塔中62 區(qū)塊上奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖儲層非均質(zhì)性影響因素

柳 敏，陳培元，楊輝廷，羅梓州，張 敏

（1.西南石油大學資源與環(huán)境學院，四川成都 610500；2.中國石油塔里木油田分公司，新疆庫爾勒 841000）

近年來，隨著油氣勘探的不斷發(fā)展和陸相老油田勘探開發(fā)難度的增加，海相碳酸鹽巖逐漸成為能源接替的重要領(lǐng)域。然而，碳酸鹽巖儲層受沉積時代久，埋藏深、受構(gòu)造和成巖作用影響復雜等因素的影響，非均質(zhì)性極為嚴重[1-4]。塔里木盆地作為我國最大的內(nèi)陸盆地，蘊含著豐富的油氣資源，由于受到多次構(gòu)造運動的影響，具有多期構(gòu)造疊加，多期改造的特點，是典型的疊合盆地[5-6]。塔中作為塔里木盆地的重要的含油氣區(qū)塊之一，近年來針對該區(qū)塊奧陶系碳酸鹽巖儲層進行了深入的研究，有效的指導了油氣田的勘探與開發(fā)。然而，油氣藏內(nèi)泥質(zhì)碳酸鹽巖、致密碳酸鹽巖的相對隔阻、遮擋，以及儲集空間類型的多樣性和復雜性，使得工區(qū)的碳酸鹽巖儲層具有較強的非均質(zhì)性，使得地下油氣水呈現(xiàn)出復雜的分布關(guān)系。因此，為了保證鉆探的成功率，正確的認識該區(qū)塊儲層的非均質(zhì)性影響因素顯得尤為重要。

1 儲層特征研究

塔中62 井區(qū)上奧陶統(tǒng)良里塔格組儲層以顆?；?guī)r為主，主要巖石類型為礁灘相骨架礁灰?guī)r、顆?；?guī)r和灰泥丘藻粘結(jié)巖類，儲層中顆粒含量通常大于50 %，粒間孔隙以亮晶方解石膠結(jié)為主，局部有少量泥、微晶填隙物[7]。實測物性資料顯示，平均孔隙度為2.04 %，平均滲透率為5.35×10 mD，孔隙度和滲透率相對較低，孔滲相關(guān)性不大，孔喉結(jié)構(gòu)較差，喉道細，宏觀儲集空間類型主要有孔、洞、縫三大類，微觀儲集空間主要有粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、晶間溶孔和微裂縫，儲層類型主要為孔洞型、裂縫型和裂縫～孔洞型。儲層的發(fā)育受成巖及構(gòu)造作用影響明顯，表現(xiàn)為極強的非均質(zhì)性。

2 儲層非均質(zhì)性影響因素

碳酸鹽巖儲層非均質(zhì)性受沉積、成巖和構(gòu)造等多種因素的共同作用的結(jié)果[8-9]，但針對不同的地區(qū)，不同的因素所起的作用又各不相同。就塔中62 區(qū)塊奧陶系碳酸鹽巖儲層而言，影響因素主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

2.1 同生期大氣成巖作用對平面非均質(zhì)的影響

塔中地區(qū)中-晚奧陶世臺地邊緣發(fā)育礁灘沉積體，在礁灘體垂向建造的同時，受海平面及構(gòu)造升降的影響，礁灘體極易出露水體，受大氣淡水的溶蝕改造。通常，在臺地邊緣的暴露過程中，受大氣淡水作用的礁灘沉積體是一個漂浮在海平面或海水之上的“大氣成巖透鏡體”[10]。因此，由早期暴露形成的孔洞發(fā)育帶也應當是透鏡狀的（見圖1）。王振宇等[11]研究認為，塔中地區(qū)中-晚奧陶世碳酸鹽臺地邊緣相帶中，可以識別出4期準同生期溶蝕作用和4 個旋回的大氣成巖透鏡體，棚內(nèi)緩坡和棚內(nèi)洼地不能見到具明顯準同生期大氣淡水溶蝕作用和大氣成巖透鏡體的發(fā)育。

圖1 碳酸鹽巖大氣成巖透鏡體發(fā)育模式圖

研究發(fā)現(xiàn)研究區(qū)單個大氣成巖透鏡體厚度較薄，一般為15～20 m，橫向分布連續(xù)性差。且受大氣水垂向運移的影響，大氣成巖透鏡體內(nèi)高孔隙度主要分布在中-上部，向下孔隙度降低。其分布受次級海平面變化和沉積旋回的控制，在平面上具有較強非均質(zhì)性，是導致儲層平面非均質(zhì)的重要因素之一。

此外，鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，受大氣淡水選擇性溶蝕作用的影響，不規(guī)則的溶孔、溶洞中常常充填滲流粉砂，顯示底構(gòu)造（見圖2）。滲流粉砂是一種充填于原生和次生孔洞中的粉砂級碎屑物，主要為細粒的碳酸鹽碎屑、泥晶碳酸鹽和泥質(zhì)沉積物[12]，屬早期大陸成巖暴露環(huán)境中滲流帶的產(chǎn)物。因此，碎屑物質(zhì)的充填進一步加劇了儲層的非均質(zhì)性。

圖2 粒間溶孔下部為滲流粉砂充填顯示底構(gòu)造

2.2 古巖溶作用對垂向非均質(zhì)的影響

巖溶作用可以形成裂縫為主控因素的大洞大縫型，非均質(zhì)性很強的孔隙體系[13-14]。從整個工區(qū)來看，良里塔格組的巖溶作用主要發(fā)育在良二段和良一段，且孔洞的集中發(fā)育層段明顯受到古巖溶作用的控制。由于受海平面相對變化和礁丘縱向上生長營建的共同作用，在地貌隆起的高部位也就是礁丘的頂部間歇性暴露于大氣淡水環(huán)境中，受到大氣淡水溶蝕淋濾作用，巖溶作用從暴露面往下依次可劃分為地表巖溶帶、滲流巖溶帶、徑流巖溶帶和潛流巖溶帶，巖溶儲層的縱向分帶性是多次海平面升降、多期巖溶作用疊加的結(jié)果，同時巖溶的垂向分帶性成為控制儲層垂向非均質(zhì)的主要因素。

由于良里塔格組礁灘體的多次旋回暴露，在良一頂部和良二的頂部均發(fā)育了一套儲層，另外在良二段的中部和中下部還發(fā)育兩套呈“準層狀”分布的儲層，這兩套儲層主要受熱液巖溶作用的影響（王振宇等，2002）。李建交[15]認為碳酸鹽巖化學性質(zhì)不穩(wěn)定，儲層若受到深部熱化學流體的作用，物性往往變好。但是由于熱液作用的隨機性和熱液活動的影響范圍難以預測，儲層物性在橫向和垂向上的變化很難評價，這往往成為影響儲層均質(zhì)性的重要因素。而這種儲集層的非均質(zhì)性在塔中奧陶系地層中尤為常見，明顯與該區(qū)多期的古巖溶作用密切相關(guān)。

2.3 裂縫網(wǎng)絡對儲層非均質(zhì)性的影響

根據(jù)三維地震資料、成像測井資料和巖石鑄體薄片資料，研究區(qū)內(nèi)發(fā)育不同規(guī)模的斷裂和裂縫（見圖3），對儲層的非均質(zhì)性有明顯的影響。

裂縫對碳酸鹽巖儲層垂向非均質(zhì)性的影響主要受巖性的控制，上、下相鄰地層間所受構(gòu)造應力的影響大致是相同的，脆性較大的巖石易于破碎而形成裂縫發(fā)育帶，塑性地層裂縫相對不發(fā)育。多期構(gòu)造破裂作用形成的裂縫極大地改善了儲層的滲流條件，提高了儲層的滲透率，增加了儲層和微觀孔隙結(jié)構(gòu)的連通性，裂縫發(fā)育區(qū)對高產(chǎn)油氣井的分布具有明顯控制作用。根據(jù)研究區(qū)取心井巖心裂縫統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)裂縫的發(fā)育受巖性和巖層厚度影響較大，顆粒支撐的亮晶鮞?；?guī)r和亮晶礫屑灰?guī)r的總縫密度均較高，一般為9～11 條/米，次為砂屑灰?guī)r和生物灰?guī)r的總縫密度為7～8 條/米，灰泥含量較高的泥晶顆粒巖、顆粒泥晶巖和泥晶灰?guī)r為最低，4～6 條/米。同一種巖性，由于其純度的差異，其裂縫密度也相差較大，一般而言，巖性越純，裂縫密度越大。就巖層厚度而言，單層厚度越小，裂縫密度越大。當砂屑灰?guī)r的厚層在1.0～2.0 m 時，裂縫密度可達32 條/米，當厚層為8～10 m 時，裂縫密度僅為4 條/米左右；當生物砂礫屑灰?guī)r的厚層在0～1.0 m 時，裂縫密度可達31條/米，當厚層為6～7 m 時，裂縫密度僅為2 條/米。另外破裂作用形成的裂縫也有利于孔隙水和地下水的活動和溶蝕孔洞的發(fā)育。如工區(qū)內(nèi)發(fā)育大量高角度縫、斜交縫或網(wǎng)狀縫，伴隨著酸性水的進入，許多裂縫都具有溶蝕現(xiàn)象，形成溶縫、串珠狀溶孔、溶洞。從而使得不同尺度的裂縫網(wǎng)絡發(fā)育程度成為影響儲層滲流能力（即產(chǎn)能）非均質(zhì)的一個主要因素。

圖3 塔中奧陶系不同尺度斷裂及裂縫示意圖

2.4 滲流屏障的分布對儲層非均質(zhì)性的影響

通過對研究區(qū)上奧陶統(tǒng)儲層滲流屏障的分析，發(fā)現(xiàn)該區(qū)最普遍分布的為隔夾層、沉積微界面這兩種滲流屏障。

工區(qū)內(nèi)沉積相的分布變化對于不同規(guī)模的儲集層垂向和橫向分布具有明顯的分割作用，同時也是形成巖性隔夾層和沉積微界面的主要因素。根據(jù)實際資料統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)工區(qū)內(nèi)夾層厚度變化較大，厚度最小的為幾十厘米，厚度大的達到幾十米。其中夾層厚度為0～5 m的厚度比例占37 %，夾層厚度為5～10 m 的厚度比例占20 %，而大于30 m 的夾層厚度比例只占3 %，因此工區(qū)內(nèi)夾層厚度絕大部分小于10 m。層內(nèi)夾層的分布一般不穩(wěn)定，在工區(qū)表現(xiàn)為夾層層數(shù)多，縱橫向厚度變化較大、橫向延伸范圍短，與儲層交互出現(xiàn)。夾層對流體的垂向滲流雖然不能起到完全的封隔作用，但會降低垂向滲流能力，影響單井的儲層分布和滲流，增強層內(nèi)非均質(zhì)性。此外，橫向?qū)Ρ劝l(fā)現(xiàn)，研究區(qū)OI 氣層組和OII 氣層組之間分布著一套相對穩(wěn)定的隔層，其位置位于良三段的頂部，其巖性主要為泥灰?guī)r或泥晶灰?guī)r，一般厚度約為4～12.8 m，局部井厚度可達20 m 左右，該隔層將OI 氣層組和OII 氣層組分隔為兩個相對獨立的開發(fā)單元，進一步加大了儲層垂向非均質(zhì)性。

圖4 塔中62 區(qū)塊奧陶系礁灘體儲層非均質(zhì)模型圖（紅色為致密段，黃色為儲層段）

沉積相控制了巖石的結(jié)構(gòu)和巖性，從而控制巖石原生孔的發(fā)育程度，并在很大程度上影響溶蝕孔隙的發(fā)育。如在臺地邊緣外帶，可形成生物礁灰?guī)r和顆粒巖類。生物礁中發(fā)育了大量的原生骨架孔洞和層狀晶洞構(gòu)造，其孔洞孔隙度在4 %～6 %左右，是優(yōu)質(zhì)的儲集層。礁基和礁蓋由粒屑灘組成。當海平面相對下降，粒屑灘出露海面，大氣淡水的選擇性溶蝕作用，形成粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、鑄?？椎热芪g孔縫。而在臺地內(nèi)部相對低能環(huán)境下形成的泥晶灰?guī)r、粒泥巖及泥晶顆?；?guī)r的溶蝕程度較小，且原生孔隙不發(fā)育，因此常形成致密的巖性隔夾層。在工區(qū)內(nèi)這種致密巖性隔夾層主要是泥晶灰?guī)r和粘結(jié)巖等。的良頂分布的儲層段（見圖4），橫向上儲層雖然呈“準層狀”分布，但由于受沉積微界面的控制，井與井之間的儲層并不處于同一微相，受巖石結(jié)構(gòu)和巖性的影響，在沉積微相界面處往往形成滲流屏障，使得多數(shù)井間儲層實際上并不連通，從而形成一個個相對獨立的流體運動單元和油氣開采的基本單位。

工區(qū)內(nèi)原始沉積相的分布變化對于不同規(guī)模的儲集層垂向和橫向分布具有明顯的分割作用，加大了儲層的非均質(zhì)性。

3 結(jié)論

（1）塔中奧陶系儲層受主要為碳酸鹽巖儲層，儲集空間主要為孔洞型和裂縫-孔洞型，儲層受沉積相、成巖作用及構(gòu)造作用的影響表現(xiàn)出強烈的非均質(zhì)性。

（2）同生期大氣成巖環(huán)境中形成早期暴露孔洞，臺地邊緣的暴露使大氣淡水作用的礁灘沉積巖體呈現(xiàn)透鏡狀。大氣成巖透鏡體厚度較薄，橫向連續(xù)性差，成為影響儲層平面非均質(zhì)性的主要因素之一。

（3）工區(qū)內(nèi)垂向和橫向上孔洞集中發(fā)育段受巖溶作用影響，形成非均質(zhì)性很強的孔隙體系，導致儲層物性在橫向和垂向上的變化難以評價。

（4）不同尺度的裂縫網(wǎng)絡系統(tǒng)，極大的改善了儲層的滲流條件，提高了儲層的滲透率，成為影響儲層滲流能力非均質(zhì)的一個重要因素。

（5）巖性隔夾層、沉積微界面、成巖致密膠結(jié)帶等一系列的滲流屏障，對流體的運移起到了阻隔作用，加大了儲層非均質(zhì)性的嚴重程度。

［1］ 賈承造.塔里木盆地構(gòu)造特征與油氣聚集規(guī)律［J］.新疆石油地質(zhì)，1999，20（3）：177-183.

［2］ Zhao Zongju. Exploration potential of marine source rocks oil-gas reservoirs in China［J］. Acta Geologica Sinica（English Edition），2007，81（5）:779-797.

［3］ 張抗，王大銳.中國海相油氣勘探的啟迪［J］. 石油勘探與開發(fā)，2003，30（2）:9-16.

［4］ Lv Xiuxiang，Yang Haijun，Yang Ning，et al. Further recognition of petroleum exploration potential of marine carbonates in western Tarim Basin［J］. Petroleum Science，2007，4（3）:21-25.

［5］ 康玉柱.中國古生代海相油氣田發(fā)現(xiàn)的回顧與啟示［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2007，28（5）：570-575.

［6］ 孫龍德.塔里木盆地海相碳酸鹽巖與油氣［J］.海相油氣地質(zhì)，2007，12（4）:10-15.

［7］ 陳培元，顏其彬，楊輝廷，等.塔中I 號氣田62 區(qū)塊上奧陶統(tǒng)儲層特征研究［J］.石油地質(zhì)與工程，2009，23（4）:23-25.

［8］ Robert F. Lindsay.Why carbonate reservoirs are heterogeneous; Examples from Permian Basin reservoirs ［J］. West Texas Geological Society，2000，107:29-53.

［9］ 許淑梅，于建國，王金鐸，等.樁海地區(qū)下古生界潛山碳酸鹽巖儲層非均質(zhì)特征及成因［J］. 油氣地球物理，2006，4（1）:26-32.

［10］ 張濤，閆相賓.塔里木盆地深層碳酸鹽巖儲層主控因素探討［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2007，28（6）:745-754.

［11］ 王振宇，李宇平，陳景山，等.塔中地區(qū)中-晚奧陶世碳酸鹽巖陸棚邊緣大氣成巖作用透鏡體的發(fā)育特征［J］.地質(zhì)科學，2002，37（增刊）:152-160.

［12］ 強子同.碳酸鹽巖儲層地質(zhì)學［M］.北京:石油大學出版社，1988：336-359.

［13］ Sean A. Guidry，Mark Grasmueck，Daniel G. Carpenter，et al. Karst and Early Fracture Networks in Carbonates，Turks and Caicos Islands，British West Indies［J］.Journal of Sedimentary Research，2007，77: 508-524.

［14］ S. O. Denk. Ancient karst manifestations in petroleum reservoir rocks of buried reefs in the Solikamsk Basin［J］.Petroleum Industry，1996，（2）:8-15.

［15］ 李建交，等.牙哈-英買力地區(qū)碳酸鹽巖儲層非均質(zhì)性成因研究［J］.石油天然氣學報，2010，6（1）:58-61.