陳思禹, 王穎晉, 郭俊陽, 何清琳, 唐 馨

( 1. 深圳大學 廣東省深地科學與地熱能開發(fā)利用重點實驗室，廣東 深圳 518060； 2. 深圳大學 深地科學與綠色能源研究院，廣東 深圳 518060； 3. 深圳大學 土木與交通工程學院，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. 北京銳浪石油技術有限公司，北京 100085； 7. 中國石油集團測井有限公司 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，預測石油地質資源量為70.54×108t，天然氣地質資源量為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探明石油地質儲量16.58×108t、天然氣地質儲量3.38×1012m3[2-4]。塔里木盆地塔中隆起為下古生界油氣開發(fā)的有利構造區(qū)帶，寒武系—奧陶系巖溶型和裂縫型儲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)現前景，碳酸鹽巖縫洞型儲集層具有特殊的縫洞體系，可以為碳氫化合物提供有利的儲集空間和良好的油氣運移通道[7-9]。塔中東南部T582及T58井獲得高產油氣流，證實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)質儲集層展布和油氣分布規(guī)律認識不清。

以塔中東部寒武系—奧陶系潛山碳酸鹽巖儲集層為研究對象，根據巖心、測井和地震資料，分析有利勘探特征，研究潛山的構造分段分帶特點，探討碳酸鹽巖縫洞型儲集層的分布規(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區(qū)展布，為海相碳酸鹽巖油氣地質研究和勘探提供借鑒。

1 區(qū)域地質概況

塔中油氣田位于塔里木盆地中央隆起構造帶，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造帶[14]，構造活動東強西弱，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—奧陶系潛山構造，呈近東西向弧形展布的擠壓斷背斜，上寒武統—奧陶系向南逆沖至地表遭到剝蝕，主要控藏斷層為F1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[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集層[16]。晚寒武世，下丘里塔格組主要發(fā)育半局限臺地—開闊臺地沉積體系，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—奧陶系大規(guī)模沖斷，派生多個沖斷帶，沖斷帶高部位下丘里塔格組白云巖遭受風化剝蝕，形成溶蝕孔洞與裂縫，表現為裂縫—孔洞型優(yōu)質儲集層[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)質儲蓋組合配置[18]。晚海西期后，構造相對穩(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)進入快速深埋期，塔中地區(qū)整體沉降，厚度超過2.0 km。

2 儲集層巖石學特征

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))儲集層巖石類型主要為厚層狀淺灰色砂屑白云巖、細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地相沉積。奧陶系鷹山組(見圖2(b))儲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、細晶云質灰?guī)r，占地層厚度的85.8%；其余為中厚—厚層狀云質泥晶灰?guī)r、泥晶—粉晶灰質云巖，為一套還原環(huán)境下臺地相沉積。

2.2 物性

T59和T582井寒武系—奧陶系碳酸鹽巖儲集層巖心實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儲集層占T59井儲集層總厚度的66.99%，孔隙度介于1.0%～2.0%的占儲集層總厚度的26.96%，孔隙度大于2.0%的占儲集層總厚度的6.05%。孔隙度小于1.0%的白云巖儲集層占T582井儲集層總厚度的42.79%，孔隙度介于1.0%～2.0%的占儲集層總厚度超過23.38%，孔隙度大于2.0%的占儲集層總厚度的33.83%，儲集層總體孔隙度不高。根據儲集空間分布，研究區(qū)白云巖儲集層較灰?guī)r儲集層更有利于油氣成藏。

圖3 不同孔隙度區(qū)間灰?guī)r及白云巖儲集層占儲集層總厚度比

T59井巖心(見圖4(a))可見2個洞徑為2～3 mm的未充填小洞、1條寬度為1 mm的直立有效縫，FMI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?？紫冻识嘟菭?、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度和脆性，能夠抵抗埋藏期的壓實作用，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，對儲集層孔隙的繼承和保存較為有利。研究區(qū)經歷多期構造運動，產生大量裂縫并溝通原有孔隙，構造破裂有助于形成裂縫—孔洞型優(yōu)質儲集層。

圖4 T59和T582井儲集層巖石薄片鑒定

2.3 電性

T59井深、淺雙側向電阻率曲線呈中幅度正差異；深側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、淺雙側向電阻率曲線呈小—中等幅度正差異，局部重疊；深側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個水層(36.0 m)、1個含氣水層(34.0 m)、1個氣水同層(8.0 m)、3個差油氣層(35.0 m)、1個油氣層(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 儲集層地球物理響應

3.1 測井特征

通過微電阻率成像測井解釋可以直觀識別層理、裂縫和溶孔等地質體[22]。利用Techlog軟件對FMI成像測井資料進行處理，通過地質體識別和縫洞參數計算實現儲集層結構和構造的精細表征(見圖5)。

圖5 FMI成像測井裂縫及溶洞評價

T59、T582井在構造位置上處于逆沖斷層端部，研究區(qū)為大型逆沖推覆構造單元，主要受擠壓應力的影響。T59、T582井所處位置段的逆斷層走向為南偏東60°左右，只有受北偏東30°的強擠壓應力才能形成該走向的逆斷層[23]。FMI成像測井是根據地層應力的各向異性判斷的，井眼在最大主應力方向縮徑，在最小主應力方向擴徑，最大主應力導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縫[24]。誘導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造運動的結果。

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))，頂部的奧陶系在構造運動中被全部剝蝕，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，儲集層滲透性越好。結合巖心資料，推測地層在構造和溶蝕綜合作用下形成宏觀的應力縫和微觀縫，白云巖儲集層經歷后期改造，裂縫和溶蝕孔較西南翼灰?guī)r儲集層的更發(fā)育，更有利于油氣儲存。

表2 T59和T582井裂縫物性參數

3.2 地震反演特征

地震波阻抗與含油氣儲集層具有很好的對應關系。利用敏感曲線對聲波進行重構，加大儲集層與圍巖的速度差異，是提高測井約束地震反演對儲集層的刻畫能力的關鍵[26]。儲集層的巖石物理性質受測井曲線的頻率制約，曲線的高頻分量體現薄層和層內信息，低頻分量體現宏觀地層信息，采用Mallat小波分解算法，提取敏感曲線反映儲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))，無法識別灰?guī)r中的白云巖儲集層。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行波阻抗反演識別白云巖儲集層。地質統計學反演結果顯示，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 潛山內幕碳酸鹽巖儲集層測井反演

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)預測

4.1 巖性邊界

基于Mallat小波分解和分頻重構算法，利用波阻抗對白云巖和灰?guī)r進行區(qū)分，斷裂東北部缺失高波阻抗奧陶系地層，說明東北翼地層經過抬升后風化剝蝕嚴重，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、寒武系潛山構造，呈近東西向弧形展布(見圖8)，受F2逆斷層控制，上寒武統、奧陶系向南抬升剝蝕。斷背斜南部與北部呈鏡像構造，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，整體表現為受斷裂控制的寬緩平臺區(qū)。

圖8 研究區(qū)潛山構造典型剖面

采用波阻抗重構反演刻畫地層巖性，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，F1逆斷層南部斷背斜寒武系下丘里塔格組白云巖未經過剝蝕期的二次改造，儲集層物性較差；F2逆斷層北部斷背斜奧陶系灰?guī)r受地質抬升后被完全剝蝕。T582井白云巖頂面直接接受風化剝蝕，在儲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 甜點區(qū)刻畫

根據層位三維地震數據，寒武系—奧陶系碳酸鹽巖潛山頂面構造表現為寬緩的斷背斜平臺[27]，發(fā)育眾多殘丘形成的獨立小背斜高點(見圖10(a))。在下丘里塔格組白云巖分布區(qū)發(fā)育20個自成背斜圈閉，以-2 530 m為閉合線，有利圈閉面積為17.20 km2，高點海拔為-2 380 m，厚度為150 m。結合巖性波阻抗屬性平面分布，預測構造高部位的白云巖甜點區(qū)(見圖10(b))。東北翼的勘探開發(fā)有利區(qū)應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集層甜點區(qū)分布

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

5 結論

(1)塔中東部白云巖儲集層整體物性優(yōu)于灰?guī)r的，T582井的砂屑白云巖、細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，經過構造運動和風化作用改造的白云巖儲集層比灰?guī)r儲集層更易產生裂縫和溶蝕孔洞，具有更好的儲存油氣的空間和滲透性，研究區(qū)大部分白云巖儲集層分布在F2斷層以北，為勘探主要方向。

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