塔河油田奥陶系碳酸盐岩储层古溶洞充填特征与垂向物性分布

邹婧芸，马晓强，侯加根

（1.中国石油大学（北京）地球科学学院，北京102249；

2.中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京102249；

3.中海油研究总院，北京100027）

塔河油田奥陶系碳酸盐岩储层古溶洞充填特征与垂向物性分布

邹婧芸1，2，马晓强3，侯加根1，2

（1.中国石油大学（北京）地球科学学院，北京102249；

2.中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京102249；

3.中海油研究总院，北京100027）

塔河油田古岩溶储层的储集性能与溶洞内部充填特征密切相关。通过对露头、岩心和成像测井的直接认知，区分了溶洞内部的充填物类型和充填程度，开展了溶洞充填特征的识别研究，最后建立了溶洞充填结构模式，并探讨了基于充填特征的古溶洞物性分布特征。研究认为，溶洞充填物主要有搬运型沉积物、垮塌型堆积物及化学型胶结物三种类型，溶洞充填程度可分为部分充填型溶洞和全充填型溶洞；不同充填特征的溶洞表现出不同的测井响应特征；溶洞的充填结构具有“多期次、准层状”的特点，垮塌角砾岩充填多与砂泥混积，物性较差，砂泥岩充填段物性相对较好，整体孔隙度分布表现出多段韵律叠加的特征。

塔河油田；溶洞；充填物；充填程度；垮塌角砾岩

塔河油田发现于1997年，已获得探明储量约1.2×108t，油田目前的主要产量来自于奥陶系碳酸盐岩缝洞型油藏，它不是传统意义上的碳酸盐岩油藏，而是一种大气水岩溶成因的改造型油藏［1－4］。在塔河油田奥陶系，不乏有尺度几米、甚至几十米的大规模溶洞，这在钻井（大量放空、漏失）、岩心（破碎、收获率低甚至取不到心）、成像测井（大段阴影）等资料中均可找到直接证据，这些溶洞就是最有利的储层，而溶洞的充填特征直接影响着溶洞的储集性能［5］，因此，关注溶洞的内部充填对该类储层的高效和精细开发有重要的实际意义。

1 地质概况

塔河油田位于塔里木盆地北部沙雅隆起阿克库勒凸起的西南斜坡上，西为哈拉哈塘凹陷，北为雅克拉断凸，东为草湖凹陷（图1）。海西早期是本区最重要的岩溶发育期。塔北地区在海西早期发生了剧烈的构造抬升，不仅形成了大量褶皱和断裂，而且造成了志留系—泥盆系、上奥陶统的普遍剥蚀和缺失，中—下奥陶统顶部也遭受了一定程度的剥蚀，形成了区域性的不整合面（风化壳），这为大气水岩溶的发生提供了非常有利的条件。据4000余块岩心样品物性分析数据统计发现，其孔隙度平均值为0.96％，其中小于2％的样品占到了约94％，渗透率平均值小于0.1×10－3μm2，只有1％的样品基质渗透率大于1×10－3μm2，这表明塔河油田奥陶系储层的基质孔渗是非常差的，基本不具有储渗能力，而真正有意义的储集空间是洞（大型溶洞）、孔（溶蚀孔洞）、缝（不同尺度断裂及裂缝），其中大型溶洞是最重要的储集空间，据塔河油田统计，油田超过90％的产量均来自于此。

图1 塔里木盆地塔河油田构造位置图

2 溶洞充填特征

溶洞的充填是一个普遍现象，这在现代岩溶中也可以得到证实，它对溶洞的储集性能有着重要的影响。

2.1 充填物类型

结合露头及岩心观察发现，塔河油田奥陶系缝洞型储层溶洞的充填物通常有三种类型：搬运型沉积物、垮塌型堆积物以及化学型胶结物，其中后两者为原地充填，是没有发生位移的充填物。

（1）搬运型沉积物

主要为流水作用的产物，以砂、砾及泥质为主，富含外来组分颗粒，有不同程度的分选及磨圆，可见到流水沉积层理如平行层理、交错层理等，此类充填物常会与垮塌角砾混积，有重力分异和角砾定向排列等现象（图2a，图2b，图2c）。该类充填物其实与碎屑岩无异，可能会具有较好的储集性能，是潜在的油气储层。

（2）垮塌型堆积物

在岩溶作用进行过程中，随着溶蚀作用的持续进行，达到一定程度后，会发生岩石的垮塌崩落，形成角砾岩，其成分与围岩一致，分选、磨圆差，而崩落下的角砾岩自身也可能是裂纹化的［6］。初始形成的堆积物中角砾之间是存在很多空隙的，这些空隙可能会被后续的更小的垮塌角砾充填，但这种充填物始终保持着一种比较优良的孔隙度（图2d，图2g）。

（3）化学型胶结物

溶洞水以化学沉淀方式沿洞壁向洞中生长而形成充填物质（如石笋、石钟乳），其成分主要为方解石，具纹层状多期沉淀特征。化学沉积充填物的储集空间以晶间孔为主，基本不具有储渗性能，难以构成有效的储集空间，裂缝发育时例外（图2e，图2f）。塔河油田奥陶系储层溶洞、裂隙中的方解石胶结物主要显示出无机成因特点，推测塔河油田奥陶系可能经历了大气水淋滤和海水成岩作用以及埋藏溶蚀等强烈的水—岩作用。

通常古溶洞内部的充填物类型并不是单一的，大部分古溶洞都表现出复合充填的特征。

图2 古溶洞充填物的露头和岩心特征

2.2 充填程度

目前塔河油田的研究通常是根据充填物的量将奥陶系溶洞的充填程度分为三类：未充填、半充填和全充填。实际上，应该说绝对意义上完全中空的溶洞是不存在的，只是有多少充填物、充填程度高低的相对问题，但被充填满、没有剩余空间的溶洞是存在的，从这个角度来说，未充填只是相对的。因此，本文将充填程度归纳为部分充填（充填程度不同）和全充填两类（图3）。溶洞的充填程度决定了它的储集性能，部分充填的溶洞是最有效的储层，而完全充填的溶洞则需要具体情况具体分析。

图3 溶洞充填程度的成像特征

不同充填程度的溶洞，会表现出不同的钻井或生产特征。部分充填的溶洞，在钻井过程中通常都会出现泥浆漏失的现象，此外，充填程度较高的溶洞一般不发生钻具放空现象，且需要酸压投产，而充填程度低的溶洞常会发生明显的钻具放空，且一般可自喷投产，单井产量高且长期稳定；全充填的溶洞在钻井过程中不出现放空、漏失现象，且一般产量较低。

2.3 充填特征的测井识别

在目前的实际工作中，限于分辨率的问题，利用地震资料预测溶洞的充填特征是非常困难的，而利用测井资料识别溶洞的充填特征是较为可靠有效的手段之一。

低充填程度的溶洞在钻井中有放空、漏失、低钻时（小于10 min/m）等特征，井径扩大特别明显，测井电阻率特别低，小于20Ω·m，三孔隙度曲线反映出较高的孔隙度，自然伽马值较低，数值小于20 API，FMI图像显示大段连续的深色阴影；高充填程度的溶洞与低充填程度溶洞的差异是前者钻时较高，钻井无明显放空，井径扩径较小，自然伽马为20 API～60 API，同时自然伽马能谱显示铀含量高、钾和钍含量稍低；全充填溶洞和非全充填溶洞的差异是前者基本不扩径，自然伽马更高，大于60 API，同时自然伽马能谱测井显示钾和钍含量很高（表1）。

溶洞表现出的电性特征不仅与充填程度有关，还与充填物类型有关。如富含砂泥充填，伽马测井会表现出高值，且电阻率值低，若主要是垮塌角砾岩充填，则其伽马值较低，电阻率高，化学型充填物的成分主要是方解石，且是淀积成因，较少与砂泥质混积，故其表现出的电阻、密度比砂泥质、垮塌角砾充填二者都高，但伽马值非常低，对于不同的充填特征，各测井值并没有确定的门槛标准。值得注意的是，化学型胶结充填物的成分与基岩接近，在常规测井曲线上的响应特征与基岩类似，因此难于根据常规测井曲线进行区分。

表1 不同充填程度溶洞的钻测井响应特征

3 内部充填结构与垂向物性分布

从溶洞的成因来看，洞穴都是由岩溶水对可溶性岩石进行溶扩形成的，没有水就没有岩溶，溶洞在形成过程中经历了持续的水流作用，其充填的显著特征就是充填物中含有大量的搬运型沉积物，且表现出初期快速堆积—中期稳定沉积—后期充填完成的演化过程［7，8］。

一般情况下，在溶洞内部，通常底部发育被搬运的角砾岩（被搬运的、发生位移的角砾岩归属于搬运型沉积物），有一定的分选及磨圆，角砾岩间的空隙常被砂泥充填而发生胶结，储集性能差；中部基本为多期稳定的砂泥岩与角砾岩互层沉积，以砂泥岩为主，在重力分异作用下呈现明显的正粒序特征，这里的砂泥岩经历的压实作用弱，一般具有较高的孔隙度，是潜在的油气储集体；顶部通常是裂纹化的围岩，也具有较好的物性。整体上看，溶洞的充填模式表现出角砾岩与砂泥岩交替出现的“准层状”正粒序或多个正粒序特征（图4）。要注意的是，所谓角砾岩充填段并非是指纯角砾充填而没有砂泥，实际只是以角砾岩为主，也有砂泥沉积，而砂泥充填段也可混杂有角砾，并非是绝对的单一物质充填，因为从溶洞充填演化过程来看，通常都是边沉积充填边垮塌的，沉积型砂泥岩和垮塌型角砾岩通常都是相互伴随混积的。

图4 溶洞充填模式

以T615井为例，5521.45～5553.5 m为一大型的洞穴，内部发育多期次的充填，且每一期次的充填基本是一套由下至上为角砾岩—砂泥质的岩性组合。单期充填内中下部的搬运角砾多混杂有砂泥，物性较差，岩心分析孔隙度、渗透率一般偏小，而上部的砂岩分选和磨圆都很好，取心上可见明显的油浸现象，石英相对含量75％～96％，杂基含量少，属于较纯的石英砂岩，结构成熟度高，粒间孔隙保存较好，岩心分析孔渗较高，孔隙度最高可达20％。与充填相对应，孔隙度表现为低值段、高值段的交替出现，总体呈现“多段韵律叠加”的特征（图5）。

图5 T615井溶洞充填与物性特征

4 结论

（1）塔河油田奥陶系碳酸盐岩储层古溶洞的充填物包括搬运型沉积物、垮塌型堆积物以及化学型胶结物三类，充填程度可分为部分充填和全充填两种；不同充填物对应不同的测井响应特征，其中搬运型沉积物表现出高伽马值、低电阻率值，垮塌型堆积物表现为伽马值较低，电阻率值高，而化学型胶结物表现为高电阻率值、高密度，但伽马值非常低。

（2）溶洞的储集性能与充填特征有密切的关系。塔河油田奥陶系碳酸盐岩储层古溶洞的内部充填具有“多期次、准层状”的特点，整体上孔隙度曲线表现为多段韵律叠加的特征；在单期充填内，下部垮塌角砾岩通常被砂泥质胶结，物性较差，在生产中可通过酸压实现投产，上部的砂泥充填段孔隙度相对较好，可达20％，是值得关注的目标。

［1］张希明.新疆塔河油田下奥陶统碳酸盐岩缝洞型油气藏特征［J］.石油勘探与开发，2001，28（17）：17－22.

［2］阎相宾.塔河油田奥陶系碳酸盐岩储层特征［J］.石油与天然气地质，2002，23（3）：262－265.

［3］肖玉茹，何峰煜，孙义梅.古洞穴型碳酸盐岩储层特征研究—以塔河油田奥陶系古洞穴为例［J］.石油与天然气地质，2003，24（1）：75－80.

［4］鲁新便，高博禹，陈姝媚.河油田下奥陶统碳酸盐岩古岩溶储层研究—以塔河油田6区为例［J］.矿物岩石，2003，23（1）：87－92.

［5］Zhong Jianhua，Mao Cui，Li Yong，et al.Discovery of the ancient Ordovician oil－bearing karst cave in Liuhuanggou，North Tarim Basin，and its significance［J］.Science China（Earth Sciences），2012，55（9）：1406－1426.

［6Loucks R G，Mescher P K，Mcmechan G A.Three－dimensional architecture of a coalesced，collapsed－paleocave system in the Lower Ordovician Ellenburger Group，central Texas［J］.AAPG Bulletin，2004，88（5）：545－564.

［7］马晓强，侯加根，胡向阳，等.塔里木盆地塔河油田奥陶系断控型大气水岩溶储层结构研究［J］.地质论评，2013，59（3）：521－532.

［8］侯加根，马晓强，胡向阳，等.碳酸盐岩溶洞型储集体地质建模的几个关键问题［J］.高校地质学报，2013，19（1）：64－69.

［责任编辑 李晓霞］

The Ancient Karst Cave Filling Characteristics and Physical Property Distribution of the Fracture－Cave Reservoirs in Ordovician of Tahe Oilfield

ZOU Jing-Yun1，2，MA Xiao-qiang3，HOU Jia-gen1，2
（1.College of Geosciences，China University of Petroleum（Beijing），Beijing 102249，China；
2.State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting，China University of Petroleum（Beijing），Beijing 102249，China；3.Beijing Research Center of CNOCC China Ltd.，Beijing 100027，China）

The reservoir property of kast cave in Tahe oilfield was closely related to its inner filling characteristics.Based on direct cognition of outcrop，core and imaging logging，made clear of the inner filler＇s type and filling degree of the karst cave，conducted the research of cave filling characteristics identification，finally established the cave filling structuremode and probes into the physical distribution characteristics of ancient kast cave.Research suggested that the karst cave fillings mainly had three types：portative type sediments，collapse type deposits and chemical type cement.Cave filling degree was divided into partial filling karst cave and full filling type cave.Different filling characteristics of karst cave showed different logging response characteristics.Karst cave filling structure had a characteristics ofmultiple phase and quasi－laminar.The collapse breccia fillingsweremainlymixed with arenaceous pelitic sediments，it had poor physical properties，while sand and shale filling period had a relatively good physical properties，the overall porosity distribution showed more superposition of rhythm characteristics.

Tahe oilfield；karst cave；fillings；filling degree；collapse breccia

TE122.2＋3

A

1004－602X（2014）03－0064－04

10.13876/J.cnki.ydnse.2014.03.064

2014-07-25

国家重点基础研究发展计划（973）课题（2011CB201003）；国家科技重大专项课题（2011ZX05014－002）

邹婧芸（1989—），女，湖北潜江人，中国石油大学（北京）地质工程专业在读硕士研究生。