陳思禹, 王穎晉, 郭俊陽, 何清琳, 唐 馨

( 1. 深圳大學(xué) 廣東省深地科學(xué)與地?zé)崮荛_發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 深圳 518060； 2. 深圳大學(xué) 深地科學(xué)與綠色能源研究院，廣東 深圳 518060； 3. 深圳大學(xué) 土木與交通工程學(xué)院，廣東 深圳 518060； 4. 海油來博(天津)科技股份有限公司，天津 300450； 5. 中國石油塔里木油田公司 勘探開發(fā)研究院，新疆 庫爾勒 841000； 6. 北京銳浪石油技術(shù)有限公司，北京 100085； 7. 中國石油集團(tuán)測井有限公司 大慶分公司， 黑龍江 大慶 163412 )

0 引言

中國陸上海相碳酸鹽巖油氣資源豐富，預(yù)測石油地質(zhì)資源量為70.54×108t，天然氣地質(zhì)資源量為19.47×1012m3[1]。截至2017年，在塔里木盆地、四川盆地、鄂爾多斯盆地和渤海灣盆地等陸上海相盆地累計(jì)探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量16.58×108t、天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量3.38×1012m3[2-4]。塔里木盆地塔中隆起為下古生界油氣開發(fā)的有利構(gòu)造區(qū)帶，寒武系—奧陶系巖溶型和裂縫型儲(chǔ)集層勘探獲得重大突破[5-7]，表明中國海相碳酸鹽巖層系具有良好的油氣發(fā)現(xiàn)前景，碳酸鹽巖縫洞型儲(chǔ)集層具有特殊的縫洞體系，可以為碳?xì)浠衔锾峁┯欣膬?chǔ)集空間和良好的油氣運(yùn)移通道[7-9]。塔中東南部T582及T58井獲得高產(chǎn)油氣流，證實(shí)下古生界地層是塔中油氣勘探開發(fā)的重要方向之一[10-14]，但是對優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層展布和油氣分布規(guī)律認(rèn)識(shí)不清。

以塔中東部寒武系—奧陶系潛山碳酸鹽巖儲(chǔ)集層為研究對象，根據(jù)巖心、測井和地震資料，分析有利勘探特征，研究潛山的構(gòu)造分段分帶特點(diǎn)，探討碳酸鹽巖縫洞型儲(chǔ)集層的分布規(guī)律和勘探方向，梳理石炭系泥巖覆蓋下的塔中東部潛山碳酸鹽巖甜點(diǎn)區(qū)展布，為海相碳酸鹽巖油氣地質(zhì)研究和勘探提供借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

塔中油氣田位于塔里木盆地中央隆起構(gòu)造帶，東鄰塔東隆起，西連巴楚隆起，北接北部坳陷，南鄰塘古巴斯坳陷(見圖1(a))。塔中凸起受一系列北西向鹽上滑脫沖斷斷裂控制，發(fā)育4排自東南向西北帚狀展開的正向構(gòu)造帶[14]，構(gòu)造活動(dòng)?xùn)|強(qiáng)西弱，總面積約為2.2×104km2。研究區(qū)位于塔中凸起東南部，為一自北向南逆沖推覆的寒武系—奧陶系潛山構(gòu)造，呈近東西向弧形展布的擠壓斷背斜，上寒武統(tǒng)—奧陶系向南逆沖至地表遭到剝蝕，主要控藏?cái)鄬訛镕1和F2斷層，為大型推覆斷層(見圖1(b))，形成“兩潛山夾一凹”的構(gòu)造樣式。

塔中隆起發(fā)育演化繼承前寒武系基底的背景，形成于加里東早期，經(jīng)加里東中期Ⅰ、Ⅱ幕和海西期改造最終定型，具有多期擠壓變形、形成早、定型早的特點(diǎn)[15]。研究區(qū)鉆遇地層由淺至深分別為第四系、新近系、古近系、白堊系、三疊系、二疊系、石炭系、上寒武統(tǒng)下丘里塔格組，缺失侏羅系、泥盆系、志留系，部分地區(qū)缺失奧陶系，研究目的層為寒武系—奧陶系致密碳酸鹽巖儲(chǔ)集層[16]。晚寒武世，下丘里塔格組主要發(fā)育半局限臺(tái)地—開闊臺(tái)地沉積體系，巖石類型主要為白云巖[14]。早—中奧陶系鷹山組和一間房組依次沉積，以灰?guī)r—白云巖互層為主，塔中隆起繼承性穩(wěn)定發(fā)育，部分地層遭受剝蝕(見圖1(c))。加里東—海西期，研究區(qū)發(fā)育蓋層滑脫斷層，上寒武統(tǒng)—奧陶系大規(guī)模沖斷，派生多個(gè)沖斷帶，沖斷帶高部位下丘里塔格組白云巖遭受風(fēng)化剝蝕，形成溶蝕孔洞與裂縫，表現(xiàn)為裂縫—孔洞型優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層[17]。潛山上覆沉積石炭系泥巖，巖性以灰褐色、灰色泥巖為主，為主要蓋層，與下伏潛山地層形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)蓋組合配置[18]。晚海西期后，構(gòu)造相對穩(wěn)定，石炭系以上地層沒有形成破壞油氣藏與上覆蓋層的斷裂[19]。新生代塔里木盆地克拉通區(qū)進(jìn)入快速深埋期，塔中地區(qū)整體沉降，厚度超過2.0 km。

2 儲(chǔ)集層巖石學(xué)特征

2.1 巖性

T582和T59井巖心觀察與32張薄片鑒定分析表明，研究區(qū)寒武系下丘里塔格組(見圖2(a))儲(chǔ)集層巖石類型主要為厚層狀淺灰色砂屑白云巖、細(xì)晶白云巖及粉晶白云巖，占地層厚度的92.3%；其余為藻白云巖、泥晶白云巖與中晶白云巖，為一套淺海碳酸鹽巖局限臺(tái)地相沉積。奧陶系鷹山組(見圖2(b))儲(chǔ)集層巖石類型主要為中厚—厚層狀灰色泥晶—粉晶含云灰?guī)r、細(xì)晶云質(zhì)灰?guī)r，占地層厚度的85.8%；其余為中厚—厚層狀云質(zhì)泥晶灰?guī)r、泥晶—粉晶灰質(zhì)云巖，為一套還原環(huán)境下臺(tái)地相沉積。

2.2 物性

T59和T582井寒武系—奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)集層巖心實(shí)測孔隙度頻率分布見圖3。由圖3可知，孔隙度小于1.0%的灰?guī)r儲(chǔ)集層占T59井儲(chǔ)集層總厚度的66.99%，孔隙度介于1.0%～2.0%的占儲(chǔ)集層總厚度的26.96%，孔隙度大于2.0%的占儲(chǔ)集層總厚度的6.05%?？紫抖刃∮?.0%的白云巖儲(chǔ)集層占T582井儲(chǔ)集層總厚度的42.79%，孔隙度介于1.0%～2.0%的占儲(chǔ)集層總厚度超過23.38%，孔隙度大于2.0%的占儲(chǔ)集層總厚度的33.83%，儲(chǔ)集層總體孔隙度不高。根據(jù)儲(chǔ)集空間分布，研究區(qū)白云巖儲(chǔ)集層較灰?guī)r儲(chǔ)集層更有利于油氣成藏。

圖3 不同孔隙度區(qū)間灰?guī)r及白云巖儲(chǔ)集層占儲(chǔ)集層總厚度比

T59井巖心(見圖4(a))可見2個(gè)洞徑為2～3 mm的未充填小洞、1條寬度為1 mm的直立有效縫，F(xiàn)MI成像測井曲線可見1條高角度縫，測試巖心孔隙度為0.13%～1.76%；由薄片觀察(見圖4(b-c))可知，灰?guī)r晶間孔、晶間溶孔不發(fā)育，平均孔隙度為0.42%。T582井巖心(見圖4(d))可見10個(gè)洞徑為5～10 mm的未充填溶蝕孔，呈蜂窩狀，分布較均勻，成像測井曲線可見大量溶蝕孔，測試孔隙度為0.48%～1.47%；由薄片觀察(見圖4(e-f))可知，石英半充填溶蝕孔，平均孔隙度為1.36%。沿微裂縫發(fā)育溶蝕孔，孔徑為0.01～2 mm，主要為白云石晶間孔、晶間溶孔。孔隙呈多角狀、不規(guī)則橢圓狀，晶體越粗大，溶孔和晶間孔的孔徑也越大，白云石以自形—半自形為主，晶間孔隙常見硅質(zhì)半—全充填，孔隙度為1.00%～3.10%。

巖心薄片資料顯示，碳酸鹽巖并不都能發(fā)育成為好儲(chǔ)集層，適度的白云石化有利于原生孔隙的繼承[20]，且白云石化使巖石具有更高的強(qiáng)度和脆性，能夠抵抗埋藏期的壓實(shí)作用，既有利于已有孔隙的保存，也有利于裂縫的形成[21]。白云石化是研究區(qū)孔隙大規(guī)模存在的前提條件，對儲(chǔ)集層孔隙的繼承和保存較為有利。研究區(qū)經(jīng)歷多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生大量裂縫并溝通原有孔隙，構(gòu)造破裂有助于形成裂縫—孔洞型優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層。

圖4 T59和T582井儲(chǔ)集層巖石薄片鑒定

2.3 電性

T59井深、淺雙側(cè)向電阻率曲線呈中幅度正差異；深側(cè)向電阻率曲線上部呈塊齒狀與槽齒狀、槽溝狀間互，最大為18.312×103Ω·m，最小為60 Ω·m，一般為500～6.200×103Ω·m。自然伽馬曲線中上部多呈微齒狀低值，下部呈小齒狀，最大為30.3 API，最小為6.5 API，一般為12～23 API。自然電位曲線上部呈大波狀，下部呈小波狀，一般為30～70 mV。

T582井深、淺雙側(cè)向電阻率曲線呈小—中等幅度正差異，局部重疊；深側(cè)向電阻率曲線呈槽齒狀與山峰狀、槽齒狀間互，局部呈尖峰狀、尖谷狀，最大為7.429×103Ω·m，最小為172 Ω·m，一般為297～2.054×103Ω·m。自然伽馬曲線較平直，局部呈山谷狀、山峰狀間互，最大為27.0 API，最小為9.0 API，一般為11～21 API。聲波時(shí)差曲線較平直，最大為55 μs/ft，最小為43 μs/ft，一般為45～48 μs/ft。自然電位曲線較平直，最大為-23 mV，最小為-40 mV，一般為-37～-26 mV。

2.4 含油氣性

T582井錄井解釋為油氣層；測井解釋為3個(gè)水層(36.0 m)、1個(gè)含氣水層(34.0 m)、1個(gè)氣水同層(8.0 m)、3個(gè)差油氣層(35.0 m)、1個(gè)油氣層(21.0 m)。油氣層電阻率一般小于1×103Ω·m，自然伽馬小于30 API；綜合解釋下丘里塔格組白云巖為油氣層。T59井錄井解釋為差油氣層，測井解釋為干層，綜合解釋鷹山組灰?guī)r為干層(見表1)。

表1 T59和T582井錄井測井解釋

3 儲(chǔ)集層地球物理響應(yīng)

3.1 測井特征

通過微電阻率成像測井解釋可以直觀識(shí)別層理、裂縫和溶孔等地質(zhì)體[22]。利用Techlog軟件對FMI成像測井資料進(jìn)行處理，通過地質(zhì)體識(shí)別和縫洞參數(shù)計(jì)算實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)集層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的精細(xì)表征(見圖5)。

圖5 FMI成像測井裂縫及溶洞評價(jià)

T59、T582井在構(gòu)造位置上處于逆沖斷層端部，研究區(qū)為大型逆沖推覆構(gòu)造單元，主要受擠壓應(yīng)力的影響。T59、T582井所處位置段的逆斷層走向?yàn)槟掀珫|60°左右，只有受北偏東30°的強(qiáng)擠壓應(yīng)力才能形成該走向的逆斷層[23]。FMI成像測井是根據(jù)地層應(yīng)力的各向異性判斷的，井眼在最大主應(yīng)力方向縮徑，在最小主應(yīng)力方向擴(kuò)徑，最大主應(yīng)力導(dǎo)致鉆具切割巖石膨脹的部分，形成排列規(guī)則的、形態(tài)不完整的羽狀鉆具誘導(dǎo)縫[24]。誘導(dǎo)縫方位與逆斷層走向近乎垂直，為北偏東30°～40°(見圖6(b、d))，證明F1、F2逆斷層為最新期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。

T59井鉆到奧陶系鷹山組和蓬萊壩組灰?guī)r，鉆遇一小段寒武系下丘里塔格組白云巖。裂縫不發(fā)育，整段成像資料厚度為750 m(見圖6(a))，拾取72條天然有效裂縫，裂縫走向以北偏西40°最為發(fā)育(見圖6(c))。裂縫最集中區(qū)域的密度為2條/m，裂縫開度平均為0.14 mm，裂縫孔隙度平均為0.01%，總孔隙度為0.57%[25]。T582井鉆遇寒武系下丘里塔格組白云巖，整段成像資料厚度為300 m(見圖6(f))，拾取84條天然有效裂縫，裂縫走向以正北方向最為發(fā)育(見圖6(e))，頂部的奧陶系在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中被全部剝蝕，東北翼地層溶蝕孔洞和裂縫比較發(fā)育。裂縫密度為2～4條/m，裂縫開度平均為0.35 mm，裂縫孔隙度平均為0.05%，總孔隙度為1.70%(見表2)，裂縫開度越大，儲(chǔ)集層滲透性越好。結(jié)合巖心資料，推測地層在構(gòu)造和溶蝕綜合作用下形成宏觀的應(yīng)力縫和微觀縫，白云巖儲(chǔ)集層經(jīng)歷后期改造，裂縫和溶蝕孔較西南翼灰?guī)r儲(chǔ)集層的更發(fā)育，更有利于油氣儲(chǔ)存。

表2 T59和T582井裂縫物性參數(shù)

3.2 地震反演特征

地震波阻抗與含油氣儲(chǔ)集層具有很好的對應(yīng)關(guān)系。利用敏感曲線對聲波進(jìn)行重構(gòu)，加大儲(chǔ)集層與圍巖的速度差異，是提高測井約束地震反演對儲(chǔ)集層的刻畫能力的關(guān)鍵[26]。儲(chǔ)集層的巖石物理性質(zhì)受測井曲線的頻率制約，曲線的高頻分量體現(xiàn)薄層和層內(nèi)信息，低頻分量體現(xiàn)宏觀地層信息，采用Mallat小波分解算法，提取敏感曲線反映儲(chǔ)集層的高頻曲線和聲波曲線反映地層速度的低頻曲線。研究區(qū)原始密度、電阻率及聲波曲線對白云巖、灰?guī)r不敏感(見圖7(a-c))，無法識(shí)別灰?guī)r中的白云巖儲(chǔ)集層。自然伽馬曲線對白云巖和灰?guī)r較敏感(見圖7(d))，可以作為敏感因子對聲波進(jìn)行波阻抗反演識(shí)別白云巖儲(chǔ)集層。地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演結(jié)果顯示，白云巖波阻抗小于1.56×107(kg/m3)·(m/ms)，灰?guī)r波阻抗大于1.56×107(kg/m3)·(m/ms)(見圖7(e-f))。

圖6 T59及T582井成像測井段裂縫空間分布及裂縫傾向

圖7 潛山內(nèi)幕碳酸鹽巖儲(chǔ)集層測井反演

合成地震記錄波阻抗與地震反射波阻抗匹配良好(見圖7(g))，目的層同相軸清晰連續(xù)，易于追蹤對比，以潛山頂界(TC)和鷹山組底界(TO1-2y)為巖性分界線把目的層分為三個(gè)層，即頂部石炭系泥巖、中部奧陶系鷹山組灰?guī)r和底部寒武系下丘里塔格組白云巖。

4 有利區(qū)預(yù)測

4.1 巖性邊界

基于Mallat小波分解和分頻重構(gòu)算法，利用波阻抗對白云巖和灰?guī)r進(jìn)行區(qū)分，斷裂東北部缺失高波阻抗奧陶系地層，說明東北翼地層經(jīng)過抬升后風(fēng)化剝蝕嚴(yán)重，僅有寒武系下丘里塔格組地層的低波阻抗白云巖。斷背斜北部為一自北向南逆沖推覆的奧陶系、寒武系潛山構(gòu)造，呈近東西向弧形展布(見圖8)，受F2逆斷層控制，上寒武統(tǒng)、奧陶系向南抬升剝蝕。斷背斜南部與北部呈鏡像構(gòu)造，成藏巖性組合主要為寒武系—奧陶系碳酸鹽巖頂面覆蓋石炭系中下部泥巖段，整體表現(xiàn)為受斷裂控制的寬緩平臺(tái)區(qū)。

圖8 研究區(qū)潛山構(gòu)造典型剖面

采用波阻抗重構(gòu)反演刻畫地層巖性，區(qū)分白云巖與灰?guī)r分界線(見圖9)，T59井寒武系頂面的奧陶系鷹山組灰?guī)r地層未被完全剝蝕，F(xiàn)1逆斷層南部斷背斜寒武系下丘里塔格組白云巖未經(jīng)過剝蝕期的二次改造，儲(chǔ)集層物性較差；F2逆斷層北部斷背斜奧陶系灰?guī)r受地質(zhì)抬升后被完全剝蝕。T582井白云巖頂面直接接受風(fēng)化剝蝕，在儲(chǔ)集層物性后期改造上優(yōu)于T59井的。

圖9 研究區(qū)潛山面往下0～50 ms波阻抗屬性平面分布

4.2 甜點(diǎn)區(qū)刻畫

根據(jù)層位三維地震數(shù)據(jù)，寒武系—奧陶系碳酸鹽巖潛山頂面構(gòu)造表現(xiàn)為寬緩的斷背斜平臺(tái)[27]，發(fā)育眾多殘丘形成的獨(dú)立小背斜高點(diǎn)(見圖10(a))。在下丘里塔格組白云巖分布區(qū)發(fā)育20個(gè)自成背斜圈閉，以-2 530 m為閉合線，有利圈閉面積為17.20 km2，高點(diǎn)海拔為-2 380 m，厚度為150 m。結(jié)合巖性波阻抗屬性平面分布，預(yù)測構(gòu)造高部位的白云巖甜點(diǎn)區(qū)(見圖10(b))。東北翼的勘探開發(fā)有利區(qū)應(yīng)高于西南翼的開采優(yōu)先級。

圖10 研究區(qū)碳酸鹽巖有利圈閉與白云巖儲(chǔ)集層甜點(diǎn)區(qū)分布

T58和T582井于2018年8月投產(chǎn)，試油期平均日產(chǎn)油分別為12.60、18.93 t，平均日產(chǎn)氣分別為6.481 8×104、5.107 8×104m3?；诘刭|(zhì)勘探和井位論證結(jié)果，將T583井部署于最大甜點(diǎn)帶(見圖10(b))，試油期平均日產(chǎn)油為20.39 t，平均日產(chǎn)氣為5.418 0×104m3，300 d平均日產(chǎn)油和日產(chǎn)氣分別為11.35 t和4.513 7×104m3，超過T58和T582井的產(chǎn)能。

5 結(jié)論

(1)塔中東部白云巖儲(chǔ)集層整體物性優(yōu)于灰?guī)r的，T582井的砂屑白云巖、細(xì)晶白云巖及粉晶白云巖層段溶蝕孔洞普遍發(fā)育，宏觀裂縫發(fā)育密度高，可見微裂縫。富含油氣層段的電阻率一般低于1.0×103Ω·m，自然伽馬低于30 API。

(2)在F1和F2兩條逆沖斷層控制下，經(jīng)過構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和風(fēng)化作用改造的白云巖儲(chǔ)集層比灰?guī)r儲(chǔ)集層更易產(chǎn)生裂縫和溶蝕孔洞，具有更好的儲(chǔ)存油氣的空間和滲透性，研究區(qū)大部分白云巖儲(chǔ)集層分布在F2斷層以北，為勘探主要方向。

(3)研究區(qū)白云巖構(gòu)造頂界面為寬緩的斷背斜平臺(tái)，其上發(fā)育眾多由地層風(fēng)化剝蝕形成的殘丘體，閉合厚度可達(dá)150 m，有利圈閉面積為17.20 km2。甜點(diǎn)區(qū)是以構(gòu)造高點(diǎn)和白云巖平面展布共同控制下的殘丘狀小背斜。