陳泉鍵， 張哨楠， 白曉亮,2， 丁曉琪

( 1. 西南石油大學 地球科學與技術(shù)學院，四川 成都 610500; 2. 中國石油西南油氣田分公司 勘探開發(fā)研究院，四川 成都 610051; 3. 成都理工大學 能源學院，四川 成都 610059 )

巖溶微古地貌對巖溶白云巖的儲層控制作用
——以大牛地奧陶系馬五1+2段巖溶儲層水平井解釋為例

陳泉鍵1， 張哨楠1， 白曉亮1,2， 丁曉琪3

( 1. 西南石油大學 地球科學與技術(shù)學院，四川 成都 610500; 2. 中國石油西南油氣田分公司 勘探開發(fā)研究院，四川 成都 610051; 3. 成都理工大學 能源學院，四川 成都 610059 )

針對鄂爾多斯盆地大牛地氣田馬五1+2段儲層致密、巖溶作用強烈、非均質(zhì)性強，直井單井產(chǎn)能低，調(diào)整為水平井開采后獲得良好的開發(fā)前景等特點，根據(jù)巖心、物性及薄片觀察等資料，分析馬五1+2段水平井鉆遇試氣成果，儲層發(fā)育及錄井氣測異常厚度等對不同微古地貌的水平井導眼段及水平井進行測井解釋，識別并確定水平段儲集類型，研究巖溶微古地貌對巖溶白云巖儲層控制作用。結(jié)果表明：研究區(qū)巖溶相帶發(fā)育明顯,縱向上巖溶儲層受巖溶相帶的控制明顯，馬五13、馬五14、馬五2處于垂直滲流帶，整體受泥質(zhì)充填較弱,儲集性能較好,為儲集有利相帶；巖溶斜坡微古地貌處地表水的滲濾作用表現(xiàn)明顯，白云巖發(fā)育大量的溶蝕孔隙、溶縫，泥質(zhì)充填程度較弱，具有良好的儲集性能，是古巖溶儲層發(fā)育和氣藏形成的有利部位；巖溶高地儲集空間易被溶蝕、充填，故物性與斜坡相比較差。

奧陶系; 大牛地氣田; 巖溶; 水平井; 微古地貌; 儲層控制

0 引言

碳酸鹽巖巖溶風化殼是近年來勘探的重點，巖溶風化殼中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)大量油氣，顯示風化殼儲層巨大的勘探潛力[1-4]。鄂爾多斯盆地下古生界奧陶系以碳酸鹽巖為主，盆地內(nèi)氣田勘探始于20世紀80年代中期。隨著鄂爾多斯盆地不斷開發(fā)，目前在盆地中部靖邊潛臺取得突破，發(fā)現(xiàn)巖溶風化殼大氣田，主力氣層為奧陶系風化殼頂部，累計探明天然氣地質(zhì)儲量近 5.00×1011m3[5]；蘇里格氣田探明天然氣地質(zhì)儲量達2.85×1012m3[6]。自1999年以來，大牛地氣田已有多口鉆井于奧陶系風化殼中取得工業(yè)氣流，顯示較好的開發(fā)潛力。大牛地氣田奧陶系馬五1、馬五2亞段天然氣控制儲量為43.78×108m3[7]，馬五1+2段氣藏估算探明儲量為103.00×108m3， 53口氣井單層平均無阻流量達1.042×104m3/d。雖然大牛地奧陶系氣藏顯示良好的油氣勘探開發(fā)前景，但基于大牛地氣田奧陶系風化殼氣藏為低孔、低滲地層，且風化殼上覆石炭系為一套烴源巖，距離較近，易于成藏，一直是勘探重點。經(jīng)歷風化殼巖溶后，馬五1+2段儲層溶蝕孔洞充填程度較高，充填物性質(zhì)復雜。受沉積環(huán)境及成巖環(huán)境的影響，儲層具有很強的非均質(zhì)性，縱向上產(chǎn)層多，厚度薄，變化大；橫向分布區(qū)域廣，局部存在中、高滲透區(qū)，層間差異明顯，直井的開發(fā)效果極差且產(chǎn)量較低。因此，對于下古生界低品位天然氣資源，調(diào)整直井開發(fā)方式，采用水平井進行開發(fā)試驗是目前最有效的開發(fā)方式，并取得重大進展，其中，DP102S井獲無阻流量16.034×104m3/d，PG18井獲無阻流量18.004×104m3/d，尤其是PG26井，獲無阻流量50.266×104m3/d。

大牛地奧陶系風化殼儲層地層變化快，強烈的巖溶作用導致儲層質(zhì)量差，多期次的巖溶使得研究區(qū)白云巖儲層縱向上具有多變性[8]，且有利古地貌單元分布有限，不同微古地貌區(qū)巖溶作用及巖溶儲層發(fā)育程度有一定的差異性[9]，給水平井的實施帶來困難。因此，開展大牛地氣田下古生界巖溶儲層水平井解釋，研究巖溶白云巖儲層主控因素意義重大。結(jié)合巖心、薄片和測井資料，根據(jù)儲層巖石學特征，筆者分析儲層物性特征，研究不同微古地貌單元的儲層分布與水平井產(chǎn)量之間關(guān)系，為進一步勘探提供地質(zhì)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

大牛地氣田位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東北部，處于陜西榆林與內(nèi)蒙古伊金霍洛旗、烏審旗交界地區(qū)(見圖1(a))。奧陶系末，加里東運動致使盆地整體抬升，暴露于地表的奧陶系碳酸鹽巖經(jīng)歷長達1.5億年的大氣淡水淋濾及風化剝蝕，在奧陶系頂面形成溝壑縱橫、槽臺相間的巖溶古地貌特征[10-12]。研究區(qū)主體位于巖溶臺地—巖溶斜坡區(qū)[13]，馬五1+2段地層受巖溶影響較大，剝蝕嚴重(見圖1(b))。研究區(qū)奧陶系馬五1+2段主要發(fā)育粉、細晶白云巖和白云質(zhì)角礫巖，為潮坪沉積環(huán)境[14]。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造單元和位置Fig.1 The structural units and the location of study area

馬五1+2段位于研究區(qū)風化殼頂部，根據(jù)地層劃分，結(jié)合大牛地氣田已鉆井的測井及錄井資料,分析馬五1+2段各個小層的巖性發(fā)育特征。

(1)馬五1亞段。主要由泥—粉晶白云巖、泥云巖組成，局部見泥質(zhì)夾層，可見巖溶角礫，溶蝕孔、洞、縫發(fā)育。根據(jù)巖性組合特點，自上而下可劃分為4個小層，即馬五11、馬五12、馬五13及馬五14。受巖溶作用的影響，馬五11在研究區(qū)被全部剝蝕；馬五12受剝蝕作用較強，在研究區(qū)分布有限，巖石類型以粉晶白云巖和含硬石膏結(jié)核的粉晶白云巖為主，局部夾膏溶角礫巖；馬五13主要由含硬石膏結(jié)核的粉晶白云巖和紋層狀白云巖組成，巖溶作用發(fā)育，形成大量溶蝕孔洞，為重要的產(chǎn)氣層；馬五14頂部發(fā)育角礫狀白云質(zhì)泥巖，中部發(fā)育粉晶白云巖，局部含硬石膏結(jié)核，孔隙發(fā)育，為產(chǎn)層之一，下部發(fā)育凝灰?guī)r。

(2)馬五2亞段。主要發(fā)育粉晶、細晶白云巖和白云質(zhì)角礫巖，局部發(fā)育毫米級條板狀硬石膏。馬五21上部發(fā)育微—細晶白云巖及粉晶白云質(zhì)角礫巖，巖性較為致密，下部為白云質(zhì)角礫巖；馬五22整體發(fā)育粉晶白云巖，局部見硬石膏結(jié)核，水平裂縫較為發(fā)育，為微孔—裂縫型儲層。

馬家溝組馬五1+2段風化殼儲層的巖石類型主要為白云巖及含膏白云巖，馬五11及馬五12分布有限，其他小層中含膏白云巖較為發(fā)育。在研究區(qū)廣泛發(fā)育的石膏夾層、膏質(zhì)白云巖，使得與其相關(guān)的膏溶作用可以促進區(qū)內(nèi)馬五1+2段相關(guān)巖溶作用進行，較利于白云巖儲層的發(fā)育[15]，但研究區(qū)的微古地貌控制巖溶作用的發(fā)展和演化，進而影響巖溶儲層的形成和分布。馬五1+2段為主要水平井勘探層段。

2 儲層基本特征

2.1 儲集空間類型

2.1.1 孔隙

對大牛地氣田馬五1+2段近120塊薄片進行觀察分析，該區(qū)白云巖的儲層孔隙類型主要有晶間孔和晶間溶孔、溶蝕孔及膏模孔。

(1)晶間孔和晶間溶孔。晶間孔指發(fā)育在半自形—自形的白云巖晶體之間的孔隙，呈不規(guī)則多邊形，分布不均勻(見圖2(a))；晶間溶孔為晶間孔溶蝕作用沿方解石膠結(jié)物或晶間孔溶蝕擴大的結(jié)果，孔隙邊緣可見較明顯的溶蝕痕跡，孔徑一般在0.02～0.80 mm之間，大小懸殊(見圖2(b))，主要發(fā)育層段為馬五2亞段，是大牛地氣田白云巖儲層主要儲集空間類型。

圖2 大牛地氣田馬五1+2段儲集空間類型Fig.2 Type of reservoir space of Ma51+2 in Daniudi gas field

(2)膏?？?。含膏云巖中的石膏晶體或石膏結(jié)核等易溶組分受淡水淋濾、溶解，多以結(jié)核或單晶形式產(chǎn)出，薄片觀察多為針狀或板條狀，呈孤立狀，因此連通性較差，充填物以方解石為主(見圖2(c))。膏模孔是研究區(qū)馬五1+2段白云巖儲層重要儲集空間之一。

(3)溶蝕孔(膏溶孔)。在大氣淡水淋濾作用下，沿孔隙或晶面接合面滲透溶蝕所形成的孔隙，大小不一，孔徑差別較大，形狀不規(guī)則，多呈港灣狀，連通性較好，部分溶孔被方解石等物質(zhì)充填(見圖2(d))。 膏質(zhì)白云巖中的石膏遇水膨脹而形成微裂縫，易溶膏質(zhì)被帶走后縫內(nèi)被淡水方解石充填，后期形成的白云巖溶解后可形成雞絲籠狀溶孔(見圖2(e))。研究區(qū)溶蝕孔隙十分發(fā)育，為主要儲集空間類型。

2.1.2 溶洞

指直徑在2 mm以上的孔隙，研究區(qū)馬五1+2段白云巖溶洞一般形成于古巖溶發(fā)育階段，經(jīng)歷多期次構(gòu)造運動、巖溶作用和成巖作用的疊加改造[16]。研究區(qū)溶洞已被方解石充填—半充填，對儲集性貢獻較小。

2.1.3 裂縫

大牛地氣田馬五1+2段微裂縫較為發(fā)育，多不規(guī)則，溶縫兩邊顆?？梢娒黠@溶蝕痕跡，被方解石、泥質(zhì)等半充填(見圖2(f))。研究區(qū)構(gòu)造縫延伸長，寬度較大，部分被方解石、地開石半充填，但具有一定開啟度，對儲層儲集性的改善有較大貢獻。

2.2 物性特征

受鉆井取心影響，風化殼層段取心較少。為分析研究區(qū)馬五1+2段的儲集物性特征，選取16口井共168塊樣品。由于研究區(qū)馬五1+2段地層縱向上巖性變化明顯，馬五1亞段主要巖石類型為泥—粉晶白云巖、泥云巖，局部見巖溶角礫，馬五2亞段發(fā)育粉晶、細晶白云巖和白云質(zhì)角礫巖，且隨著風化殼距離頂部的距離變化，其儲集性能變化較為明顯。因此，對馬五1亞段和馬五2亞段物性分別統(tǒng)計，其孔隙度和滲透率分布見圖3-4。

圖3 馬五1亞段孔隙度、滲透率分布Fig.3 Porosity and permeability distribution map of Ma51 submember

圖4 馬五2亞段孔隙度、滲透率分布Fig.4 Porosity and permeability distribution map of Ma52 submember

馬五1亞段孔隙度分布為0.79%～9.90%，平均為2.67%，主要分布區(qū)間小于5.00%，滲透率分布為(0.008～0.413)×10-3μm2，平均為0.058×10-3μm2，主要分布區(qū)間為(0.010～0.200)×10-3μm2。存在裂縫的樣品占總樣品的14%。

馬五2亞段孔隙度分布為0.20%～10.30%，平均為2.87%，主要分布區(qū)間小于5.00%，滲透率分布為(0.010～0.379)×10-3μm2，平均為0.046×10-3μm2，主要分布區(qū)間為(0.010～0.300)×10-3μm2。存在裂縫的樣品占總樣品的12%。

由圖3-4可知，大牛地地區(qū)奧陶系風化殼屬于低孔、低滲地層，儲層孔隙度相對差，滲透率趨勢總的相近，平均值稍低，但局部出現(xiàn)的微裂縫使得滲透率明顯增大，儲層滲透性得到改善。鉆井資料尤其是水平井鉆井資料表明，大牛地裂縫非常發(fā)育。

3 巖溶相帶

大牛地氣田巖溶儲層發(fā)育受不同的水動力條件控制，與季節(jié)變動和海平面升降變化密切相關(guān)，不同區(qū)段間的巖溶分帶特征可反映不同的古地貌單元、古水系對巖溶發(fā)育的控制作用。因此，對巖溶儲層的勘探不僅要尋找古構(gòu)造高點部位，也應該以尋找?guī)r溶儲層優(yōu)勢發(fā)育相帶為主[17]。分析鉆井、測井、巖心等資料，研究區(qū)馬五1+2段巖溶剖面具有較好的縱向分帶性。巖溶相帶發(fā)育明顯，縱向上控制儲層的發(fā)育。

地表巖溶帶在研究區(qū)馬五1+2段頂部主要表現(xiàn)為一套巖溶殘積巖(鋁土巖)，膏溶角礫巖極為發(fā)育，角礫呈次棱—次圓狀，溶蝕洞、縫常被同生淡水方解石膠結(jié)或風化殘余黏土滲流充填。該巖溶帶在測井曲線上表現(xiàn)為自然伽馬極高、電阻率低，說明受巖溶作用影響強烈，泥質(zhì)充填嚴重(見圖5)。

馬五1+2段主要位于垂直滲流帶。該相帶主要巖性以含膏(結(jié)核狀、板條狀)白云巖為主，可見薄層泥質(zhì)白云巖。巖心、野外剖面觀察可見雞絲籠狀溶孔及網(wǎng)狀裂縫；薄片觀察可見膏溶孔、溶縫極為發(fā)育，且溶縫和膏溶孔伴生，可能與膏質(zhì)結(jié)核遇水膨脹發(fā)生破裂有關(guān)。在測井曲線上，垂直滲流帶具有典型特征，自然伽馬曲線主要表現(xiàn)為低值且平直，偶見溶縫被泥質(zhì)充填而呈高值；電阻率曲線表現(xiàn)為光滑且中高值，說明該相帶整體受泥質(zhì)充填影響較弱，儲層孔隙保留較好。

馬五3亞段為水平潛流帶，雜基支撐紊亂角礫巖較發(fā)育，方解石常呈去云化，可見云質(zhì)角礫、去云化灰質(zhì)角礫、泥質(zhì)、碎屑等機械充填物雜亂堆積，溶洞洞頂及洞壁受重力影響而呈多期垮塌、滑塌現(xiàn)象。水平潛流帶自然伽馬與垂直滲流帶相比明顯升高，為中高值，呈尖峰狀，起伏高值處為角礫泥質(zhì)充填， 電阻率曲線呈微齒狀。該巖溶相帶充填和垮塌現(xiàn)象嚴重，對儲層以破壞作用為主[18]。

巖溶相帶對儲層發(fā)育具有控制作用，風化殼巖溶發(fā)育的分帶現(xiàn)象受其地下水運動的控制[19]。地表巖溶帶長期暴露于地表，遭受大氣淡水淋濾時間久，下伏馬五1亞段的碳酸鹽巖在風化作用及地表水的改造作用影響下，鋁質(zhì)富集，形成古風化殼型鋁土礦，其后大量裂縫被后期沉積的泥、砂、礫巖充填[20]。垂直滲流帶為大氣淡水補給，巖溶作用以垂直方向為主，含膏白云巖中石膏被溶蝕后形成膏溶孔及擴溶孔、溶縫，白云巖作為骨架巖性起到支撐作用，對研究區(qū)白云巖儲層發(fā)育起重要作用。水平潛流帶主要為巖溶相帶的泄水部位，雖然該相帶形成的孔洞已經(jīng)垮塌、充填，但對地表水在巖溶相帶中的滲濾具有重要作用。

4 巖溶微古地貌

縱向上，巖溶儲層受巖溶相帶的控制明顯，馬五13、馬五14、馬五2處于垂直滲流帶，儲集性能較好；橫向上，巖溶差異明顯，不同的巖溶微古地貌的溶蝕強度、泥質(zhì)充填及巖溶角礫的發(fā)育具有明顯差異，尤其是巖溶白云巖地層(含膏量變化)[21]，因此微古地貌的變化對儲層分布具有重要的控制作用。

加里東運動末期，鄂爾多斯地區(qū)整體抬升，受地表剝蝕作用影響，在奧陶系頂面形成溝壑縱橫、槽臺相間的巖溶古地貌特征。受當時西高東低古構(gòu)造格局的影響，發(fā)育巖溶高地、巖溶斜坡、巖溶盆地等古地貌單元[17]。研究區(qū)馬五1+2段巖溶作用強烈，儲層溶蝕孔洞受機械沉積和化學充填程度較高，儲層非均質(zhì)性強。為有效開發(fā)及明確高產(chǎn)控制條件，選取位于不同巖溶微古地貌的水平井對巖溶儲層進行解釋。

圖5 大牛地氣田馬五1—馬五3亞相巖溶剖面Fig.5 Karst section of Ma51-Ma53 in Daniudi gasfield

4.1 斜坡

對于巖溶白云巖儲層，白云巖作為骨架巖性，地表水的滲濾作用在巖溶斜坡處表現(xiàn)尤為明顯，白云巖發(fā)育大量的溶蝕孔(見圖2(b))、溶縫，泥質(zhì)充填較弱，為氣藏形成提供良好條件，成為天然氣富集有利區(qū)域。

PG18井巖溶斜坡水平井解釋見圖6。由圖6(a)可知，PG18井開殼層位為馬五13，主要巖性為含硬石膏結(jié)核的粉晶白云巖，發(fā)育大量溶蝕孔洞；微古地貌為巖溶斜坡(見圖6(b))，白云巖發(fā)育大量的溶孔、溶縫，以泥質(zhì)充填作用較弱、測井曲線上GR低平段有效白云巖儲層為基準，統(tǒng)計測井孔隙度,作出平均孔隙度圖(見圖6(c))，結(jié)合古地質(zhì)圖、古地貌圖為水平井的勘探提供指導。由圖6(e)可知，PG18井目的層為馬五13，實鉆水平長度為1 km，其中含氣顯示長度為492.5 m，占總長度的49.25%；平均孔隙度大于5.0%，產(chǎn)氣段有明顯的氣測異常，其中全烴質(zhì)量分數(shù)最高為30.51%，平均為20.41%，產(chǎn)氣的無阻流量為18.004×104m3/d。其中產(chǎn)氣層段的儲層主要為Ⅰ和Ⅱ類儲層，Ⅰ類和Ⅱ類儲層長度為196.3 m，占儲層總長度的68.49%； PG18井水平段儲集物性較好，產(chǎn)氣量大。由連井剖面(見圖6(d))可以看出，有效厚度大于5.0 m。產(chǎn)氣量較大的原因是井軌跡設計較好，基本風化殼在馬五13中，含氣鉆遇率高。

4.2 高地

研究區(qū)巖溶高地相帶巖溶作用強烈，發(fā)育巖溶殘積巖(鋁土礦)，大量的溶孔、溶縫被泥質(zhì)充填，且大量沖蝕溝(長度為1.0～2.5 m)被泥質(zhì)、碎屑巖充填，增加巖溶儲層的非均質(zhì)性。

PG5井解釋見圖7。由圖7(a)可以看出，PG5井開殼層位為馬五12，主要巖性以粉晶白云巖為主，局部夾膏溶角礫巖；微古地貌為巖溶高地(見圖7(b))，主體處于垂直滲流巖溶帶。由圖7(e)可知，PG5鉆遇層位為馬五13，實鉆水平長度為1 100.0 m，其中含氣顯示長度為261.0 m，占總長度的23.73%；平均孔隙度為4.1%(見圖7(c))，產(chǎn)氣段有明顯的氣測異常，其中全烴質(zhì)量分數(shù)最高為33.37%，平均為7.97%，產(chǎn)氣的無阻流量為7.362×104m3/d。產(chǎn)氣層段的儲層主要為Ⅰ型儲層，總長度為112.8 m；其次為Ⅱ型儲層，總長度為106.4 m；Ⅲ型儲層厚為56.0 m，說明PG5井水平段以Ⅰ型和Ⅱ型為主，儲層物性較好，產(chǎn)氣量較大。根據(jù)連井剖面(見圖7(d))可知，其有效厚度為9.8 m，但單層厚度不大；其周邊E5、E8、D40、D76井的有效厚度較大，由于PG5井氣層偏薄，地層垮塌嚴重，僅在最后150.0 m鉆遇很好的氣層，因此導致PG5井產(chǎn)氣量一般(見圖7(e))。

圖6 巖溶斜坡水平井解釋(PG18井)Fig.6 Horizontal well interpretation karst slope(PG18 well)

4.3 洼地

巖溶洼地與巖溶斜坡、高地相比地形相對平緩，滲流帶不發(fā)育，巖溶作用微弱，受水流滯緩影響，化學膠結(jié)充填作用強烈，儲集空間充填程度高，因此一般在洼地發(fā)育的地區(qū)沒有天然氣富集的有利區(qū)帶。

巖溶斜坡侵蝕能力強，發(fā)育大量的溶孔、溶縫，泥質(zhì)充填較弱，具有良好的儲集性能，為天然氣富集有利區(qū)域，位于巖溶斜坡上的PG4井、PG13井和PG18井物性較好，產(chǎn)氣量相對較高。巖溶高地巖溶作用強烈，發(fā)育巖溶殘積巖(鋁土礦)，大量溶孔、溶縫被泥質(zhì)充填，且大量沖蝕溝(1.0～2.5 m)被泥質(zhì)、碎屑巖充填，增加巖溶儲層的非均質(zhì)性，故巖溶高地儲層物性與巖溶斜坡相比較差，PG5井、PG7井、PG8井、PG9井、PG11井、PG14井、PG15井、PG16井和PG17井儲集物性較差，水平井產(chǎn)氣量較小。

5 結(jié)論

(1)大牛地馬五1+2段儲層主要巖石類型為泥—細晶白云巖、膏溶白云巖，主要孔隙類型包括晶間孔和晶間溶孔、膏模孔、溶蝕孔及裂縫等。儲層孔隙度主要分布范圍小于5.0%，滲透率分布為(0.011～0.379)×10-3μm2，為低孔、低滲的致密巖溶白云巖儲層。

(2)大牛地巖溶相帶發(fā)育明顯，在縱向上控制儲層的發(fā)育，馬五1+2段位于垂直滲流帶，整體上受泥質(zhì)充填影響較弱，為儲集有利相帶。

(3)大牛地巖溶斜坡地表水的滲濾作用明顯，巖溶作用最強，發(fā)育大量的溶蝕孔(膏模孔)、溶縫，泥質(zhì)充填較弱，具有良好的儲集性能，有利于氣藏形成。巖溶高地發(fā)育巖溶殘積巖(鋁土礦)，大量的溶孔、溶縫被泥質(zhì)充填，且大量沖蝕溝(1.0～2.5 m)被泥質(zhì)、碎屑巖充填，增加巖溶儲層的非均質(zhì)性。

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2016-08-01；編輯：關(guān)開澄

國家科技重大專項(2011ZX05045-01-03)

陳泉鍵(1992-)，女，碩士研究生，主要從事儲層地質(zhì)學方面的研究。

TE122.2

A

2095-4107(2016)06-0096-10

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2016.06.011