鄂爾多斯盆地大牛地氣田奧陶系風(fēng)化殼儲(chǔ)層特征及分布

劉 梅，丁曉琪，，萬(wàn)友利，白曉亮，陳倩倩，樂(lè)錦鵬

（1成都理工大學(xué)能源學(xué)院；2西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

鄂爾多斯盆地奧陶系以碳酸鹽巖為主，在盆地中部已發(fā)現(xiàn)靖邊巖溶風(fēng)化殼大氣田，地質(zhì)儲(chǔ)量近5000×108m3［1］。大牛地氣田為靖邊氣田之后發(fā)現(xiàn)的另一個(gè)氣田，成藏條件與靖邊氣田相似，但是儲(chǔ)層質(zhì)量差，一直沒(méi)有大的勘探突破。隨著近年來(lái)水平井壓裂技術(shù)的逐漸完善，風(fēng)化殼氣藏的勘探瓶頸已被克服，顯示出良好的天然氣勘探潛力，許多水平井已獲工業(yè)氣流。

前人對(duì)大牛地氣田下古生界奧陶系風(fēng)化殼儲(chǔ)層已經(jīng)進(jìn)行了較多的研究工作：惠寬洋等［2］根據(jù)同位素對(duì)比分析對(duì)氣源進(jìn)行了追蹤研究；袁志祥［3-4］通過(guò)地震資料描述了地震相與天然氣勘探的關(guān)系，并根據(jù)鉆井巖心及電測(cè)資料識(shí)別出6種巖溶相；孟祥豪等［5］通過(guò)對(duì)巖溶作用與研究區(qū)其他各類地質(zhì)作用的綜合分析，確定了塔巴廟地區(qū)奧陶系風(fēng)化殼古巖溶地貌類型及基本特征；蘇中堂等［6］依據(jù)鉆井巖心、鑄體薄片觀察及測(cè)井資料分析研究了奧陶系古巖溶發(fā)育特征及其儲(chǔ)層意義。但這些工作對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層的特征及分布等還缺乏具體的描述。本次研究通過(guò)儲(chǔ)層的巖石學(xué)特征、儲(chǔ)集空間特征、孔滲特征及測(cè)井響應(yīng)特征等對(duì)儲(chǔ)層類型進(jìn)行了劃分，并詳細(xì)描述了各類儲(chǔ)層的縱向以及平面展布情況，以期為下一步的勘探提供有利依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

在晚奧陶世，由于加里東運(yùn)動(dòng)的影響，鄂爾多斯盆地整體抬升，以致奧陶系碳酸鹽巖長(zhǎng)期出露地表，經(jīng)歷了長(zhǎng)達(dá)1.5億年的大氣淡水淋濾及風(fēng)化剝蝕，直至石炭紀(jì)結(jié)束，在馬家溝組頂部形成了分布廣泛的風(fēng)化殼［7-10］。表生作用沿著風(fēng)化殼發(fā)生的大規(guī)模的巖溶在奧陶系頂部的碳酸鹽巖中形成了大量的溶蝕孔、洞、縫，形成了碳酸鹽巖巖溶儲(chǔ)層。

大牛地氣田位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡的東北部（圖 1），氣田的奧陶系上馬家溝組自下而上分為5個(gè)段，其中馬五段自上而下可分為10個(gè)亞段。奧陶系風(fēng)化殼為加里東期剝蝕后的殘余地層，其中上部馬五1―馬五3亞段均受到不同程度剝蝕，馬五4亞段以下地層保存較全?？碧浇Y(jié)果表明，馬五5亞段也受到了巖溶作用的影響，因此本次研究奧陶系風(fēng)化殼的主要層位是上馬家溝組五段的馬五1—馬五5，其厚度為58～100m［11-12］。

圖1 大牛地氣田構(gòu)造位置及前石炭紀(jì)古地質(zhì)圖

2 儲(chǔ)層特征

2.1 巖石學(xué)特征

通過(guò)對(duì)鉆井巖心以及鏡下薄片的觀察，研究區(qū)馬家溝組風(fēng)化殼儲(chǔ)層的巖石類型較多，除普遍發(fā)育的白云巖和石灰?guī)r外，還夾有數(shù)層泥質(zhì)巖及膏化微晶白云巖，其中，白云巖主要呈微晶和粉晶，石灰?guī)r主要為泥微晶。

微晶白云巖 具微晶結(jié)構(gòu)，水平紋層較發(fā)育，局部可見(jiàn)重結(jié)晶現(xiàn)象（圖2a）。

粉晶白云巖 具有泥微晶白云石重結(jié)晶形成的特點(diǎn)，可見(jiàn)塊狀構(gòu)造及殘余紋層構(gòu)造，且晶形較好，晶間孔隙（圖2b、2c）較為發(fā)育。

泥微晶石灰?guī)r 為馬五5亞段標(biāo)志性巖石，且厚度較大，含少量生物碎屑，中上部有不同程度的粉晶白云石化。而馬五1—馬五4亞段中的微晶石灰?guī)r具有層薄、不含生物碎屑等特征，且未發(fā)生粉晶白云石化（圖2d）。

泥質(zhì)（含泥）白云巖 具泥微晶結(jié)構(gòu)，塊狀為主，泥質(zhì)組分與白云質(zhì)組分交互沉積，鏡下可見(jiàn)成巖泥質(zhì)紋層（圖2e）。

膏化微晶白云巖 馬五1—馬五2亞段中的微晶白云巖通常分布有含量不等的板狀石膏或結(jié)核狀石膏。這些石膏通常呈無(wú)規(guī)律性和無(wú)定向性，有的溶蝕后未被全部交代而形成膏溶孔（圖 2f），有的可被方解石交代（圖 2g）。

2.2 儲(chǔ)集空間

通過(guò)對(duì)研究區(qū)巖心觀察以及鑄體薄片鑒定結(jié)果分析得知，大牛地氣田奧陶系風(fēng)化殼儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間主要包括晶間孔、晶間溶孔、膏溶孔以及裂縫。

晶間孔 是白云石晶體之間的孔隙（圖 2b），常呈棱角狀，多由白云石的重結(jié)晶作用形成，受晶體大小及排列的影響。晶間孔在研究區(qū)馬五5亞段白云巖中最為發(fā)育，是重要的儲(chǔ)集空間。

圖2 大牛地氣田奧陶系馬家溝組五段風(fēng)化殼儲(chǔ)層的巖石學(xué)特征及其儲(chǔ)集空間

晶間溶孔 主要是由晶間孔或微孔內(nèi)的充填物經(jīng)溶蝕帶走而形成的孔隙（圖 2c），晶體本身未受溶蝕或溶蝕不明顯。晶間溶孔主要發(fā)育在粉晶白云巖中，與晶粒大小有密切關(guān)系。此類孔隙連通性較好，具較高的孔隙度，研究區(qū)奧陶系風(fēng)化殼各層段都比較發(fā)育，是該風(fēng)化殼儲(chǔ)層的主要儲(chǔ)集空間。

膏溶孔 這是由地下水將白云巖中的石膏晶體或結(jié)核溶解所形成的孔隙（圖2f），有些膏溶孔經(jīng)溶蝕擴(kuò)大可形成溶洞。膏溶孔在研究區(qū)馬五1―馬五2亞段最為發(fā)育，但充填比較嚴(yán)重，可以被白云石、方解石、石英以及地開(kāi)石等礦物充填，其典型的發(fā)育特征可見(jiàn)圖3。以大98井為例，其膏溶孔常被地開(kāi)石充填（圖2h），但因此類孔隙較為發(fā)育，故對(duì)儲(chǔ)層仍有一定的建設(shè)性作用。

裂縫 它既是儲(chǔ)集空間，也是良好滲濾通道，研究區(qū)裂縫主要有構(gòu)造縫和溶縫（圖2i）兩種類型。構(gòu)造縫在薄片中可見(jiàn)切穿方解石脈，且有一定的開(kāi)啟度和未被充填，所以多為有效縫。溶縫屬加里東期淡水溶蝕成因，現(xiàn)多被灰泥或云泥充填，也可見(jiàn)淡水方解石充填。

圖3 大牛地氣田奧陶系風(fēng)化殼膏溶孔發(fā)育的典型井段

2.3 儲(chǔ)層物性

對(duì)研究區(qū)504個(gè)巖心樣品的常規(guī)物性實(shí)測(cè)分析表明（見(jiàn)圖4）：樣品孔隙度的分布范圍為0.1%～11.1%,主要分布范圍小于5%；若以孔隙度大于5%為好，2%～5%之間為較好，小于2%為較差，則孔隙度屬于好的有12%，較好的有60%，28%屬較差； 滲透率的分布范圍為（0.004 8～167）×10-3μm2，主要分布范圍為 （0.01～1）×10-3μm2；若以滲透率大于1×10-3μm2為好，（0.03～1）×10-3μm2之間為較好，小于0.03×10-3μm2為較差，則19%的樣品滲透率屬好，56%的樣品屬較好，25%的樣品滲透率屬于較差。

根據(jù)孔隙度、滲透率的分類標(biāo)準(zhǔn)［13］，研究區(qū)儲(chǔ)層為低孔-低滲致密儲(chǔ)層。從圖5可以看出，研究區(qū)孔隙度和滲透率的整體相關(guān)性很差，在同一個(gè)孔隙區(qū)間內(nèi)，滲透率可以相差好幾個(gè)數(shù)量級(jí)，這與巖石孔隙類型多樣性有關(guān)。

圖4 大牛地氣田奧陶系風(fēng)化殼儲(chǔ)層孔隙度與滲透率分布頻率

圖5 大牛地氣田奧陶系風(fēng)化殼儲(chǔ)層孔隙度與滲透率的相關(guān)性

研究區(qū)的儲(chǔ)集空間類型主要有孔隙型、溶蝕孔洞型、裂縫-孔洞型以及裂縫型。對(duì)所有樣品的孔-滲相關(guān)性分析表明（圖5）：孔隙型樣品的孔隙度主要分布在1%～5%之間，滲透率在0.1×10-3μm2以下；溶蝕孔洞型樣品與孔隙型樣品相比，兩者孔隙度接近，但滲透率較孔隙型要高很多，基本上差一個(gè)數(shù)量級(jí)，這種現(xiàn)象可能是由于石膏溶解形成的微裂縫改善了孔隙喉道，使?jié)B透率明顯增大，而孔隙度卻變化不大；裂縫-孔洞型儲(chǔ)層樣品的孔隙度多在4%以上，滲透率較大，多數(shù)在0.05×10-3μm2以上；裂縫型儲(chǔ)層樣品的滲透率多在1×10-3μm2以上， 最大可達(dá)167×10-3μm2，而孔隙度主要分布在0.1%～4%之間，相對(duì)其他幾種類型偏低，說(shuō)明裂縫對(duì)滲透率的影響明顯，而對(duì)孔隙度的影響則相對(duì)較弱。

綜上研究表明，研究區(qū)幾種不同的儲(chǔ)集體類型有不同的孔滲關(guān)系，儲(chǔ)集類型的多樣性造成了儲(chǔ)集體整體上孔隙度和滲透率的相關(guān)性很差。

3 不同類型儲(chǔ)層的特征

上面已有述及，根據(jù)儲(chǔ)集空間特征可將研究區(qū)奧陶系馬家溝組風(fēng)化殼儲(chǔ)層劃分為孔隙型、溶蝕孔洞型、裂縫-孔洞型以及裂縫型四種，下面對(duì)它們的相關(guān)特征分別進(jìn)行描述。

3.1 孔隙型儲(chǔ)層

儲(chǔ)集空間以各類孔隙為主，裂縫不發(fā)育，主要為晶間孔、晶間溶孔及晶間微孔，巖石類型主要為粉晶白云巖和微晶白云巖。這類儲(chǔ)層的物性較好，孔隙度主要在1%～5%之間，滲透率主要在（0.01～0.1）×10-3μm2之間，不過(guò)這類儲(chǔ)層的分布范圍最廣，因此它們?nèi)允潜狙芯康闹饕獌?chǔ)集類型。

典型的井段如大11井（圖 6a），井深2 872.0～2 875.6 m，深淺雙測(cè)向、密度以及自然伽馬均為低值，聲波值較高，聲波、密度以及自然電位都顯示無(wú)明顯孔、洞、縫特征。 電阻率 180 Ω·m，密度 2.60g/cm3，自然伽馬30API，聲波170μs/ft，自然電位無(wú)明顯變化，為典型的孔隙型儲(chǔ)層特征。

3.2 溶蝕孔洞型儲(chǔ)層

儲(chǔ)集空間以溶蝕孔洞為主，大多數(shù)被方解石充填，主要發(fā)育在（含）膏質(zhì)白云巖中，少量存在于次生石灰?guī)r中。這類儲(chǔ)層的物性好，孔隙度最大可達(dá)9%，滲透率在（0.1～1）×10-3μm2之間，主要發(fā)育在風(fēng)化殼的頂部，是所研究地層的重要儲(chǔ)集類型。

溶蝕孔洞型儲(chǔ)層的測(cè)井特征與孔隙型的較為相似，測(cè)井曲線無(wú)明顯的裂縫和溶蝕孔洞特征，深淺雙測(cè)向、密度以及自然伽馬均為低值，聲波值高。典型的井段如大13井（圖 6b），井深2 850.0～2 854.0m，聲波、密度以及自然電位都顯示無(wú)明顯孔、洞、縫特征。電阻率180Ω·m，密度2.50g/cm3，自然伽馬25API，聲波最大可達(dá)200μs/ft，自然電位無(wú)明顯變化，為典型的溶蝕孔洞型儲(chǔ)層特征。

3.3 裂縫-孔洞型儲(chǔ)層

圖6 大牛地氣田奧陶系馬家溝組風(fēng)化殼不同類型儲(chǔ)層的測(cè)井響應(yīng)特征

這是幾種儲(chǔ)集空間相組合的儲(chǔ)層類型，這類儲(chǔ)層中溶蝕孔洞較發(fā)育，同時(shí)發(fā)育裂縫，裂縫多為溶蝕縫及微裂縫，裂縫的存在使儲(chǔ)層物性有明顯改善。這類儲(chǔ)層的物性有孔隙度中―高、滲透率較高的特點(diǎn)，孔隙度多在4%以上，滲透率最高可達(dá)50×10-3μm2。

裂縫-孔洞型儲(chǔ)層的測(cè)井特征為深淺雙側(cè)向值較低，密度、自然伽馬呈低值，聲波值高。典型井段如大15井(圖6c)，井深2929.9～2933.0m，深淺雙側(cè)向?yàn)榈椭?電阻率450 Ω·m,密度2.50g/cm3,自然伽馬20API，聲波230μs/ft，自然電位呈下降趨勢(shì)，為典型的裂縫-孔洞型儲(chǔ)層特征。

3.4 裂縫型儲(chǔ)層

這類儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間以裂縫為主，孔洞不發(fā)育。研究區(qū)多為高角度縫及網(wǎng)狀縫，大部分為溶蝕縫，偶見(jiàn)構(gòu)造縫，且裂縫大部分被充填。該類儲(chǔ)層在研究區(qū)分布較少，其物性表現(xiàn)為高滲透率，最高可達(dá)到160×10-3μm2，低孔隙度，多在 3%以下。 這類儲(chǔ)層大部分發(fā)育在致密灰?guī)r中，其儲(chǔ)集物性較差。

裂縫型儲(chǔ)層中裂縫充填嚴(yán)重,測(cè)井響應(yīng)較弱，深淺雙側(cè)向、密度、聲波以及自然伽馬一般呈齒狀。典型的井段，如大21井（圖6d），井深2824.8～2829.6m，電阻率400Ω·m，密度2.30g/cm3，自然伽馬35API，聲波170 μs/ft，自然電位有明顯下降，深淺雙側(cè)向及自然伽馬較低，聲波和密度為齒狀，呈明顯的裂縫型儲(chǔ)層特征。

4 儲(chǔ)層分布特征

4.1 儲(chǔ)層的縱向分布

儲(chǔ)集空間或儲(chǔ)層的分布受控于沉積環(huán)境和成巖作用，不同的成巖環(huán)境及其演化也造成了研究區(qū)各儲(chǔ)層類型的差異（圖7）。

圖7 大牛地氣田奧陶系馬家溝組風(fēng)化殼儲(chǔ)層類型縱向分布特征

由于研究區(qū)儲(chǔ)層的滲透率極低 （滲透率小于0.1×10-3μm2的樣品占總樣品的80%），且實(shí)測(cè)的難度很大，因此在研究區(qū)以孔隙度大于2%為標(biāo)準(zhǔn)劃分了各類儲(chǔ)層的有效厚度。

孔隙型儲(chǔ)層是研究區(qū)最主要的儲(chǔ)集體類型，在馬五1―馬五5亞段均有發(fā)育。其中：馬五1—馬五4亞段中孔隙型儲(chǔ)層的有效厚度較薄，單層有效厚度為1～2m，最大為4m（圖7a，大60井，馬五4）；馬五5亞段中的孔隙型儲(chǔ)層的有效厚度相對(duì)較厚，單層有效厚度一般2～8m，最大可達(dá)20m（圖7a，大92井，馬五5）。

溶蝕孔洞型儲(chǔ)層在風(fēng)化殼頂部馬五2以上地層中發(fā)育相對(duì)較多，受古巖溶作用的影響明顯，其分布規(guī)模也受巖溶殘丘或高地的形狀和落差大小控制。從圖7中也可以看出，馬五2以上地層溶蝕孔洞型儲(chǔ)層相對(duì)較發(fā)育。

裂縫-孔洞型儲(chǔ)層在研究區(qū)馬五1―馬五5亞段中均有發(fā)育，但這類儲(chǔ)層是由多種儲(chǔ)集空間組合的一類儲(chǔ)層，其分布與裂縫、溶蝕孔洞的分布位置相關(guān)，整體上不太發(fā)育。

裂縫型儲(chǔ)層在研究區(qū)不太發(fā)育，這類儲(chǔ)層物性表現(xiàn)為滲透率高而孔隙度低，且裂縫的充填較為嚴(yán)重而使連通性變差，儲(chǔ)集價(jià)值不大，多為非儲(chǔ)層。由于圖7中顯示的儲(chǔ)層為孔隙度大于2%的有效儲(chǔ)層，而裂縫型儲(chǔ)層的孔隙度普遍偏低，因此在圖中顯示不出。

4.2 有利儲(chǔ)層的平面分布

從圖7a、7b可以看出，研究區(qū)風(fēng)化殼儲(chǔ)層在馬五段各小層分布不均，其中有利儲(chǔ)層最為發(fā)育的是馬五2和馬五5亞段，其次為馬五4和馬五1亞段，再次為馬五3亞段。本文以馬五2亞段為例，主要依據(jù)儲(chǔ)層的有效厚度并結(jié)合井位分布，對(duì)馬五2亞段有效儲(chǔ)層平面分布做了一定預(yù)測(cè)（圖8），圖中預(yù)測(cè)了5個(gè)有利區(qū)(Ⅰ區(qū)—Ⅴ區(qū))。

圖8 大牛地氣田奧陶系馬家溝組馬五2亞段有利儲(chǔ)層預(yù)測(cè)分布圖

5 結(jié) 論

（1）鄂爾多斯盆地大牛地氣田奧陶系馬家溝組風(fēng)化殼儲(chǔ)層主要發(fā)育在馬家溝組的五段，整體具有低孔低滲的特征，孔隙度在5%以下，滲透率在1×10-3μm2以下。

（2）研究區(qū)風(fēng)化殼儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間以次生孔隙為主，按照儲(chǔ)集空間類型及組合特征可將儲(chǔ)層分為孔隙型、溶蝕孔洞型、裂縫-孔洞型和裂縫型四種，其中有利儲(chǔ)層類型以孔隙型為主，裂縫型儲(chǔ)層最差。

（3）在縱向上，馬家溝組風(fēng)化殼儲(chǔ)集體的主要發(fā)育層段分布在馬五1、馬五2、馬五4和馬五5亞段，其中馬五2和馬五5亞段中最為發(fā)育，馬五4和馬五1亞段次之；平面上，馬五2亞段的有利預(yù)測(cè)區(qū)域主要在Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)，其次為Ⅳ區(qū)和Ⅴ區(qū)。

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