塔中奧陶系鷹山組巖溶模式及水平井鉆探

習宇

摘 ? ? ?要： 為提高塔中縫洞型碳酸鹽巖油氣鉆探開發(fā)效果，分析了奧陶系鷹山組巖溶發(fā)育特征，認為鷹山組上部主要發(fā)育兩套廣泛分布的巖溶層，分別受頂部不整合和潛水面的控制。統(tǒng)計鷹山組30多口井鉆探成果表明，鷹山組碳酸鹽巖地層孔洞發(fā)育段主要集中在大型洞穴的下部地層，范圍在幾十米到一百多米，最終建立了塔中鷹山組高二伽馬下覆地層優(yōu)質(zhì)儲層模式圖，認為潛水面下覆150 m左右范圍為鷹山組良好的縫洞儲層重點發(fā)育區(qū)域。

關(guān) ?鍵 ?詞：奧陶系碳酸鹽巖;巖溶模式;塔中區(qū)塊;水平井鉆井

中圖分類號：P618.13 ? ? ? ? 文獻標識碼： A ? ?文章編號： 1671-0460（2020）05-0938-04

Abstract： In order to improve the drilling and development effect of fracture cave carbonate rock in Tazhong area， the karst development characteristics of Yingshan formation of Ordovician system were analyzed. It was considered that two sets of widely distributed karst layers were mainly developed in the upper part of Yingshan formation， which was controlled by the top unconformity and the water table. According to the drilling results of more than 30 wells in Yingshan formation， the pore development section of carbonate formation in Yingshan formation is mainly concentrated in the lower stratum of large-scale caves， ranging from tens to more than 100 m. Finally， the model map of high-quality reservoir under the second gamma of Yingshan formation in Tazhong area was established. It was pointed out that the range of 150 m under the phreatic water surface would be the key development area of good fracture and cave reservoir in Yingshan formation.

Key words： Ordovician carbonate rock; Karst model; Tazhong block; Horizontal well drilling

水平井技術(shù)是20世紀80年代興起的鉆井新技術(shù)， 它利用了特殊的軌跡， 達到提高產(chǎn)能的目的， 尤其是對橫向各異性比較明顯的碳酸鹽巖儲層[1]。碳酸鹽巖儲層由于孔隙系統(tǒng)類型豐富、成因復(fù)雜，塔中地區(qū)不同井區(qū)的鷹山組有利儲層的成因機制不盡相同，表現(xiàn)為沉積背景、成巖序列、斷裂裂縫發(fā)育以及構(gòu)造演化階段等存在差異，導(dǎo)致有利儲層形成的主控因素存在差別，孔隙系統(tǒng)的發(fā)育演化規(guī)律各異[2]。塔中地區(qū)鷹山組碳酸鹽巖儲層呈多樣性，發(fā)育有洞穴、裂縫、溶蝕孔洞等多種儲集空間，非均質(zhì)性明顯，并且各個碳酸鹽巖分布區(qū)儲層特征有較大差別[3]。水平井鉆井成功的重要前提就是需要能夠精確地標定目的層段，在目的層段里橫向鉆井才能夠真正地提高水平井儲層的鉆遇率與成功率。

近年來鉆探直井及水平井效果對比發(fā)現(xiàn)，水平井開發(fā)效果優(yōu)于直井，例如塔中62井直井初始產(chǎn)量為石油41.7 t/d，天然氣15×104 m3/d，而水平井石油初始產(chǎn)量為83.4 t/d，天然氣30×104 m3/d，石油和天然氣的初始產(chǎn)量均為直井的2倍。對于二類儲層直井的石油和天然氣初始產(chǎn)量分別為7.76 t/d和2.5×104 m3/d，而水平井的產(chǎn)量則為23.27 t/d和7.5×104 m3/d，水平井的產(chǎn)量為直井產(chǎn)量的3倍，所以水平井對于稍微差的儲層的改造作用更加明顯。與直井相比，水平井的日產(chǎn)量與其穩(wěn)定日產(chǎn)量都有顯著的提高，這說明塔中地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲層非常適合水平井技術(shù)的應(yīng)用。

1 ?鷹山組儲層發(fā)育特征

大型洞穴主要發(fā)育于3個主要部位，首先是鷹山組頂部不整合面附近，由于不整合面長時間暴露，在地表被風化淋濾，形成分布范圍極其廣泛的大型表生不整合溶洞[4]。但這些溶洞在埋入地下后可能會遭受嚴重的破壞，被角礫、泥質(zhì)等沉積物充填，有效性會大大降低;其次是不整合下50～150 m區(qū)域的潛水面附近，由高角度斷層裂縫等的溝通作用，使得地表水深入下部地層，在潛水面附近形成較大型的溶洞，但該種溶洞分布范圍具有局限性，盡在潛水面中地下河道等水流充沛的地層發(fā)育，部分大型溶洞后期可能被上部巖層充填，潛水面流體也會帶來大量泥砂對其進行充填，僅有少部分小型溶洞可能會保存下來，形成良好的儲層;第三個發(fā)育部位在高角度斷層附近的巖層，由于高角度斷層能夠溝通地表水，所以斷層附近易溶的巖層會被大量溶蝕，形成一定規(guī)模的溶洞，該類溶洞大多呈串珠狀出現(xiàn)，串珠狀中“珠”的部位即為易溶地層溶蝕形成的溶洞，“串”的部位即為不易溶解的地層，僅僅起到通道的作用（圖1）。

塔中西部鷹山組小型溶孔主要發(fā)育于與不整合和潛水面接觸的容易溶解的地層，由于在碳酸鹽巖中顆粒灰?guī)r相對比較易于溶解，所以在與不整合和潛水面接觸的下覆地層中高頻旋回的高位域顆粒灰?guī)r發(fā)育的部位容易發(fā)育小溶孔，并且這些小溶孔在局部區(qū)域內(nèi)順層出現(xiàn)[5]。

塔中西部鷹山組裂縫型儲層主要發(fā)育于兩個部位：首先是走滑斷層周圍，國外學(xué)者已經(jīng)從理論上分析了走滑斷裂端部周圍應(yīng)力具有明顯的差異性，所以是裂縫發(fā)育的集中區(qū)，隨著走滑斷裂的不斷發(fā)育，裂縫也隨之不斷擴張，進而形成了伴隨走滑斷裂發(fā)育的裂縫分布帶[6]。裂縫發(fā)育的另一個部位就是大型垮塌溶洞周圍的巖層，由于重力作用使得溶洞上部地層發(fā)育斷裂及裂縫，到達一定程度上覆圍巖崩塌溶洞被角礫充填，洞頂及周圍地層形成裂縫。

裂縫與溶孔往往是伴生發(fā)育的，裂縫發(fā)育的部位受到流體侵蝕就會擴容形成溶孔，進而形成縫洞體系，而溶孔大量發(fā)育的巖層受到上覆地層壓力作用的影響會形成連通溶洞的裂縫，也組成風洞體系，而這兩種縫洞體系都是鷹山組主要的儲層[7]。

2 ?多因素控制下鷹山組巖溶模型

斷層和斷陷是溶洞崩塌最直接的產(chǎn)物，崩塌之后斷裂帶的延伸范圍要比之前廣得多。隨著崩塌溶洞的埋藏和壓實，原來的大角礫和大孔隙進一步變?yōu)樾×Ｐ己托】紫?，機械壓實還會造成粒屑之間的化學(xué)膠結(jié)[8-9]，充填顆粒間的孔隙。隨著埋藏的加深，洞穴周圍的裂縫會進一步發(fā)育，這樣原來的溶洞體系又轉(zhuǎn)變成裂縫發(fā)育層覆蓋的溶洞角礫巖層（圖2）。洞頂應(yīng)力釋放產(chǎn)生具有裂縫的碎屑顆粒，這種碎裂巖層發(fā)散的范圍比較大，不僅容易識別，還為滲流帶的流體提供通道。

從鷹山組的巖石薄片中也可以看到，地層經(jīng)歷了多期成巖時間的改造，原生孔隙已經(jīng)蕩然無存，且孔隙間的膠結(jié)物非常發(fā)育。但是受不同沉積相帶的影響，高能的臺內(nèi)灘、臺內(nèi)丘灘復(fù)合體中原始沉積的高能顆粒碳酸鹽巖為后期成巖作用的改造形成次生溶蝕孔隙提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，并且控制了溶孔和溶洞的發(fā)育形式，多以層狀出現(xiàn)[10]。

對于質(zhì)純層厚且原始滲透性較差的碳酸鹽巖，溶蝕作用的發(fā)生受斷裂和裂縫的主要控制，特別是在垂直滲流帶中，高角度的裂縫多發(fā)生沿著裂縫面的擴溶現(xiàn)象[11]。地下溶蝕性流體運動形式也受控于裂縫的產(chǎn)狀，多以近垂直的方向流動，隨著溶蝕作用的持續(xù)進行使裂縫溶蝕程度增強，甚至可以形成溶洞，在致密高阻層段中，特別是以發(fā)育臺內(nèi)潟湖、臺內(nèi)洼地相為主的地層中，一般溶蝕成洞的概率相對較低，非均質(zhì)性強，方向性強，一旦形成溶洞，往往洞的規(guī)模較大，且通過成像測井分析可以刻畫洞內(nèi)充填的序列特征。白云巖的溶蝕是鷹山組下部地層鷹三段、鷹四段中的主要溶蝕形式，盡管鉆井揭示的鷹山組下部地層有限，通過薄片觀察發(fā)現(xiàn)，質(zhì)純的白云巖具有孔滲性好的基質(zhì)特征，溶蝕作用主要表現(xiàn)為掩飾格架間空隙或晶間空隙的擴散溶蝕作用，且產(chǎn)生的孔隙度較大，整體溶蝕程度高，成洞的概率較高，巖心上揭示的白云巖的溶洞規(guī)模相對較小。

除了巖石自身的內(nèi)在因素之外，非地帶性的應(yīng)力作用對巖溶儲層的形成具有重要的控制型。構(gòu)造運動控制了地殼的隆升和沉降，中奧陶世至晚奧陶世早期，塔中-巴楚地區(qū)遭受了相對強的構(gòu)造擠壓，造成鷹山組頂部大面積的暴露溶蝕。構(gòu)造背景與古地貌特征控制了沉降相帶的分布[12]。根據(jù)古地貌的恢復(fù)及沉積微相的對比發(fā)現(xiàn)，相對高隆區(qū)以高能臺內(nèi)灘發(fā)育為主，斜坡區(qū)及隆間洼地區(qū)水體能量較低，形成低能的灘間海、臺內(nèi)潟湖相。不同的巖溶地貌與不同的沉積相帶疊加造成溶蝕作用的差異性，且?guī)r溶類型和規(guī)模均有所不同。斷裂及與之相關(guān)的裂縫決定了碳酸鹽巖地層的滲透性、連通性和方向性，無論是原始沉積地層的滲透性還是低能致密沉積相，均受到裂縫發(fā)育的影響，裂縫控制了地表和地下流體的流動方向，由此控制了巖溶儲層沿著斷裂帶的發(fā)育程度，在裂縫或斷裂的拐點、交點處往往是流體流速變化、停留的主要部位，容易形成大型溶洞。同時裂縫的深度控制了流體運移的深度，進而控制了巖溶儲層發(fā)育的深度和規(guī)模，特別是裂縫的形成對與巖性沒有選擇性，這樣在高阻隔層形成的裂縫就成為溝通上部巖溶帶與下部巖溶帶的重要通道。

3 ?水平井鉆探

3.1 ?水平井鉆井思路

利用巖溶模型指導(dǎo)水平井鉆探的核心就是利用模型使得鷹山組有效儲層得到準確標定。經(jīng)過大量已鉆井的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，塔中鷹山組高一伽馬和高二伽馬下覆地層的油氣顯示比較多，而高二伽馬尤其豐富，也是工業(yè)油氣流發(fā)現(xiàn)最多的部位。通過對30多口井的分析，認為塔中西部鷹山組的孔洞發(fā)育段主要分布于兩套高伽馬下部50-150 m的地層，對研究區(qū)22口單井的含油氣層進行統(tǒng)計，油氣顯示儲層多分布在高GR之下，達到90%，而高伽馬之上只占不到10%;含油氣層在高伽馬之下50 m以內(nèi)的占38%，在50-100 m占52%，在100-150 m占9%，超過150 m的僅占1%（圖3）。

高一伽馬下覆巖層的油氣顯示以及工業(yè)油氣流之所以比高二伽馬下覆地層的少，是因為高一伽馬雖然位于鷹山組頂部不整合面附近，分布比較廣，其下覆地層受到地表水的侵蝕形成了大量的溶蝕孔縫，但是這些孔縫由于與不整合面距離太近，大部分缺少區(qū)域蓋層，導(dǎo)致油氣不能很好地聚集，而僅有少部分距離不整合面較遠，上部溶洞被泥質(zhì)很好的充填，才有良好的油氣顯示甚至工業(yè)油氣流。

相對于高一伽馬下覆地層，高二伽馬的下覆地層主要受斷層以及潛水面的流體溶蝕形成良好的縫洞網(wǎng)絡(luò)，由于這些縫洞層上部發(fā)育區(qū)域性的泥質(zhì)灰?guī)r蓋層，頂部大溶洞又被泥質(zhì)充填，距離不整合面又有一定的距離，所以油氣容易聚集形成良好的油氣藏。

圖4為塔中鷹山組高二伽馬下覆地層優(yōu)質(zhì)儲層模式圖。從圖中可以看出，首先地層發(fā)育高角度斷層，并伴隨生成大量裂縫;表層流體以斷層為通道，流入下部地層，在潛水面附近發(fā)育大型溶洞，在深部地層發(fā)育串珠狀溶洞以及縫洞網(wǎng);大型溶洞圍巖周圍形成的垂向小斷裂垮塌，形成角礫巖充填溶洞，潛水面流體攜帶泥沙充填溶洞底部角礫周圍的孔隙，對下覆縫洞體形成良好的蓋層，與下部地層縫洞網(wǎng)儲層組成良好的儲蓋組合。

3.2 ?鉆井實例

ZG431-H2井從地震剖面上看，該井周圍有數(shù)條走滑斷層，依據(jù)鷹山組巖溶模式圖分析可知，該井周圍地層在斷層的溝通下能夠接觸到不整合面附近的大氣淡水，因此大大增加了形成良好儲層的可能性，在地震剖面上，該井既有串珠狀溶洞出現(xiàn)，在順地層方向也可看到順層巖溶的特征。而高二伽馬處距離不整合面大約87 m厚，可以很好地成為下覆縫洞體的蓋層，所以該井很有可能鉆遇好的儲層。實際的鉆井結(jié)果顯示，測井解釋鷹山組二類儲層共10層185.5 m，三類儲層16層，共300 m，主要儲層為在高二伽馬以下的水平地層縫洞體。

4 ?結(jié)束語

在鷹山組巖溶模式中，高二伽馬的形成主要是由于發(fā)育于潛水面附近形成的溶洞被泥質(zhì)充填，所以找到垂向上第二套溶洞發(fā)育的地層，其下覆150 m左右范圍的地層即為鷹山組良好的縫洞儲層。相對來說，第二套高伽馬下覆地層油氣比第一套下覆地層更加豐富，為下一步重要的探勘方向。

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