南海某盆地碳酸鹽巖潛山巖溶型儲層特征及成因

一、碳酸鹽巖潛山巖溶型儲集層的沉積和精細地層南海盆地凹陷的基本部分主要由碳酸鹽巖組成。它經歷了從西到燕的多期結構運動，整個石碳系都得到了提升，受到了二疊紀-白牙期地質時代的風化和侵蝕，并形成了大量高質量的碳酸鹽巖礦床。經過多年的勘探,發現了多個潛山油氣藏,但碳酸鹽巖潛山巖溶型儲層發育的的復雜性,一直制約著對其進一步的勘探。筆者試圖從鉆井較多并已經開發的W區塊入手,對碳酸鹽巖巖溶型儲層的特征進行總結分析,探索一套利用地震資料識別巖溶型儲層的技術方法。二、鉆井過程會發生大量漏失和鉆具放空碳酸鹽巖潛山的巖溶可劃分為表層巖溶帶、滲流巖溶帶和潛流巖溶帶。筆者根據研究區的巖溶發育特點,依據鉆井過程中的鉆井液漏失、鉆具放空(圖1)和測井等資料,并參考國內外巖溶學專家對各巖溶帶的研究成果,對研究區巖溶帶進行了劃分和對比。表層巖溶帶(風化淋濾巖溶帶)主要指潛山頂面因大氣降水淋濾、風化、剝蝕以及砂礫巖的充填等因素形成的巖溶化巖層的最表層部分。它是在石灰巖骨架的基礎上發育形成的,其厚度數米至數十米。表層巖溶帶在本區是主要的儲集層,幾米至幾十米不等。主要由石灰巖、巖溶角礫巖、砂泥巖、風化土等組成,儲集空間主要為眾多的溶蝕孔洞、溶蝕裂縫以及砂礫巖粒間孔隙等,在鉆井過程中往往會出現鉆井液的大量漏失和鉆具放空現象。如E井在鉆遇此段時漏失鉆井液636m3;F井在鉆遇此段時,34m的井段發生5次鉆具放空現象,最大放空量為4.5m,總放空量達10.5m(本井為斜井)。在測井曲線上,表現為自然伽馬曲線增高,電阻率曲線降低和聲波時差的增大等現象。表層巖溶帶一般厚度30～50m。滲流巖溶帶(垂直滲流帶)主要是指表層巖溶帶以下,季節變動帶以上,地表徑流、大氣降水依靠重力,沿裂縫或孔隙發育帶向下滲濾的層段。它主要發生垂向的淋濾,因此容易形成溶蝕裂縫或形成孤立的溶蝕孔洞。在鉆井過程中,可能會發生鉆井液的漏失,或小的鉆具放空。在測井曲線上,自然伽馬和聲波時差曲線均較平直,電阻率曲線呈現高值,只在裂縫發育段出現聲波時差的瞬時升高現象。一般厚度為50～80m。潛流巖溶帶(水平潛流帶)位于巖溶帶的最下部,它主要受季節水位變動的控制。在潛流巖溶帶,巖溶的發育既受垂向淋濾作用,也受橫向水流長期沖刷的影響,將巖層中易溶物質通過水流進行充分的交換,往往形成較大的橫向連通的溶蝕孔洞或孔洞群。由于季節水位的升降,在一個地區往往形成多期次的橫向分布的溶洞,在橫向上具有一定的可對比性。由于潛流巖溶帶大的溶洞比較發育,在橫向上連通性較好,再加上裂縫的縱橫向的相互溝通,因此是很好的油氣儲集空間。在鉆井過程中,往往出現大量的鉆井液漏失和大段的鉆具放空現象。如E井在本段發生鉆具放空3次,最大放空量為6m;Ⅰ井在本段發生鉆具放空達5次,最大放空量為10m,總放空量為16m。本段在測井曲線上特征明顯,孔洞在某一個井段密集發育,具有較大的厚度。這些孔洞也較易識別,如井徑曲線的大幅增大、大段聲波時差曲線的大幅度增大以及電阻率曲線的大幅度降低等。潛流巖溶帶孔洞的發育受多期次季節水位的升降等因素的控制,它的厚度跨度較大,可從幾十米至幾百米不等。根據鉆井證實,研究區的潛流巖溶帶厚度大于200m。三、石碳系潛山儲層特征1.未充填多孔地層井曲線圖2為I井在鉆井時鉆井液漏失、鉆具放空井段的測井曲線圖。在孔洞發育段,測井曲線往往表現出井徑增大(未充填空洞),密度測井值降低、聲波時差增大、電阻率測井系列不同程度的降低;未充填孔洞放射性測井呈現為低值(砂泥質充填孔洞為高值)、低阻抗的特征;在全波列陣列測井上出現明顯的橫向擾動現象。2.風化帶的基巖石炭系潛山的巖性主要由潛山頂部風化剝蝕的原地堆積物或基巖骨架的溶蝕孔洞內的砂礫巖堆積物和基巖兩部分組成。潛山頂部風化剝蝕的原地堆積物或基巖骨架的溶蝕孔洞內的砂礫巖堆積物,這部分也稱之為風化帶。主要由風化剝蝕后殘存的石灰巖以及淺灰—灰白色、含礫砂巖、砂礫巖組成。一些井的潛山頂部有一層棕紅色鐵質風化土、灰白色白堊土,直接指明了風化殼的存在。基巖是指保存較完好碳酸鹽巖。研究區的基巖巖性主要有淺灰—灰白色泥晶藻砂屑灰巖、含云質灰巖、白云巖、角礫狀灰質白云巖等巖性,其中以白云巖和泥晶藻砂屑灰巖為主。巖性質純,基本不含泥質。3.基巖巖石特征根據4口井的化驗分析資料,風化帶中含礫砂巖、砂礫巖的孔隙度和滲透率變化較大,孔隙度在4%～28.9%之間,滲透率在(0.012～671)×10-3μm2,平均孔隙度為10.2%,平均滲透率為87×10-3μm2,基本表現為碎屑巖的特征。各種基巖巖石的物性統計結果表明,白云巖和泥晶藻砂屑灰巖物性較好,孔隙度平均在5%～12%,是主要的儲集巖類;其他巖類(灰質白云巖、含云質灰巖等)的物性較差,平均孔隙度多小于5%,一般為非儲層。4.儲集體與裂縫發育(1)原生基質孔隙主要包括晶間孔和粒內孔,主要發育在白云巖、泥晶藻砂屑灰巖中。據E井巖心薄片統計,其面孔率一般為1.5%～3%,最大為8%。(2)溶蝕孔、洞。根據鉆井和測井資料的統計,目前所鉆探的井,除C井未能鉆遇巖溶型儲層外,其余的井均鉆遇了巖溶孔洞型儲集層,出現了大量的鉆井液漏失和不同程度的鉆具放空。大型溶蝕洞穴主要發育在表層巖溶帶和滲流巖溶帶,溶洞規模大,連通性好;大型溶蝕洞穴發育的巖層,往往伴隨大量的溶蝕孔(小于2mm)的發育,溶蝕孔也提供了巨大的儲集空間,和溶蝕洞、大型洞穴相連通,構成一個大型的儲集體,成為油氣聚集成藏的有利場所。如I井在潛流巖溶帶的1820～1904m井段,發生鉆井液漏失,共漏失鉆井液和海水14275m3,在1918～1928m處鉆具放空達10m,致使鉆井液有進無出,只好完鉆。G井在鉆開潛山頂面時,出現了5.5m的鉆具放空,并漏失鉆井液和海水3130m3,鉆井液只進不出。(3)構造裂縫。A凹陷經歷了海西—喜山期的多期拉張應力的構造運動,尤其是石炭系潛山主要為脆性的碳酸鹽巖地層,更容易造成構造裂縫的發育。根據巖心以及鏡下薄片的觀察,潛山灰巖裂縫非常發育:E井的5塊巖心表面統計,面積450cm2,共有裂縫250條,裂縫密度達0.56條/m,經圖像分析儀分析的4塊巖心樣品,有微裂縫34條,密度為2.28條/m,其中半充填和未充填的裂縫占27%。巖心觀察中還發現方解石半充填裂縫中發育晶洞,最大直徑達45mm。巖石薄片中微裂縫也非常發育,觀察的40塊薄片,片片有微裂縫,累計超過456條,平均11.4條/片。但早期的構造縫往往被方解石全充填充填或半充填,后期的未充填構造裂縫切割早期的全充填和半充填裂縫,對巖溶儲集體起到了明顯的積極的改造作用。不管是大型的構造裂縫,還是小型的微裂縫,它既是儲集空間,又是滲濾的通道。雖然裂縫所提供的儲集空間很小,但裂縫能夠溝通溶蝕孔洞,增大基巖的滲透能力,從而使較小的孔洞相互連通成為巨大的孔—洞—縫儲集體,極大地改善油氣的儲集和滲濾條件;另一方面在采油過程中,也能增大單井的泄油半徑,提高采油效率。根據構造應力分析和用傾角測井處理的裂縫玫瑰花圖,本區的構造裂縫主要有4組:和主斷裂方向一致;伴隨主斷裂產生的一組近NE向的構造縫;一組和主斷裂垂直的NW向的構造縫;一組共扼構造裂縫。5.儲層類型(1)洞穴和裂縫發育裂縫—孔洞型儲層儲集空間既有孔洞,又有裂縫,兩者對儲集性能均有相當大的貢獻。其中孔洞主要由孔(包括基質孔隙和溶蝕孔隙)和小—中洞組成,無大洞、巨洞。裂縫比較發育,既是主要的儲集空間之一,也是主要的溝通孔洞的滲流通道。該類儲層具有儲集空間大、滲透性好的特點,而且具有較高和穩定的產能。這類儲層主要發育在表層巖溶帶,為本地區主要的儲層。(2)儲集層的形成主要是以構造裂縫為主要儲集空間和滲流通道的儲層。由于基質巖石的孔滲均比較低,構造裂縫密集發育區就能夠形成以裂縫為主要儲集和滲濾空間的儲集層。這類儲層主要發育在滲流巖溶帶和局部的構造帶。(3)有利儲層類型洞穴型儲層儲集空間為大型洞穴(包括大洞、巨洞),儲集空間巨大,加之裂縫對溝通洞穴和改善滲流性能的作用,形成了儲集空間巨大、儲滲能力極好的最有利儲層類型。這類儲層主要發育在潛流巖溶帶,是本地區最重要的一類儲層。E、I井在潛流巖溶帶發生的大段鉆具放空以及大量的鉆井液漏失,都是因為這類儲層比較發育所致。四、巖儲層地震識別1.碳酸鹽巖內的巖溶型儲集層對巖溶型儲集層地震響應特征的認識主要通過對已鉆井制作合成記錄,對巖溶孔洞型儲集層在地震上進行標定,然后對多口井進行分析和總結。圖3為I井巖溶型儲集層發育段在地震上的標定結果。在碳酸鹽巖內幕的孔洞發育段,表現為短軸狀強振幅、低頻率、高能量的地震反射特征;而在表層巖溶帶,巖溶型儲集層主要表現為較弱振幅、弱連續(低相干)、波形橫向上有變化、低阻抗的地震反射特征。這和對孔洞型儲集層的正演結果的分析相一致。在碳酸鹽巖內幕,如果沒有孔洞的發育,則沒有異常反射;在表層巖溶帶,孔洞型儲集層不發育的話,由于上覆的砂泥巖地層和較致密的灰巖地層存在很大的阻抗差,則會出現強振幅、強連續(高相干)的地震反射特征(C井)。因此利用地震的振幅屬性可以對碳酸鹽巖的巖溶型儲集層進行識別和預測。2.不同時窗敏感地震屬性識別根據對巖溶型儲集層的地震反射特征的認識,采用根據鉆井和測井資料對巖溶帶劃分和對比的結果,制定合理的地震時窗,進行沿層地震屬性的提取,來對巖溶型儲層在平面上的分布特征進行識別和分析。根據模型正演以及地震標定對地震參數變化特征的分析,對巖溶型儲集層特征最為敏感的地震屬性主要為振幅屬性、能量屬性、波阻抗屬性等。因此對表層巖溶帶、內幕巖溶帶進行不同時窗敏感地震屬性的提取,在分析時依據在剖面上對地震標定的認識,再結合地震剖面判斷巖溶型儲集層在縱向上以及在平面上的分布特征進行識別和預測。圖4為研究區反映內幕巖溶分布的均方根振幅平面圖。根據地震標定的結果,內幕巖溶儲集層為強振幅、高能量、低阻抗的反射特征,再根據已鉆井中巖溶的發育程度進行平面的標定,如E、I、B井在內幕均鉆遇優質的厚層孔洞發育段,在平面圖中均表現為強振幅、低阻抗、高能量的特征,因此圖中強振幅、低阻抗、高能量分布區域即為內幕巖溶型儲集層。再結合其他的敏感地震屬性(如相干、分頻振幅屬性等)平面特征,進行綜合分析,就可以準確地確定巖溶儲集層的分布特征,對下一步的勘探起到積極的指導作用。五、潛山儲集層(1)區內巖溶在縱向上可劃分為表層巖溶帶、滲流巖溶帶和潛流巖溶帶;其中表層巖溶帶和潛流巖溶帶巖溶型儲集層最為發育,是本區重要的油氣儲集空間。(2)除了白云巖、泥晶藻砂屑灰巖有一定的基質孔隙外,其他的巖類孔滲均較差。潛山儲集層是以次生的巖溶孔洞型儲層為