巖溶洞穴型儲層發(fā)育期次識別技術(shù)及應(yīng)用

常少英 鄧興梁 常中英 曹 鵬 曹小初

（ 1中國石油杭州地質(zhì)研究院；2中國石油塔里木油田公司；3中國石化河南油田分公司勘探開發(fā)研究院 ）

巖溶洞穴型儲層在碳酸鹽巖勘探開發(fā)中占有十分重要的位置，經(jīng)過多年的探索與實踐,目前已經(jīng)形成了一系列碳酸鹽巖地震儲層預(yù)測技術(shù)[1-5],即:儲層井震精細(xì)標(biāo)定技術(shù)、巖溶古地貌分析技術(shù)、地震多屬性儲層預(yù)測技術(shù)、疊后地震阻抗反演和疊前地震彈性參數(shù)反演技術(shù)、地震相波形分類分析技術(shù)、基于波動方程的地震正演技術(shù)、基于地震各向異性分析的裂縫預(yù)測技術(shù)、儲層空間三維可視化雕刻技術(shù)、多信息融合儲層綜合評價技術(shù)和時頻衰減、AVO分析等烴類檢測技術(shù)等。這些地震技術(shù)方法一般用于對易于識別的大型碳酸鹽巖巖溶洞穴型儲層的預(yù)測，由于易于理解，地球物理參數(shù)意義明確，在油田的早期開發(fā)中取得了較好的效果。然而，在油田進(jìn)入中后期開發(fā)時，尋找大型溶洞的難度越來越大，主要以尋找小型的洞穴和孔洞為主，而這些儲層在地震上的響應(yīng)特征并不十分明顯，這樣僅僅依賴地球物理手段無法準(zhǔn)確定義儲層的閾值，先進(jìn)的地震技術(shù)顯得鞭長莫及。實際上，在潛山巖溶區(qū)，洞穴層經(jīng)歷了多期次的海平面升降變化，洞穴層主要受潛流面控制，每期的潛流面都控制了一期洞穴層的發(fā)育[6-8]。而在利用地震技術(shù)方法進(jìn)行儲層預(yù)測時，沒有考慮以上因素，在油田中后期開發(fā)中，不利于儲層的發(fā)現(xiàn)，也不利于儲層評價和目標(biāo)優(yōu)選，無法指導(dǎo)洞穴的連通性分析，單井控制的儲集體范圍難以把握，因此，新部署的鉆井與老井連通的風(fēng)險越來越大，迫切需要一種能體現(xiàn)洞穴連通關(guān)系的儲層預(yù)測識別方法。

根據(jù)目前生產(chǎn)的需要，采用一種能夠識別巖溶洞穴型儲層期次并可以實現(xiàn)劃分洞穴層的儲層預(yù)測方法，主要創(chuàng)新點(diǎn)在于：依據(jù)洞穴層發(fā)育機(jī)理，采用洞穴層發(fā)育期次識別技術(shù)，構(gòu)建洞穴分層地震解釋方法，實現(xiàn)了巖溶洞穴型儲層精細(xì)預(yù)測及連通性分析，滿足了當(dāng)前生產(chǎn)的需求。

1 地質(zhì)概況

塔里木盆地LGX地區(qū)位于塔北隆起輪南低凸起（圖1），經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動，在加里東晚期，區(qū)域不均衡的構(gòu)造抬升使輪南地區(qū)形成一個大型南傾斜坡；海西早期由于區(qū)域上北西—南東方向上的擠壓運(yùn)動，在大斜坡的背景下形成一個北東—南西走向的大型背斜。由于構(gòu)造抬升運(yùn)動，奧陶系碳酸鹽巖上覆的泥盆系、志留系、中—上奧陶統(tǒng)逐漸被剝蝕，形成奧陶系潛山。海西中晚期—印支期以區(qū)域上的強(qiáng)烈擠壓和東西向大型斷裂活動為特點(diǎn)，使得潛山背斜繼續(xù)隆升，幅度持續(xù)增大，石炭系逐層超覆，并逐漸將潛山埋藏，形成一個蓋層厚度超過500m的大型披覆背斜。奧陶系遭受大氣淋濾作用，形成古巖溶地貌，儲層類型主要是巖溶縫洞型。

圖1 LGX地區(qū)位置圖

2 古巖溶垂向發(fā)育分層性機(jī)理

圖2 海平面控制巖溶層發(fā)育模式圖

在巖溶區(qū)致密碳酸鹽巖地層中,經(jīng)歷多期次的海平面升降變化，形成多個與間歇性海平面上升過程中海平面相對穩(wěn)定期對應(yīng)的穩(wěn)定潛流面及沿穩(wěn)定潛流面發(fā)育的洞穴層(圖2)。即洞穴層主要受潛流面控制，每期的潛流面都控制了一期巖溶作用。在巖溶地貌區(qū),當(dāng)河流的下切侵蝕達(dá)到地下潛流面以下深度時,地表河流就成為巖溶水的主要排泄通道,并控制著巖溶水的流動狀態(tài)，形成一個巖溶水的循環(huán)系統(tǒng)。因此，潛流面實際上也是現(xiàn)代水文地質(zhì)意義上的排泄基準(zhǔn)面。

在早石炭世末,隨著塔里木盆地范圍擴(kuò)大,碳酸鹽巖陸塊及其內(nèi)部的洞穴層被埋藏。石炭紀(jì)以后,洞穴層隨盆地持續(xù)下沉而深埋地下,一直保存至今。同一個穩(wěn)定潛流面附近發(fā)育的多個大型洞穴層為同時期形成的地質(zhì)體,盡管不一定連通,但它們可以按照“分布于同一個潛流面上的洞穴層為同一個期次洞穴層”的原則進(jìn)行橫向?qū)Ρ萚9-13]。

3 巖溶洞穴型儲層期次識別方法

LGX地區(qū)奧陶紀(jì)屬典型的碳酸鹽巖喀斯特巖溶發(fā)育區(qū)，巖溶古地貌直接影響和控制巖溶作用的程度、巖溶作用方式、巖溶發(fā)育特征及類型，因此在洞穴層對比前,需要進(jìn)行古地貌恢復(fù)及洞穴層歸位。結(jié)合現(xiàn)代地質(zhì)巖溶理論和地震信息，劃分并預(yù)測巖溶洞穴型儲層發(fā)育的不同期次分布特征。識別巖溶洞穴型儲層發(fā)育期次主要包括以下兩項技術(shù)。

3.1 基于巖溶古地貌恢復(fù)的洞穴層測井識別技術(shù)

在進(jìn)行碳酸鹽巖巖溶區(qū)儲層的預(yù)測解釋過程中，利用現(xiàn)代地質(zhì)巖溶理論恢復(fù)古地貌，能夠更好地指導(dǎo)洞穴連通性的分析[14-16]?；謴?fù)古地貌的方法選擇需要考慮研究區(qū)內(nèi)是否有區(qū)域上穩(wěn)定沉積的標(biāo)志層，以及進(jìn)行對比和追蹤的難易程度。LGX地區(qū)石炭系發(fā)育一套石灰?guī)r地層，可作為標(biāo)志層，其地震響應(yīng)特征是兩個強(qiáng)的波峰反射軸，因此稱這套標(biāo)志層為“雙峰灰?guī)r”。

為了易于對比和追蹤，采用印模法恢復(fù)古地貌，即用奧陶系頂面減“雙峰灰?guī)r”面，可以得到較為精確的古地貌圖，LGX地區(qū)古地貌可分為巖溶高地、巖溶斜坡、巖溶洼地3種類型（圖3）。

圖3 LGX地區(qū)奧陶系巖溶古地貌圖

在古地貌恢復(fù)的基礎(chǔ)上，主要根據(jù)3個方面的洞穴層識別標(biāo)志進(jìn)行識別:①錄井標(biāo)志，包括放空、大量井漏、井涌、井噴、鉆時下降、大量的方解石巖屑，其中放空為鉆遇洞穴的直接標(biāo)志；②巖心標(biāo)志，包括陸源碎屑沉積物及其斜層理、水平層理等地下河沉積構(gòu)造、巖溶角礫巖、氧化條件下結(jié)晶的巨晶方解石、鐘乳石碎塊、海岸砂體的伸入充填沉積等；③測井曲線標(biāo)志，洞穴層的電測曲線特征表現(xiàn)為兩高兩低,即低電阻、低密度、高聲波時差和高自然伽馬。

通過對研究區(qū)46口井的洞穴特征的識別，可以發(fā)現(xiàn)洞穴在縱向上的分布具有較為明顯的4個峰值區(qū)（圖4），代表著4次巖溶洞穴型儲層發(fā)育高峰期，這4個洞穴發(fā)育峰值窗口，實際上是4期潛流面的發(fā)育位置。

圖4 洞穴縱向發(fā)育統(tǒng)計圖

按古地貌由高到低選取多口關(guān)鍵井位（圖3中A井、B井、C井、D井、E井），進(jìn)行巖溶洞穴型儲層發(fā)育期次的連井剖面對比,并進(jìn)而劃分連井洞穴層，即將“雙峰灰?guī)r”等時界面標(biāo)志層拉平，進(jìn)行橫向洞穴層的對比和分析，將單井上鉆遇的多套儲層由上至下逐一劃分洞穴層（圖5）。連井剖面具有明顯的呈層狀分布特征,在近東西向連井縱剖面上,洞穴層大致分布在由東向西古高程逐漸降低的4個不同層面上。根據(jù)上述洞穴層分層展布特征可以擬合出4個古穩(wěn)定潛流面,從而推斷LGX地區(qū)發(fā)育至少4個期次的洞穴層及與之對應(yīng)的4個巖溶旋回。在鉆井剖面上,大部分洞穴鉆遇井發(fā)育2～3個洞穴層,也有少量鉆井鉆遇4個洞穴層,如E井。

圖5 LGX地區(qū)奧陶系鷹山組連井巖溶層系劃分

3.2 巖溶洞穴型儲層分層地震解釋技術(shù)

在古地貌控制下拉平連井對比剖面的基礎(chǔ)上，標(biāo)定地震數(shù)據(jù)體，確定石炭系“雙峰灰?guī)r”等時地層界面，以此界面為準(zhǔn)，拉平地震數(shù)據(jù)體。將單井識別的洞穴層標(biāo)定在地震剖面上，在“同一期潛流面距離標(biāo)志層時間厚度相同”的理論指導(dǎo)下，將單井標(biāo)志層向下漂移適當(dāng)?shù)臅r窗，形成地震拉平數(shù)據(jù)體上可以識別的排泄基準(zhǔn)面。

在地震拉平數(shù)據(jù)體上將測井識別的洞穴層進(jìn)行地震尺度的合并，形成地震尺度的洞穴層，然后對地震尺度的洞穴層進(jìn)行精細(xì)解釋。具體解釋的方法為：詳細(xì)標(biāo)定研究區(qū)內(nèi)洞穴層發(fā)育位置與串珠的對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)統(tǒng)計規(guī)律，優(yōu)選地震屬性，然后將研究區(qū)內(nèi)的所有洞穴層進(jìn)行立體雕刻，并結(jié)合研究區(qū)實際，合理調(diào)節(jié)閾值，對雕刻洞穴層的頂面進(jìn)行自動追蹤，并對追蹤效果不理想的洞穴層頂面進(jìn)行手工修改。

按排泄基準(zhǔn)面劃分洞穴層：將所確定的排泄基準(zhǔn)面上下各開一個時窗，將時窗范圍內(nèi)的洞穴層確定為基準(zhǔn)面控制下發(fā)育的洞穴層（圖6）。時窗長度根據(jù)單井標(biāo)定情況和地震資料分辨率確定，一般不超過15～40ms。

4 應(yīng)用效果

圖6 LGX地區(qū)奧陶系鷹山組洞穴層地震解釋剖面圖

通過以上技術(shù)方法在塔里木盆地LGX地區(qū)奧陶系的應(yīng)用，共解釋出485個洞穴，第一洞穴層(圖7a)主要分布在巖溶高地，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，儲層相對不發(fā)育；第二洞穴層(圖7b)主要分布在巖溶斜坡區(qū)，具有較好的連通性,高效井主要分布于這層；第三洞穴層（圖7c）、第四洞穴層（圖7d）主要分布于巖溶洼地，洞穴發(fā)育，但因構(gòu)造位置較低，高效井分布較少[17-19]。

通過對洞穴層進(jìn)行分析和對比，可知分布在同一洞穴層的井連通的可能性大。例如同處于第二洞穴層的LGXA-1井和LGXA-2井，通過其開發(fā)已經(jīng)證實存在連通性。根據(jù)同一洞穴層的連通特征，可以劃分縫洞系統(tǒng)[20-24]；結(jié)合殘丘分布特征,在LGX地區(qū)奧陶系劃分出22個縫洞系統(tǒng)；再結(jié)合研究區(qū)內(nèi)已鉆井的分布,滾動評價區(qū)總面積為41.32km2，預(yù)測資源量為1032×104t。

圖7 不同洞穴層疊合古地貌分布圖

5 結(jié)論

在考慮儲層地貌特征和洞穴形成原因的基礎(chǔ)上，通過在古地貌恢復(fù)的前提下，拉平地震數(shù)據(jù)體，劃分單井洞穴層，并在井震結(jié)合基礎(chǔ)上，在地震剖面上按照排泄基準(zhǔn)面進(jìn)行洞穴層劃分，最終準(zhǔn)確地找到高效井的分布規(guī)律，提高了井位部署的成功率，而且有利于對井間連通性的評價，適合在地貌復(fù)雜、經(jīng)歷多次構(gòu)造運(yùn)動的碳酸鹽巖油田中后期開發(fā)中使用。巖溶洞穴型儲層分層解釋技術(shù)體現(xiàn)了地質(zhì)和地震信息的結(jié)合，是現(xiàn)代巖溶地質(zhì)理論的一次工業(yè)化應(yīng)用，為今后此類儲層的精細(xì)識別、評價提供了有力的技術(shù)參考，具有較好的實用價值。

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