基于溶蝕模擬實驗的碳酸鹽巖埋藏溶蝕孔洞預(yù)測方法
——以四川盆地龍王廟組儲層為例

沈安江，喬占峰，佘 敏，蒙紹興，張 杰，王 鑫

(1.中國石油 杭州地質(zhì)研究院，浙江 杭州 310023；2.中國石油天然氣集團有限公司碳酸鹽巖儲層重點實驗室，浙江 杭州 310023)

中國古老海相碳酸鹽巖經(jīng)歷了深埋、高溫、高壓作用和長期成巖疊加改造[1-3],溶蝕形成的次生孔隙和洞穴成為重要的油氣儲集空間[4-7]。但是，目前關(guān)于碳酸鹽巖溶蝕主要形成環(huán)境以及規(guī)模溶蝕發(fā)生的有利條件等問題存在疑問，一定程度上影響了深層碳酸鹽巖規(guī)模儲層的有效預(yù)測。部分學(xué)者強調(diào)了早期成巖作用的重要性[8-12]，也有學(xué)者卻認為埋藏溶蝕作用才是規(guī)模儲層發(fā)育的關(guān)鍵[13-18]，還有學(xué)者提出埋藏溶蝕增加的孔隙度有限，表現(xiàn)為孔隙“運移”(即貧化和富集)[19]，這種孔隙度增加過程往往與油氣運移同步發(fā)生，對深層碳酸鹽巖油氣藏形成具有重要的科學(xué)意義[20-22]。目前，早成巖巖溶和表生巖溶這種發(fā)生在地表或近地表環(huán)境下溶蝕作用對儲層形成的重要性已經(jīng)被普遍接受。但是，由于埋藏溶蝕產(chǎn)生的孔隙缺乏定量數(shù)據(jù)的支持，埋藏成巖階段的流體活動對碳酸鹽巖儲集層貢獻問題尚存質(zhì)疑[23-26]，導(dǎo)致埋藏溶蝕孔洞發(fā)育與否及其主控因素和分布規(guī)律成為長期以來儲層地質(zhì)學(xué)家面臨的科學(xué)難題之一，同時又對深層優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖儲層預(yù)測和評價具重要意義。

本文以四川盆地龍王廟組白云巖儲層為例，開展儲層物性對溶蝕強度的影響以及有機酸濃度、碳酸鹽巖溶蝕量和溫度三者關(guān)系的模擬實驗，探索埋藏溶蝕孔洞發(fā)育主控因素和分布規(guī)律，進而預(yù)測了龍王廟組埋藏溶蝕孔洞的分布。最后，通過整合龍王廟組白云巖溶蝕孔洞預(yù)測涉及的溶蝕模擬實驗，構(gòu)建了碳酸鹽巖溶蝕孔洞預(yù)測技術(shù)及流程，為碳酸鹽巖儲層埋藏溶蝕孔洞分布預(yù)測和定性-半定量評價提供了技術(shù)手段。

1 碳酸鹽巖埋藏溶蝕模擬實驗

碳酸鹽巖高溫高壓溶蝕模擬實驗是指在開放-封閉體系、動態(tài)-靜態(tài)環(huán)境和不同溫壓條件(常溫～400 ℃、常壓～100 MPa)下，定量模擬巖石內(nèi)部的巖石-流體化學(xué)反應(yīng)，原位分析反應(yīng)后流體的組分與含量[27]。通過分析在逼近真實埋藏成巖環(huán)境下的巖石屬性、酸性流體介質(zhì)和埋藏環(huán)境(主要是溫度)等3個要素對埋藏溶蝕強度的影響，揭示了深層碳酸鹽巖儲層孔隙發(fā)育的主控因素、規(guī)模和分布規(guī)律。

1.1 碳酸鹽巖埋藏溶蝕孔洞平面發(fā)育特征

選取砂屑灰?guī)r和砂屑白云巖兩種主要的儲集巖樣品，開展不同溫壓條件下的溶蝕模擬實驗，以探索不同巖石類型對埋藏溶蝕的控制作用，討論埋藏溶蝕孔洞平面分布是否具有相控性或巖性選擇性的問題。砂屑灰?guī)r的孔隙度為4.44%，滲透率為3.6×10-3μm2，砂屑白云巖的孔隙度為19.76%，滲透率為1.71×10-3μm2，均以孔隙為儲集空間，無裂縫發(fā)育。實驗流體為濃度1%的乙酸溶液，流速為1 mL/min，模擬開放-流動體系，共開展了11個溫壓點的模擬實驗，每個溫壓點的模擬實驗時間為30 min。

在酸性環(huán)境下，灰?guī)r比白云巖更易溶,這也是巖心觀察時通過滴酸是否起泡鑒別灰?guī)r和白云巖的基本原理。但是實驗結(jié)果顯示，在50～120 ℃范圍時白云巖和灰?guī)r樣品的離子濃度接近，隨著溫度和壓力的升高，白云巖溶解產(chǎn)物的離子濃度甚至比灰?guī)r溶解產(chǎn)物的離子濃度高得多(圖1a)，與通常認為的灰?guī)r較白云巖更易溶的認識不一致。事實上，溶解產(chǎn)物離子濃度的高低(溶蝕強度)不單受溶解度控制，還受溶解的比表面積控制，埋藏環(huán)境下巖石的孔隙度大小和連通性控制溶蝕強度，甚至比礦物成分(體現(xiàn)在溶解度上)的控制作用更強[28]。由于砂屑云巖樣比砂屑灰?guī)r樣的孔隙度要大得多，意味著溶蝕的比表面積也比砂屑灰?guī)r更大，即使在白云巖溶解度比灰?guī)r小的情況下，白云巖溶解產(chǎn)物的離子濃度也顯著高于灰?guī)r溶解產(chǎn)物的離子濃度。

圖1 碳酸鹽巖埋藏溶蝕模擬實驗Fig.1 Modelling results of burial dissolution in carbonatesa.儲層物性對溶蝕強度影響；b.有機酸濃度與碳酸鹽巖溶蝕量關(guān)系；c.地層水條件下溫度與碳酸鹽巖溶蝕量關(guān)系，紫色條帶指示溶蝕高峰窗；d.全球有機酸濃度與地層溫度相關(guān)性統(tǒng)計[29]；e.溫度-有機酸濃度-碳酸鹽巖溶蝕量關(guān)系(有機酸濃度變化見圖1d)

該實驗條件與結(jié)果類比于地下條件后可知，埋藏溶蝕強度受先期孔隙發(fā)育程度的顯著控制。由于深層條件下，顆粒灰?guī)r基質(zhì)孔已基本被充填，而云化顆粒灘，特別是經(jīng)歷暴露溶蝕改造后，更易發(fā)育較大規(guī)模的孔隙，也成為了更有利于受埋藏溶蝕改造的區(qū)域。此外，沿斷裂或不整合面也常發(fā)育大量的孔隙(裂縫)帶，且本身也是埋藏流體的運移通道，也容易接受較高強度的埋藏溶蝕改造。因此，總體上，埋藏溶蝕孔洞的發(fā)育表現(xiàn)為具有較好的相控性和面控性。該認識很好地解釋了龍王廟組白云巖埋藏及熱液溶蝕作用形成的溶蝕孔洞主要受地質(zhì)界面(暴露面、層序界面、不整合面和斷裂系統(tǒng))控制的原因。先存的儲集空間，尤其是白云巖在高壓過程中往往易形成裂縫，為有機酸、TSR(熱化學(xué)硫酸鹽還原作用)和熱液等埋藏溶蝕介質(zhì)提供了通道，好的孔隙度和連通性提升了白云巖的溶蝕強度，導(dǎo)致大量埋藏溶蝕孔洞沿先存的孔隙發(fā)育帶和地質(zhì)界面發(fā)育。

1.2 碳酸鹽巖埋藏溶蝕孔洞垂向發(fā)育特征

Meshri[30]結(jié)合關(guān)于油氣儲層地層水中有機酸的研究，認為烴源巖熱演化可以釋放大量短鏈有機酸，且有機酸供給H+的能力是碳酸的6～350倍，有機酸鈣的溶解度比碳酸氫鈣的溶解度高幾個數(shù)量級。越來越多的研究表明，地層水中的有機酸在碳酸鹽巖埋藏溶蝕中的作用比CO2更重要[31]。有鑒于此，為探索地層條件下有機酸埋藏溶蝕發(fā)育規(guī)律，開展了有機酸濃度與碳酸鹽巖溶蝕量關(guān)系、溫度與碳酸鹽巖溶蝕量關(guān)系、溫度-有機酸濃度-碳酸鹽巖溶蝕量關(guān)系模擬實驗，定量認識埋藏背景下溫度和有機酸濃度與碳酸鹽巖溶蝕量的相關(guān)性。實驗樣品為灰質(zhì)云巖(方解石含量為49.70%，白云石含量為49.20%)。為盡可能模擬地層流體，取流體中硫酸鈉濃度為4.012 g/L,氯化鈣濃度為1.143 g/L，氯化鎂濃度為5.133 g/L。實驗采用連續(xù)流-開放體系，流速恒定為0.20 mL/min。

1) 有機酸濃度與碳酸鹽巖溶蝕量關(guān)系模擬實驗

關(guān)于“有機質(zhì)熱成熟過程會產(chǎn)生侵蝕性有機酸”的認識已達成共識[32-36]，但幾乎未開展過有機酸濃度與溶蝕量關(guān)系的定量研究。本文開展了相同溫度和壓力下，同一碳酸鹽巖樣品在不同濃度有機酸地層水中的溶蝕實驗，結(jié)果顯示，在相同溫度條件下，地層水中有機酸濃度等量增加時，碳酸鹽巖溶蝕量呈加速增加。溫度在50～120 ℃，地層水中有機酸濃度在2～8 g/L范圍內(nèi)，碳酸鹽巖的溶蝕量(溶蝕釋放出的Ca2+，Mg2+合量)在18.53～68.33 m mol/L(圖1b)。以50 ℃的實驗數(shù)據(jù)為例，當?shù)貙铀杏袡C酸濃度由2 g/L增加到4 g/L時，碳酸鹽巖飽和溶蝕量的增量為7.75 m mol/L，當?shù)貙铀杏袡C酸濃度由4 g/L增加到6 g/L時，碳酸鹽巖飽和溶蝕量的增量為11.29 m mol/L，當?shù)貙铀杏袡C酸濃度由6 g/L增加到8 g/L時，碳酸鹽巖飽和溶蝕量的增量為19.81 m mol/L。此外，該模擬實驗還揭示出在同等壓力和有機酸濃度的條件下，隨著溫度的升高，碳酸鹽巖飽和溶蝕量是降低的，即溶解度隨溫度升高而降低。

2) 溫度與碳酸鹽巖溶蝕量關(guān)系模擬實驗

3) 溫度-有機酸濃度-碳酸鹽巖溶蝕量關(guān)系模擬實驗

在以上有機酸濃度、溫度與碳酸鹽巖溶蝕量相關(guān)性模擬實驗結(jié)果認識的基礎(chǔ)上，參考全球地層水中有機酸濃度與地層溫度統(tǒng)計結(jié)果(圖1d)，確定不同地層溫度及對應(yīng)的有機酸濃度，開展溫度-有機酸濃度-碳酸鹽巖溶蝕量模擬實驗。實驗結(jié)果表明(圖1e)，在50～140 ℃范圍內(nèi)，地層水中有機酸濃度由2 g/L上升至8 g/L再降到2 g/L，對應(yīng)的碳酸鹽巖溶蝕量由29.48 m mol/L上升至58.57 m mol/L再降到13.07 m mol/L。碳酸鹽巖溶蝕量與地層溫度的關(guān)系具有先增后降的特征，溫度在70～100 ℃時形成一個溶蝕高峰窗口；溫度小于70 ℃時，雖然碳酸鹽巖具有較高的飽和溶蝕度，但此時烴源巖剛進入生烴窗口，生成的烴和有機酸均有限，難以形成大量的埋藏溶蝕孔洞；溫度大于100 ℃時，碳酸鹽巖的飽和溶蝕度降低，生成烴和有機酸的量也隨著烴源巖的高成熟而大為降低，更難以形成大規(guī)模的埋藏溶蝕孔洞。

溫度-有機酸濃度-碳酸鹽巖溶蝕量關(guān)系模擬實驗結(jié)果表明，在真實地層條件下碳酸鹽巖埋藏溶孔存在一個“成孔高峰期”，其生成呈事件式發(fā)生，即在特定的埋藏溫度(70～100 ℃)和有機酸濃度等條件的匹配下可形成大規(guī)模的孔隙，可作為深層規(guī)模優(yōu)質(zhì)儲層形成發(fā)育的重要補充。成孔高峰期的溫度、深度和有機酸濃度條件，構(gòu)成了通過埋藏史、溫壓史和流體史預(yù)測埋藏溶孔富集程度的理論基礎(chǔ)。

以上4個模擬實驗揭示了高滲透層和地質(zhì)界面(暴露面、層間巖溶面、不整合面、斷裂系統(tǒng)等)、酸性流體濃度以及溫度主控埋藏溶蝕孔洞的發(fā)育和分布。平面上，埋藏環(huán)境下的溶蝕作用主要沿高滲透層和地質(zhì)界面分布，高滲透層和地質(zhì)界面是有機酸、TSR和熱液等強溶蝕性成巖介質(zhì)的最佳通道。垂向上，埋藏溶孔的生成呈事件式發(fā)生，在70～100 ℃溫度段(對應(yīng)的深度段視地溫梯度的不同而改變)存在一個“成孔高峰窗口”，而且與烴源巖生烴高峰窗口是一致的，即有機酸埋藏溶孔規(guī)模形成與烴源巖規(guī)模生烴時伴生大量有機酸息息相關(guān)。

2 碳酸鹽巖埋藏溶蝕孔洞預(yù)測案例

溶蝕模擬實驗揭示了埋藏溶蝕孔洞發(fā)育主控因素和分布規(guī)律認識，為通過盆地構(gòu)造-埋藏史、熱史和烴源巖生烴史分析，預(yù)測和評價碳酸鹽巖儲層埋藏溶蝕孔洞分布提供了理論依據(jù)。本文以四川盆地川中地區(qū)寒武系龍王廟組顆粒灘白云巖儲層為例，進行埋藏溶蝕孔洞的分布預(yù)測和評價。

2.1 龍王廟組顆粒灘白云巖儲層特征和成因

龍王廟組白云巖包括顆粒白云巖、殘留顆粒結(jié)構(gòu)粉細晶白云巖及泥晶白云巖等，其中顆粒白云巖和殘留顆粒結(jié)構(gòu)粉細晶白云巖是主要儲集巖，儲集空間主要由粒間孔、晶間孔、晶間溶孔、溶蝕孔洞及裂縫組成。按孔徑大小，可將儲集空間劃分為微孔隙(<0.01 mm)、小孔隙(0.01～0.5 mm)、大孔隙(0.5～2 mm)、孔洞(2～50 mm)和縫洞(>50 mm)等5種類型。前人對龍王廟組儲層成因有顆粒灘控型儲層成因觀和顆粒灘與表生巖溶共控型儲層成因觀。

顆粒灘控型儲層成因觀認為儲層是形成于顆粒灘疊加準同生溶蝕作用[38-39]。顆粒白云巖中發(fā)育原生粒間孔(圖2a)，殘留顆粒結(jié)構(gòu)粉細晶白云巖中的晶間孔具有粒間孔的幻影(圖2b)，且儲層主要發(fā)育于向上變淺旋回上部的顆粒灘體中，足以證明顆粒灘沉積物對儲層發(fā)育的控制作用。此外，與高頻海平面變化相關(guān)的沉積物暴露和溶蝕作用，可以使沉積原生孔被進一步溶蝕擴大，形成部分溶蝕孔洞，具有一定的增孔效應(yīng)[40]。但用顆粒灘控型儲層成因觀無法解釋大孔隙及孔洞的大量存在，這些非組構(gòu)選擇性溶蝕孔洞(圖2c，d)顯然不是原生孔或準同生期的溶蝕孔洞。

圖2 川中地區(qū)龍王廟組白云巖儲層巖心和顯微特征Fig.2 Core and thin section images showing the dolomite reservoir features of the Longwangmiao Formation in the central Sichuan Basina.鮞粒白云巖,鮞粒由泥晶白云石構(gòu)成,粒間孔發(fā)育,幾乎不見白云石膠結(jié)物,磨溪17井，埋深4 663.97 m,鑄體，單偏光；b.粉細晶白云巖，殘留顆粒結(jié)構(gòu)粉細晶白云巖中的晶間孔具有粒間孔的幻影，有可能是對原巖孔隙的繼承和調(diào)整，磨溪17井,埋深4 612.50～4 612.61 m,鑄體,單偏光；c.粉細晶白云巖,非組構(gòu)選擇性溶蝕孔洞為自形晶白云石膠結(jié)物充填,磨溪23井,埋深4 809.70 m,巖心；d.粉細晶白云巖,非組構(gòu)選擇性溶蝕孔洞為鞍狀白云石(SD)部分充填,磨溪101井,埋深2 306.50 m,巖心；e.粉細晶殘余顆粒結(jié)構(gòu)白云巖,粒間充滿瀝青(5%),見晶間溶孔、晶 模孔和粒間殘余溶孔，未被溶解的白云石晶體殘留邊緣，磨溪13井,埋深4 575.19 m，鑄體，單偏光；f.視域同圖2e，正交光

顆粒灘與表生巖溶共控型儲層成因觀認為非組構(gòu)選擇性溶蝕形成的大孔隙及孔洞是與早加里東運動相關(guān)的表生巖溶作用的產(chǎn)物[41-42]。然而，據(jù)沈安江等的研究[43-44]，認為龍王廟組白云巖是早期滲透回流白云石化或蒸發(fā)泵白云石化作用的產(chǎn)物，也就是說龍王廟組受早加里東運動影響被抬升到地表接受巖溶改造之前已經(jīng)是白云巖地層了。眾所周知，通常條件下白云巖在表生大氣淡水環(huán)境較難被溶蝕，增孔效應(yīng)有限，多表現(xiàn)為先期孔隙的溶蝕擴大，或新增的裂縫和溶縫以提高滲透性為主。如塔里木盆地英買力地區(qū)潛山面之下上寒武統(tǒng)—下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組優(yōu)質(zhì)白云巖儲層，其儲集空間主體并非形成于表生巖溶作用，而是表現(xiàn)為對不整合面之下白云巖體的剝蝕以及儲層物性的改善[45]，且改造深度不超過50 m，四川盆地雷口坡組頂部的白云巖風(fēng)化殼儲層也是先存白云巖儲層被抬升到地表接受剝蝕，而不是抬升剝蝕形成白云巖儲層[46-47]。盡管也存在白云巖地層經(jīng)表生巖溶改造形成儲層的實例，如鄂爾多斯盆地馬家溝組，但其地層中石膏含量較高，可在大氣水環(huán)境下顯著促進巖溶作用發(fā)生，因此具有一定的特殊性。而且，研究層位巖心觀察未見白云石滲流粉砂以及巖溶角礫巖等巖溶改造的典型證據(jù)，因此不支持非組構(gòu)溶蝕孔洞為表生巖溶成因。

Shen Anjiang等[44]通過巖石學(xué)和地球化學(xué)手段提出埋藏溶蝕作用對龍王廟組非組構(gòu)選擇溶蝕孔洞的形成發(fā)揮了重要作用。部分巖石學(xué)證據(jù)包括：①部分粒間孔擴大孔邊緣可見明顯的溶蝕改造特征(圖2b)，顯然為白云石化作用之后發(fā)生，且缺乏常見的滲流粉砂，埋藏期溶蝕改造的可能性大；②溶蝕孔洞中常見充填有中-粗晶白云石和鞍狀白云石，為埋藏期流體活動的產(chǎn)物；③溶蝕孔洞中可見有的白云石被溶成港灣狀(圖2c，d)，有的整個白云石被溶蝕形成白云石鑄模孔(圖2e，f)。以上證據(jù)揭示龍王廟組儲層在埋藏期經(jīng)歷了多期次、較長時期的溶蝕作用改造，對儲集空間的溶擴和連通性改善起到了重要作用。經(jīng)大量巖石薄片的復(fù)查，在局部層段埋藏成因溶蝕孔洞對儲集空間的貢獻率達到50%以上，平均貢獻率可達20%～30%，其增量對深部儲層的優(yōu)質(zhì)化發(fā)育具有重要意義，也是儲層預(yù)測和評價的重點。

綜上，認為龍王廟組白云巖儲層成因受顆粒灘-準同生期溶蝕-埋藏溶蝕共同控制，顆粒灘是儲層發(fā)育的基礎(chǔ)，準同生期溶蝕形成的組構(gòu)選擇性溶蝕孔洞對埋藏前的總孔隙度有一定貢獻，埋藏溶蝕孔洞是深層優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育的關(guān)鍵。

2.2 基于埋藏溶蝕孔洞成因認識的單因素圖件編制

基于溶蝕模擬實驗(圖1)的埋藏溶蝕孔洞發(fā)育主控因素和分布規(guī)律認識，為龍王廟組白云巖儲層埋藏溶蝕孔洞分布預(yù)測、深層優(yōu)質(zhì)儲層預(yù)測和評價提供了依據(jù)。

考慮到高孔滲層、暴露面、不整合面和斷裂系統(tǒng)對埋藏溶蝕孔洞平面分布的控制，編制了龍王廟組顆粒灘體分布圖、不整合面和斷裂分布圖[48-49]。評價埋藏前的孔隙發(fā)育強度，顯然灘體、不整合面和斷裂最發(fā)育的地區(qū)，最有利于埋藏溶蝕作用發(fā)生，也是埋藏溶蝕孔洞發(fā)育潛力最大的地區(qū)。考慮到有機酸濃度對埋藏溶蝕孔洞豐度的控制及龍王廟組烴源主要來自下伏地層筇竹寺組的地質(zhì)認識[50]，需要編制筇竹寺組生烴與供酸強度等值線圖，有機酸濃度最高的地區(qū)也是埋藏溶蝕孔洞發(fā)育潛力最大的地區(qū)?？紤]到斷裂和古隆起不但是烴類運移的通道和指向區(qū)，也是有機酸運移的通道和指向區(qū)[51]，需要編制龍王廟組經(jīng)歷70～100 ℃溫度窗古隆起和斷裂分布圖。此時，大量生成的有機酸通過斷裂運移到目的層的古隆起高部位，增加了有機酸的濃度，大大提升了埋藏溶蝕孔洞的發(fā)育潛力。埋藏溶蝕作用持續(xù)的時間也是埋藏溶蝕孔洞豐度非常重要的控制因素。顯然，龍王廟組白云巖儲層經(jīng)歷70～100 ℃溫度窗(按川中地區(qū)地溫梯度折算的埋深為1 740～2 850 m)的時間越長，埋藏溶蝕作用的時間也越長，埋藏溶蝕孔洞發(fā)育的潛力也越大，這就需要編制龍王廟組經(jīng)歷70～100 ℃溫度窗埋藏時間(Ma)等值線圖。上述4張工業(yè)化基礎(chǔ)圖件是龍王廟組埋藏溶蝕孔洞分布預(yù)測和評價的基礎(chǔ)。

根據(jù)上述分析，利用露頭、井、地震資料，并綜合前人的成烴、成儲、成藏和構(gòu)造方面的研究成果[52-59]，在區(qū)域地質(zhì)背景、盆地構(gòu)造-埋藏史、盆地熱史分析的基礎(chǔ)上，首先編制四川盆地龍王廟組巖相古地理與先存孔隙(埋藏前孔隙)評價圖(圖3)，其中通過鏡下觀察，判識埋藏溶蝕孔隙、沉積原生孔與準同生期表生溶孔及比例，沉積原生孔與準同生期表生溶孔構(gòu)成埋藏前孔隙，通過關(guān)鍵井點埋藏前孔隙度數(shù)值控制編制圖3；再依次編制下寒武統(tǒng)筇竹寺組生烴與供酸強度等值線圖(圖4a)、龍王廟組經(jīng)歷70～100 ℃溫度窗古隆起和斷裂分布圖(圖4b)、龍王廟組經(jīng)歷70～100 ℃溫度窗埋藏時間(Ma)等值線圖(圖4c)，最終為龍王廟組白云巖儲層埋藏溶蝕孔洞預(yù)測與評價奠定了基礎(chǔ)。

圖3 四川盆地龍王廟組巖相古地理與先存孔隙評價Fig.3 Map showing the paleogeography and preexisting porosity evaluation of the Longwangmiao Formation,Sichuan Basin

圖4 四川盆地龍王廟組白云巖儲層埋藏溶蝕孔洞預(yù)測與評價Fig.4 Maps showing the prediction of factors controlling the burial dissolved vugs of dolomite reservoirs in the Longwangmiao Formation,Sichuan Basina.下寒武統(tǒng)筇竹寺組生烴與供酸強度等值線圖；b.龍王廟組經(jīng)歷70～100 ℃溫度窗古隆起和斷裂分布圖；c.龍王廟組經(jīng)歷70～100 ℃溫度窗埋藏時間(Ma)等值線圖

2.3 龍王廟組白云巖儲層埋藏溶蝕孔洞預(yù)測與評價

威遠—安岳—遂寧—南充—鹽亭一帶礁灘體最發(fā)育，而且緊鄰成都—資陽—雅安—樂山剝蝕區(qū)，各種潛在的暴露面、層序界面和不整合面發(fā)育(圖3)，為有機酸運移提供了很好的通道，是埋藏溶蝕孔洞最為發(fā)育的地區(qū)。威遠—安岳—遂寧—南充一帶為生烴和生酸中心，有機酸濃度最高(圖4a)，有利于埋藏溶蝕孔洞的發(fā)育。威遠—安岳—遂寧—南充—鹽亭一帶龍王廟組埋藏深度為1 740～2 850 m時處于古隆起發(fā)育區(qū)，而且斷裂系統(tǒng)發(fā)育(圖4b)，為有機酸沿斷裂向古隆起運移提供了通道，提升了埋藏溶蝕孔洞發(fā)育的潛力。威遠—安岳—遂寧—南充—鹽亭一帶龍王廟組是經(jīng)歷70～100 ℃溫度窗埋藏時間最長的地區(qū)之一(圖4c)，埋藏溶蝕作用充分，埋藏溶蝕孔洞形成的潛力最大。

上述單因素圖件均同時指示威遠—安岳—遂寧—南充—鹽亭一帶是埋藏溶蝕孔洞最為發(fā)育的地區(qū)，由古隆起向周緣，埋藏溶蝕孔洞發(fā)育豐度呈逐漸降低的趨勢。在此規(guī)律性認識的基礎(chǔ)上，通過關(guān)鍵井點埋藏溶蝕孔隙度數(shù)值的控制，即可編制四川盆地龍王廟組白云巖儲層埋藏溶蝕孔隙度分布圖(圖5)。

圖5 四川盆地龍王廟組白云巖儲層埋藏溶蝕孔隙度分布Fig.5 Map showing the dissolution porosity of dolomite reservoirs in the Longwangmiao Formation,Sichuan Basin

疊合圖3和圖5，編制了四川盆地龍王廟組顆粒灘白云巖儲層分布與評價圖(圖6)。顆粒灘經(jīng)準同生期溶蝕和埋藏溶蝕疊加改造后，儲層物性得到改善，評價級別得到提高，并為近兩年所鉆探的南充1、合探1和五探1井所證實。根據(jù)預(yù)測，南充1和合探1井位于Ⅱ類儲層分布區(qū)，實鉆鉆遇龍王廟組顆粒灘白云巖儲層厚度分別為16.6和21.4 m，平均孔隙度分別為4.9%和4.5%，平均滲透率分別為1.24×10-3，1.09×10-3μm2，五探1井位于Ⅲ類儲層分布區(qū)，實鉆鉆遇龍王廟組顆粒灘白云巖儲層18 m，平均孔隙度為3.3%，平均滲透率為0.26×10-3μm2。

圖6 四川盆地龍王廟組白云巖儲層分布與評價Fig.6 Map showing the distribution and evaluation of dolomite reservoirs in the Longwangmiao Formation,Sichuan Basin

3 埋藏溶蝕孔洞預(yù)測理論與技術(shù)流程

在四川盆地龍王廟組白云巖儲層埋藏溶蝕孔洞預(yù)測案例的基礎(chǔ)上，將實驗結(jié)果、地質(zhì)認識和技術(shù)進行整合，構(gòu)建了碳酸鹽巖埋藏溶蝕孔洞預(yù)測理論與技術(shù)。

1) 碳酸鹽巖埋藏溶蝕孔洞發(fā)育主控因素和分布規(guī)律

① 主控因素：高滲透層和流體通道、酸性流體濃度、溫度主控埋藏溶蝕孔洞的發(fā)育；

② 分布規(guī)律：平面上，埋藏溶蝕孔洞沿高滲透層、暴露面、層序界面、不整合面和斷裂系統(tǒng)分布；垂向上，埋藏溶孔的生成呈事件式發(fā)生，存在一個“成孔高峰期”，在特定深度段的溫度(70～100 ℃)和高濃度酸性流體的匹配下可以形成大量的溶蝕孔洞。

2) 碳酸鹽巖溶蝕孔洞預(yù)測技術(shù)流程

① 碳酸鹽巖儲層成因分析技術(shù)：明確儲層發(fā)育主控因素、溶蝕孔洞成因和期次、不同成因類型儲集空間(沉積原生孔、準同生期溶蝕孔洞和埋藏溶蝕孔洞)的貢獻率；

② 碳酸鹽巖巖相古地理恢復(fù)技術(shù)：揭示儲層發(fā)育有利相帶和礁灘體的分布，編制沉積期巖相古地理圖(沉積原生孔)；

③ 碳酸鹽巖沉積古地貌恢復(fù)技術(shù)：沉積高古地貌是礁灘體的有利分布區(qū)，沉積高古地貌與礁灘體的疊合區(qū)是準同生期溶蝕孔洞的有利分布區(qū)；編制沉積期古地貌圖，與巖相古地理圖疊合，編制埋藏前孔隙評價圖(沉積原生孔+準同生溶蝕孔洞)；

④ 溶蝕模擬實驗技術(shù)：埋藏溶蝕孔洞發(fā)育控制因素和分布規(guī)律；

⑤ 古隆起和斷裂解釋技術(shù)：古隆起和斷裂是有機酸運移的指向區(qū)，主控埋藏溶蝕強度、有利發(fā)育區(qū)和埋藏溶孔豐度，編制目的層經(jīng)歷70～100 ℃溫度窗時古隆起和斷裂分布圖；

⑥ 構(gòu)造-埋藏史恢復(fù)技術(shù)：恢復(fù)儲層發(fā)育層段經(jīng)歷埋藏溶蝕成孔高峰溫度段的時長，經(jīng)歷時間越長，溶蝕強度越大，溶蝕孔洞豐度越大；編制目的層經(jīng)歷70～100 ℃溫度窗時埋藏時間(Ma)等值線圖；

⑦ 烴源巖生烴和生酸強度恢復(fù)技術(shù)：生酸強度越大，有機酸濃度和溶蝕強度就越大，溶蝕孔洞豐度也就越大，編制烴源巖經(jīng)歷70～100 ℃溫度窗生烴和生酸強度圖；

⑧ 編制埋藏溶蝕孔洞分布與評價圖和儲層分布與評價圖。

該流程適用于所有碳酸鹽巖儲層的埋藏溶蝕孔洞預(yù)測，因為同種成因機制的深部埋藏溶蝕孔洞的分布規(guī)律是相似的，無非是針對不同的研究對象和地質(zhì)要素編制相應(yīng)的圖表。

4 結(jié)論與存在問題

通過逼近真實地層環(huán)境條件下的碳酸鹽巖溶蝕模擬實驗，認識埋藏溶蝕孔洞形成機制和發(fā)育控制因素，進而通過一系列單因素圖件的編制，預(yù)測了四川盆地龍王廟組白云巖儲層埋藏溶蝕孔隙度分布，構(gòu)建了碳酸鹽巖溶蝕孔洞預(yù)測技術(shù)流程。

1) 溶蝕模擬實驗揭示高滲透層和流體通道、酸性流體濃度、溫度主控埋藏溶蝕孔洞的發(fā)育，指出層序界面、斷裂和高孔滲層主控埋藏溶蝕孔洞的平面分布，垂向上埋藏溶孔的生成呈事件式發(fā)生，存在一個“成孔高峰期”，在特定深度段的溫度(70～100 ℃)和高濃度酸性流體的匹配下可以形成大量的溶蝕孔洞。

2) 基于埋藏溶蝕孔洞發(fā)育主控因素和分布規(guī)律認識，通過四川盆地筇竹寺組烴源巖在70～100 ℃溫度窗生烴和生酸強度圖、龍王廟組經(jīng)歷70～100 ℃溫度窗時古隆起和斷裂分布圖、龍王廟組經(jīng)歷70～100 ℃溫度窗時埋藏時間(Ma)等值線圖的編制，定量預(yù)測了龍王廟組埋藏溶蝕孔洞的分布。

3) 通過整合龍王廟組白云巖溶蝕孔洞預(yù)測涉及的溶蝕模擬實驗及相關(guān)圖件的編制，構(gòu)建了碳酸鹽巖溶蝕孔洞預(yù)測理論和技術(shù)流程，實現(xiàn)了碳酸鹽巖埋藏溶蝕孔洞分布預(yù)測和定性-半定量評價。

需要指出的是，儲層成因分析是決定該技術(shù)應(yīng)用成效的關(guān)鍵，深部埋藏溶蝕孔洞發(fā)育的控制因素很多，不同的控制因素導(dǎo)致不同的埋藏溶蝕孔洞的分布規(guī)律。本文提出的“成孔高峰窗口”是基于與烴源巖生烴伴生的有機酸為主要酸性流體來源的埋藏溶蝕孔洞發(fā)育和分布模規(guī)律，其不一定適用于如熱液等其他酸性流體，還需要開展以熱液為主控因素的儲層模擬實驗，揭示埋藏溶蝕孔洞的分布規(guī)律。