阿姆河右岸膏鹽巖下碳酸鹽巖縫洞儲層研究

劉合年，吳蕾 曹來勇，劉斌（中石油阿姆河天然氣勘探開發(fā) （北京）有限公司，北京 100011）

1 研究區(qū)概況

阿姆河盆地大部分位于土庫曼斯坦境內(nèi)，東北部和東南部分別屬于烏茲別克斯坦和阿富汗，西南與伊朗相接[1，2]。其中主要的產(chǎn)油氣區(qū)位于土庫曼斯坦和烏茲別克斯坦，盆地西北邊界穿過卡拉庫姆隆起，北接克孜勒庫姆隆起；東部以吉薩爾山西南支為界與阿富汗－塔吉克盆地相隔。盆地內(nèi)油氣資源豐富，自1953年發(fā)現(xiàn)第一個氣田以來，截至2004年底，盆地內(nèi)共發(fā)現(xiàn)250個油氣田，探明石油可采儲量1.37×108t、凝析油可采儲量2.35×108t、天然氣可采儲量71731×108m3，折合成油當量為61.56×108t[3]，其中天然氣儲量占油氣總儲量的94%。

阿姆河右岸地區(qū)位于阿姆河盆地東部，全區(qū)在土庫曼斯坦境內(nèi)，北以土庫曼斯坦－烏茲別克斯坦國境線為界，南以阿姆河為界，面積約1.43×104km2[4～8]。該區(qū)的基底是古生界的火成巖和變質(zhì)巖，其上覆沉積巖自下而上為二疊系－三疊系的陸源碎屑巖，以及侏羅系、白堊系、古近系和新近系及第四系的海相碳酸鹽巖[8～12]。該地區(qū)具有2套含油氣系統(tǒng)：①中上侏羅統(tǒng)卡洛夫－牛津階碳酸鹽巖；②白堊系碎屑巖層。上侏羅統(tǒng)基末利－提塘期，區(qū)內(nèi)沉積了巨厚的膏鹽巖，具有 “三膏夾兩鹽”的典型蒸發(fā)巖特征，其對鹽下層碳酸鹽巖儲集層中的天然氣有很好的封蓋性。中上侏羅統(tǒng)卡洛夫－牛津階碳酸鹽巖縱向自上而下又細分為Gap層、ⅩⅤhp層、ⅩⅤz層、ⅩⅤa1層、ⅩⅤa2層和ⅩⅥ層。

該次研究區(qū)的范圍是以阿姆河右岸地區(qū)的中區(qū)加東區(qū)為主，自北西－南東向依次為：Ⅰ－查爾朱隆起、Ⅱ－堅基茲庫爾隆起、Ⅲ－卡拉別克坳陷、Ⅳ－桑迪克雷隆起、Ⅴ－別什肯特坳陷、Ⅵ－西南吉薩爾山前沖斷帶共計6個構(gòu)造帶，構(gòu)造面積約為0.83×104km2（見圖1）。由于受印度板塊向歐亞板塊俯沖擠壓的影響，在該區(qū)右旋壓扭應力場的作用之下，產(chǎn)生的主要地應力方向為自南東－北西向的推擠，從而形成了以北東向為長軸的隆起與坳陷相間的構(gòu)造區(qū)帶。

2 膏鹽巖下縫洞型儲層研究

所謂 “鹽下層”是指上侏羅統(tǒng)基末利階巨厚膏鹽巖之下的卡洛夫－牛津階碳酸鹽巖儲層。該套儲層

圖1 阿姆河右岸地區(qū)構(gòu)造格局平面圖

巖性以顆粒灰?guī)r、含顆粒微晶灰?guī)r為主，巖石基質(zhì)孔隙度較??；縫洞作為儲集空間與滲流的通道具有非均質(zhì)性強、突變性大的特點，單靠一二項技術(shù)難以解決對縫洞的準確認識和描述。因此，必須依托各種技術(shù)獲得大量相關(guān)信息，多角度、全方位的針對碳酸鹽巖縫洞型儲層進行綜合研究。

2.1 地震信息檢測裂縫分布

研究區(qū)2010年5月進行三維地震滿覆蓋采集。應用疊前三維地震屬性 （振幅、頻率、衰減梯度等）隨方位角變化的特征來檢測裂縫的方位和發(fā)育程度。該方法的基本原理是根據(jù)地震縱波沿平行于裂縫方向的傳播速度大于沿垂直于裂縫方向的傳播速度；地震縱波沿平行于裂縫方向的反射振幅大于沿垂直于裂縫方向的反射振幅，地震縱波在裂縫體底部反射獲得的沿平行于裂縫方向的反射時間小于沿垂直于裂縫方向的反射時間，地震縱波沿著垂直裂縫方向的衰減梯度大于沿著裂縫方向的衰減梯度。

利用相對波阻抗反演、瞬時譜分析技術(shù)提取的縱波各個方位地震振幅、相對波阻抗、頻率、衰減梯度、85%能量比對應頻率等屬性，反演出具體構(gòu)造層的裂縫發(fā)育方向和裂縫相對密度。與測井資料和地質(zhì)信息進行符合度和敏感性分析后，最終確定裂縫的發(fā)育方向和裂縫的相對密度。

從圖2可知，研究區(qū)卡洛夫－牛津階碳酸鹽巖儲層裂縫走向主要分3組系：北西向、北東向與近東西向；主要斷層分布區(qū)域的裂縫相對密度較大，斷層不發(fā)育區(qū)域的裂縫相對密度較??；根據(jù)方位縱波各向異性法檢測裂縫走向與密度結(jié)果顯示，研究區(qū)內(nèi)Aga－21井和Aga－23井2口單井的裂縫走向主要為北西向，這與兩口井成像測井裂縫檢測結(jié)果基本一致；但是2口井所處位置均為各向異性低值區(qū)，表明2口井周邊裂縫不發(fā)育。研究區(qū)內(nèi)各向異性低值區(qū)的分布形態(tài)與構(gòu)造關(guān)系密切，構(gòu)造高部位各向異性弱，構(gòu)造低部位各向異性強，這與實際地質(zhì)資料結(jié)果不符，分析原因可能是由于隨著深度的增加，深部地層受淺層影響，地震資料品質(zhì)逐漸變差造成的，尤其是由于上覆膏鹽層的強非均質(zhì)性和蠕動性，對地震波能量的散射作用和吸收作用較大，因此鹽下碳酸鹽巖儲層地震資料品質(zhì)變差，導致裂縫密度的檢測結(jié)果受到較大的影響。

圖2 研究區(qū)方位縱波各向異性法檢測裂縫走向 （a）與密度 （b）

2.2 測井信息識別裂縫

2.2.1 裂縫走向

目前成像測井技術(shù)在識別地下儲層裂縫方面所起的作用越來越重要。成像測井除了可以識別裂縫外，還可以辨識層面、沖刷面、不整合面、縫合線以及斷層等諸多地質(zhì)現(xiàn)象。應用裂縫與地層傾角之間關(guān)系，可以編制單井裂縫玫瑰圖 （見圖3），用來顯示裂縫在平面上的走向。由圖3中可見，研究區(qū)卡洛夫－牛津階碳酸鹽巖儲層裂縫的走向與附近主要斷裂的延伸方向基本一致。

圖3 阿姆河右岸地區(qū)單井裂縫玫瑰圖

2.2.2 裂縫類型

從單井成像測井（圖4）上可以識別出水平縫 （傾角0～15°）、低角度縫 （傾角15～40°）、斜交縫 （傾角40～70°）、直立縫 （傾角70～90°）。依據(jù)11口井的成像測井資料，斜交縫在ⅩⅤhp層、ⅩⅤa1層較發(fā)育；水平縫和低角度縫在ⅩⅤz層、ⅩⅤa2層和ⅩⅥ層較發(fā)育，所以巖性致密層以水平縫和低角度縫為主，較疏松的巖性層以斜交縫為主。通過對卡洛夫－牛津階整段成像測井解釋結(jié)果統(tǒng)計表明：低角度縫和斜交縫為主要裂縫類型。

圖4 單井成像測井識別阿姆河右岸地區(qū)裂縫類型

裂縫按照成因可分為成巖縫、風化溶蝕縫和構(gòu)造縫3種類型，其中構(gòu)造縫是碳酸鹽巖中最常見、并且是對儲層的儲集空間和滲濾性能改造作用最大的一種裂縫，因此該次研究以構(gòu)造縫作為主要研究對象。裂縫按其形態(tài)又可分為張開縫和閉合縫2種類型，其中閉合縫無儲滲空間，沒有研究意義，因此該次研究以張開縫為研究的主體。

2.2.3 裂縫發(fā)育帶

常規(guī)測井技術(shù)在研究區(qū)裂縫研究中起到了同樣重要的作用，井徑 （dh）曲線異常擴徑、深淺側(cè)向電阻率 （ρlld、ρlls）低值、聲波時差 （Δt）與補償中子孔隙度 （nc）之間的交會面積增大等測井信息均可以反映裂縫或孔隙十分發(fā)育的特征。ⅩⅤhp層、ⅩⅤa1層、ⅩⅤa2層的電阻率較低，Δt出現(xiàn)放大的現(xiàn)象，說明物性相對較好；ⅩⅤz層和ⅩⅥ層的物性較差，電阻率呈現(xiàn)高值，Δt呈現(xiàn)穩(wěn)定低值的特征。由圖5可知：研究區(qū)ρlld、ρlls曲線與實驗室化驗分析得到的儲層巖石基質(zhì)孔隙度 （m）具有非常好的鏡像對稱關(guān)系。

圖5 阿姆河右岸地區(qū)單井常規(guī)測井識別裂縫發(fā)育帶

2.3 鉆井與錄井信息顯示裂縫特征

在實施鉆井過程中，當鉆至碳酸鹽巖儲層時，有時會出現(xiàn)鉆具放空及泥漿大量漏失，這些現(xiàn)象均反映了溶洞或溶縫等儲集空間的存在。通常鉆具放空總伴隨著泥漿漏失，結(jié)合井徑異常擴大 （異常擴徑是指井徑曲線在大段規(guī)則的井徑背景上，擴徑曲線變化曲率大，拐點明顯，擴徑幅度大）信息，可以用于深部碳酸鹽巖巖溶研究。

通過對研究區(qū)19口井鉆井工程報告進行分析，在鉆遇目的層卡洛夫－牛津階碳酸鹽巖儲層時，有9口井出現(xiàn)不同程度的泥漿漏失現(xiàn)象 （見表1），只有A5井在鉆井過程中，除了有泥漿漏失現(xiàn)象外，還出現(xiàn)鉆具放空0.16m （見表2），因此，可初步判斷A5井鉆遇高度約為0.16m的溶洞。同時利用9口探井在鉆井過程中的泥漿漏失速率統(tǒng)計結(jié)果，可以定性判斷裂縫的寬度，如果泥漿漏失速率越快，說明所鉆遇的裂縫寬度越大。

表1 鉆井泥漿漏失速率統(tǒng)計表

運用巖屑錄井中次生礦物資料，可以判斷縫洞發(fā)育段。碳酸鹽巖縫洞中常見的次生礦物有：方解石、白云石、螢石、黃鐵礦及黏土巖等，主要充填于張開縫和溶洞中。根據(jù)次生礦物的形態(tài)，可以判斷縫洞的充填程度：透明的自形晶的方解石，環(huán)帶狀、葡萄狀結(jié)構(gòu)的方解石，均半充填于裂縫或溶洞中，表明存在有效的儲集空間；而半透明或不透明的他形晶或半自形晶方解石，多為全充填縫洞的產(chǎn)物，反映出不存在有效儲集空間。

在對9口井錄井過程描述 （見表2）中，A5井在井段3634～3636m和3644～3645m兩段的巖屑錄井中，均發(fā)現(xiàn)有白色半透明方解石顆粒，進一步說明該井鉆遇到小型溶洞。由于研究區(qū)僅1口井在鉆遇卡洛夫－牛津階碳酸鹽巖儲層時出現(xiàn)鉆具放空現(xiàn)象，根據(jù)現(xiàn)有的資料認為研究區(qū)溶洞不甚發(fā)育。

表2 阿姆河右岸地區(qū)鉆井、錄井工程統(tǒng)計表

2.4 巖心信息描述裂縫形態(tài)

巖心描述是直觀了解地下碳酸鹽巖縫洞型儲層最有效的方法。通過肉眼觀察巖心縫洞的宏觀特征，可從以下幾個方面進行描述：

1）裂縫的長度 大多直立裂縫和高角度斜交裂縫延伸長度在0.5～1m之間，而水平縫受巖心直徑局限不能定量描述，大多切穿巖心。

2）裂縫的寬度 根據(jù)構(gòu)造裂縫的寬度進行分類：①縫寬大于5mm為大裂縫；②縫寬介于1～5mm之間為中裂縫；③縫寬小于1mm為小裂縫；④縫寬小于0.1mm為微裂縫。

3）孔洞的直徑

孔洞是碳酸鹽巖由于地層水或地表水的溶解作用而形成的，溶洞的形成與裂縫關(guān)系密切。按照孔洞直徑進行分類：①直徑大于10mm為大孔洞；②直徑介于5～10mm為中孔洞；③直徑小于5mm為小孔洞。

按照裂縫形態(tài)對巖心的裂縫類型進行分類，可分為直立縫、水平縫、斜交縫3種基本類型 （見圖6）。

根據(jù)18口取心井876.77m巖心裂縫描述統(tǒng)計資料 （表3）可知，總裂縫數(shù)6737條；裂縫密度最高20.4條/m，最低0.4條/m，均值為7.7條/m；其中直立裂縫1138條，占總裂縫16.9%；斜交裂縫13 6 6條，占總裂縫2 0.3%；水平裂縫4 2 1 1條，占總裂縫6 2.8%；大裂縫7 3條，占總裂縫1.1%；中裂縫1556條，占總裂縫23.1%；小裂縫5105條，占總裂縫75.8%。另外有948條裂縫出現(xiàn)半－全充填現(xiàn)象，占總裂縫14.1%，充填物以方解石為主，伴有有機質(zhì)和泥質(zhì)等。

圖6 阿姆河右岸地區(qū)巖心裂縫照片

表3 阿姆河右岸地區(qū)巖心描述裂縫統(tǒng)計表

另據(jù)7口取心井的巖心孔洞描述統(tǒng)計資料 （見表4）可知，總孔洞數(shù)2103個，孔洞密度度最高16.9個/m，最低0.4個/m，均值為2.7個/m；由此可知：孔洞數(shù)量遠小于裂縫數(shù)量，其中大孔洞121個，占總孔洞5.8%；中孔洞288個，占總孔洞13.7%；小孔洞1684個，占總孔洞80.5%。由阿姆河右岸地區(qū)巖心縫洞類型頻率分布柱狀圖 （圖7）可知：阿姆河右岸地區(qū)卡洛夫－牛津階碳酸鹽巖縫洞型儲層是以水平縫－小裂縫－小孔洞為主的儲集層。

表4 阿姆河右岸地區(qū)巖心描述孔洞統(tǒng)計表

圖7 阿姆河右岸地區(qū)巖心縫洞類型分布柱狀圖

3 結(jié)論

應用多種信息開展阿姆河右岸地區(qū)卡洛夫－牛津階碳酸鹽巖縫洞型儲層綜合研究，可以多角度、全方位地認識縫洞型儲層儲集特征以及分布規(guī)律。研究區(qū)裂縫走向主要分3組系：北西向、北東向與近東西向；主要斷層分布區(qū)裂縫的相對密度較大，斷層不發(fā)育區(qū)域裂縫的相對密度較??；直立縫、斜交縫與水平縫相互切割，形成立體交叉網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；巖性致密層以水平縫和低角度縫為主，較疏松的巖性以斜交縫為主；儲集空間以水平縫－小裂縫－小孔洞為主。

感謝中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所楊長春研究員的建議和意見，感謝北京科勝偉達石油科技股份公司相關(guān)技術(shù)人員在工作中給予的幫助。

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