哈拉哈塘地區(qū)縫洞集合體地震特征研究

張亮亮，劉永雷，王建忠，安海亭,李相文，梁國平

(1.西安石油大學(xué)，陜西西安 710065；2.中國石油東方地球物理公司研究院庫爾勒分院)

哈拉哈塘地區(qū)縫洞集合體地震特征研究

張亮亮1,2，劉永雷2，王建忠2，安海亭2,李相文2，梁國平2

(1.西安石油大學(xué)，陜西西安 710065；2.中國石油東方地球物理公司研究院庫爾勒分院)

哈拉哈塘地區(qū)主要目的層為奧陶系碳酸鹽巖，儲集層主要以縫洞型儲集體為主，非均質(zhì)性強，其地震響應(yīng)特征主要表現(xiàn)為“串珠”狀反射。以高精度三維疊前深度偏移地震資料為主，結(jié)合鉆井、測井、地質(zhì)、生產(chǎn)動態(tài)特征等綜合信息，分析各種縫洞型儲集層及其相互組合的縫洞集合體的地震響應(yīng)特征，認為“串珠”狀反射、片狀強反射、雜亂反射是該區(qū)洞穴及孔洞型儲集層的主要地震響應(yīng)特征；洞穴及孔洞型儲集層由于斷裂和有效裂縫的溝通作用，可以形成流體能夠在其內(nèi)部流動的大型縫洞集合體，而大型縫洞集合體是在該區(qū)勘探部署的主要研究對象；在鉆探部署的時候，優(yōu)先選擇縫洞集合體的高部位。

哈拉哈塘地區(qū)；縫洞集合體；碳酸鹽巖；地震特征

哈拉哈塘地區(qū)位于塔里木盆地塔北隆起中段，是塔北隆起的一個次級構(gòu)造單元，其東西兩側(cè)分別為輪南低凸起和英買力低凸起。對該區(qū)的高精度地震勘探從2008年的哈6三維開始，至今已整體部署采集約4 400 km2三維地震。鉆探結(jié)果表明，該區(qū)奧陶系碳酸鹽巖受多期表層巖溶作用[1-2]，多個層系巖溶儲集層發(fā)育，良里塔格組、一間房組及鷹山組均鉆遇儲集層并獲工業(yè)油氣流。以巖溶發(fā)育主控因素作為主要的區(qū)帶劃分依據(jù)，哈拉哈塘地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖由北向南依次可劃分為潛山巖溶區(qū)、層間巖溶-順層改造區(qū)、層間巖溶-臺緣疊加區(qū)、層間巖溶-斜坡區(qū)。隨著研究的深入，研究人員逐漸認識到由于地層中間有效隔層的缺失，這幾個層系儲集層在縱向上相互疊置，加上碳酸鹽巖本身為脆性巖石，巖石內(nèi)部裂縫發(fā)育，同時受風(fēng)化溶蝕作用影響，使得一定橫向范圍內(nèi)不同層系的多個儲集體在空間相互溝通，呈現(xiàn)網(wǎng)狀分布，因此有必要利用高精度三維地震資料，從單層系、單儲集體的思路轉(zhuǎn)換到縫洞集合體的思路進行研究。

1 儲集層地震響應(yīng)特征

1.1 “串珠”狀及片狀強反射

哈拉哈塘地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖受多期巖溶疊加作用及斷裂作用影響，儲集層特別發(fā)育，洞穴型儲集層就是其中一種。由于洞穴本身與圍巖之間的阻抗差異較大，當(dāng)其規(guī)模達到地震可識別的范圍時，在地震疊后數(shù)據(jù)體上常表現(xiàn)為以波谷-波峰或波谷-波峰-波谷組成的低頻率、較強振幅反射，即所謂的“串珠”狀反射，在波阻抗體上則表現(xiàn)為低阻抗特征[3-4]?！按椤睜罘瓷洳⒎嵌囱ㄐ蛢瘜铀赜?，當(dāng)孔洞型和裂縫型儲集層的發(fā)育程度達到一定規(guī)模后，也就是其孔隙度達到一定程度后，在地震剖面上同樣可表現(xiàn)為“串珠”狀反射[5-6]，因此“串珠”狀反射所反映的是一個大型儲集空間的整體地震特征，而不是某個單一地質(zhì)特征的地震響應(yīng)，所以單從串珠形態(tài)上很難判識地質(zhì)體的組成(單個大型洞穴、孔洞或裂縫密集帶)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化。目前針對“串珠”狀地震反射的鉆探情況，從哈拉哈塘北部的齊滿地區(qū)到南部的金躍地區(qū)，均有鉆井在鉆探過程中發(fā)生放空或大量漏失現(xiàn)象，目前鉆遇的最大放空段達29 m。根據(jù)前人的綜合研究，在哈拉哈塘地區(qū)這類放空或大量漏失的現(xiàn)象表明鉆遇了較大規(guī)模的洞穴型儲集層，其主要分為兩類：未塌陷型洞穴和塌陷型洞穴[7-8]。

在本區(qū)，當(dāng)碳酸鹽巖儲集體規(guī)模較大且平面分布范圍遠大于縱向厚度時，在疊前深度偏移地震數(shù)據(jù)體上常表現(xiàn)為低頻率、強波谷/峰反射大范圍分布，即所謂的片狀強反射。哈拉哈塘地區(qū)的片狀強反射主要分布在層間巖溶-順層改造區(qū)及臺緣疊加區(qū)。由于順層巖溶區(qū)處于奧陶系地層沉積時的相對高部位，在暴露溶蝕期，明河、暗河系統(tǒng)較為發(fā)育，暗河體系本身及其與明河之間的排泄口、入水口由于延伸長度較大，且儲集層較為發(fā)育，在達到一定規(guī)模后均可形成這種片狀強反射的地震特征；在臺緣疊加區(qū)則主要由于奧陶系良里塔格組是以臺緣礁灘體的沉積模式存在，臺緣線沿哈拉哈塘中部東西向展布，因此儲集層在東西向上可呈片狀分布，而在南北向上由于礁灘體本身的沉積環(huán)境的影響，儲集層也呈現(xiàn)出這種片狀強反射的地震特點。

1.2 雜亂地震反射

雜亂反射是碳酸鹽巖儲集層的一種地震同相軸的反射特征，在疊前深度偏移地震數(shù)據(jù)上表現(xiàn)為局部地區(qū)同相軸突變、較為雜亂且不連續(xù)。該類反射的地質(zhì)特征為數(shù)個不連續(xù)發(fā)育且規(guī)模較小的儲集體組成[5-6]。這類反射主要以孔洞型和裂縫孔洞型儲集層為主，在波阻抗剖面上，弱雜亂反射波阻抗值較高，儲層相對差。

1.3 弱地震反射

弱地震反射多為儲集層規(guī)模太小或基本不發(fā)育的表現(xiàn)，在疊前深度偏移地震數(shù)據(jù)上表現(xiàn)為弱反射，在反演波阻抗剖面上表現(xiàn)為高阻抗特征。同時，當(dāng)?shù)卣鸩ㄔ贖TI介質(zhì)中傳播時，產(chǎn)生三類波：QP波、QS1波和QS2波，其速度、衰減系數(shù)與裂縫密度有關(guān)[7]。正演結(jié)果表明，裂縫的存在會對地震波的能量起到吸收衰減的作用，產(chǎn)生各向異性效應(yīng)，在地震剖面上，裂縫發(fā)育區(qū)振幅相對較弱，因此在弱振幅發(fā)育區(qū)，需要結(jié)合裂縫研究區(qū)別對待。

2 縫洞集合體的地震識別

實際情況中，碳酸鹽巖的縫洞儲集層以某一種形式單獨存在都是較為罕見的，本文將大型縫洞集合體定義為具有地質(zhì)成因聯(lián)系，表現(xiàn)為串珠群、串珠相+雜亂相、串珠相+片狀相等地震相組成的空間集合體，地質(zhì)解釋為由多個空間位置相近、并由裂縫或較大尺度溶蝕通道所溝通的、不同規(guī)模儲集體的集合。碳酸鹽巖儲集層的形成是一個逐漸變化的過程，早期形成的孔洞型儲集層在后期多期次暴露溶蝕作用下，大氣淡水沿孔洞型儲集層表層或大型裂縫對其進一步溶蝕形成洞穴。也就是說，碳酸鹽巖縫洞型儲集層是由洞穴、孔洞、裂縫相互組合而形成的。本文所討論的是以地震資料為主體的儲集體地震相的集合，是一種相對狹義的、地震資料可識別的縫洞集合體。由于受地震資料本身橫、縱向分辨率的限制，難以單純依靠地震資料識別的小尺度隔層需要通過地質(zhì)分析進行識別。在哈拉哈塘地區(qū)，奧陶系碳酸鹽巖儲集層主要分布于三個層系：良里塔格組、一間房組及鷹山組，其中良里塔格組可分為三段。目前該區(qū)在良里塔格組鉆井獲工業(yè)油氣流的層系均為底部的第三段，良里塔格組三段巖性以砂屑灰?guī)r為主，為高能臺緣灘沉積，儲集層物性[9]較好，其與一間房組之間隔著在全區(qū)分布較為穩(wěn)定的吐木休克組，厚度整體在30 m左右，巖性以泥灰?guī)r為主，地震資料難以實現(xiàn)對其精細的刻畫。從目前的研究來看，哈拉哈塘地區(qū)一間房及鷹山組儲集層主要發(fā)育在距一間房頂面90 m范圍以內(nèi)，而這兩個層系呈整合接觸，無有效隔層，雖然從測井曲線上可以在一間房組和鷹山組內(nèi)部識別出兩套高電阻率隔層，但由于其平均厚度在10～30 m，且在區(qū)內(nèi)分布不均勻，因此目前從地震資料難以準確區(qū)分出這種厚度較薄的儲集層與高阻隔層。

哈拉哈塘地區(qū)斷裂主要為北東-北西向“X”型走滑斷裂及伴生斷裂，區(qū)內(nèi)高角度裂縫較為發(fā)育，不同層系的儲集體很可能通過裂縫進行連通。所以當(dāng)這幾個層系在同一縱向位置均有儲集層發(fā)育時，認為其在縱向上存在連通關(guān)系，實際的鉆探資料也證實了這一點。

對于達到地震可識別厚度的儲集層和非儲集層，在地震資料上反射差異較為明顯，在哈拉哈塘地區(qū)優(yōu)質(zhì)儲集層的地震反射主要為“串珠”狀反射和片狀強反射。在實際工作中，通過精細井震標定，識別出各類儲集層在地震剖面上的反射特征，然后根據(jù)各類儲集層的標定情況，利用地震資料去落實其平面和空間分布，利用多屬性交匯求取門檻值[5]，能較好地刻畫出這兩類反射在平面上和空間上的分布。同時，多屬性交匯可有效去除單一屬性中可能存在的儲層假象。

儲集層的刻畫是縫洞集合體研究的基礎(chǔ)，裂縫的刻畫是研究縫洞集合體的關(guān)鍵，目前對裂縫的研究，主要利用本征值相干加強技術(shù)[5]以及疊前分方位各向異性分析技術(shù)進行預(yù)測。

本征值相干技術(shù)揭示地震波場的空間變化情況，可以直接從高精度三維地震數(shù)據(jù)體得到斷裂和裂縫的發(fā)育情況，不受解釋層位的影響。相干加強技術(shù)則可以在相干的基礎(chǔ)上更為精細地刻畫出小級別的斷裂及裂縫。疊前分方位裂縫預(yù)測技術(shù)主要是利用了地震波在傳播過程中經(jīng)過裂縫時不同方向上的差異求取裂縫的方向和密度，該方法對地震資料要求高，需要全方位、高覆蓋次數(shù)的地震資料。目前哈拉哈塘地區(qū)大部分的地震資料非全方位采集，覆蓋次數(shù)相對較低，橫縱比偏小，利用這種常規(guī)地震資料進行疊前裂縫預(yù)測的能力有限；因此本文主要以疊前深度偏移地震資料本征值屬性進行裂縫預(yù)測，并在此基礎(chǔ)上，需要結(jié)合井上生產(chǎn)動態(tài)資料類比外推研究裂縫溝通性。

3 縫洞集合體的實例分析

A井是哈拉哈塘地區(qū)某三維部署的第一口探井。A井在進入目的層奧陶系一間房組頂面即開始發(fā)生漏失，強鉆10 m后完鉆，累計漏失泥漿168.4 m3，氣測顯示組分較全，測井解釋Ⅰ類儲集層6.5 m/3層，Ⅱ類儲集層7.5 m/2層。該井完鉆試油油壓較低，累計出水110.69 m3，未獲工業(yè)油氣流。分析該井在良里塔格組有6.0 m/3層的氣測顯示，井震標定及分析后選取離井點136 m處的良里塔格顯示段高點進行側(cè)鉆，進入顯示段后即開始漏失，強鉆10 m后完鉆，累計漏失鉆井液272.2 m3，氣測解釋組分較全，測井解釋Ⅱ類儲集層9 m/1層，測試3 mm油嘴折日產(chǎn)油36.58 m3，折日產(chǎn)氣4 034 m3，獲得工業(yè)油氣流。該井的原井點與側(cè)鉆井點的連井對比圖表明，雖然A井在一間房組內(nèi)儲集層更好，但由于其上覆的良里塔格組同樣有儲集層發(fā)育，而兩者之間無有效的隔層存在，因此油氣富集于縫洞集合體構(gòu)造位置更高的良里塔格組儲集層。A井的鉆探表明，不同層系的儲集層也可以連通成大型的縫洞集合體，后續(xù)哈拉哈塘地區(qū)多口井的鉆探均證實了這一點。在多層系儲集層均發(fā)育又無有效隔層的情況下，需以縫洞結(jié)合體的思路，選取縫洞集合體的高部位進行井位的部署。

圖1是過B、C兩口井側(cè)鉆點的連井地震剖面及其油藏模式圖，兩口井井底相距420 m，分別在奧陶系一間房組和良里塔格組獲工業(yè)油氣流，從地震剖面及屬性平面圖上看，二者儲集層并未相連，但從兩口井的生產(chǎn)情況來看，在B井生產(chǎn)后期進行第2輪注水開采后，C井的油壓明顯上升，產(chǎn)油量隨之增加，經(jīng)多輪次注水試驗均有此特征，因此認為兩口井的井底由裂縫相互溝通，由于B井已經(jīng)無油可采，且從縫洞集合體的角度看，其構(gòu)造位置相對較低，以低注高采的思路，將B井轉(zhuǎn)為注水井，提高C井的采收率。B、C兩口井的實例表明，在縫洞集合體的思路指導(dǎo)下，可以利用部分廢棄井進行措施改造，以提高油氣產(chǎn)量。B、C井的實例也進一步說明了跨層系儲集層之間靠裂縫連通的實質(zhì)。

圖1 過B和C井側(cè)鉆點深度偏移地震剖面及其油藏模式圖

D、E兩井的實例則說明通過井的動態(tài)資料校正后裂縫預(yù)測結(jié)果的可靠性。圖2剖面及平面均顯示兩口井儲集層處于未連通狀態(tài)。兩口井產(chǎn)出油氣的密度、油氣比基本一致，油壓也基本一致，兩井試井解釋探測半徑均大于兩井間距883 m，E井試采前后，原本油壓穩(wěn)定的D井油壓突然下降出現(xiàn)拐點，趨勢明顯，表明D、E兩口井處于連通狀態(tài)，位于同一個大型縫洞集合體內(nèi)。通過對兩口井的連通性分析，對井區(qū)內(nèi)的裂縫預(yù)測屬性進行校正，當(dāng)裂縫發(fā)育程度達到一定程度時，認為其裂縫存在有效溝通性，從而獲得該區(qū)域內(nèi)有效溝通裂縫的門檻值。

4 認識與結(jié)論

哈拉哈塘地區(qū)縫洞集合體的研究表明，在碳酸鹽巖發(fā)育區(qū)，由于儲集層的非均質(zhì)性，區(qū)內(nèi)的油氣水關(guān)系復(fù)雜，因此明確儲集層的發(fā)育規(guī)律至關(guān)重要。

儲集層的地震響應(yīng)隨著儲集層的優(yōu)劣而發(fā)生變化，具體在哈拉哈塘地區(qū)，優(yōu)質(zhì)儲集層均表現(xiàn)為強反射的特點，但僅僅考慮強反射，或僅僅只考慮某一層系的強反射，均有一定局限性，各類儲集層可以通過有效裂縫的溝通作用而形成縫洞集合體，在這種情況下，就不能只考慮某一種反射特征，而應(yīng)該整體認識，優(yōu)選整個大型縫洞體的高部位進行鉆探，才更有可能獲得鉆井的高產(chǎn)高效。

圖2 過D和E井深度偏移地震剖面、振幅平面及裂縫預(yù)測平面

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編輯：李金華

1673-8217(2015)01-0059-04

2014-10-20

張亮亮，工程師，1982年生，2004年畢業(yè)于石家莊經(jīng)濟學(xué)院勘察技術(shù)與工程專業(yè)，西安石油大學(xué)在職研究生。

國家科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”之課題“高精度地球物理勘探技術(shù)研究及應(yīng)用”(2011zx05019-005)項目資助。

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