巖溶洞穴型油藏描述中的幾種方法——以塔北輪古西油田為例

常少英，鄧興梁，戴傳瑞，曹鵬，羅憲嬰，閆曉芳，余異志，劉江麗

巖溶洞穴型油藏描述中的幾種方法——以塔北輪古西油田為例

常少英1，2，鄧興梁3，戴傳瑞1，曹鵬1，羅憲嬰1，閆曉芳1，余異志4，劉江麗1

（1中國石油杭州地質(zhì)研究院；2中國石油天然氣集團公司碳酸鹽巖儲層重點實驗室）（3中國石油塔里木油田公司；4中國石油大學(xué)（北京））

以塔里木盆地北部輪古西奧陶系碳酸鹽巖巖溶洞穴型油藏為例，針對幾個制約油田高效開發(fā)的重要問題，采用了相應(yīng)的油藏描述技術(shù)對策：（1）在分析巖溶成因的基礎(chǔ)上，對三維地震數(shù)據(jù)進行巖溶洞穴分層解釋，描述不同洞穴層發(fā)育特征；（2）采用巖溶溝谷趨勢面法確定油水界面，指導(dǎo)避水開發(fā)；（3）通過巖石物理分析，確定了用于識別泥質(zhì)充填洞穴的泥質(zhì)指示因子，然后運用地震反演技術(shù)，篩選出未被泥質(zhì)充填的有效儲層。通過這三項技術(shù)方法的實施，弄清了四層洞穴儲層的分布特征以及它們與供油的關(guān)系；厘清了油水在洞穴儲層中的賦存特征；發(fā)現(xiàn)巖溶斜坡的充填程度高于巖溶臺地；最后評價出三類殘丘含油單元。三項技術(shù)對策在巖溶洞穴型油藏描述方面具有較強適用性，可為相同類型油藏的高效開發(fā)提供技術(shù)借鑒。

巖溶儲層；油藏特征；油藏描述；輪古西油田；塔里木盆地

DOI：10.3969/j.issn.1672-9854.2016.03.008

塔里木盆地輪古西油田是以奧陶系碳酸鹽巖典型的巖溶洞穴型油藏為主的古生界海相大油氣田。由于受多期巖溶疊合作用，奧陶系碳酸鹽巖形成了被巖溶溝谷分割的殘丘型古地貌，儲集空間主要為溶蝕縫洞，規(guī)模較大的縫洞儲集體通常被稱為縫洞體，在致密石灰?guī)r地層中非均勻分布，在地震剖面上表現(xiàn)為“串珠狀反射”和低阻抗的響應(yīng)特征，它是目前碳酸鹽巖勘探開發(fā)的主要鉆探目標［1］。輪古西油田目前近20%的油井為高產(chǎn)井，但它們的產(chǎn)量卻占了總產(chǎn)量的80%。大部分油井雖初期高產(chǎn)，但不能穩(wěn)產(chǎn)，呈現(xiàn)出產(chǎn)量快速遞減、快速水淹的油藏特征；另有一部分井由于所鉆遇巖溶洞穴被泥質(zhì)充填或半充填，而成為無效井或低效井，這說明油藏的勘探開發(fā)有其特殊性和復(fù)雜性。

國內(nèi)外學(xué)者對古巖溶也進行了大量的研究，鐘廣法等［2］通過測井新技術(shù)方法對輪古東地區(qū)的古溶洞進行了識別，劉建新等［3］通過優(yōu)選地震波相關(guān)分量P1屬性對輪古7井區(qū)的巖溶儲層進行了預(yù)測，蔡露露等［4］利用頻譜分解技術(shù)預(yù)測了輪古34井區(qū)巖溶儲層的空間分布。但總的來看，大多方法都是通過單一的地球物理技術(shù)手段對巖溶儲層進行描述，這可能存在著極大的不確定性。因此，需要在充分認識油藏地下地質(zhì)條件和油氣分布規(guī)律的基礎(chǔ)之上，采用地質(zhì)和地球物理相結(jié)合的技術(shù)手段，以達到精細油藏描述的目的，提高勘探開發(fā)成功率。

本次研究通過對輪古西潛山近幾年來勘探開發(fā)成果的統(tǒng)計和分析，結(jié)合成功井和失利井的地質(zhì)、地震和開發(fā)資料的對比研究，探討了工區(qū)的開發(fā)難點，并提出了相應(yīng)的三項技術(shù)對策，以此為差異化開發(fā)方案及高效井的部署提供地質(zhì)依據(jù)。

1　油藏地質(zhì)背景及油藏描述難點

輪古西地區(qū)位于塔里木盆地塔北隆起輪南低凸起，奧陶系鷹山組油藏的埋深超過了5600m，它經(jīng)歷了表生成巖環(huán)境下的暴露、埋藏和再抬升，造成碳酸鹽巖多期、多形式的溶蝕，形成了疊加的古風(fēng)化殼巖溶儲層［5］。巖溶殘丘及巖溶溝谷是其主要的古地貌形態(tài)（參見圖1，圖中黃色代表巖溶臺地，藍色代表巖溶洼地，灰色附加深藍色線條的為巖溶溝谷）。自東向西可劃分為巖溶臺地、巖溶斜坡和巖溶洼地三級巖溶地貌，在古地貌中，地表相連的巖溶溝谷可形成古明河，而潛山面以下相連的洞穴則形成暗河。巖溶儲層主要為奧陶系中下統(tǒng)鷹山組泥晶灰?guī)r、亮晶砂屑灰?guī)r，其中裂縫和溶蝕孔洞相互溝通，形成了以縫洞系統(tǒng)為主要儲集空間的碳酸鹽巖儲集體。

目前在工區(qū)奧陶系鷹山組油藏開發(fā)中遇到了“高產(chǎn)而不穩(wěn)產(chǎn)”、“含水快速上升，油藏暴性水淹”和“易鉆遇被泥質(zhì)充填洞穴”的問題［6-7］，為了改變勘探開發(fā)現(xiàn)狀，亟需解決以下幾個難題：（1）輪古西巖溶儲層發(fā)育具有分層性，不同洞穴層的含油氣特征不一樣，如何尋找連通性好、規(guī)模大的洞穴層是高效開發(fā)的重要課題；（2）如果鉆井鉆入潛山較深，則很容易鉆遇水洞，溝通底水上竄，直接引起暴性水淹，造成低效開發(fā)；如果鉆入潛山面過淺，可能會漏掉油層，影響開發(fā)效率，因此，如何把握油水界面分布規(guī)律是控水高效開發(fā)的一個難題；（3）由于受到古地貌、古水流系統(tǒng)等影響，洞穴易被泥質(zhì)所充填，影響到鉆井的成功率，因此，識別儲層的有效性，以提高鉆井的成功率，也是該類油藏面臨的又一個難題。

圖1　輪古西奧陶系潛山古地貌圖

2　油藏描述對策

2.1巖溶洞穴分層解釋識別

研究多期疊加巖溶儲層發(fā)育特征的核心是建立不同期次巖溶的識別方法，明確不同期次巖溶的分布規(guī)律及疊加形式［8-11］。其解釋思路是：在連井洞穴儲層對比 （圖2）的基礎(chǔ)之上，結(jié)合巖溶地質(zhì)理論，將研究區(qū)奧陶系鷹山組劃分為四個巖溶洞穴層系；然后，通過井震結(jié)合，利用洞穴儲層的“串珠狀”地震反射特征，把測井識別出的四個洞穴層標定到地震剖面上，在地震剖面上解釋出這四個巖溶洞穴層的頂?shù)捉缑妫▓D3），進而對每個層面上的洞穴分布做出預(yù)測。以上思路可主要分解為4個步驟：（1）以蓋層石炭系“雙峰”灰?guī)r為標志層，在連井剖面上拉平，劃分洞穴層位置；（2）將地震數(shù)據(jù)體沿“雙峰”灰?guī)r拉平，恢復(fù)古地貌；（3）在地震拉平數(shù)據(jù)體上，將單井分層標定在地震剖面上，然后將標志層向下漂移若干個時窗，至同一洞穴層的位置，形成地震尺度可識別的一個洞穴層面；（4）對在其他水平面上的洞穴，做第3步驟的工作，解釋不同層系的洞穴層，同一層的巖溶洞穴往往具有近似的容積及較好的連通性。通過四個巖溶洞穴層的解釋，可以理清輪古西的巖溶體系，結(jié)合油水界面的厘定，進而可以初步確定將油水界面之上的洞穴作為進一步描述的對象。

圖2　輪古西奧陶系鷹山組連井洞穴層系劃分

圖3　輪古西奧陶系鷹山組洞穴層系地震解釋

2.2溝谷趨勢面確定油水界面

通過錄井、測井解釋、試油成果、生產(chǎn)動態(tài)等資料的綜合分析，結(jié)合多口單井所處古地貌位置分析，發(fā)現(xiàn)高于殘丘溝谷底面的洞穴層產(chǎn)油，而低于溝谷底面的洞穴層則產(chǎn)水；通過研究區(qū)21口井統(tǒng)計分析，鉆井的累計產(chǎn)油量與殘丘幅度即油藏的高度成正比（圖4）；巖溶殘丘周邊的溝谷底面是巖溶殘丘圈閉接受油氣充注的溢出點，當(dāng)殘丘巖溶儲層高于溝谷底面時容易充注油氣，低于溢出點的巖溶儲層則很難捕獲油氣，巖溶溝谷底面指示了油水界面位置（圖5，圖中虛線為巖溶溝谷底面）。為了較好地把溝谷發(fā)育的位置識別出來，本次研究采用了趨勢面分析技術(shù)以識別巖溶溝谷底面。

圖4　輪古西奧陶系單井殘丘幅度與累計產(chǎn)油量散點圖

圖5　輪古西奧陶系鷹山組油藏油水關(guān)系模式圖

趨勢面分析技術(shù)是擬合數(shù)學(xué)曲面的一種統(tǒng)計方法。具體的就是用數(shù)學(xué)方法計算出一個數(shù)學(xué)曲面，來擬合數(shù)據(jù)中的區(qū)域性變化的“趨勢”，這個數(shù)學(xué)曲面叫做趨勢面，方法的過程叫做趨勢面分析［12-13］。

式中：Z為趨勢面擬合值；a0、a1、a2、a3、a4、a5為權(quán)系數(shù)；x，y為實際采樣數(shù)據(jù)點。

在實際的應(yīng)用中，趨勢面會更接近變化較為平緩的數(shù)據(jù)，而偏離于異常數(shù)據(jù)［14］。在碳酸鹽巖巖溶洞穴型油藏形成的過程中，整體上看，溝谷是隨古地貌起伏而變化的，古地貌整體在橫向上呈緩慢變化的趨勢，因發(fā)育主斷裂而形成的一些大型巖溶溝谷，則會成為局部干擾點。因此，趨勢面擬合值可以近似看做溝谷底面，從而達到識別油水界面的目的。依據(jù)油藏特征及趨勢面計算的結(jié)果，建立溝谷趨勢面模式圖（圖6），圖6中綠色線代表巖溶潛山面，橙色線為巖溶溝谷趨勢面。

圖6　輪古西奧陶系鷹山組古地貌溝谷趨勢面模式圖

以A、B井為例（圖7a，7b），兩口井的實際油水界面分別是5832m和5578m，經(jīng)過溝谷趨勢面識別后，趨勢面的位置（圖7中橙色線的部位）分別在5836m和5575 m，誤差在3 m左右，識別精度滿足了當(dāng)前生產(chǎn)的需求。油水界面識別技術(shù)規(guī)避了含水洞穴鉆探的風(fēng)險，并為確定鉆井完鉆深度以及油井潛力挖掘提供了重要依據(jù)。

圖7　輪古西奧陶系油井油水界面劃分圖

2.3泥質(zhì)因子反演判識巖溶有效性

在油水界面識別之后，油水界面之上的巖溶洞穴型儲層又可分為充填洞穴（指泥質(zhì)充填）和未充填洞穴兩種類型。充填洞穴是指測井解釋為洞穴儲層，但在鉆井過程中沒有見到放空或漏失的現(xiàn)象，并且自然伽馬曲線出現(xiàn)高值異常、井徑曲線未出現(xiàn)明顯異常的特征；未充填洞穴是指在鉆井過程中出現(xiàn)放空、并伴隨大量的泥漿漏失和井徑擴大的現(xiàn)象。為了能夠在地震參數(shù)反演成果中有效地識別充填洞穴，需要利用巖石物理分析的技術(shù)，重構(gòu)對泥質(zhì)充填洞穴敏感的地震參數(shù)，從而識別出被泥質(zhì)充填的洞穴。這樣，在優(yōu)選井位時可以規(guī)避此類洞穴，進而提高鉆井的成功率。本文用伽馬曲線與不同地震參數(shù)進行交會分析（圖8），以優(yōu)選對泥質(zhì)充填洞穴響應(yīng)敏感的地震參數(shù)。從縱波波阻抗（Zp）與伽馬曲線（GR）的交會圖（圖8a）上可以看出，地震參數(shù)縱波阻抗對泥質(zhì)響應(yīng)并不敏感，難以區(qū)分出含泥質(zhì)儲層，而“縱波速度與密度平方的比值”（Vp/DEN2）這個地震參數(shù)能夠較好地區(qū)分出含泥質(zhì)儲層（見圖8b，圖中色標顯示為洞穴孔隙度）。因此，可以通過疊前彈性反演，得到 “縱波速度與密度平方的比值”這種對泥質(zhì)較敏感的數(shù)據(jù)（稱為疊前“泥質(zhì)指示因子”）。經(jīng)過單井標定，當(dāng)泥質(zhì)指示因子（Vp/DEN2）小于650m/s·cm6/g2時，為泥質(zhì)充填洞穴（圖8b），用此識別泥質(zhì)充填洞穴，就能達到規(guī)避風(fēng)險的目的。

圖8　縱波阻抗（Zp）、縱波速度與密度平方的比值（Vp/DEN2）分別與測井伽馬（GR）交會圖

3　技術(shù)應(yīng)用效果

通過洞穴儲層的分層解釋，運用溝谷趨勢面法對油水界面進行識別，解釋出四層洞穴的平面分布特征（圖9），其中高產(chǎn)井主要發(fā)育在第二層洞穴上。第一層洞穴主要分布在巖溶臺地（圖9a），因為位于水系上游，因而水動力較弱，洞穴發(fā)育相對孤立，多呈零星狀分布，洞穴大多位于溝谷趨勢面以上，故預(yù)測主要為含油洞穴；第二層洞穴主要分布在巖溶臺地及巖溶斜坡區(qū)（圖9b），具有較好的連通性，高產(chǎn)井發(fā)育較多，從圖9b可以看出該層含水洞穴主要發(fā)育在巖溶臺地上；第三層、第四層洞穴主要分布在巖溶斜坡及巖溶洼地（圖9c，9d），由于水動力較強，多發(fā)育暗河，含油洞穴主要發(fā)育在巖溶洼地，特別是第四層（圖9d）普遍發(fā)育含水洞穴，因此鉆探風(fēng)險較大。

進一步地利用疊前泥質(zhì)指示因子反演技術(shù)對洞穴儲層的有效性進行評價（圖10）。通過單井取心標定，泥質(zhì)識別因子小于650m/s·cm6/g2時，為泥質(zhì)充填洞穴；泥質(zhì)識別因子大于800m/s·cm6/g2且位于古地貌高部位時，為低風(fēng)險含油洞穴；泥質(zhì)指示因子大于650m/s·cm6/g2且小于800m/s·cm6/g2，并位于古地貌高部位時，則評價為中等風(fēng)險含油洞穴；泥質(zhì)識別因子大于650m/s·cm6/g2且小于800m/s·cm6/g2，并位于古地貌低部位時，則評價為高等風(fēng)險含油洞穴儲層。由此發(fā)現(xiàn)第一層洞穴由于發(fā)育在巖溶臺地上，水流動力小，多位于油水界面之上，低風(fēng)險含油洞穴比例較大；第二、三、四層洞穴發(fā)育在巖溶斜坡及巖溶洼地，水流動力較大，易被泥質(zhì)充填且部分洞穴位于油水界面之下，因此新鉆井出水或被泥質(zhì)充填的風(fēng)險較大；根據(jù)已知鉆井情況，相連通洞穴的拐彎處容易充填泥質(zhì)，而且?guī)r溶斜坡的充填程度要高于巖溶臺地。上述這些認識可以為輪古西巖溶洞穴儲層評價和進一步挖潛提供重要參考。

圖9　輪古西奧陶系四個洞穴層油水賦狀態(tài)預(yù)測圖

圖10　輪古西奧陶系洞穴有效性評價圖

4　結(jié)　論

圍繞油田生產(chǎn)中如何甄別有效儲層、提高開發(fā)效果的問題，針對巖溶洞穴型油藏特征，采取了適用的三項技術(shù)對策，可為相同類型的油藏開發(fā)提供技術(shù)參考。

（1）分層解釋技術(shù)綜合了巖溶理論等地質(zhì)認識及地震解釋方法，發(fā)現(xiàn)洞穴發(fā)育具有分層性，并識別出四層洞穴，明確了高效井位主要發(fā)育在第二層洞穴。

（2）通過應(yīng)用溝谷趨勢面確定巖溶洞穴型油藏的油水界面，位于溝谷趨勢面之上的洞穴層富集油氣，之下的則多含水，這可為鉆井深度的確定和儲量的計算等研究提供重要依據(jù)。

（3）通過巖石物理分析，構(gòu)建了泥質(zhì)指示因子，并利用泥質(zhì)指示因子判識了巖溶洞穴的有效性，這可規(guī)避鉆井鉆遇泥質(zhì)充填洞穴的風(fēng)險和提高開發(fā)效果。

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編輯：黃革萍

Chang Shaoying：Master，Petroleum Geophysics Engineer.Add：PetroChina Hangzhou Institute of Geology，920 Xixi Rd.，Hangzhou，Zhejiang，310023，China

Methods of Reservoir Description for Karst Caved Reservoirs：An Example from Lunguxi Oil Field，Tarim Basin

Chang Shaoying，Deng Xingliang，Dai Chuanrui，Cao Peng，Luo Xianying，Yan Xiaofang，Yu Yizhi，Liu Jiangli

The Ordovician karst caved reservoirs are the typical“residual buried-hill pools”at Lunguxi Oil Field in Tarim Basin.Three technical methods are suggested and applied to deal with problems in reservoir development. （1）Based on the analysis of karst origin，3D seismic data are applied to interpret the hierarchical karst caves and describe development characteristics of different cave layers；（2）Oil-water interface can be determined by the karst valley trend surface to guide for preventing water in development period；（3）Based on the analysis of rock physics，the mud indicative factor is obtained，which can be used to detect the caves whether filled with mud or not，and then choose the effective reservoirs without filling by seismic inversion.By implementing above methods，the distribution characteristics of caved reservoirs are made clear in different four beds.The relationship of oil and water occurrence in caved reservoirs is clarified.It is proved that there are higher filling content in karst slope than in karst platform.Three kinds of residual oil units are evaluated.

Karst reservoir；Oil reservoir characteristics；Reservoir description；Lunguxi Oil Field；Tarim Basin

TE122.2

A

1672-9854（2016）-03-0065-07

2015-09-06；改回日期：2016-03-09
本文受國家科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”（編號：2016ZX05004-002）以及中國石油集團科技重大專項“深層油氣勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究”（編號：2014E-32-02）聯(lián)合資助
常少英：1983年生，工程師，2009年獲桂林理工大學(xué)地球物理專業(yè)碩士學(xué)位，現(xiàn)從事油藏地球物理研究。通訊地址：310023浙江省杭州市西湖區(qū)西溪路920號；E-mail：changsy_hz@petrochina.com.cn