第一章 绪论
位于我国西部、新疆维吾尔自治区南部的塔里木盆地，地理坐标为东经74°00′～91°00′，北纬36°00′～42°00′，面积为56×104km2。盆地介于南天山和西昆仑山两大山系之间，周边被库鲁克塔格、柯坪、铁克里克、阿尔金次一级山系所环绕。
塔里木盆地作为我国*大的陆上含油气盆地，经历了加里东、海西、印支、燕山、喜马拉雅5个构造旋回，以及（寒武纪—中奥陶世克拉通盆地、晚奥陶世—中泥盆世周缘前陆盆地-陆内拗陷盆地、晚泥盆世—早二叠世克拉通内拗陷盆地、中-晚二叠世大陆裂谷盆地、三叠纪周缘前陆盆地-陆内拗陷盆地、侏罗纪—白垩纪陆内断陷-拗陷盆地、新生代陆内前陆盆地）7个构造演化阶段的演化，*终形成由前震旦纪基底、古生代克拉通原型盆地与中、新生代前陆盆地叠置的多旋回沉积盆地。塔里木盆地内油气资源丰富，勘探领域众多，是我国油气勘探*为重要的盆地之一。
塔里木盆地油气勘探始于1952年的中苏石油股份公司，至今已有近70年的历史，已先后在两大领域（碳酸盐岩、碎屑岩）、三套层系（中新生界、上古生界、下古生界）发现油气田41个，成为我国*大的天然气产区和中国海相油气资源的主产区。其中，针对下古生界海相碳酸盐岩的油气勘探自1984年沙参2井喜获高产工业油气流，日产油1000m3、日产气200×104m3，发现了雅克拉凝析气田，实现了我国海相碳酸盐岩的首次重大突破之后，针对塔里木盆地下古生界海相碳酸盐岩油气勘探不断取得突破，1987年到1989年2月轮南1井、轮南2井、英买1井先后获得高产工业油气流，特别是1997年7月，沙46井、沙48井先后获高产工业油气流，发现了塔河亿吨级海相整装大油田，标志着塔里木盆地油气勘探进入了新的阶段。
进入21世纪，伴随着理论认识的不断提高和勘探技术的不断进步，针对塔里木盆地海相碳酸盐岩的油气勘探不断取得进展和突破。中石化西北油田分公司在系统总结前人已有勘探成果的基础上，重视基础研究、强化技术攻关、加大勘探力度，于2016年8月29日宣布在塔里木盆地顺北地区奥陶系海相碳酸盐岩油气勘探取得重大商业发现，发现了奥陶系大油气田，资源量达到17×108t（油当量），其中石油为12×108t，天然气为5000×108m3。这一重要发现，是中石化西北油田分公司针对塔里木盆地40年勘探积累基础上的重大突破，实现了从沙参2井潜山类型到塔河喀斯特岩溶缝洞型再到顺北特深断控缝洞型新类型的重大转变，也是在困境中坚持勘探、在勘探中大胆探索、在探索中转变思路、在思路转变中技术创新的结果。同时，也再次证明了塔里木盆地深层、超深层海相碳酸盐岩巨大的勘探潜力和良好的勘探前景。
第一节 顺北油气田概况
顺北油气田位于塔里木盆地中北部，构造位置上位于塔里木盆地顺托果勒低隆一级构造单元，覆盖顺北缓坡、顺托低凸、顺东缓坡3个二级构造单元。东西紧邻满加尔拗陷、阿瓦提拗陷两个一级构造单元（图1-1）。构造面貌东西方向上为一个鞍部隆起，南北方向为中间低南北高的鞍部拗陷。为一个典型的“马鞍状”构造形态。
顺北油气田自下而上发育基底、南华系（Nh）、震旦系（Z）、寒武系、奥陶系（O）、志留系（S）、泥盆系（D）、石炭系（C）、二叠系（P）、三叠系（T）、白垩系（K）、古近系（E）、新近系（N）、第四系（Q），其中志留系中上统、泥盆系中下统、石炭系上统、二叠系下统和上统、侏罗系、白垩系上统、古近系库姆格列木群存在不同程度的缺失，其余地层发育齐全。
顺北油气田面积为28×104km2，顺北油区勘探面积为19.9×104km2，顺南气区勘探面积为8000km2 （图1-2）。该油气田包含6个区块，其中含油的为北部4个区块，顺北1、3、4区主要资源为轻质油，顺北2区为凝析气藏，南部顺南1、2区主要为干气藏。
通过勘探证实，顺北油气田是塔里木盆地一种新的油气藏类型，它主要受超深走滑断裂带控制，其储集体主要是走滑断裂活动形成的断裂带空腔和缝洞复合体，主要封挡条件为断裂两侧的奥陶系致密碳酸盐岩和顶部的桑塔木组泥岩，断裂带的主要活动期为海西早期之后至喜马拉雅晚期。鉴于油气藏的特殊性，结合断裂控制储层发育、控制油气藏分布、控制油气藏富集的“三控”特征，将这类新的油气藏命名为“超深断控缝洞型油气藏”。
2017年以后，顺北油气田由1号断裂带向外围甩开部署，截至2019年底，顺北油气田已经评价了顺北1、顺北5、顺北7三个一级主干断裂带和顺北2、顺北3两个次级断裂带，均全部获得工业油气。截至2019年底，顺北油气田累计提交探明石油储量9.903×108t，天然气3430×108m3，合计油气当量12.842×108t。累计产油1580×104t，形成年产油820×104t的生产能力，成为中石化西北油田分公司走出塔河之后发现的又一个规模油气富集区（图1-2）。
第二节 顺北油气田的勘探过程
顺北油气田发现之前，塔里木盆地下古生界海相碳酸盐岩已经有了大规模的油气发现。一是1984年9月22日沙参2井在塔北沙雅隆起上的奥陶系白云岩中钻遇高产工业油气，揭开了塔里木盆地油气勘探新的篇章，掀起了围绕古潜山圈闭的勘探热潮经过近十年的勘探，围绕古生界潜山，发现了潜山奥陶系、石炭系，以及三叠系、侏罗系、白垩系、古近系等多个含油气层系，发现一批中小型油气藏（田）。二是针对位于阿克库勒凸起的古生界潜山，1996年部署了沙46井，于1997年2月钻获高产油气，同年部署了沙47、沙48两口井，分别钻获高产稳产油气，宣告塔河奥陶系油气田的发现。不同于沙参2井揭示的古潜山油气藏，塔河油田的奥陶系以海西早期岩溶为主，叠加加里东中期岩溶控制的岩溶缝洞型油气藏。这种油气藏储层发育分布极其不规则，钻进过程中常常钻遇放空、漏失，油气藏具有蜂窝状分布，整体连片，沿奥陶系地层展布，呈现为表生岩溶带、垂直渗流带、水平潜流带和深部缓流带4层岩溶模式，油气水分布在相互独立的缝洞单元中，不同构造部位均有油、水产出，没有统一的油水界面。通过10年的勘探评价，基本探明了塔河油田，发现油气藏性质具有从南东向北西，具有凝析油气—轻质油气、正常中质油—黑油、稠油—高黏稠油逐渐过渡分布的规律性。
塔河油田奥陶系岩溶缝洞型油气田的快速探明，在勘探地质认识上取得了长足的进展，形成了海相碳酸盐岩油气成藏理论和勘探理论：
（1）来自满加尔拗陷的寒武系—奥陶系优质烃源岩长期生烃、多期排烃为塔河奥陶系碳酸盐岩油气成藏提供了雄厚的物质基础。
（2）海西早期运动形成的古隆起（古凸起）、古斜坡长期发育，是油气运移、聚集成藏的有利部位。
（3）加里东期、海西期多期大气淡水岩溶（喀斯特）是奥陶系岩溶储层的主要形成期，后期经历了多期岩溶改造。
（4）印支期以来多期构造运动调整改造，形成了塔河复式油气田。多期岩溶及构造破裂作用是控制奥陶系碳酸盐岩储集体发育和油气富集*为重要的因素。
“十二五”以来，中石化西北油田分公司在塔里木盆地整体评价的基础上，不断创新勘探思路、加大勘探力度，持续向塔河深层、顺北、顺托—顺南展开，相继落实了顺北、顺南—顺托、塔河深层3个亿吨级增储上产区带。总结顺北油气田的勘探历程，大约可以分为4个阶段，分别是跃参区块勘探的重要启示，顺南4井、顺南5井在断裂带上的预先突破，顺托1井勘探成功的重要启示，以及顺托1号带油气的发现与评价。
一、跃参区块勘探的重要启示
面对勘探遇到的困境，中石化西北油田分公司加大了对全盆地基础石油地质的深入研究和精细解剖认识，通过系统编制各层系构造演化图、沉积相平面分布图，首次明确了塔里木盆地寒武系主力烃源岩玉尔吐斯组，在西部台地区也有较好的分布（图1-3）。经过对烃源岩的再认识，认为塔里木盆地北部地区仍然是全盆地*有利的油气聚集区，已经发现的油气田，包括塔河油田在内，均位于有利的寒武系玉尔吐斯组烃源岩发育区内。根据这一成果，再一次认识到塔里木盆地北部地区具有雄厚的烃源岩条件，原来认为的塔河地区的原油来自满加尔拗陷的认识得到修正，即本地烃源岩为油气成藏做出了重大贡献。
为了验证这一认识，中石化西北油田分公司于2011年对跃参1号勘探区块进行了三维全覆盖部署，当年采集当年处理，当年完成解释，并于2012年部署了YJ1X、YJ2X、YJ3X三口预探井。
YJ1X井于2012年12月6日3mm油嘴自喷生产，获日产原油58.99m3，不含水，日产天然气9205m3，气油比为156∶1。YJ2X井于2012年12月18日2mm油嘴自喷生产，获日产原油24.36m3，不含水，日产天然气6251m3，气油比为257∶1。随后针对跃参1号区块中部断块区断裂附近部署的YJ3X井，2013年6月30日进行裸眼常规完井试油，获日产原油67.49m3，折日产气2.146×104m3（图1-4）。
在跃参区块油气勘探取得突破后进行系统总结认为，一是巨厚上奥陶统覆盖区的中下奥陶统碳酸盐岩仍然发育裂缝-洞穴型储集体，二是油气来自下寒武统烃源岩，以晚期成藏为主。
这两点认识对塔河之外的勘探思路有重要启发，众所周知，塔河岩溶缝洞型油藏的储集体是岩溶缝洞，油气是海西晚期成藏并以侧向运移为主，进一步对跃进井区油藏进行评价时，发现两个现象：一是沿主干断裂油质较轻，离主干断裂越远，油质越重；二是油气柱厚度大，不受南北构造高低的影响，油气以纵向运移为主。这一认识进一步明确了断裂活动在油气成藏中的重要作用。
通过大量的盆地基础研究工作，对顺托果勒低隆地区的油气地质认识越来越清晰，归纳起来主要有3点：一是油气来源于原地寒武系玉尔吐斯组；二是油气主要沿断裂垂向运移；三是中上奥陶统巨厚覆盖区，中下奥陶统碳酸盐岩仍有规模储层。形成了“立足原地烃源岩、沿深大断裂带寻找晚期形成的原生油气藏”的明确勘探方向和思路，对后续转向断裂带部署评价起到了重要的理论指导作用。
所以，在上述创新认识的基础上，对顺托果勒低隆区进行了重新评价，在2012年大胆甩开从顺托果勒低隆南北两端同时部署了顺北三维、顺南1井三维，并论证部署了顺北1井、顺南4井、顺南5井，主要目的为验证串珠状异常的地质属性，评价北东向断裂带的含油气性，探索顺北—顺南地区油气勘探潜力，由此拉开了顺北—顺南大型油气富集区勘探发现的序幕。
二、顺南4井、顺南5井在断裂带上的预先突破
顺南地区前期已经完钻顺南1井、顺南2井、顺南3井。其中，2012年12月对顺南1井一间房组—鹰山组顶部裸眼段进行携砂酸压获低产油气，折算*高气产量为3.8714×104m3/d，日产油4m3。2013年2月顺南2井、2013年4月顺南3井分别钻遇低级别油气显示，未能实现面上展开突破。
2012年针对断裂带同时部署的顺北1井、顺南4井、顺南5井于2013年7月、8月先后完钻并进行了测试。
2013年7月1日对顺南4井鹰山组进行油管测试获高产气流。油嘴为7mm，孔板为95.25mm，油压为60MPa，折日产气38×104m3，无液，不含水。顺南5井2013年1月14日开钻，2013年8月9日完钻，该井钻至井深7209.8m，立压16.7～23.8MPa，槽面见大量气泡，用2.05g/cm3～1.95g/cm3～2.10g/cm3的钻井液压井，地层漏失，累计漏失泥浆1152.5m3，其间点火火焰高10～15m，持续时间为3h5min，估算无阻流量为121.1×104～165.8×104 m3。
顺北1井于2013年7月24日完钻，中途钻进至鹰山组发生井漏，累计漏失泥浆1374.42m3。完井酸压累计获原油2.57m3，含油1%（原油为墨绿色，密度为0.847g/cm3）。
针对北东向断裂带部署的3口井，均获得不同程度的油气突破。顺南4井在鹰山组、顺南5井在蓬莱坝组获得高产天然气流，进一步揭示出北东向断裂带对晚期油气成藏具有明
展开
