基于可钻性分析及三维地质建模的钻探有利区优选:以雄安新区雾迷山组为例

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.088

现代地质 ›› 2023, Vol. 37 ›› Issue (05): 1398-1410.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.088

基于可钻性分析及三维地质建模的钻探有利区优选:以雄安新区雾迷山组为例

鲁锴¹^,²(), 刘玲¹, 鲍志东²(), 季汉成², 刘金侠³, 李磊², 李晋¹^,², 鲍逸非⁴, 牛博¹, 陈振良⁵, 曹瑛倬², 陈欣怡², 李宗峰²

1.中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院, 北京 102206
2.中国石油大学(北京)地球科学学院, 北京 102249
3.中国石化集团公司新星石油有限责任公司, 北京 100083
4.北京邮电大学理学院, 北京 100876
5.中国石油大学(北京)石油工程学院, 北京 102249

收稿日期:2022-04-01 修回日期:2022-11-07 出版日期:2023-10-10 发布日期:2023-11-14
通讯作者: 鲍志东,男,博士,教授,1964年出生,地质学专业,主要从事沉积和储层地质学、油气成藏与地热资源勘探和评价等方向工作。Email:baozhd@cup.edu.cn。
作者简介:鲁锴,男,博士,助理研究员,1990年出生,沉积学和储层地质学专业,主要从事碳酸盐岩沉积和储层等方面研究。Email:lukai.syky@sinopec.com。
基金资助:
中国科学院A类战略性先导项目“深层海相碳酸盐岩储层发育机理与分布规律”(XDA14010201);国家重点研发计划项目“深部岩溶热储经济高效钻探工艺”(2018YFC0604304)

Favorable Drilling Target Selection Based on Drillability Analysis and 3D Geological Modeling: A Case Study in the Wumishan Formation, Xiong’an New Area

LU Kai¹^,²(), LIU Ling¹, BAO Zhidong²(), JI Hancheng², LIU Jinxia³, LI Lei², LI Jin¹^,², BAO Yifei⁴, NIU Bo¹, CHEN Zhenliang⁵, CAO Yingzhuo², CHEN Xinyi², LI Zongfeng²

1. Petroleum Exploration and Production Research Institute, SINOPEC, Beijing 102206, China
2. College of Geosciences, China University of Petroleum (Beijing), Beijing 102249, China
3. SINOPEC Star Petroleum Co.Ltd., Beijing 100083, China
4. School of Sciences, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China
5. College of Petroleum Engineering, China University of Petroleum (Beijing), Beijing 102249, China

Received:2022-04-01 Revised:2022-11-07 Online:2023-10-10 Published:2023-11-14

摘要/Abstract

摘要：

针对雄安新区深部雾迷山组白云岩地热储层非均质性强和可钻性差等特点,本文基于丰富的钻井、岩心、薄片和测井解释等数据,建立雄安新区各层系岩性测井解释模型,将雾迷山组岩石类型划分为结晶白云岩、颗粒白云岩、微生物白云岩、硅质白云岩和角砾白云岩5类。结合抗压强度、硬度和研磨性等可钻性参数测定结果,将雾迷山组角砾白云岩和柱状叠层石白云岩的可钻性级别归为易钻级,颗粒白云岩和层纹石的可钻性级别归为中钻级,块状泥晶白云岩和硅质白云岩的可钻性级别划为难钻级。利用地质建模技术,建立雄安新区三维地质模型,从而明确研究区各地层展布、岩性分布和可钻性变化的规律。最终圈定牛驼镇凸起和容城凸起为钻进效率最高、钻井成本最低的钻探靶区,高阳低凸起、同口—雁翎低潜山带、任丘低潜山带、牛北斜坡和蠡县斜坡区域为次有利的潜力钻探靶区,而凹陷区地层钻进难度较大且成本较高,为高风险的钻探靶区。该结果可为雄安新区深部岩溶热储的钻井地质设计、工艺优化和效率提高提供参考。

关键词: 雄安新区, 雾迷山组, 三维地质模型, 岩石力学, 可钻性参数

Abstract:

Aiming at the characteristics of strong heterogeneity and poor drillability of deep dolomitic geothermal reservoirs in the Wumishan Formation in the Xiong’an New Area, and based on the abundant drilling, core, thin sections and logging interpretation data, we established the lithologic logging interpretation models for the strata at Xiong’an, and divided the lithologies of the Wumishan Formation into five types, i.e., crystalline dolomite, granular dolomite, microbial dolomite, siliceous dolomite and brecciated dolomite.Combined with the drillability parameters such as compressive strength, hardness and abrasiveness, the drillability of brecciated dolomite and columnar stromatolitic dolomite in the Wumishan Formation are classified as easy-drill level, that of granular dolomite and laminite are classified as medium-drill level, and that of massive dolomicrite and siliceous dolomite are classified as hard-drill level.The 3-D geological model of Xiong’an is established by using geological modeling, to clarify the strata and lithology distribution regularity and drillability variety in the study area.The Niutuozhen uplift and Rongcheng uplift are finally delineated as the drilling target areas with the highest drilling efficiency and lowest drilling cost.Gaoyang low uplift, Tongkou-Yanling low buried-hill zone, Renqiu low buried-hill zone, Niubei slope and Lixian slope are sub-favorable potential drilling targets.The depression areas are the highest risk drilling target due to their high cost and technical challenge.The results provide reference for drilling geological design, technical optimization and efficiency improvement of deep karstic geothermal reservoirs at Xiong’an.

Key words: Xiong’an New Area, Wumishan Formation, 3D geological model, rock mechanics, drillability parameter

中图分类号:

P618.13

鲁锴, 刘玲, 鲍志东, 季汉成, 刘金侠, 李磊, 李晋, 鲍逸非, 牛博, 陈振良, 曹瑛倬, 陈欣怡, 李宗峰. 基于可钻性分析及三维地质建模的钻探有利区优选:以雄安新区雾迷山组为例[J]. 现代地质, 2023, 37(05): 1398-1410.

LU Kai, LIU Ling, BAO Zhidong, JI Hancheng, LIU Jinxia, LI Lei, LI Jin, BAO Yifei, NIU Bo, CHEN Zhenliang, CAO Yingzhuo, CHEN Xinyi, LI Zongfeng. Favorable Drilling Target Selection Based on Drillability Analysis and 3D Geological Modeling: A Case Study in the Wumishan Formation, Xiong’an New Area[J]. Geoscience, 2023, 37(05): 1398-1410.

图/表 14

图1 雄安新区构造单元与地层划分 (a)雄安新区位置及构造单元;(b)雄安新区地层柱状图

Fig.1 Diagram of structural units and strata distribution of the Xiong’an New Area

图2 雄安新区主要层系顶面埋深等值线图 (a)雾迷山组顶面埋深等值线图;(b)古近系顶面埋深等值线图;(c)馆陶组顶面埋深等值线图;(d)明化镇组顶面埋深等值线图

Fig.2 Contour maps of burial depth of major strata in the Xiong’an New Area

图3 雄安新区碎屑岩系岩性测井识别图版[22]

Fig.3 Logging chart of lithology identification of siliciclastic rocks in the Xiong’an New Area[22]

表1 常见碎屑岩强度、硬度分布(据王益民等[24]修改)

Table 1 Distribution of strength and hardness of common siliciclastic rocks (modified from Wang et al.[24])

岩石	单轴抗压强度(MPa)	硬度(MPa)
砾岩	10~150	200~3300
粗砂岩	140
中砂岩	150
细砂岩	185
泥(页)岩	14~60	200~1700

图4 雄安新区及周边雾迷山组岩石类型图版 (a) 灰白色泥晶白云岩,薄-厚层,雾迷山组,蓟县剖面;(b) 灰色泥晶白云岩,鄚14井,4975.84 m,雾迷山组,岩心;(c) 泥晶白云岩,D16井,雾迷山组,1599.54 m,单偏光;(d) 颗粒白云岩,颗粒见箭头,雁33井,雾迷山组,2884.9 m,岩心;(e)砂屑白云岩,砂屑被整体硅化(见箭头),雾迷山组,蓟县剖面,正交光;(f)核形石白云岩,核形石纹层被硅化,雾迷山组,易县剖面,正交光;(g)微生物白云岩,可见纹层由水平状过渡为波状的特征(见红色虚线),D16井,雾迷山组,1802.5 m,岩心;(h)锥-柱状叠层石白云岩,锥-柱状纹层(见黄色虚线),鄚9井,雾迷山组,4176 m,岩心;(i)藻凝块白云岩,雾迷山组,涞水剖面,单偏光;(j)硅质白云岩,硅质格架(黄色虚线)中发育溶孔(见箭头),淀5井,2028.6 m,雾迷山组,岩心;(k)硅质白云岩,裂缝发育,D11井,1639.9 m,雾迷山组,岩心;(l)裂缝角砾白云岩,雁33井,雾迷山组,2936 m,岩心;(m)镶嵌角砾白云岩,雁33井,雾迷山组,2915.3 m,岩心;(n)紊乱角砾岩,雁24井,雾迷山组,3286 m,岩心;(o)洞穴沉积物充填,雾迷山组,蓟县剖面

Fig.4 Photographs showing rock types of the Wumishan Formation in/around the Xiong’an New Area

图5 雄安新区雾迷山组岩性测井识别图版

Fig.5 Logging chart of lithological identification of the Wumishan Formation in the Xiong’an New Area

表2 雄安新区雾迷山组岩石力学测试结果

Table 2 Test results of rock mechanics of the Wumishan Formation in the Xiong’an New Area

岩石样品	抗压强度测试			硬度 (MPa)		研磨性 (λ)
岩石样品	围压 (MPa)	抗压强度 (MPa)		硬度 (MPa)		研磨性 (λ)
块状泥晶白云岩	0	290.0	2054.4 2568.0		10.0
	20	437.0
	40	506.0
角砾白云岩	0	102.0	1811.1 1324.5		6.6
	20	272.0
	40	488.0
柱状叠层石白云岩	0	139.0	1189.4 1297.5		6.5
	20	262.0
	40	364.0
硅质白云岩	0	223.0	3216.8 3162.7		9.7
	20	398.0
	40	584.0
层纹石	0	169.0	2216.6 1621.9		8.6
	20	312.0
	40	551.0

图6 雄安新区雾迷山组岩石可钻性参数测试结果 (a) 抗压强度测试结果;(b) 硬度测试结果;(c) 研磨性测试结果

Fig.6 Test results of rock drillability parameters of the Wumishan Formation in Xiong’an New Area

表3 岩石硬度划分表(据王益民等[24]和尹宏锦[28]修改)

Table 3 Division of rock hardness (modified from Wang et al.[24]and Yin et al.[28])

硬度分类	软	中软	中硬	硬	坚硬	极硬
硬度 (MPa)	≤250	250~ 1000	1000~ 2000	2000~ 4000	4000~ 6000	>6000

表4 地层岩石研磨性分级(据邹德永等[29]和袁军等[30]修改)

Table 4 Abrasiveness distribution of stratigraphy (modified from Zou et al.[29] and Yuan et al.[30])

研磨性指标	分级
λ<2	低(Ⅰ)
2≤λ<4	中低(Ⅱ)
4≤λ<8	中(Ⅲ)
8≤λ<16	中高(Ⅳ)
16≤λ<32	高(Ⅴ)
λ≥32	极高(Ⅵ)

表5 雄安新区雾迷山组可钻性分级

Table 5 Drillability classification of the Wumishan Formation in the Xiong’an New Area

雾迷山组岩性	抗压强度	硬度	研磨性	可钻性分级
柱状叠层石白云岩	Ⅰ	Ⅰ	Ⅰ	易
角砾白云岩	Ⅱ	Ⅱ	Ⅱ	易
层纹石、颗粒白云岩	Ⅲ	Ⅲ	Ⅲ	中
硅质白云岩	Ⅳ	Ⅴ	Ⅳ	难
块状泥晶白云岩	Ⅴ	Ⅳ	Ⅴ	难

图7 雄安新区层面模型

Fig.7 Stratigraphic interface model of the Xiong’an New Area

图8 雄安新区三维地质模型与栅状图 (a)雄安新区三维地质模型;(b)雄安新区岩性分布栅状图

Fig.8 Three-dimensional geological and grid models of lithology distribution in the Xiong’an New Area

图9 雄安新区三维模型切片(切片位置见图1) (a)雄安新区北部东西向A-A’切片;(b) 雄安新区南部东西向B-B’切片;(c)雄安新区西部南北向C-C’切片;(d)雄安新区东部南北向D-D’切片

Fig.9 Three-dimensional model sections of the Xiong’an New Area

参考文献 30

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基于可钻性分析及三维地质建模的钻探有利区优选:以雄安新区雾迷山组为例

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