常少英，鄧興梁，戴傳瑞，曹鵬，羅憲嬰，閆曉芳，余異志，劉江麗

巖溶洞穴型油藏描述中的幾種方法——以塔北輪古西油田為例

常少英1，2，鄧興梁3，戴傳瑞1，曹鵬1，羅憲嬰1，閆曉芳1，余異志4，劉江麗1

（1中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院；2中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司碳酸鹽巖儲(chǔ)層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）（3中國(guó)石油塔里木油田公司；4中國(guó)石油大學(xué)（北京））

以塔里木盆地北部輪古西奧陶系碳酸鹽巖巖溶洞穴型油藏為例，針對(duì)幾個(gè)制約油田高效開(kāi)發(fā)的重要問(wèn)題，采用了相應(yīng)的油藏描述技術(shù)對(duì)策：（1）在分析巖溶成因的基礎(chǔ)上，對(duì)三維地震數(shù)據(jù)進(jìn)行巖溶洞穴分層解釋，描述不同洞穴層發(fā)育特征；（2）采用巖溶溝谷趨勢(shì)面法確定油水界面，指導(dǎo)避水開(kāi)發(fā)；（3）通過(guò)巖石物理分析，確定了用于識(shí)別泥質(zhì)充填洞穴的泥質(zhì)指示因子，然后運(yùn)用地震反演技術(shù)，篩選出未被泥質(zhì)充填的有效儲(chǔ)層。通過(guò)這三項(xiàng)技術(shù)方法的實(shí)施，弄清了四層洞穴儲(chǔ)層的分布特征以及它們與供油的關(guān)系；厘清了油水在洞穴儲(chǔ)層中的賦存特征；發(fā)現(xiàn)巖溶斜坡的充填程度高于巖溶臺(tái)地；最后評(píng)價(jià)出三類殘丘含油單元。三項(xiàng)技術(shù)對(duì)策在巖溶洞穴型油藏描述方面具有較強(qiáng)適用性，可為相同類型油藏的高效開(kāi)發(fā)提供技術(shù)借鑒。

巖溶儲(chǔ)層；油藏特征；油藏描述；輪古西油田；塔里木盆地

DOI：10.3969/j.issn.1672-9854.2016.03.008

塔里木盆地輪古西油田是以?shī)W陶系碳酸鹽巖典型的巖溶洞穴型油藏為主的古生界海相大油氣田。由于受多期巖溶疊合作用，奧陶系碳酸鹽巖形成了被巖溶溝谷分割的殘丘型古地貌，儲(chǔ)集空間主要為溶蝕縫洞，規(guī)模較大的縫洞儲(chǔ)集體通常被稱為縫洞體，在致密石灰?guī)r地層中非均勻分布，在地震剖面上表現(xiàn)為“串珠狀反射”和低阻抗的響應(yīng)特征，它是目前碳酸鹽巖勘探開(kāi)發(fā)的主要鉆探目標(biāo)［1］。輪古西油田目前近20%的油井為高產(chǎn)井，但它們的產(chǎn)量卻占了總產(chǎn)量的80%。大部分油井雖初期高產(chǎn)，但不能穩(wěn)產(chǎn)，呈現(xiàn)出產(chǎn)量快速遞減、快速水淹的油藏特征；另有一部分井由于所鉆遇巖溶洞穴被泥質(zhì)充填或半充填，而成為無(wú)效井或低效井，這說(shuō)明油藏的勘探開(kāi)發(fā)有其特殊性和復(fù)雜性。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)古巖溶也進(jìn)行了大量的研究，鐘廣法等［2］通過(guò)測(cè)井新技術(shù)方法對(duì)輪古東地區(qū)的古溶洞進(jìn)行了識(shí)別，劉建新等［3］通過(guò)優(yōu)選地震波相關(guān)分量P1屬性對(duì)輪古7井區(qū)的巖溶儲(chǔ)層進(jìn)行了預(yù)測(cè)，蔡露露等［4］利用頻譜分解技術(shù)預(yù)測(cè)了輪古34井區(qū)巖溶儲(chǔ)層的空間分布。但總的來(lái)看，大多方法都是通過(guò)單一的地球物理技術(shù)手段對(duì)巖溶儲(chǔ)層進(jìn)行描述，這可能存在著極大的不確定性。因此，需要在充分認(rèn)識(shí)油藏地下地質(zhì)條件和油氣分布規(guī)律的基礎(chǔ)之上，采用地質(zhì)和地球物理相結(jié)合的技術(shù)手段，以達(dá)到精細(xì)油藏描述的目的，提高勘探開(kāi)發(fā)成功率。

本次研究通過(guò)對(duì)輪古西潛山近幾年來(lái)勘探開(kāi)發(fā)成果的統(tǒng)計(jì)和分析，結(jié)合成功井和失利井的地質(zhì)、地震和開(kāi)發(fā)資料的對(duì)比研究，探討了工區(qū)的開(kāi)發(fā)難點(diǎn)，并提出了相應(yīng)的三項(xiàng)技術(shù)對(duì)策，以此為差異化開(kāi)發(fā)方案及高效井的部署提供地質(zhì)依據(jù)。

1　油藏地質(zhì)背景及油藏描述難點(diǎn)

輪古西地區(qū)位于塔里木盆地塔北隆起輪南低凸起，奧陶系鷹山組油藏的埋深超過(guò)了5600m，它經(jīng)歷了表生成巖環(huán)境下的暴露、埋藏和再抬升，造成碳酸鹽巖多期、多形式的溶蝕，形成了疊加的古風(fēng)化殼巖溶儲(chǔ)層［5］。巖溶殘丘及巖溶溝谷是其主要的古地貌形態(tài)（參見(jiàn)圖1，圖中黃色代表巖溶臺(tái)地，藍(lán)色代表巖溶洼地，灰色附加深藍(lán)色線條的為巖溶溝谷）。自東向西可劃分為巖溶臺(tái)地、巖溶斜坡和巖溶洼地三級(jí)巖溶地貌，在古地貌中，地表相連的巖溶溝谷可形成古明河，而潛山面以下相連的洞穴則形成暗河。巖溶儲(chǔ)層主要為奧陶系中下統(tǒng)鷹山組泥晶灰?guī)r、亮晶砂屑灰?guī)r，其中裂縫和溶蝕孔洞相互溝通，形成了以縫洞系統(tǒng)為主要儲(chǔ)集空間的碳酸鹽巖儲(chǔ)集體。

目前在工區(qū)奧陶系鷹山組油藏開(kāi)發(fā)中遇到了“高產(chǎn)而不穩(wěn)產(chǎn)”、“含水快速上升，油藏暴性水淹”和“易鉆遇被泥質(zhì)充填洞穴”的問(wèn)題［6-7］，為了改變勘探開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀，亟需解決以下幾個(gè)難題：（1）輪古西巖溶儲(chǔ)層發(fā)育具有分層性，不同洞穴層的含油氣特征不一樣，如何尋找連通性好、規(guī)模大的洞穴層是高效開(kāi)發(fā)的重要課題；（2）如果鉆井鉆入潛山較深，則很容易鉆遇水洞，溝通底水上竄，直接引起暴性水淹，造成低效開(kāi)發(fā)；如果鉆入潛山面過(guò)淺，可能會(huì)漏掉油層，影響開(kāi)發(fā)效率，因此，如何把握油水界面分布規(guī)律是控水高效開(kāi)發(fā)的一個(gè)難題；（3）由于受到古地貌、古水流系統(tǒng)等影響，洞穴易被泥質(zhì)所充填，影響到鉆井的成功率，因此，識(shí)別儲(chǔ)層的有效性，以提高鉆井的成功率，也是該類油藏面臨的又一個(gè)難題。

圖1　輪古西奧陶系潛山古地貌圖

2　油藏描述對(duì)策

2.1巖溶洞穴分層解釋識(shí)別

研究多期疊加巖溶儲(chǔ)層發(fā)育特征的核心是建立不同期次巖溶的識(shí)別方法，明確不同期次巖溶的分布規(guī)律及疊加形式［8-11］。其解釋思路是：在連井洞穴儲(chǔ)層對(duì)比 （圖2）的基礎(chǔ)之上，結(jié)合巖溶地質(zhì)理論，將研究區(qū)奧陶系鷹山組劃分為四個(gè)巖溶洞穴層系；然后，通過(guò)井震結(jié)合，利用洞穴儲(chǔ)層的“串珠狀”地震反射特征，把測(cè)井識(shí)別出的四個(gè)洞穴層標(biāo)定到地震剖面上，在地震剖面上解釋出這四個(gè)巖溶洞穴層的頂?shù)捉缑妫▓D3），進(jìn)而對(duì)每個(gè)層面上的洞穴分布做出預(yù)測(cè)。以上思路可主要分解為4個(gè)步驟：（1）以蓋層石炭系“雙峰”灰?guī)r為標(biāo)志層，在連井剖面上拉平，劃分洞穴層位置；（2）將地震數(shù)據(jù)體沿“雙峰”灰?guī)r拉平，恢復(fù)古地貌；（3）在地震拉平數(shù)據(jù)體上，將單井分層標(biāo)定在地震剖面上，然后將標(biāo)志層向下漂移若干個(gè)時(shí)窗，至同一洞穴層的位置，形成地震尺度可識(shí)別的一個(gè)洞穴層面；（4）對(duì)在其他水平面上的洞穴，做第3步驟的工作，解釋不同層系的洞穴層，同一層的巖溶洞穴往往具有近似的容積及較好的連通性。通過(guò)四個(gè)巖溶洞穴層的解釋，可以理清輪古西的巖溶體系，結(jié)合油水界面的厘定，進(jìn)而可以初步確定將油水界面之上的洞穴作為進(jìn)一步描述的對(duì)象。

圖2　輪古西奧陶系鷹山組連井洞穴層系劃分

圖3　輪古西奧陶系鷹山組洞穴層系地震解釋

2.2溝谷趨勢(shì)面確定油水界面

通過(guò)錄井、測(cè)井解釋、試油成果、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)等資料的綜合分析，結(jié)合多口單井所處古地貌位置分析，發(fā)現(xiàn)高于殘丘溝谷底面的洞穴層產(chǎn)油，而低于溝谷底面的洞穴層則產(chǎn)水；通過(guò)研究區(qū)21口井統(tǒng)計(jì)分析，鉆井的累計(jì)產(chǎn)油量與殘丘幅度即油藏的高度成正比（圖4）；巖溶殘丘周邊的溝谷底面是巖溶殘丘圈閉接受油氣充注的溢出點(diǎn)，當(dāng)殘丘巖溶儲(chǔ)層高于溝谷底面時(shí)容易充注油氣，低于溢出點(diǎn)的巖溶儲(chǔ)層則很難捕獲油氣，巖溶溝谷底面指示了油水界面位置（圖5，圖中虛線為巖溶溝谷底面）。為了較好地把溝谷發(fā)育的位置識(shí)別出來(lái)，本次研究采用了趨勢(shì)面分析技術(shù)以識(shí)別巖溶溝谷底面。

圖4　輪古西奧陶系單井殘丘幅度與累計(jì)產(chǎn)油量散點(diǎn)圖

圖5　輪古西奧陶系鷹山組油藏油水關(guān)系模式圖

趨勢(shì)面分析技術(shù)是擬合數(shù)學(xué)曲面的一種統(tǒng)計(jì)方法。具體的就是用數(shù)學(xué)方法計(jì)算出一個(gè)數(shù)學(xué)曲面，來(lái)擬合數(shù)據(jù)中的區(qū)域性變化的“趨勢(shì)”，這個(gè)數(shù)學(xué)曲面叫做趨勢(shì)面，方法的過(guò)程叫做趨勢(shì)面分析［12-13］。

式中：Z為趨勢(shì)面擬合值；a0、a1、a2、a3、a4、a5為權(quán)系數(shù)；x，y為實(shí)際采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)。

在實(shí)際的應(yīng)用中，趨勢(shì)面會(huì)更接近變化較為平緩的數(shù)據(jù)，而偏離于異常數(shù)據(jù)［14］。在碳酸鹽巖巖溶洞穴型油藏形成的過(guò)程中，整體上看，溝谷是隨古地貌起伏而變化的，古地貌整體在橫向上呈緩慢變化的趨勢(shì)，因發(fā)育主斷裂而形成的一些大型巖溶溝谷，則會(huì)成為局部干擾點(diǎn)。因此，趨勢(shì)面擬合值可以近似看做溝谷底面，從而達(dá)到識(shí)別油水界面的目的。依據(jù)油藏特征及趨勢(shì)面計(jì)算的結(jié)果，建立溝谷趨勢(shì)面模式圖（圖6），圖6中綠色線代表巖溶潛山面，橙色線為巖溶溝谷趨勢(shì)面。

圖6　輪古西奧陶系鷹山組古地貌溝谷趨勢(shì)面模式圖

以A、B井為例（圖7a，7b），兩口井的實(shí)際油水界面分別是5832m和5578m，經(jīng)過(guò)溝谷趨勢(shì)面識(shí)別后，趨勢(shì)面的位置（圖7中橙色線的部位）分別在5836m和5575 m，誤差在3 m左右，識(shí)別精度滿足了當(dāng)前生產(chǎn)的需求。油水界面識(shí)別技術(shù)規(guī)避了含水洞穴鉆探的風(fēng)險(xiǎn)，并為確定鉆井完鉆深度以及油井潛力挖掘提供了重要依據(jù)。

圖7　輪古西奧陶系油井油水界面劃分圖

2.3泥質(zhì)因子反演判識(shí)巖溶有效性

在油水界面識(shí)別之后，油水界面之上的巖溶洞穴型儲(chǔ)層又可分為充填洞穴（指泥質(zhì)充填）和未充填洞穴兩種類型。充填洞穴是指測(cè)井解釋為洞穴儲(chǔ)層，但在鉆井過(guò)程中沒(méi)有見(jiàn)到放空或漏失的現(xiàn)象，并且自然伽馬曲線出現(xiàn)高值異常、井徑曲線未出現(xiàn)明顯異常的特征；未充填洞穴是指在鉆井過(guò)程中出現(xiàn)放空、并伴隨大量的泥漿漏失和井徑擴(kuò)大的現(xiàn)象。為了能夠在地震參數(shù)反演成果中有效地識(shí)別充填洞穴，需要利用巖石物理分析的技術(shù)，重構(gòu)對(duì)泥質(zhì)充填洞穴敏感的地震參數(shù)，從而識(shí)別出被泥質(zhì)充填的洞穴。這樣，在優(yōu)選井位時(shí)可以規(guī)避此類洞穴，進(jìn)而提高鉆井的成功率。本文用伽馬曲線與不同地震參數(shù)進(jìn)行交會(huì)分析（圖8），以優(yōu)選對(duì)泥質(zhì)充填洞穴響應(yīng)敏感的地震參數(shù)。從縱波波阻抗（Zp）與伽馬曲線（GR）的交會(huì)圖（圖8a）上可以看出，地震參數(shù)縱波阻抗對(duì)泥質(zhì)響應(yīng)并不敏感，難以區(qū)分出含泥質(zhì)儲(chǔ)層，而“縱波速度與密度平方的比值”（Vp/DEN2）這個(gè)地震參數(shù)能夠較好地區(qū)分出含泥質(zhì)儲(chǔ)層（見(jiàn)圖8b，圖中色標(biāo)顯示為洞穴孔隙度）。因此，可以通過(guò)疊前彈性反演，得到 “縱波速度與密度平方的比值”這種對(duì)泥質(zhì)較敏感的數(shù)據(jù)（稱為疊前“泥質(zhì)指示因子”）。經(jīng)過(guò)單井標(biāo)定，當(dāng)泥質(zhì)指示因子（Vp/DEN2）小于650m/s·cm6/g2時(shí)，為泥質(zhì)充填洞穴（圖8b），用此識(shí)別泥質(zhì)充填洞穴，就能達(dá)到規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的目的。

圖8　縱波阻抗（Zp）、縱波速度與密度平方的比值（Vp/DEN2）分別與測(cè)井伽馬（GR）交會(huì)圖

3　技術(shù)應(yīng)用效果

通過(guò)洞穴儲(chǔ)層的分層解釋，運(yùn)用溝谷趨勢(shì)面法對(duì)油水界面進(jìn)行識(shí)別，解釋出四層洞穴的平面分布特征（圖9），其中高產(chǎn)井主要發(fā)育在第二層洞穴上。第一層洞穴主要分布在巖溶臺(tái)地（圖9a），因?yàn)槲挥谒瞪嫌危蚨畡?dòng)力較弱，洞穴發(fā)育相對(duì)孤立，多呈零星狀分布，洞穴大多位于溝谷趨勢(shì)面以上，故預(yù)測(cè)主要為含油洞穴；第二層洞穴主要分布在巖溶臺(tái)地及巖溶斜坡區(qū)（圖9b），具有較好的連通性，高產(chǎn)井發(fā)育較多，從圖9b可以看出該層含水洞穴主要發(fā)育在巖溶臺(tái)地上；第三層、第四層洞穴主要分布在巖溶斜坡及巖溶洼地（圖9c，9d），由于水動(dòng)力較強(qiáng)，多發(fā)育暗河，含油洞穴主要發(fā)育在巖溶洼地，特別是第四層（圖9d）普遍發(fā)育含水洞穴，因此鉆探風(fēng)險(xiǎn)較大。

進(jìn)一步地利用疊前泥質(zhì)指示因子反演技術(shù)對(duì)洞穴儲(chǔ)層的有效性進(jìn)行評(píng)價(jià)（圖10）。通過(guò)單井取心標(biāo)定，泥質(zhì)識(shí)別因子小于650m/s·cm6/g2時(shí)，為泥質(zhì)充填洞穴；泥質(zhì)識(shí)別因子大于800m/s·cm6/g2且位于古地貌高部位時(shí)，為低風(fēng)險(xiǎn)含油洞穴；泥質(zhì)指示因子大于650m/s·cm6/g2且小于800m/s·cm6/g2，并位于古地貌高部位時(shí)，則評(píng)價(jià)為中等風(fēng)險(xiǎn)含油洞穴；泥質(zhì)識(shí)別因子大于650m/s·cm6/g2且小于800m/s·cm6/g2，并位于古地貌低部位時(shí)，則評(píng)價(jià)為高等風(fēng)險(xiǎn)含油洞穴儲(chǔ)層。由此發(fā)現(xiàn)第一層洞穴由于發(fā)育在巖溶臺(tái)地上，水流動(dòng)力小，多位于油水界面之上，低風(fēng)險(xiǎn)含油洞穴比例較大；第二、三、四層洞穴發(fā)育在巖溶斜坡及巖溶洼地，水流動(dòng)力較大，易被泥質(zhì)充填且部分洞穴位于油水界面之下，因此新鉆井出水或被泥質(zhì)充填的風(fēng)險(xiǎn)較大；根據(jù)已知鉆井情況，相連通洞穴的拐彎處容易充填泥質(zhì)，而且?guī)r溶斜坡的充填程度要高于巖溶臺(tái)地。上述這些認(rèn)識(shí)可以為輪古西巖溶洞穴儲(chǔ)層評(píng)價(jià)和進(jìn)一步挖潛提供重要參考。

圖9　輪古西奧陶系四個(gè)洞穴層油水賦狀態(tài)預(yù)測(cè)圖

圖10　輪古西奧陶系洞穴有效性評(píng)價(jià)圖

4　結(jié)　論

圍繞油田生產(chǎn)中如何甄別有效儲(chǔ)層、提高開(kāi)發(fā)效果的問(wèn)題，針對(duì)巖溶洞穴型油藏特征，采取了適用的三項(xiàng)技術(shù)對(duì)策，可為相同類型的油藏開(kāi)發(fā)提供技術(shù)參考。

（1）分層解釋技術(shù)綜合了巖溶理論等地質(zhì)認(rèn)識(shí)及地震解釋方法，發(fā)現(xiàn)洞穴發(fā)育具有分層性，并識(shí)別出四層洞穴，明確了高效井位主要發(fā)育在第二層洞穴。

（2）通過(guò)應(yīng)用溝谷趨勢(shì)面確定巖溶洞穴型油藏的油水界面，位于溝谷趨勢(shì)面之上的洞穴層富集油氣，之下的則多含水，這可為鉆井深度的確定和儲(chǔ)量的計(jì)算等研究提供重要依據(jù)。

（3）通過(guò)巖石物理分析，構(gòu)建了泥質(zhì)指示因子，并利用泥質(zhì)指示因子判識(shí)了巖溶洞穴的有效性，這可規(guī)避鉆井鉆遇泥質(zhì)充填洞穴的風(fēng)險(xiǎn)和提高開(kāi)發(fā)效果。

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編輯：黃革萍

Chang Shaoying：Master，Petroleum Geophysics Engineer.Add：PetroChina Hangzhou Institute of Geology，920 Xixi Rd.，Hangzhou，Zhejiang，310023，China

Methods of Reservoir Description for Karst Caved Reservoirs：An Example from Lunguxi Oil Field，Tarim Basin

Chang Shaoying，Deng Xingliang，Dai Chuanrui，Cao Peng，Luo Xianying，Yan Xiaofang，Yu Yizhi，Liu Jiangli

The Ordovician karst caved reservoirs are the typical“residual buried-hill pools”at Lunguxi Oil Field in Tarim Basin.Three technical methods are suggested and applied to deal with problems in reservoir development. （1）Based on the analysis of karst origin，3D seismic data are applied to interpret the hierarchical karst caves and describe development characteristics of different cave layers；（2）Oil-water interface can be determined by the karst valley trend surface to guide for preventing water in development period；（3）Based on the analysis of rock physics，the mud indicative factor is obtained，which can be used to detect the caves whether filled with mud or not，and then choose the effective reservoirs without filling by seismic inversion.By implementing above methods，the distribution characteristics of caved reservoirs are made clear in different four beds.The relationship of oil and water occurrence in caved reservoirs is clarified.It is proved that there are higher filling content in karst slope than in karst platform.Three kinds of residual oil units are evaluated.

Karst reservoir；Oil reservoir characteristics；Reservoir description；Lunguxi Oil Field；Tarim Basin

TE122.2

A

1672-9854（2016）-03-0065-07

2015-09-06；改回日期：2016-03-09
本文受國(guó)家科技重大專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開(kāi)發(fā)”（編號(hào)：2016ZX05004-002）以及中國(guó)石油集團(tuán)科技重大專項(xiàng)“深層油氣勘探開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究”（編號(hào)：2014E-32-02）聯(lián)合資助
常少英：1983年生，工程師，2009年獲桂林理工大學(xué)地球物理專業(yè)碩士學(xué)位，現(xiàn)從事油藏地球物理研究。通訊地址：310023浙江省杭州市西湖區(qū)西溪路920號(hào)；E-mail：changsy_hz@petrochina.com.cn