靖邊氣田奧陶系溝槽精細(xì)刻畫及其與天然氣富集關(guān)系

張正濤 ，王興艷，崔越華 ，呂利剛 ，黃文科

（1.中國石油長慶油田分公司第一采氣廠，寧夏銀川 750006；2.中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，陜西西安 710018）

關(guān)于靖邊氣田巖溶古地貌特征及溝槽展布特征，前人做了大量的基礎(chǔ)工作[1-3]，主要運(yùn)用實(shí)鉆井驗(yàn)證、上覆石炭系的厚度及分布趨勢、奧陶系馬家溝組的殘余厚度、風(fēng)化殼溶蝕剖面結(jié)構(gòu)及上覆鐵鋁質(zhì)巖的發(fā)育情況、古地形及古水動力場、模型正演及地震波形分析等方法手段，對溝槽的識別方法和空間展布特征兩個(gè)方面進(jìn)行了研究（見表1）[4-6]。而在靖邊氣田奧陶系古溝槽對儲層及天然氣富集控制作用方面少有論述，本文在靖邊氣田溝槽精細(xì)刻畫基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對溝槽發(fā)育對儲層影響及天然氣富集關(guān)系兩個(gè)方面開展工作。

1 靖邊氣田溝槽識別

溝槽是地表線狀流水侵蝕和化學(xué)淋濾溶蝕造成的地層缺失的樹枝狀潛溝，一般發(fā)育在地表具有一定坡度且地表徑流較發(fā)育區(qū)域。靖邊氣田古溝槽主要為奧陶系頂部風(fēng)化殼被地表水侵蝕沖刷并充填而成，其發(fā)育主要受控于古構(gòu)造、古氣候、古水動力場及地層巖性等因素。根據(jù)靖邊氣田二十余年開發(fā)實(shí)踐，井間小溝槽的精細(xì)識別問題被認(rèn)為是影響開發(fā)鉆井成功率的重要因素之一。為精細(xì)刻畫奧陶系溝槽展布特征，在前人研究基礎(chǔ)上，以實(shí)鉆井為點(diǎn)約束，充分利用溝槽界面在地震和測井響應(yīng)上的差異，通過地質(zhì)、地震、氣藏工程等多方面結(jié)合，重點(diǎn)主要放在二、三級溝槽的識別和對井稀或無井區(qū)溝槽的識別上。主要運(yùn)用：實(shí)鉆井地層對比法、地震波形識別法及時(shí)窗滑移法，三種技術(shù)手段對靖邊古溝槽進(jìn)行精細(xì)識別和刻畫。

1.1 實(shí)鉆井地層對比

首先，利用954口探井、評價(jià)井和開發(fā)井的奧陶系頂部出露特征，并考慮到地層縱向上的海拔形態(tài)及小層剝蝕零線位置，來確定一級溝槽初步輪廓。利用鉆井對比剖面可識別一級溝槽的輪廓，確定出溝槽走向、連續(xù)性等展布特征。下面以具體實(shí)例來說明識別過程。

如S179～Y36-11溝槽，分別選取過溝槽的四條橫切面（S191～G1-11，G05-12～G0-14，S175～Y31 及 Y29-0～T2），可見溝槽附近井出露層位自東向西有變老的趨勢，且侵蝕深度加深（見圖1）。據(jù)此可基本判斷本溝槽自東向西是連續(xù)的，且發(fā)育程度增加。按照此思路，以鉆井資料為基礎(chǔ)，通過鉆井剖面標(biāo)定大致確定出10條一級溝槽的初步輪廓，為溝槽進(jìn)一步識別和標(biāo)定提供了基礎(chǔ)。

1.2 地震波形識別

溝槽的地震反射結(jié)構(gòu)是溝槽解釋的主要依據(jù)。奧陶系頂部風(fēng)化殼為高速致密塊狀白云巖、灰?guī)r，頂部為低速石炭系煤系地層，二者間形成明顯的波阻抗界面，由于溝槽部位的奧陶系頂部地層存在缺失，從而導(dǎo)致地震反射同相軸的“下凹”現(xiàn)象。與井資料對比說明，凡是溝槽部位都有不同程度的To14下凹。溝槽不明顯時(shí)將使Tc3反射波連續(xù)性好、能量強(qiáng)，To14無明顯下凹。另外，石炭系厚度增大也會導(dǎo)致同相軸由瘦變胖，由少變多。因此，在層位標(biāo)定的基礎(chǔ)上，利用地震波形的同相軸“下凹”（見圖2A），同相軸增加（見圖2B）,同相軸減少（見圖2C）及同相軸不連續(xù)（見圖2D）等特征，可對溝槽做進(jìn)一步識別。但是，在6 km×8 km～2 km×4 km測網(wǎng)條件下，由于地震資料精度有限，僅能識別出剝蝕厚度在20 m以上的溝槽，而要精細(xì)描述侵蝕溝槽強(qiáng)度和溝槽走向，尤其是要識別出剝蝕厚度5 m～10 m的淺溝槽，仍是十分困難的。

1.3 時(shí)窗滑移法

奧陶系碳酸鹽巖地層反射能量較弱，石炭系底部地層為薄互層的沙泥巖和煤層反射能量強(qiáng)，在風(fēng)化殼界面處強(qiáng)弱變化明顯。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，風(fēng)化殼界面一般在約15 ms的時(shí)窗范圍內(nèi)起伏。因此，利用時(shí)窗滑移方法在出現(xiàn)均方根振幅的高值收斂區(qū)即為溝槽區(qū)。

表1 鄂爾多斯盆地奧陶系溝槽部分研究成果

圖1 橫切面法識別一級溝槽示意圖

圖2 利用地震波形特征進(jìn)行溝槽識別

選用合適的時(shí)窗極為關(guān)鍵，時(shí)窗過大，提取的地震動力學(xué)參數(shù)僅對大溝、深溝等一級溝槽有較明顯的響應(yīng)，對二、三級溝槽響應(yīng)不明顯；時(shí)窗過小，提取的地震動力學(xué)參數(shù)難以包絡(luò)一級溝槽，且地震動力學(xué)參數(shù)不穩(wěn)定，對溝槽的響應(yīng)存在多解性。在這種地質(zhì)地震條件下，通過試驗(yàn)選取合適的時(shí)窗，利用時(shí)窗滑動確定奧陶系頂面層位特征。根據(jù)VSP測井和聲波測井資料統(tǒng)計(jì)，石炭系地層平均速度4 000 m/s～5 000 m/s，平均4 328 m/s；奧陶系地層平均速度6 000 m/s～7 000 m/s，平均6 432 m/s。地震資料采樣率2 ms，加密重采樣至1 ms。通過屬性時(shí)窗試驗(yàn)，最小時(shí)窗為5 ms時(shí)，地震屬性具有較好的穩(wěn)定性，最終選用5 ms作為提取各種地震屬性的時(shí)窗；以2 ms為間隔，在奧陶系頂面分布的反射軸內(nèi)進(jìn)行5 ms時(shí)窗滑移，提取均方根振幅、平均反射能量和弧長屬性，通過時(shí)窗由上向下滑移，屬性高值逐漸收斂區(qū)解譯為石炭系地層，即為溝槽，而且根據(jù)收斂區(qū)的特征，可以定量的確定溝槽的寬度、深度、形態(tài)、剝蝕的層位等要素。根據(jù)過地震測線的113口井驗(yàn)證，吻合度在85.5%。

2 溝槽展布特點(diǎn)

綜合運(yùn)用上述三種方法識別結(jié)果，并進(jìn)一步用生產(chǎn)、測試資料進(jìn)行驗(yàn)證，對與實(shí)際相矛盾的地方，對溝槽模型進(jìn)行調(diào)整，使之與生產(chǎn)實(shí)際和目前認(rèn)識相一致。共識別出10條一級溝槽、68條二級溝槽和376條三級溝槽，其展布特征（見圖3）。

對各小層一級溝槽的寬度、長度及深度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。

長度：10條一級溝槽中，大于80 km有1條，50 km～80 km有7條，30 km～50 km有2條；表明一級溝槽長度一般在50 km～80 km。

寬度：溝槽延伸長度＞30 km、寬度2 km～3.5 km；二級溝槽68條，溝槽延伸長度5 km～30 km，寬度1 km～2 km；三級溝槽376條，溝槽延伸長度<5 km，寬度<1 km。

圖3 靖邊氣田馬家溝組五段一級溝槽展布特征

深度：其中：馬五11小層一級溝槽的深度為39.4 m，馬五12小層一級溝槽的深度為32.1 m，馬五13小層一級溝槽的深度為28 m，馬五14小層一級溝槽的深度為22.9 m，馬五21小層一級溝槽的深度為19.6 m，馬五22小層一級溝槽的深度為14.7 m，馬五31小層一級溝槽的深度為9.4 m。

統(tǒng)計(jì)可知，一級溝槽長度與三級溝槽數(shù)量之間為指數(shù)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為93.12%（見圖4）。一級溝槽長度與一級溝槽寬度之間為線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為77.73%（見圖 5）。

圖4 溝槽長度與三級溝槽數(shù)量關(guān)系圖

圖5 溝槽長度與寬度關(guān)系圖

3 溝槽發(fā)育對儲層的影響

3.1 巖溶古地貌特征

溝槽發(fā)育影響了儲層的物性，而古溝槽的發(fā)育情況主要受控于工區(qū)內(nèi)巖溶古地貌特征。因此，結(jié)合前人研究成果[7]，根據(jù)石炭系標(biāo)志層厚度（Hc）這一定量指標(biāo)，結(jié)合古地理環(huán)境、古水動力分析，將工作區(qū)劃分3類二級地貌類型（見表2）：巖溶臺地、巖溶斜坡和巖溶盆地。石炭系標(biāo)志層厚度大于90 m。在二級地貌類型劃分的基礎(chǔ)上，結(jié)合馬家溝組的殘余厚度、殘積巖的性質(zhì)、局部地形對比特征等因素進(jìn)行三級地貌類型劃分，選用K1標(biāo)志層（為馬五14底部的一層凝灰?guī)r及云質(zhì)泥巖）以上馬五1段的殘余厚度（HK）作為中東部三級地貌類型劃分的參考依據(jù)。進(jìn)一步將巖溶臺地劃分為淺洼和平臺；將巖溶斜坡劃分為溶丘、洼地、臺坪及溝槽；將巖溶盆地劃分為殘丘和谷地（見表2）。

表2 靖邊奧陶系風(fēng)化殼古巖溶地貌類型劃分

研究區(qū)溝槽主要發(fā)育于巖溶斜坡區(qū)，古地形呈東高西低的斜坡構(gòu)造，決定了溝槽主要以東西向展布為主。溝槽橫切面一般表現(xiàn)為寬緩的“U”字型。溝槽位置巖溶發(fā)育特征（見圖6），其垂向結(jié)構(gòu)分為（a）殘積帶、（b）表層巖溶帶、（c）垂直淋濾帶、（d）水平溶蝕帶、（e）溶蝕沉淀帶及（f）緩流帶等六個(gè)帶，其中表層巖溶帶和垂直淋濾帶巖溶發(fā)育最為強(qiáng)烈，是有效儲層發(fā)育有利帶。

3.2 溝槽對儲層物性的控制

巖溶溝槽兩側(cè)上方斜坡（相鄰溝槽之間的溶丘），該區(qū)地貌經(jīng)受較強(qiáng)的風(fēng)化淋濾，巖溶作用最強(qiáng)烈，頂部縱橫交錯(cuò)的溶縫將基巖分割成角礫狀，下部溶孔發(fā)育。巖心觀察，馬家溝組五段，總體儲層物性較好，孔洞較發(fā)育（見圖7a）。常見角礫和垮塌角礫巖（見圖7b），常被方解石膠結(jié)，裂縫非常發(fā)育，未充填或被方解石半充填到充填（見圖7c、7d）。溶洞破碎充填帶，被泥質(zhì)和小的基巖角礫充填。薄片觀察，可見晶間微孔（見圖8a）和溶孔（見圖8b）廣泛發(fā)育，微裂縫（見圖8c）常見，此外還可見膏?？装l(fā)育（見圖8d）。該區(qū)在風(fēng)化及巖溶作用下，儲層孔、洞、縫均較發(fā)育，物性好，是高產(chǎn)氣井的

有利分布區(qū)。

圖6 巖溶演化特征示意圖（據(jù)夏日元修改）

圖7 溝槽上方斜坡區(qū)巖心特征

圖8 溝槽上方斜坡區(qū)儲層鏡下特征

溝槽內(nèi)部是古地貌地勢低平地區(qū)，為地表徑流及巖溶斜坡下滲大氣淡水主要排泄匯集區(qū)。該區(qū)水體溶解能力差，而沉淀和充填作用強(qiáng)，巖溶空間充填程度較高，由于鈣、泥質(zhì)的充填膠結(jié)，易形成致密巖性帶，物性變差（見表3），不利于儲集空間的形成和演化。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，位于溝槽內(nèi)部儲層平均孔隙度為2.47%，滲透率1.62 μm2，溝槽斜坡部位儲層平均孔隙度高達(dá)4.39%，滲透率高達(dá)2.56 μm2，與理論認(rèn)識相一致。

表3 溝槽內(nèi)部、溝槽上方斜坡（溶丘區(qū)）物性對比表

溝槽對儲層既有建設(shè)作用又有破壞作用。建設(shè)性作用表現(xiàn)為：溝槽上方的斜坡區(qū)，由于溝槽的存在，往往水動力能量高，巖溶作用強(qiáng)烈，儲層物性較好。且由于側(cè)向溝槽的存在，可提供良好的物性封閉、巖性遮擋，為富集天然氣提供有利條件。破壞作用是表現(xiàn)在兩個(gè)方面：其一，使巖溶斜坡遭受切割而缺失主力氣層，使得儲層不具有大面積連續(xù)含氣的特點(diǎn)。其二，溝槽發(fā)育部位，垂直巖溶帶不發(fā)育，水平巖溶帶厚度減薄。是古水流的指向區(qū)域，溶蝕作用相對較弱，且已有溶孔溶洞充填較為嚴(yán)重，殘留有效儲集空間小。具體到溝槽內(nèi)部，上覆石炭系底部鋁土巖因溝槽中的水流侵蝕而缺失，多以砂、泥巖充填和鈣、泥質(zhì)充填為特征，儲層致密，物性差。

4 溝槽對天然氣富集程度的影響

溝槽是風(fēng)化殼巖溶儲層與古地貌成藏圈閉形成的重要因素，溝槽網(wǎng)絡(luò)的發(fā)育控制了氣藏的分布和天然氣的富集區(qū)帶。關(guān)于氣源問題，一般認(rèn)為靖邊氣田煤成氣和油型氣均來自于上古生界二疊系的煤層和太原組含煤地層[8]。根據(jù)徐波、孫衛(wèi)等對靖邊氣田陜200區(qū)塊的研究[9]，認(rèn)為東西向展布的溝槽及其與裂縫的耦合作用，構(gòu)成了上古生界天然氣向下古生界儲層運(yùn)移的通道。并定性認(rèn)為溝槽越發(fā)育，裂縫密度越大，則含氣飽和度就越高。為進(jìn)一步研究溝槽發(fā)育與天然氣富集的關(guān)系，對工區(qū)983口井的測井、試氣及生產(chǎn)資料進(jìn)行分析對比，以期明確溝槽發(fā)育與天然氣富集規(guī)律間的定量關(guān)系。

4.1 溝槽發(fā)育部位與無阻流量的關(guān)系

試氣結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)表明：氣井產(chǎn)能與距溝槽中心線距離關(guān)系密切。當(dāng)氣井距離溝槽中心線2 km時(shí)，平均無阻流量為3.5×104m3/d，當(dāng)距離6 km時(shí)平均無阻流量達(dá)到50×104m3/d以上（見圖9）；溝槽內(nèi)部井（距溝槽中心線1.5 km以內(nèi)）的平均無阻流量是0.9×104m3/d，溝槽外部井（距溝槽中心線1.5 km以外）的平均無阻流量是20.1×104m3/d。可見，溝槽內(nèi)部井的無阻流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于溝槽外部井的無阻流量，其一般不具工業(yè)產(chǎn)能。

圖9 無阻流量與距溝槽中心線距離關(guān)系圖

4.2 溝槽剝蝕層位與無阻流量的關(guān)系

對溝槽發(fā)育區(qū)及其相鄰地區(qū)各單井無阻流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，無阻流量與地層出露層位呈指數(shù)遞減，隨著出露層位加深，氣井產(chǎn)能快速下降（見圖10）。按照溝槽剝蝕層位可分為三類：（1）出露層位在馬及以上地層，井均能達(dá)到工業(yè)產(chǎn)能且無阻流量在8.5×104m3/d以上，表明馬五1地層保留程度是氣井高產(chǎn)的關(guān)鍵；（2）出露層位為馬及馬，基本達(dá)到工業(yè)產(chǎn)能且無阻流量在3.8×104m3/d左右，表明馬及馬地層保留是氣井達(dá)標(biāo)的底線；（3）出露層位在馬-馬，平均無阻流量在1.4×104m3/d以下，氣井多不具工業(yè)產(chǎn)能；上述分析說明，地層保留程度是氣井產(chǎn)能的關(guān)鍵，保留馬五1+2地層的井一般可以達(dá)到工業(yè)氣流標(biāo)準(zhǔn)。

圖10 地層出露與無阻流量關(guān)系圖

5 結(jié)論

（1）實(shí)鉆井地層對比法、地震波形識別法及時(shí)窗滑移法相結(jié)合，可綜合識別工區(qū)內(nèi)古溝槽展布特征，識別和精細(xì)刻畫出一級溝槽10條、二級溝槽68條和三級溝槽376條。一級溝槽長度與三級溝槽數(shù)量之間具指數(shù)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為93.12%。一級溝槽長度與一級溝槽寬度之間具線行關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為77.73%。

（2）溝槽發(fā)育對儲層物性的影響既有建設(shè)性作用又有破壞性作用。一方面，溝槽上方的斜坡區(qū)由于溝槽的存在，水動力能量高，巖溶作用強(qiáng)烈，儲層物性較好。且由于側(cè)向溝槽的存在，可提供良好的物性封閉、巖性遮擋，為富集天然氣提供有利條件。另一方面，溝槽發(fā)育使巖溶斜坡遭受切割而缺失主力氣層，使得儲層不具有大面積連續(xù)含氣的特點(diǎn)。同時(shí)，溝槽發(fā)育部位溶蝕作用相對較弱，充填較為嚴(yán)重，使得儲層致密，物性變差。

（3）溝槽發(fā)育對天然氣富集控制作用明顯：氣井產(chǎn)能與距溝槽中心線的距離具線性關(guān)系，溝槽內(nèi)部井，一般不具有產(chǎn)能；距離溝槽中心線2 km時(shí)，無阻流量為3.5×104m3/d；距離溝槽中心線8 km時(shí)無阻流量達(dá)到61.7×104m3/d；氣井無阻流量與地層出露呈指數(shù)遞減，隨著出露層位加深，氣井產(chǎn)能快速下降，出露層位在馬五22以下多不具工業(yè)產(chǎn)能。

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