塔河油田奧陶系縫洞充填序列及其測(cè)井響應(yīng)

劉晶晶，毛毳，魏荷花，權(quán)蓮順，劉澤璇

（1.東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江 大慶 163318；2.中國(guó)石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083）

塔里木盆地奧陶系碳酸鹽巖巖溶地層是十分重要的油氣儲(chǔ)集層[1-3]，塔河油田奧陶系碳酸鹽巖油藏是典型的縫洞型油藏，孔、洞和縫共存，儲(chǔ)集體發(fā)育具有分區(qū)分帶性，非均質(zhì)性極強(qiáng)[4-5]。準(zhǔn)確識(shí)別縫洞充填物類型及充填模式，對(duì)縫洞型油氣藏的開發(fā)具有重要意義。

縫洞充填物一般分為搬運(yùn)型充填物、垮塌型充填物和化學(xué)型充填物[6-7]。一些學(xué)者在結(jié)合古巖溶露頭和塔河油田儲(chǔ)集體的發(fā)育模式基礎(chǔ)上，對(duì)縫洞型油氣藏進(jìn)行了劃分[8-9]，并建立了不同的三維立體結(jié)構(gòu)模式[10-13]。同時(shí)，利用測(cè)井資料有效表征了洞穴充填物和洞穴充填情況[14-18]，并根據(jù)露頭、巖心和井壁成像測(cè)井等資料，在建立縫洞類型和充填物類型測(cè)井響應(yīng)特征模式或交會(huì)圖版的基礎(chǔ)上，開展儲(chǔ)集層測(cè)井響應(yīng)特征研究[19-24]。

前人對(duì)塔河油田奧陶系縫洞型碳酸鹽巖儲(chǔ)集層的研究，主要集中在對(duì)縫洞充填物測(cè)井識(shí)別特征、奧陶系地層縫洞體巖溶類型和發(fā)育特征的測(cè)井描述，或?qū)p洞型油氣藏儲(chǔ)集層類型的研究，缺乏綜合性對(duì)比，更無法較為直觀地通過測(cè)井響應(yīng)去識(shí)別縫洞系統(tǒng)的充填類型。

本文以塔河油田四區(qū)、六區(qū)和七區(qū)已識(shí)別的有縫洞單元存在的鉆井為對(duì)象，通過觀察巖心，確定充填物類型及沉積序列，利用測(cè)井資料判斷縫洞體充填類型，并總結(jié)不同類型縫洞體的測(cè)井響應(yīng)特征，歸納巖溶模式響應(yīng)規(guī)律，希望有助于對(duì)地下縫洞充填體的識(shí)別與描述，為縫洞型油氣藏精細(xì)描述和儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

塔河油田位于塔里木盆地北部沙雅隆起中段阿克庫(kù)勒凸起，阿克庫(kù)勒凸起東西兩側(cè)被草湖凹陷和哈拉哈塘凹陷包圍，南與滿加爾坳陷過渡接壤（圖1）。阿克庫(kù)勒凸起于加里東運(yùn)動(dòng)中、晚期形成雛形，海西運(yùn)動(dòng)早期受區(qū)域性抬升形成向西南傾伏的北東—南西向展布的大型鼻凸[25-26]。在長(zhǎng)期的抬升暴露風(fēng)化剝蝕及巖溶作用下，形成了復(fù)雜的巖溶地貌和溶蝕縫洞系統(tǒng)[22]。

圖1 塔河油田位置Fig.1.Location of Tahe oilfield

塔河油田主力產(chǎn)油區(qū)位于阿克庫(kù)勒凸起西南斜坡帶上，本文以塔河油田四區(qū)、六區(qū)和七區(qū)為研究區(qū)域，主力產(chǎn)油層為奧陶系碳酸鹽巖。研究區(qū)奧陶系自上而下揭示中奧陶統(tǒng)一間房組、中—下奧陶統(tǒng)鷹山組和下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組，除蓬萊壩組發(fā)育較全外，其余各組均遭受不同程度剝蝕，在剖面上呈自南向北減薄的楔狀。研究區(qū)位于中奧陶統(tǒng)一間房組尖滅線以北，因此大部分地區(qū)奧陶系僅發(fā)育鷹山組和蓬萊壩組。

2 縫洞充填物類型及測(cè)井特征

研究區(qū)奧陶系沉積后經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的構(gòu)造演化，受復(fù)雜地質(zhì)作用的影響，形成了多期次的巖溶地層，不同巖溶期次的特征和充填情況存在明顯的差異[27]。研究區(qū)共有75 口井鉆遇奧陶系溶洞段，其中26 口井發(fā)現(xiàn)未被充填的溶洞，約占總體的34.7%；27 口井見砂泥質(zhì)半充填或部分充填的溶洞，約占總體的36.0%；5 口井溶洞被洞穴角礫及暗河沉積充填，約占總體的6.7%。利用測(cè)井曲線識(shí)別T615 井5 535.0—5 555.0 m井段，最大的砂泥全充填溶洞高達(dá)20.0 m；部分井不同井段溶洞的充填情況不同，如TK423井共發(fā)育3 段溶洞，在5 513.0—5 516.5 m 井段，發(fā)育間斷溶蝕的部分充填溶洞，而5 381.0—5 393.0 m和5 587.0—5 589.5 m 井段，溶洞為完全充填。綜上所述，在縫洞充填系統(tǒng)中，主要為碎屑充填，其次為垮塌充填和化學(xué)充填。

根據(jù)鉆井和錄井資料，在鉆遇溶洞段時(shí)，鉆速加快，鉆具放空，并出現(xiàn)不同程度的鉆井液漏失，井徑明顯擴(kuò)大。在前人研究的基礎(chǔ)上，綜合塔河油田S74井、S80井、S88 井、S67 井、S75 井、T615 井、T403 井、T615 井、TK456井等21口井的巖心觀察結(jié)果，根據(jù)充填物成分、沉積堆積環(huán)境及形心組合特征，將研究區(qū)溶洞充填分為4類：砂泥質(zhì)充填、角礫巖充填、化學(xué)充填和未充填。

2.1 砂泥質(zhì)充填

在成巖早期，成巖裂縫中會(huì)有殘余泥質(zhì)，一般含殘余有機(jī)質(zhì)[7]；或經(jīng)歷強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)后，巖層受力會(huì)形成不同程度的裂縫或孔隙，在流水沖刷和重力分異的雙重作用下，沉積不同粒度的充填物質(zhì)，常見砂質(zhì)和泥質(zhì)，并具有良好的層理。砂泥質(zhì)充填層分為泥質(zhì)充填層與鈣質(zhì)（膠結(jié)）砂巖充填層，以下將分別說明2類充填層及其測(cè)井響應(yīng)特征。

泥質(zhì)充填層的聲波時(shí)差為164.0～230.0 μs/m，較之上、下段略增大；密度降到2.60～2.72 g/cm3；自然伽馬則明顯增大，平均大于30 API；雙側(cè)向電阻率則減小。鈣質(zhì)（膠結(jié)）砂巖層的聲波時(shí)差為230.0～361.0 μs/m；中子孔隙度增大；密度明顯降低，為2.30～2.50 g/cm3；自然伽馬也明顯增大，一般為40～60 API；而電阻率出現(xiàn)降低，砂泥巖段為20～100 Ω·m，純砂巖段為20 Ω·m。

總之，當(dāng)鉆遇砂泥巖充填溶洞時(shí)，密度降低；聲波時(shí)差和中子孔隙度增大，在泥質(zhì)含量高的部位表現(xiàn)的尤為明顯；自然伽馬明顯增大；電阻率降低。

2.2 角礫巖充填

充填溶洞的角礫可來源于圍巖垮塌或異地搬運(yùn)，垮塌角礫巖與搬運(yùn)角礫巖在測(cè)井響應(yīng)上略具差異。在鉆遇角礫巖充填的溶洞時(shí)，聲波時(shí)差增大，搬運(yùn)角礫巖層較之垮塌角礫巖層增加更為明顯；搬運(yùn)角礫巖在搬運(yùn)過程中經(jīng)過不同程度的磨圓或被鈣質(zhì)膠結(jié)等，其密度與垮塌角礫巖相比更低；自然伽馬也增大，搬運(yùn)角礫巖大于垮塌角礫巖；而電阻率出現(xiàn)降低趨勢(shì)，搬運(yùn)角礫巖降低幅度更大。

2.3 化學(xué)充填

化學(xué)充填是指以化學(xué)沉淀的方式或由熱液流體經(jīng)過直接結(jié)晶充填縫洞，主要有粗晶或巨晶方解石，也常出現(xiàn)硅質(zhì)結(jié)核、石膏、螢石等充填。據(jù)巖心觀察，在塔河油田七區(qū)的S75 井中發(fā)現(xiàn)巨晶方解石充填，在T624井中發(fā)現(xiàn)硅質(zhì)充填。

與基巖相比，巨晶方解石充填聲波時(shí)差略微減小，為157.0～158.5 μs/m；密度變化不明顯，為2.71～2.75 g/cm3；自然伽馬則變小，為2～15 API；電阻率在此段明顯升高。硅質(zhì)充填與巨晶方解石充填極其相似，聲波時(shí)差減小，集中在164.0～207.0 μs/m；密度為2.65～2.75 g/cm3；自然伽馬減小，一般為10～20 API；電阻率也明顯減小。

2.4 未充填

在鉆遇未充填縫洞時(shí)，鉆速加快、鉆具放空、鉆井液漏失、井徑擴(kuò)大都特別明顯；聲波時(shí)差明顯增大，密度降低非常明顯，自然伽馬則略微增大。

綜上所述，砂泥質(zhì)充填物、角礫巖充填物到化學(xué)充填物具有電阻率逐漸增大和泥質(zhì)含量逐漸減小的特點(diǎn)，而未充填段則具有低電阻率、低泥質(zhì)含量的特點(diǎn)[28-29]。

3 不同充填序列的測(cè)井特征

將研究區(qū)有縫洞顯示的井進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)油氣顯示良好的井的聲波時(shí)差、密度、自然電位、自然伽馬、電阻率等曲線的變化分類；在前人對(duì)塔北地區(qū)奧陶系垂向巖溶帶劃分的基礎(chǔ)上，初步判定典型井縫洞段巖溶類型（表1）；結(jié)合巖心觀察和描述、已有研究成果，歸納出研究區(qū)縫洞段地下暗河型、斷控巖溶型和表層巖溶型3種充填序列的一般模式（圖2、表2）。

表1 典型井縫洞段巖溶模式Table 1.Karst patterns of the fracture?cavity sections in typical wells

3.1 地下暗河型

此模式以機(jī)械充填為主，具地下河沉積特征，局部具崩塌堆積和化學(xué)充填。充填物主體是砂和泥，其次是垮塌角礫，再次是鈣華和熱液方解石等[22]，一般具沉積層理，沉積物下部較上部粗。地下暗河型以巖溶管道或水平溶洞為主，巖溶管道、溶洞規(guī)模一般相對(duì)較大；同一巖溶管道系統(tǒng)具有一定連通性，不同巖溶管道系統(tǒng)連通性較弱[12]。巖心可見較大的溶洞系統(tǒng)，從上至下，其充填序列為圍巖（破裂/破碎）層—未充填層—化學(xué)充填層—鈣質(zhì)（膠結(jié)）砂泥巖層—角礫巖層（圖2a）。

鉆遇地下暗河型巖溶段時(shí)，有利于鉆遇大型溶洞。由于巖性變化、不同類型充填物使鉆速加快，井徑在未充填段擴(kuò)大明顯。在微電阻率掃描成像測(cè)井上，可以清晰地看到縫洞段溶蝕孔、洞與非常發(fā)育的高角度裂縫（圖3a）、斜交或網(wǎng)狀縫（圖3b），砂泥質(zhì)充填裂縫后，聲波時(shí)差和自然伽馬增大，曲線呈箱形或鐘形（圖3a、圖3c），在泥質(zhì)含量較高的巖性段，測(cè)井曲線呈齒化箱形（圖3b）。密度較大時(shí)，聲波時(shí)差相對(duì)較低，密度較小時(shí)，聲波時(shí)差相對(duì)較大，自然電位與圍巖相比偏高，電阻率明顯減小，呈箱形。

3.2 斷控巖溶型

圖2 縫洞充填序列示意Fig.2.Schematic diagram of the fracture?cavity filling sequence

表2 不同充填模式的測(cè)井變化特征Table 2.Logging characteristics of different filling modes

在斷控巖溶的充填模式中，仍以機(jī)械充填為主，部分為化學(xué)充填，充填物以鈣質(zhì)膠結(jié)的砂、泥質(zhì)巖為主。受斷裂控制，以垂向溶蝕裂縫、溶洞為主，縫洞系統(tǒng)連通性相對(duì)較弱[14]。頂部與底部的圍巖較為破碎，自上而下，其充填呈現(xiàn)出化學(xué)充填層與垮塌或搬運(yùn)的角礫巖層和未充填層交互的形式（圖2b），故而斷控巖溶型縫洞有利于油氣向淺部或側(cè)向運(yùn)移[30]。

在鉆遇斷控巖溶型縫洞段時(shí)，鉆速正常或略快，井徑在未充填段擴(kuò)大明顯。由于受斷裂控制強(qiáng)烈，縫洞常被垮塌角礫及化學(xué)沉積物充填，且常見角礫被鈣質(zhì)膠結(jié)。因此，聲波時(shí)差在垮塌角礫充填層增大，在化學(xué)充填層或鈣質(zhì)膠結(jié)較多的部分相對(duì)減小，測(cè)井曲線呈鐘形（圖3d）。密度較大時(shí)，聲波時(shí)差相對(duì)較低，密度較小時(shí)，聲波時(shí)差相對(duì)較大，自然電位與上、下圍巖相比偏低，自然伽馬減小較為明顯，電阻率相對(duì)增大。

3.3 表層巖溶型

表層巖溶型的縫洞體也以機(jī)械充填為主，部分為巖溶殘積或化學(xué)充填，充填物以灰褐色泥質(zhì)巖或砂巖為主，部分溶蝕裂縫為方解石充填，充填物較混雜，分選性較差[12]。受溶蝕、沖蝕和風(fēng)化作用強(qiáng)烈，在地表多發(fā)育落水洞、洼地、溝等，而地下溶洞、溶蝕裂縫均比較發(fā)育；有時(shí)，巖溶水往往沿著溶蝕微裂縫差異性溶蝕并擴(kuò)溶，或者溶蝕裂縫充填方解石的后期二次溶蝕形成“串珠”狀溶蝕孔[31-32]，其規(guī)模一般相對(duì)較小。所以其充填序列自上而下一般為沖溝/溶蝕孔洞層—砂泥充填層（含礫）—化學(xué)充填層（裂縫）—圍巖破裂層（圖2c）。

在表層巖溶型溶洞中，鉆速無明顯變化（或略快），井徑在未充填段擴(kuò)大明顯。因縫洞充填體在巖溶期距離地表較近，后又被埋深，因此聲波時(shí)差和自然伽馬在縫洞段的頂與底會(huì)出現(xiàn)較為明顯的高峰值（圖3e、圖3f）；聲波時(shí)差在充填段增大，呈指形或尖峰形態(tài)；自然伽馬較之圍巖，明顯減小。密度與聲波時(shí)差呈反比，密度變化較??；自然電位與上、下圍巖相比偏低，電阻率相對(duì)增大。

綜上所述，地下暗河型的充填在垂向上常會(huì)表現(xiàn)出正粒序的特征，在巖心上可觀察到清晰的結(jié)構(gòu)、層理變化；斷控巖溶型在巖心上會(huì)觀察到斷裂面，多高角度裂縫，充填物較為單一，多斷層角礫和化學(xué)沉積物；表層巖溶型多裂縫，多滲流泥砂質(zhì)或化學(xué)充填（如出現(xiàn)大量燧石或黃鐵礦等），或表現(xiàn)出一次洪水等沖積下來的礫巖作底等，無明顯的層理（表2）。

4 結(jié)論

（1）塔河油田奧陶系縫洞充填物復(fù)雜多樣，大致可分為砂泥質(zhì)充填、角礫巖充填、化學(xué)充填及未充填。在判斷縫洞段所屬巖溶層的基礎(chǔ)上，根據(jù)縫洞的形態(tài)、沉積特征劃分出地下暗河型充填模式、斷控巖溶型充填模式及表層巖溶型充填模式，并總結(jié)了不同縫洞充填序列的測(cè)井響應(yīng)特征。

圖3 塔河油田典型井縫洞段測(cè)井曲線特征Fig.3.Characteristics of logging curves of the fracture?cavity sections in typical wells of Tahe oilfield

（2）不同縫洞充填模式對(duì)油氣的勘探和開發(fā)的影響差別也較大，地下暗河型巖溶縫洞有利于鉆遇大型溶洞，斷控巖溶型縫洞有利于油氣淺部或側(cè)向運(yùn)移，表層巖溶型縫洞則有利于發(fā)育落水洞或小型溶蝕孔洞。