多为充填缝, 无法实现测井识别, 只能依据录井资料进行分析, 录井对微米级裂缝评价主要依靠岩石薄片鉴定描述法。岩石薄片鉴定技术在鉴定岩性的同时可以通过偏光薄片精细分析, 对岩屑中裂缝发育情况、充填情况等微观特征进行识别[28]。

在微米级裂缝发育的岩石薄片中可见暗色矿物绿泥石化（图5a）、有机质或泥质充填（图5b）、流体包裹体等, 这为薄片鉴定判断裂缝储层提供了依据。渤海油田太古界变质岩潜山微米级裂缝多为充填缝, 连通性较差, 以BZ 19-M7井微米级岩心薄片鉴定为例, 岩石主要由长石+石英+角闪石组成, 整体见明显蚀变特征, 长石多为微斜长石和斜长石, 呈“ 他” 形结构, 表面较脏, 部分黏土化（图5c）; 石英呈“ 他” 形结构, 碱性长石及石英之间可见少量角闪石; 角闪石呈“ 他” 形镶嵌于半自形斜长石中, 镜下见多条裂隙发育, 充填泥质+沥青质（图5d）。

图5 BZ 19-M7井岩石薄片鉴定见微米级裂缝

2.4 裂缝分级描述

综合上述各裂缝评价方法, 将太古界变质岩潜山裂缝分级描述（表2）, 其中米级裂缝、毫米-厘米级裂缝分别对应Ⅰ 、Ⅱ 类裂缝类型, 是优质裂缝储层, 储层发育厚度大, 联通性好, 是油气高产的基础。结合岩心裂缝发育情况及测井等资料对裂缝识别结果进行验证, 证实太古界变质岩多尺度裂缝录井随钻识别方法能够定量评价裂缝发育, 可在钻井过程中进行应用。

表2 太古界变质岩潜山裂缝分级
3 应用分析

通过渤海油田近30口井的成功钻探, 证实了太古界变质岩裂缝发育, 含油气丰度高, 取得了油气勘探的重大突破, 现场录井对潜山储层裂缝的精细识别和判断发挥了关键的作用。在渤中X构造太古界潜山油田发现过程中, 通过随钻录井精细识别裂缝发育段和致密段, 对潜山加深钻探和油气层判断起到关键作用。以BZ-X 2井为例, 通过随钻录井对裂缝的识别, 最终测试获得高产。

BZ-X 2井从井深3 750 m进入太古界花岗片麻岩, 本文重点分析3 776~4 060 m井段潜山地层随钻录井裂缝识别的情况, 从上到下累计分段, 重点选择下面4个裂缝段和1个致密段说明随钻过程中如何进行储层裂缝精细识别（图6）。

图6 BZ-X 2井录井分析

（1）井段3 776~3 784 m, 岩性为花岗片麻岩, 通过钻时与钻压曲线交会形态, 初步确定该8 m为裂缝发育段, 且3 776 m发生井漏, 总漏失钻井液40 m3, 证实该段裂缝发育并开启。通过岩屑薄片鉴定微裂缝发育, 裂缝宽度主要集中在0.05~0.1 mm, 半充填, 长石蚀变严重（图7a）, 壁心观察主要为油斑花岗片麻岩, 毫米级裂缝发育, 呈网状分布, 见少量溶蚀孔, 裂缝面见原油（图7b）。录井随钻综合判断为裂缝发育段, 测井成像资料解释平均3.7条/m, 裂缝未被充填, 综合解释为油层。

图7 BZ-X 2井壁心、岩屑及薄片资料

（2）井段3 820~3 859 m, 岩性为花岗片麻岩, 通过钻时与钻压曲线交会, 初步确定该39 m为裂缝发育段。通过岩屑微观特征观察, 岩屑风化严重, 表面见原油（图7c）, 岩屑薄片鉴定微裂缝发育（图7d）, 裂缝宽度主要集中在50~100 μ m, 局部有100~200 μ m的溶蚀孔洞, 未充填, 长石蚀变严重。壁心观察主要为油斑花岗片麻岩, 毫米级裂缝发育, 呈网状分布, 见少量溶蚀孔, 裂缝面见油斑。录井随钻综合判断为裂缝发育段, 测井成像资料解释平均2.5条/m, 裂缝未被充填, 综合解释为油层。

（3）井段3 874~3 954 m, 岩性为花岗片麻岩, 通过钻时与钻压曲线交会, 初步确定该80 m为裂缝发育段, 且井深3 886 m发生井漏, 总漏失钻井液6 079 m3, 证实该段裂缝发育, 开启程度高。通过岩屑微观特征观察, 岩屑风化严重, 镜下可见毫米级裂缝（图7e）。壁心观察主要为油斑花岗片麻岩, 毫米级裂缝发育, 最大裂缝宽度2 mm, 见少量溶蚀孔, 裂缝面见油斑。录井随钻综合判断为裂缝发育段, 测井成像资料解释平均2.9条/m, 裂缝未被充填, 综合解释为油层。

（4）井段3 994~4 023 m, 岩性为花岗片麻岩, 通过钻时与钻压曲线交会, 初步确定该29 m为裂缝发育段。通过岩屑微观特征观察, 岩屑风化严重, 镜下可见毫米级裂缝（图7f）, 壁心观察主要为油斑花岗片麻岩, 毫米级裂缝及溶蚀孔发育, 见气泡及少量原油渗出, 裂缝面见油斑。录井随钻综合判断为裂缝发育段, 测井成像资料解释平均2.8条/m, 裂缝未被充填, 综合解释为油层。

（5）井段4 039~4 060 m, 岩性为花岗片麻岩, 钻时与钻压曲线未交会, 初步确定为致密段。通过岩屑微观特征观察, 岩屑致密, 镜下裂缝不发育（图7g）。壁心观察主要为花岗片麻岩, 无显示, 岩性致密, 未见明显裂缝。录井随钻综合判断为致密段, 测井成像资料解释裂缝不发育, 综合解释为干层。

通过录井与测井成像计算的储层裂缝密度、壁心裂缝发育程度等对比, 录井随钻过程中对储层裂缝发育情况的精准识别对应较好, 证实了基于录井资料定量评价储层裂缝发育情况的准确性。通过多口太古界变质岩潜山井的应用, 录井随钻过程中精准识别储层裂缝发育情况, 结合含油气情况, 准确判断了潜山油气藏的厚度和规模, 对潜山油气显示判断和决策起到了关键作用。

4 结论

利用钻井参数曲线交会法、井漏法、岩心观察法、壁心观察法、岩屑微观特征法、薄片鉴定描述法, 将太古界变质岩裂缝定量评价为米级裂缝、毫米-厘米级裂缝、微米级裂缝、致密段4个级别, 建立了太古界变质岩多尺度录井随钻识别方法, 实现了录井过程中定量化识别太古界潜山储层发育情况。

通过在渤海油田近30口井的成功应用, 精准评价了太古界变质岩裂缝发育情况, 结合含油气情况, 准确判断潜山油气层厚度, 为潜山测试和完钻深度决策提供关键依据, 因而具有重要意义。

(编辑 卜丽媛)

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