斷溶體儲層類型識別、預(yù)測及發(fā)育模式探討
——以塔里木盆地塔河十區(qū)TH10421單元為例

程 洪，張 杰，張文彪

(1.成都理工大學(xué) 能源學(xué)院，四川 成都 610059； 2. 中國石化 西北油田分公司 采油三廠，新疆 阿克蘇842012；3.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

縫洞型碳酸鹽巖油氣藏是一種以大型巖溶洞穴為主要儲集空間的油氣藏，在世界范圍內(nèi)占有重要地位。中國縫洞型碳酸鹽巖油藏主要分布在塔里木盆地奧陶系，經(jīng)歷了多期構(gòu)造運動、巖溶改造，儲集空間類型多樣，包括洞穴、孔、縫及相互之間的組合，尺度差異大，形態(tài)極不規(guī)則。不同類型的儲集空間其成因過程、表征方法及開發(fā)特征差異性很大[1-4]，而用于表征油氣藏的巖心、測井和地震等資料所反映的儲層精度也存在巨大差異，油藏描述難度極大，理清不同類型儲集體的成因及發(fā)育模式，是提高油藏描述精度的重要途徑。

斷溶體油藏是近年在塔里木盆地發(fā)現(xiàn)的一種新類型油藏。斷溶體油藏理論的提出有效指導(dǎo)了塔河外圍地區(qū)、順北地區(qū)、哈拉哈塘地區(qū)、塔中地區(qū)的勘探開發(fā)[4]。但隨著開發(fā)過程中一些低產(chǎn)井的出現(xiàn)以及注水、注氣措施的失效，表明斷溶體油藏內(nèi)部有著極強的非均質(zhì)性，對縫洞配置、連通模式等內(nèi)部結(jié)構(gòu)的認(rèn)識仍不足，目前急需對斷溶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行解剖，并形成一套針對性的預(yù)測技術(shù)，以指導(dǎo)塔河外圍、順北和塔中等地區(qū)油氣藏的科學(xué)勘探開發(fā)。

1 地質(zhì)概況

2 斷溶體油藏儲集體類型及測井識別

斷溶體油藏是斷裂帶經(jīng)過多期地表水巖溶或深部熱液上涌溶蝕改造形成的油藏。斷溶體油藏的形成主要得益于多級次、多方位斷裂的發(fā)育，斷裂引發(fā)巖溶作用形成孔、洞、縫等多類型儲集空間，極大的改善了致密碳酸鹽巖儲層的儲集性能。根據(jù)不同儲集空間的組合和結(jié)構(gòu)特征，將其內(nèi)部儲集體分為洞穴型、溶蝕孔洞型、裂縫-孔洞型及裂縫型4種，各類型儲集體間受巖溶發(fā)育過程控制，存在一定成因聯(lián)系。

2.1 洞穴型儲集體

洞穴型儲集體通常形成于溶蝕過程末期，地表水或深部熱液沿斷裂溶蝕致密灰?guī)r，溶蝕作用時間越長，形成大型洞穴的可能性越大[8-10]。洞穴型儲集體在后期改造過程中會發(fā)生充填，依據(jù)充填程度差異，又可進一步細分為未充填型洞穴和充填型洞穴。

未充填型洞穴，儲集空間保存好，具備良好的儲集和生產(chǎn)能力。在鉆遇該類型儲集體時通常會出現(xiàn)鉆具放空、泥漿大量漏失等情況。常規(guī)測井曲線中的井徑曲線通常會有明顯的擴徑現(xiàn)象；GR曲線值較上下圍巖略有增大或保持不變(一般小于25 API)；三孔隙度曲線與上下圍巖地層相比變化劇烈；深淺雙側(cè)向電阻率測井值一般較低，通常小于150 Ω·m(圖2a)。

充填型洞穴，在流水和重力作用下，洞穴常被沉積物充填，充填物的成分通常較為復(fù)雜，以砂泥為主，通常會具有流水沖刷或重力分異作用形成的層理以及分選結(jié)構(gòu)等特征，主要儲集空間為粒間孔。常規(guī)測井曲線上，一般在泥質(zhì)含量較高時出現(xiàn)井徑曲線的擴徑現(xiàn)象；自然伽馬曲線值較上下圍巖增大，最高可達95 API；三孔隙度曲線與上覆、下伏地層相比有明顯變化；深淺雙側(cè)向電阻率測井值較低，小于180 Ω·m(圖2b)。

2.2 溶蝕孔洞型儲集體

大型洞穴周圍通常存在溶蝕程度中等、規(guī)模大小不一、類似于碎屑巖儲層的溶蝕孔洞。溶蝕孔洞型儲集體就是溶蝕孔洞集中發(fā)育的部位。溶蝕孔洞的存在增大了地表水與碳酸鹽巖的接觸面積，擴大了溶蝕范圍。因此，溶蝕孔洞型儲集體與洞穴型儲集體在空間分布上具有一定的相關(guān)性，洞穴型儲集體往往發(fā)育在溶蝕孔洞發(fā)育程度較高的部位。

常規(guī)測井曲線上，溶蝕孔洞型儲集體自然伽馬曲線值較上下圍巖略有增大；聲波時差和中子測井值與圍巖相比有小幅度增大，密度測井值為低值；深淺雙側(cè)向電阻率測井值一般較低，一般小于160 Ω·m(圖2c)。

2.3 裂縫-孔洞型儲集體

裂縫-孔洞型儲集體通常發(fā)育在溶蝕孔洞帶的外圍，屬于溶蝕程度偏弱階段的產(chǎn)物，裂縫與小型溶孔共生，裂縫-孔洞型儲層既是有效的儲集空間又是有效的連通通道。在常規(guī)測井曲線上，裂縫-孔洞型儲集體測井響應(yīng)總體比裂縫測井響應(yīng)幅度稍大，具體表現(xiàn)在自然伽馬曲線值與圍巖近似，一般在5～13 API；聲波時差和中子測井值與圍巖相比略有增大，聲波時差為50～55 μs/ft；中子一般在0.8 %～4 %；密度測井值相對較高，在2.58～2.67 g/cm3；深淺雙側(cè)向電阻率測井值一般較低，一般小于400 Ω·m(圖2d)。

圖1 塔里木盆地塔河油田構(gòu)造位置(a)、大型主干斷裂分布(b)及地層綜合柱狀圖(c)[5]Fig.1 Structural location of (a),distribution of major faults in (b),and stratigraphic column of (c) the Tahe oilfield in the Tarim Basin[5]P2.中二疊統(tǒng)；C2x.上石炭統(tǒng)小海子組；C1kl.下石炭統(tǒng)卡拉沙依組；C1b.下石炭統(tǒng)巴楚組；D3d.上泥盆統(tǒng)東河塘組；D1-2-S2-3.中、下泥盆統(tǒng)—中、上志留統(tǒng)；S1k.下志留統(tǒng)柯坪塔格組；O3s.上奧陶統(tǒng)桑塔木組；O3l.上奧陶統(tǒng)良里塔格組；O3q.上奧陶統(tǒng)恰爾巴克組；O2yj.中奧陶統(tǒng)一間房組；O1-2y.中、下奧陶統(tǒng)鷹山組；O1p.下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組;.寒武系；下石炭統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)灰?guī)r(雙峰灰?guī)r)頂反射界面；奧陶系頂反射界面；中、下奧陶統(tǒng)一間房 組頂反射界面；寒武系頂反射界面；震旦系頂反射界面；F1. TP12CX 斷裂；F2. S99 斷裂；F3.蘭尕斷裂；F4. T708 斷裂；F5. T707斷裂

2.4 裂縫型儲集體

裂縫型儲集體往往發(fā)育在斷溶體油藏的最外圍，裂縫的形成與構(gòu)造運動及斷裂帶的分布關(guān)系密切，裂縫的分布特征對巖溶儲層發(fā)育有較強的控制作用。裂縫本身的孔隙空間較小，但卻是大氣淡水滲濾以及后期油藏開發(fā)的重要流動通道。

在常規(guī)測井響應(yīng)中，裂縫型儲集體自然伽馬曲線值與圍巖近似，一般在5.7～15.1 API；聲波時差和中子測井值與圍巖相比略有增大，聲波時差為48.5～58.6 μs/ft；中子一般在0～1 %；密度測井值相對較高，在2.67～2.71 g/cm3；深淺雙側(cè)向電阻率測井值一般小于400 Ω·m(圖2e)。

3 基于地震結(jié)構(gòu)屬性的斷溶體分類預(yù)測

近年來，縫洞儲集體地震預(yù)測技術(shù)取得了長足發(fā)展，形成了包括屬性分析、波形分類、地球物理反演技術(shù)、多波多分量地震技術(shù)、頻率差異分析技術(shù)及三維相干體技術(shù)等在內(nèi)的系列技術(shù)，但從從實際應(yīng)用情況看，基于疊后地震資料的縫洞體預(yù)測技術(shù)仍占據(jù)主流[10-16]。本文斷溶體儲集體預(yù)測基于塔河十區(qū)疊后地震資料，采用地震結(jié)構(gòu)(texture)反演方法有效預(yù)測了TH10421單元斷溶體分布。

圖2 塔里木盆地斷溶體油藏不同儲集體類型測井響應(yīng)特征Fig.2 Well log responses of different reservoir types in faulted-karst carbonates,Tarim Basina.未充填洞穴型儲層；b.砂泥充填洞穴型儲層；c.溶蝕孔洞型儲層；d.裂縫-孔洞型儲層；e.裂縫型儲層

3.1 分類預(yù)測方法

地震結(jié)構(gòu)屬性是從地震反射波形的角度出發(fā)，將具有相似形態(tài)的地震波進行聚類分析的一種方法。該方法能夠清晰刻畫儲層的外部形態(tài)，識別精度較高。本研究選用能夠反映地質(zhì)結(jié)構(gòu)的波形屬性[17-22]。該屬性最大的特點是考慮疊后地震剖面上的波形不只是地下某一點的反射特征，而是這一點周圍一個帶(如菲涅爾反射帶)地震反射結(jié)構(gòu)的綜合響應(yīng)，因此，基于波形的地震屬性能夠獲取關(guān)于地質(zhì)模式更加豐富的信息。

為應(yīng)用該方法開展地震屬性分析工作，將其程序編寫到Petrol軟件平臺中作為插件，關(guān)鍵的操作步驟包括：①震資料主頻分析；②地震資料去噪處理，即首先對地震資料進行適當(dāng)?shù)钠交幚?；③根?jù)儲集體(斷溶體內(nèi)部結(jié)構(gòu))規(guī)模設(shè)置3個方向(X，Y，Z)的掃描范圍；④提取能夠反映斷溶體特征的波形結(jié)構(gòu)進行歸一化處理，得到斷溶體分類預(yù)測數(shù)據(jù)體；⑤通過對單井進行儲層分類解釋，依次統(tǒng)計標(biāo)定每種儲層類型所對應(yīng)的地震結(jié)構(gòu)反演屬性門檻值，得到不同類型儲集體對應(yīng)的地震相。

3.2 斷溶體發(fā)育特征

從塔河十區(qū)地震結(jié)構(gòu)反演平面屬性圖(圖3)可見，本區(qū)發(fā)育北東-南西向斷裂，且北東-南西向斷裂延伸距離和發(fā)育規(guī)模較南西向偏大。從溶蝕孔洞的發(fā)育情況來看(圖中亮色區(qū)域)，具有明顯的沿斷裂分布的特征。本次研究目標(biāo)區(qū)TH10421單元位于斷裂交叉部位，受北東-南西雙向應(yīng)力控制，地層破裂嚴(yán)重，為碳酸鹽巖溶蝕發(fā)育提供了優(yōu)勢場所，體現(xiàn)了斷溶體油藏的特點。

圖3 塔里木盆地塔河十區(qū)TH10421單元地震結(jié)構(gòu)反演平面屬性反映斷溶體沿斷裂分布特征Fig.3 Distribution of faulted karst reservoirs along faults reflected by the plane attributes of seismic structural inversion in the TH10421 unit of the block 10 in the Tarim Basin

圖4 塔里木盆地塔河十區(qū)走滑斷裂形成的花狀結(jié)構(gòu)與“斷溶體”組合關(guān)系Fig.4 Combination of flower-like structures and faulted karsts in the block 10 of the Tahe oilfield,Tarim Basina. TH10421單元斷裂剖面；b. TH10421單元斷溶體圈閉與斷裂組合

圖5 塔里木盆地塔河十區(qū)TH10421單元斷溶體發(fā)育特征Fig.5 Development features of faulted karsts in the TH10421 unit of the block 10 in the Tahe oilfielda.縫洞發(fā)育振幅反射特征； b.地震結(jié)構(gòu)反演縫洞特征； c.斷溶體特征三維雕刻

從斷溶體地震振幅剖面和結(jié)構(gòu)反演剖面可以發(fā)現(xiàn)(圖5)，斷溶體在形成過程中受溶蝕程度的強弱影響，存在一定的分帶性，從洞主體到邊部能量呈漸變特征，說明斷溶體油藏內(nèi)部不同部位溶蝕程度存在差異。

3.3 斷溶體發(fā)育模式

從斷溶體油藏預(yù)測結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，斷溶體油藏4種類型儲集體之間的發(fā)育部位存在一定聯(lián)系，呈現(xiàn)洞穴型儲集體、溶蝕孔洞型儲集體、裂縫-孔洞型儲集體-裂縫型儲集體由內(nèi)及外依次發(fā)育的模式(圖6)，這與其成因是相關(guān)聯(lián)的。斷裂是表層淡水或深部熱液流通通道[23-27]，溶蝕作用首先發(fā)生在地層破裂程度高、裂縫分布密集的區(qū)域，形成規(guī)模較大、儲滲能力好的洞穴型儲集體；隨著應(yīng)力減弱、裂縫密度降低，溶蝕作用減弱，以密集分布的溶蝕孔洞發(fā)育為主，其儲滲能力較好，分布在洞穴型儲集體的外圍，成為溶蝕孔洞型儲集體；隨著應(yīng)力依次減弱，裂縫分布密度降低，溶蝕能力也越來越弱，形成最外圍分布的裂縫-孔洞型儲集體，其儲集能力中等，連通性較好；最后，是分布于整個致密灰?guī)r背景下大量的構(gòu)造裂縫，具有較高的滲透能力，主要起溝通通道的作用。

3.4 運用效果

在斷溶體油藏不同類型儲集體發(fā)育模式的指導(dǎo)下，利用地震結(jié)構(gòu)反演成果(圖7a)，建立TH10421單元不同類型儲集體空間分布模型(圖7c)。可以發(fā)現(xiàn)，該模型洞穴-溶蝕孔洞-裂縫孔洞帶-外圍裂縫帶的接觸關(guān)系清晰，儲集體變化合理，其結(jié)果忠實于單井資料，三維空間變化符合縫洞溶蝕過程及發(fā)育模式。

圖6 塔里木盆地塔河十區(qū)TH10421單元“斷溶體”儲層發(fā)育演化模式Fig.6 Development and evolution models of faulted-karst reservoirs in the TH10421 unit of the block 10 in the Tarim Basina. TH10421單元縫洞發(fā)育模式； b.縫洞發(fā)育演化過程示意圖

圖7 塔里木盆地塔河十區(qū)TH10421單元基于地震結(jié)構(gòu)反演的“斷溶體”儲層縫洞模式Fig.7 Faulted-karst reservoir models based on seismic texture inversion of TH10421 fracture-cavity unit of the block 10 in the Tarim Basina. TH10421單元縫洞發(fā)育模式；b.縫洞發(fā)育演化過程示意圖；c.縫洞單元融合體

表1 塔里木盆地TH10421單元2016—2019年開發(fā)效果對比Table 1 Comparison of the development of TH10421 unit in the Tarim Basin from 2016 to 2019

該研究成果自2016年在TH10421單元運用以來，有效指導(dǎo)了單元的開發(fā)，尤其是注水注氣、流場調(diào)整等工作的實施，單元實施一年后累產(chǎn)油增加3.27×104t，平均單井能力上升7.48 t/d，綜合含水下降7.65%，采出程度上升0.36%，開發(fā)效果顯著改善(表1)。

4 結(jié)論

1) 走滑斷裂的花狀構(gòu)造頂部破碎嚴(yán)重，分布范圍大，巖溶作用強，是優(yōu)質(zhì)斷溶體儲層形成的地質(zhì)基礎(chǔ)。

2) 在斷裂控制的巖溶背景下，早期的裂縫破碎帶在構(gòu)造應(yīng)力下擴大溶蝕，逐步演化形成斷溶體的儲層空間，建立了相應(yīng)的斷溶體發(fā)育模式。

3) 斷溶體儲層從核部到邊部整體呈現(xiàn)出：溶蝕程度逐漸變?nèi)酢⒘芽p密度逐漸降低、物性逐漸變差的趨勢。

4) 基于地震結(jié)構(gòu)反演屬性(Texture)，通過斷溶體發(fā)育模式約束，采用屬性截斷的方式建立了4種主要溶蝕相帶的儲集體分類模型，呈現(xiàn)出了相帶漸變的特征。