王進財，趙倫，張祥忠，楊智剛，曹海麗，陳禮，單發(fā)超，劉明慧

（1.中國石油勘探開發(fā)研究院；2.中國石油哈薩克斯坦公司）

古潛山巖溶儲集層特征及其對產(chǎn)能的控制作用

王進財1，趙倫1，張祥忠1，楊智剛2，曹海麗1，陳禮1，單發(fā)超1，劉明慧1

（1.中國石油勘探開發(fā)研究院；2.中國石油哈薩克斯坦公司）

以哈薩克斯坦南圖爾蓋盆地NWKK碳酸鹽巖油田為例，建立了古潛山巖溶儲集層概念模型，從縱向上和平面上分析了儲集層特征及其對產(chǎn)能的控制作用?？v向上，巖溶儲集層自上而下可劃分為風(fēng)化殼帶、表層帶、洞穴帶、滲流帶和潛流帶，裂縫發(fā)育程度依次增強；發(fā)育角礫孔隙型、洞穴型、孔洞型、裂縫-孔洞型、裂縫-孔隙型、孔隙型等6類儲集層類型，裂縫和溶洞的發(fā)育使各巖溶帶生產(chǎn)初期高產(chǎn)油低含水，但產(chǎn)量遞減及含水上升快。平面上，巖溶儲集層特征受控于構(gòu)造海拔高度和古巖相特征：構(gòu)造海拔高、巖性疏松的古潛山儲集層受地表風(fēng)化淋濾作用強，溶孔溶洞較發(fā)育，儲集層類型主要為角礫孔隙型、洞穴型和孔洞型；構(gòu)造海拔低、巖性致密的古潛山儲集層裂縫發(fā)育程度高，儲集層類型主要為裂縫-孔洞型和裂縫-孔隙型，儲集層與底水溝通作用強，產(chǎn)能效果好，但產(chǎn)量遞減及含水上升快，平面不同區(qū)域應(yīng)采用不同的開發(fā)技術(shù)政策。圖8表4參14

古潛山；巖溶儲集層；儲集層特征；儲集層概念模型；產(chǎn)能特征；南圖爾蓋盆地

0 引言

碳酸鹽巖古巖溶儲集層屬于改造型儲集層[1]，縫-洞比較發(fā)育。由于成因機制復(fù)雜，非均質(zhì)性極強，該類儲集層預(yù)測難度很大[2]。目前，研究者在古巖溶儲集層的成因機制[3-5]、縫洞識別手段[6-8]、三維地質(zhì)建模[9-12]、開發(fā)方式[13-14]等方面做了大量工作，研究成果成功應(yīng)用于國內(nèi)外碳酸鹽巖油藏的勘探和開發(fā)。本文以哈薩克斯坦南圖爾蓋盆地NWKK碳酸鹽巖油田為例，基于14口井的巖心觀察，綜合地震、測井、錄井、試油、產(chǎn)吸剖面和開發(fā)動態(tài)等資料，建立研究區(qū)古潛山巖溶儲集層概念模型，明確古潛山巖溶儲集層縱向和平面發(fā)育特征及其對產(chǎn)能的控制作用。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

NWKK油田位于南圖爾蓋盆地南部阿雷斯庫姆坳陷的阿克塞凸起上（見圖1a），是1個古潛山碳酸鹽巖油藏。平面上分為西北和東南兩個古構(gòu)造高點，西北

高點的海拔高于東南高點；潛山內(nèi)斷層發(fā)育，主要呈北北東、北北西和南北向（見圖1b）。油藏整體上是一個塊狀邊底水雙重介質(zhì)油藏（見圖2），于2010年投入開發(fā)。

研究區(qū)古潛山碳酸鹽巖受后期強烈的構(gòu)造運動影響抬升出露至地表，遭受了長期的風(fēng)化、剝蝕和地表水的淋濾改造作用，形成了頂部發(fā)育風(fēng)化殼的古潛山巖溶儲集層。巖溶儲集層巖性有灰?guī)r、變質(zhì)砂巖和風(fēng)化殼角礫巖等共計20余種，類型復(fù)雜多樣，空間分布差異大；主要儲集空間有溶孔、溶洞和孔隙，裂縫中等發(fā)育，為高角度縫，傾角在50°～75°，與斷層走向基本一致，起著溝通孔隙和輸導(dǎo)油氣的作用。巖溶儲集層物性變化范圍大，儲集層孔隙度為5.2%～40.0%，平均19.8%，滲透率為（0.1～300.0）×10-3μm2，平均8.4×10-3μm2，非均質(zhì)性強。

圖1 NWKK油田地質(zhì)概況

圖2 NWKK油田古潛山油藏剖面圖（剖面位置見圖1b）

2 巖溶儲集層特征

2.1 巖溶儲集層概念模型

綜合巖心等靜態(tài)地質(zhì)資料和試油等開發(fā)動態(tài)資料，將研究區(qū)古潛山巖溶儲集層（Pz）縱向上由淺至深劃分為風(fēng)化殼帶、表層帶、洞穴帶、滲流帶和潛流帶，建立了巖溶儲集層的概念模型（見圖3），分析了不同巖溶帶的儲集層非均質(zhì)性。

圖3 NWKK油田古潛山巖溶儲集層概念模型

風(fēng)化殼帶由古潛山碳酸鹽巖出露地表后遭受長期風(fēng)化及淋濾作用而形成的角礫巖殘積物組成，膠結(jié)疏松，滑塌現(xiàn)象明顯，儲集空間主要為風(fēng)化淋濾后殘留的角礫孔隙，具有砂巖孔隙的特征，風(fēng)化殼帶平均厚度12 m，橫向發(fā)育不穩(wěn)定。表層帶位于古風(fēng)化侵蝕面以下巖溶儲集層的頂部，以地表水垂向滲透為主要特征，垂直溶蝕孔洞較發(fā)育，起著傳導(dǎo)地表水的作用，平均厚度4 m，橫向連續(xù)性差。洞穴帶以垂直洞穴（落水洞）發(fā)育為主要特征，平均厚度6.4 m，橫向分布穩(wěn)定，裂縫發(fā)育；當(dāng)?shù)乇硭?jīng)風(fēng)化殼帶或表層帶垂向滲透時，若其下部為巖性疏松的生物格架灰?guī)r，則垂向及橫向溶蝕作用相對容易，垂直溶蝕孔洞發(fā)展成垂直洞穴。滲流帶位于洞穴帶之下，相比上覆巖溶帶，該層帶亮晶灰?guī)r沉積比例增大，巖性致密度和脆性增強，裂縫發(fā)育程度增大，地表水主要沿著裂縫發(fā)生垂向溶蝕作用，形成了裂縫-孔洞和裂縫-孔隙型儲集空間，平均厚度大于100 m。潛流帶位于古潛水面附近，主要受古潛水的橫向溶蝕作用影響，儲集空間以水平洞穴和水平溶蝕孔洞為主，裂縫發(fā)育，平均厚度約50 m；相比地表水的垂向淋濾作用，古潛水的橫向溶蝕作用更強，水平洞穴的規(guī)模比洞穴帶的落水洞規(guī)模更大。潛流帶之下為基巖，位于隔水層之下，基本不受后期巖溶等地質(zhì)作用影響，溶孔不發(fā)育。鉆井結(jié)果表明，研究區(qū)鉆遇潛流帶的井較少，且潛流帶都在油水界面以下，因此上部的4個巖溶帶為主力巖溶帶。

2.2 巖溶儲集層非均質(zhì)性

古潛山巖溶儲集層特殊的成因機制決定了其具有強非均質(zhì)性。巖溶帶測井解釋物性統(tǒng)計結(jié)果（見表1）表明，風(fēng)化殼帶角礫巖由于具有類似砂巖的孔隙特征，為中高孔、中低滲儲集層，物性好，而溶蝕孔洞和溶蝕裂縫的發(fā)育使儲集層非均質(zhì)性較強，滲透率變異系數(shù)為1.8；其他巖溶帶儲集層具有低孔、低滲的特征，滲透率分布范圍大，變異系數(shù)大于2，非均質(zhì)性強，其中滲流帶由于儲集空間以裂縫-孔洞和裂縫-孔隙為主，孔隙度和滲透率最小，滲透率變異系數(shù)最大，非均質(zhì)性最強。

表1 NWKK油田古潛山巖溶帶儲集層物性參數(shù)統(tǒng)計表

2.3 巖溶儲集層巖電響應(yīng)特征

根據(jù)成因機制，本文將研究區(qū)20余種巖性劃分為3大類：原生的碳酸鹽巖、原巖遭受風(fēng)化改造后形成的角礫巖、外源的砂泥巖。原生的碳酸鹽巖在經(jīng)受了風(fēng)化和淋濾作用后，形成了復(fù)雜的溶洞和溶孔系統(tǒng)，這些孔洞被后期的原巖風(fēng)化產(chǎn)物和外源砂泥巖等沉積物所充填，使得古潛山巖性異常復(fù)雜，導(dǎo)致測井響應(yīng)特征顯示出多樣性和不確定性，各巖溶帶巖電響應(yīng)特征在縱向上和平面上差異較大（見圖4）。

縱向上，巖溶帶埋藏越淺，巖性越疏松，三孔隙度曲線跳躍段、感應(yīng)電阻率光滑段越發(fā)育，而埋藏越深，巖性越致密，脆性越強，裂縫發(fā)育程度越大，三孔隙度曲線平直段、感應(yīng)電阻率曲線鋸齒段越發(fā)育。風(fēng)化殼帶巖性主要為疏松的風(fēng)化角礫巖，三孔隙度曲線具高聲波、高中子孔隙度、低密度的特征，感應(yīng)電阻率曲線平直光滑，與下伏巖溶帶呈明顯臺階。表層帶巖性主要為亮晶灰?guī)r，局部發(fā)育生物格架灰?guī)r，三孔隙度曲線整體具低聲波、低中子孔隙度、高密度的特征，在溶孔發(fā)育處曲線跳躍現(xiàn)象明顯。洞穴帶巖性以生物格架灰?guī)r為主，落水洞發(fā)育層段厚1～4 m，三

孔隙度曲線具高聲波、高中子孔隙度、低密度的特征，其中聲波時差為984～1 575 μs/m（300～480 μs/ft），中子孔隙度為24%～40%，密度為2.2～2.6 g/cm3，感應(yīng)電阻率呈低值。滲流帶巖性為亮晶灰?guī)r，與基巖巖性相似，三孔隙度曲線整體平緩，具低聲波、低中子孔隙度和高密度的特征，僅在局部層段出現(xiàn)尖峰狀；由于裂縫發(fā)育程度高，感應(yīng)電阻率曲線具明顯“鋸齒”特征，跳動頻繁，呈現(xiàn)“正差異”。潛流帶巖性為亮晶灰?guī)r，水平溶洞發(fā)育層段厚8～16 m，相比洞穴帶溶洞，該類溶洞聲波時差和中子孔隙度值更高，密度更低（接近2.1 g/cm3），感應(yīng)電阻率曲線更光滑?；鶐r層段為巖性最致密的原巖，聲波時差591～623 μs/m（180～190 μs/ft），中子孔隙度8%～9%，密度2.7 g/cm3，感應(yīng)電阻率呈高值，曲線平直光滑。

圖4 NWKK油田古巖溶儲集層巖電響應(yīng)特征

平面上，西北高點巖性疏松的生物格架灰?guī)r比例大，構(gòu)造海拔高，受風(fēng)化淋濾作用較強，溶洞溶孔發(fā)育程度高，三孔隙度曲線“跳躍”現(xiàn)象更強烈，而東南高點巖性致密的亮晶灰?guī)r比例大，構(gòu)造海拔低，裂縫發(fā)育程度高，感應(yīng)電阻率曲線“鋸齒”特征更明顯。

2.4 巖溶儲集層類型及特征

古潛山巖溶儲集層縱向明顯的分帶性和異常復(fù)雜的儲集空間使得其儲集層類型多種多樣。巖心特征和

儲集層概念模型表明，研究區(qū)主要發(fā)育角礫孔隙型、洞穴型、孔洞型、裂縫-孔洞型、裂縫-孔隙型、孔隙型等6類儲集層類型。從巖心、測井響應(yīng)等7個方面對每類儲集層進行了定性描述和分析（見表2），明確了角礫孔隙型、洞穴型和孔洞型儲集層為Ⅰ類儲集層，縱向上主要分布于風(fēng)化殼帶、洞穴帶、滲流帶和潛流帶，平面上主要發(fā)育于西北高點；裂縫-孔洞型為Ⅱ類儲集層，縱向上主要分布于風(fēng)化殼帶和滲流帶，平面上主要發(fā)育于東南高點；裂縫-孔隙型和孔隙型為Ⅲ類儲集層，縱向上主要分布于風(fēng)化殼帶和滲流帶，平面上主要發(fā)育于東南高點。

表2 NWKK油田古潛山巖溶儲集層特征

裂縫和溶洞發(fā)育是古潛山巖溶儲集層的重要特征。研究區(qū)裂縫和溶洞的發(fā)育程度受控于構(gòu)造海拔高度、巖溶帶埋深和古巖相特征，其中裂縫特征與斷層活動密切相關(guān)?？v向上，風(fēng)化殼帶、洞穴帶、滲流帶主要巖性分別為疏松的風(fēng)化殼角礫巖、生物格架灰?guī)r、致密亮晶灰?guī)r，巖石脆性逐漸增大，裂縫發(fā)育程度逐漸增強；地震曲率和相干屬性預(yù)測結(jié)果表明，主力巖溶帶中，滲流帶裂縫發(fā)育程度最強，風(fēng)化殼帶裂縫發(fā)育程度最弱，表層帶和洞穴帶裂縫發(fā)育程度介于二者之間（見圖5）。平面上，西北高點構(gòu)造海拔高于東南高點（見圖6a），巖性主要為疏松的生物格架灰?guī)r，而東南高點巖性主要為脆性較強的亮晶灰?guī)r，在相同的構(gòu)造作用下，亮晶灰?guī)r容易發(fā)育裂縫，因此，在每個

巖溶帶中，東南高點裂縫發(fā)育程度均強于西北高點（見圖5），方向與斷層走向基本一致；在相同的地表水淋濾作用下，西北高點生物格架灰?guī)r更容易發(fā)育溶洞，遺傳反演孔隙度結(jié)果表明，洞穴帶西北高點孔隙度高值區(qū)明顯多于東南高點（見圖6b），其中在57井區(qū)，孔隙度高值區(qū)域較大，而該井巖心見直徑7～8 cm的溶洞（見表2），因此，西北高點溶洞發(fā)育程度強于東南高點。

圖5 NWKK油田巖溶帶地震曲率和相干屬性預(yù)測裂縫發(fā)育程度

圖6 NWKK油田洞穴帶遺傳反演孔隙度平面展布特征

3 巖溶儲集層對產(chǎn)能的控制作用

層狀砂巖油藏的產(chǎn)能與有效厚度基本成正比，而古潛山巖溶儲集層的產(chǎn)能特征與儲集層內(nèi)洞穴、溶孔溶洞，特別是與裂縫的發(fā)育程度緊密相關(guān)，而有效厚度僅僅反映了儲集層的供油潛力。如果裂縫不發(fā)育或者發(fā)育程度低，在低孔低滲的碳酸鹽巖儲集層中油氣很難實現(xiàn)垂向和橫向上的流動。巖溶帶有效厚度及試油情況統(tǒng)計結(jié)果（見表3）表明，主力巖溶帶有效厚度變化范圍大，最小0.2 m，最大43.8 m，平均值在7 m以上，有一定的供油潛力；巖溶帶試油平均日產(chǎn)油在60 m3以上，平均含水率在5%以下，具有碳酸鹽巖油藏初期高產(chǎn)油、低含水的一般特征。

經(jīng)過一段時間的開采，風(fēng)化殼帶和滲流帶的平均日產(chǎn)油量快速下降，含水快速上升，平均日產(chǎn)油由投產(chǎn)初期的60 m3以上減少到目前的15 m3以下，平均含水率由投產(chǎn)初期的基本不含水上升到目前的70%以

上，而洞穴帶平均日產(chǎn)油和含水率變化相對風(fēng)化殼帶和滲流帶變化幅度較?。ㄒ妶D7）。這是由于風(fēng)化殼帶具有砂巖和碳酸鹽巖的雙重特征，類似砂巖孔隙的角礫型孔隙使儲集層橫向連通性變好，受邊水影響大；滲流帶位于巖溶帶下部，裂縫發(fā)育程度高，裂縫特有的垂向溝通能力使儲集層與底水溝通程度高，受底水作用明顯，而洞穴帶位于巖溶帶上部，離底水較遠，短期內(nèi)產(chǎn)量下降和含水上升均較慢。

平面上，相比西北高點，東南高點巖石脆性強，裂縫發(fā)育程度高，儲集層與底水溝通作用強，開發(fā)效果好。在投產(chǎn)井?dāng)?shù)相近而有效厚度東南高點小于西北高點的情況下，生產(chǎn)初期（2010年9月）東南高點日產(chǎn)油為西北高點的1.4倍，采油指數(shù)為西北高點的1.2倍；2014年10月，東南高點采油指數(shù)仍為西北高點的1.4倍（見表4）；東南高點含水上升快，目前綜合含水率為75.8%，處于中高含水階段，產(chǎn)量遞減快，而西北高點目前綜合含水率為27.8%，處于低含水階段，產(chǎn)量遞減慢（見圖8）。

表3 NWKK油田古潛山主力巖溶帶有效厚度及試油情況

圖7 NWKK油田古潛山主力巖溶帶生產(chǎn)曲線特征

表4 NWKK油田古潛山巖溶儲集層不同區(qū)域不同時期產(chǎn)能

圖8 NWKK油田古潛山巖溶儲集層不同區(qū)域產(chǎn)量遞減及含水變化特征圖

4 開發(fā)技術(shù)對策

NWKK油田古潛山巖溶儲集層縱向分帶性強，平面差異大，開發(fā)過程中具有產(chǎn)量遞減及含水上升快的特征，其中裂縫和溶洞對產(chǎn)能的影響較大，整體上新井盡量部署在溶洞和裂縫發(fā)育區(qū)，實現(xiàn)高產(chǎn)。東南高點開發(fā)技術(shù)對策包括：①根據(jù)流入動態(tài)曲線，老井需要保持合理的生產(chǎn)壓差（約3 MPa），保持驅(qū)動能量；②依據(jù)油藏實際數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果,新井射孔位置要在合理避水高度（約5 m）以上，防止由裂縫引起的油藏暴性水淹。西北高點開發(fā)技術(shù)對策包括：①由于油層厚度大，橫向變化快，單井儲量控制程度大，適當(dāng)實施井網(wǎng)加密，提高儲量動用程度；②裂縫發(fā)育程度相對較低，在裂縫欠發(fā)育區(qū)布署水平井，提高單井產(chǎn)量。

5 結(jié)論

NWKK油田古潛山分為西北和東南兩個古構(gòu)造高點，西北高點的構(gòu)造海拔高于東南高點，巖溶儲集層

在縱向上可劃分為風(fēng)化殼帶、表層帶、洞穴帶、滲流帶、潛流帶等5個巖溶帶，發(fā)育角礫孔隙型、洞穴型、孔洞型、裂縫-孔洞型、裂縫-孔隙型、孔隙型等6類儲集層類型，儲集層非均質(zhì)性強。

巖性的差異使巖溶儲集層在縱向上和平面上呈現(xiàn)不同的特征?？v向上，風(fēng)化殼帶、洞穴帶、滲流帶主要巖溶儲集層類型分別為角礫孔隙型、洞穴型、裂縫-孔洞+裂縫-孔隙型，由風(fēng)化殼帶向下至滲流帶，巖石脆性逐漸增大，裂縫發(fā)育程度逐漸增強。平面上，西北高點巖性主要為疏松的生物格架灰?guī)r，溶孔溶洞較發(fā)育，而東南高點巖性主要為脆性較強的亮晶灰?guī)r，裂縫發(fā)育程度高。

巖溶儲集層特征控制其產(chǎn)能特征?？v向上，由于裂縫、溶洞溶孔發(fā)育，巖溶帶生產(chǎn)初期高產(chǎn)油低含水，但產(chǎn)量遞減及含水上升快；平面上，相比西北高點，東南高點由于構(gòu)造海拔低，裂縫發(fā)育程度高，儲集層與底水溝通作用強，產(chǎn)能效果好，但含水上升速度和產(chǎn)量遞減均高于西北高點。由于巖溶儲集層特征的平面差異性，東南高點和西北高點應(yīng)制定不同的開發(fā)技術(shù)對策。

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（編輯 胡葦瑋 郭海莉）

Buried hill karst reservoirs and their controls on productivity

Wang Jincai1,Zhao Lun1,Zhang Xiangzhong1,Yang Zhigang2,Cao Haili1,Chen Li1,Shan Fachao1,Liu Minghui1
(1.PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration &Development,Beijing 100083,China;2.CNPC International in Kazakhstan,Beijing 120001,China)

The concept model of ancient buried hill karst reservoirs was built taking the NWKK carbonate rock oilfield in the South Turgay Basin in Kazakhstan as an example,and the characteristics of karst reservoirs and their controls on productivity were analyzed in vertical and horizontal directions.Vertically,the karst reservoirs can be subdivided into,from top to bottom,weathering crust zone,epikarst zone,caves zone,vadose zone and phreatic zone,in which the development of fractures is strengthened gradually;Six reservoir types,breccia pore,cave,vug,fracture-vug,fracture-pore and pore,were developed;Each karst zone has high oil production and low water cut in the initial stage because of the developed fractures and karst caves,but the production declines rapidly and the water cut rises fast.Horizontally,the karst reservoir characteristics are controlled by structure altitude and ancient lithofacies: the ancient buried hill with high structure altitude and loose lithology suffers from stronger weathering and leaching,has much more solution caves and holes,the main reservoir types are breccia pore,cave,and vug,while the ancient buried hill with low structure altitude and compacted lithology has highly developed fractures and stronger communication with bottom water,the main reservoir types are fracture-vug and fracture-pore,and the reservoirs have better productivity effect but rapid production declines and water cut rising.Different areas in plane should adopt different development techniques and policies.

ancient buried hill;karst reservoir;reservoir characteristics;reservoir concept model;productivity characteristics;South Turgay Basin

中國石油天然氣集團公司重大專項（2011E-2506）

TE348

A

1000-0747(2015)06-0779-08

10.11698/PED.2015.06.11

王進財（1985-），男，回族，寧夏海原人，碩士，中國石油勘探開發(fā)研究院工程師，主要從事海外油氣田開發(fā)地質(zhì)研究。地址：北京市海淀區(qū)學(xué)院路20號，中國石油勘探開發(fā)研究院中亞俄羅斯研究所，郵政編碼：100083。E-mail：wangjincai1@petrochina.com.cn

聯(lián)系作者：趙倫（1970-），男，重慶南川人，博士，中國石油勘探開發(fā)研究院高級工程師，主要從事海外油氣田開發(fā)研究。地址：北京市海淀區(qū)學(xué)院路20號，中國石油勘探開發(fā)研究院中亞俄羅斯研究所，郵政編碼：100083。E-mail：zhaolun@cnpcint.com

2015-02-25

2015-07-17