塔河油田六区碳酸盐岩溶洞型储集体三维地质建模

2015-05-14符幸子徐守余王淑萍丁烽娟

断块油气田 2015年4期

符幸子，徐守余，王淑萍，丁烽娟

（中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，山东青岛 266580）

碳酸盐岩油藏是世界上最重要的油气勘探开发领域之一，占已探明石油储量的52%，全球油气总产量的60%[1-2]。位于塔里木盆地北部二级构造单元沙雅隆起南翼、阿克库勒凸起斜坡上的塔河油田，其奥陶系碳酸盐岩缝洞型储层是我国第1个特大型的古生界海相碳酸盐岩油田[3]。其在地质历史上经历了加里东—海西—喜山等多期构造运动以及后期岩溶改造作用，形成了广泛的岩溶发育区。为了描述其溶洞型储集体在三维空间的展布规律，本文建立了溶洞储集体的三维地质模型。

本次建模所针对的研究工区为塔河油田六区，位于塔河油田的西北角，北部边界为TK672井，南部边界为TK648井，西部边界为TK684井，东部边界为TK641井。建模所圈定的区域南北平均长约11 km，东西平均长约4.5 km，面积约为50 km2。

1 建模思路

国内对碳酸盐岩储层的建模研究始于最近几年，时间较短，但经过研究者们的努力，依然积累了一些宝贵的经验。例如，纵向上层系的“岩溶相控建模”和储集空间的“多类型”建模原则[4]；纵向上层系的“溶洞类型建模”和“波形数据体”约束建模[5]；利用 RMS振幅属性提取技术建立溶洞模型[6]；以高精度三维反演结果为基础，统计溶洞的反演阻抗区间值作为溶洞概率分布体来建模[7]；溶洞相多点统计学建模方法[8]等。本次建模借鉴前人的研究成果，根据工区可利用的资料以及建模的可操作性，注重地质理论的指导，提出遵循“成因控制”的原则，分析溶洞的成因类型，从而建立溶洞型储集体的三维成因模型。建模流程如图1所示。

王玉江(1970-)，男，博士，教授，主要研究方向为新型建筑材料和信息功能材料。E-mail: wang_yu_jiang@163.com

图1 碳酸盐溶洞型储集体建模流程

2 “成因控制”的地质约束

所谓“成因控制”，是指岩溶发育规律对建模的控制作用，即以溶洞的成因特征作为建模的地质约束条件。根据现代岩溶理论，自地表向下，地下水动力逐渐减弱，岩溶发育强度也逐渐减弱，表现出明显的分带特征[9]。研究区地层垂向上自上而下可划分为表层溶蚀带、渗流溶蚀带、径流溶蚀带、潜流溶蚀带等4个带，不同的岩溶带发育不同成因类型的溶洞。

1）表层溶蚀带属于岩溶剖面结构的最上层，位于不整合侵蚀面附近[10]。裸露原岩受到强风化淋滤作用而发生岩溶，大气降水是表层溶蚀带形成的主要动力。地表水沿着裂隙渗透溶蚀形成的直径大于15 000 mm的溶洞，即落水洞。

1）整理总结塔河油田的井资料，结合前人研究成果，得出溶洞型储集体在钻井、录井、测井上具有如下识别标志[14-17]。

3）径流溶蚀带位于地下潜水面附近。由于上部淋滤水的汇集，形成较强的地下径流，产生强溶蚀作用，可形成具有一定规模的近水平溶洞[9-10]。其中：厅堂洞是径流带内垮塌形成的规模较大的溶洞；水流汇聚于地下暗河的干流区域后形成的直径大于5 000 mm的溶洞便是干流洞；地下暗河支流段受侵蚀形成的直径介于500～5 000 mm的洞穴为支流洞；直径小于500 mm的则称之为末梢洞。

根据本文岩溶带的划分标准，即以不同岩溶带的测井响应特征、地震反演剖面特征以及溶洞的发育特征为依据，先从单井着手，定量划分其岩溶带，从而得出整个研究区的岩溶带发育特征。

3 研究区岩溶垂向分带

3.1 岩溶垂向分带理论及划分依据

4.2.1 井震结合识别溶洞

表1 岩溶垂向分带划分依据

3.2 垂向岩溶带划分

4）潜流溶蚀带处于岩溶带的最底层，水动力条件最弱，溶洞基本不发育。

2．质量佳、毛料出成率高。世界蓝宝石毛料出成率一般在20%左右，而昌乐蓝宝石毛料一般高于50%，最高达80%，出成率远高于世界水平。

3.演习前1 d:战备等级转换及物资转运，按一级部署展开医学中心基本指挥所，加强战备值班。医疗队接到命令后组织队员快速集结，进行携行物品器材装载。到达码头，组织物资装载上舰，接收舰编医务人员和舰载医疗设备，明确各人员分工。

1.1.1 纳入标准 ①合并有Ⅰ型或2型糖尿病病史的患者；②符合手术指征择期进行手术治疗的患者；③年龄在25～65周岁之间的患者；④能够良好配合临床研究的患者；⑤拥有正常的语言沟通能力，能够与医护人员进行正常沟通；⑥知晓研究内容，并同意参与的患者。

3）识别结果。依据测井解释结果，塔河油田六区共73口井中，有31口井钻遇溶洞，累计钻遇溶洞220个。其中，位于表层溶蚀带的溶洞有90个，位于渗流溶蚀带的溶洞有45个，位于径流溶蚀带的溶洞有85个。

图2 S74井岩溶垂向分带特征

2）渗流岩溶带。发育于距奥陶系顶面37～177 m处，厚度约140 m。岩性主要为黄灰色微晶砂屑灰岩，砂屑体积分数随着深度加深由45%左右逐渐减少，进而转变为以微晶为主，体积分数达91%。该段自然伽马值为3～80 API，深侧向电阻率值为107.0～2 014.0 Ω·m，浅侧向电阻率值为 97.0～1 956.0 Ω·m。裂缝孔隙度为0.03%～0.25%，平均为0.08%；溶洞孔隙度为0.71%～2.82%，平均值为1.11%；总孔隙度为0.77%～3.07%，平均值为1.19%。5 556.84～5 564.07 m处发生井漏现象。

3）径流岩溶带。发育于距离奥陶系顶面177～219 m处，厚度为42 m。岩性为黄灰色微泥晶灰岩、亮晶砂屑灰岩，砂屑体积分数达85%。该段自然伽马值5～52 API，深侧向电阻率值 7.0～5 440.0 Ω·m （一般小于400.0 Ω·m），浅侧向电阻率值 5.0～5 059.0 Ω·m（一般小于120.0 Ω·m）。裂缝孔隙度 0.07%～0.47%，平均0.20%；溶洞孔隙度0.87%～4.09%，平均值 1.98%；总孔隙度1.24%～4.16%，平均值2.18%。溶洞发育段：5 653.00～5 655.00 m，为完全充填溶洞，充填物为砂泥；5 677.00～5 678.50 m，部分充填溶洞，充填物为砂泥。

4）潜流岩溶带。发育于距奥陶系顶面219 m以下，岩性以黄灰色微晶灰岩为主，岩溶发育程度极弱。

系统用能包括蒸汽和电力，因此在节能计算时需要进行能源折算，按照上海市地方标准，电力折标系数取0.288 kgce/kWh。蒸汽均为饱和蒸汽，新鲜蒸汽比焓为2745kJ/kg，折标系数 =2.745＊0.03412=0.0937kgce/kg；再生蒸汽比焓为2679kJ/kg，折标系数=2.679＊0.03412=0.0933kgce/kg。

4 三维地质建模

4.1 岩溶分带模型

岩溶分带模型与常规碎屑岩中的地层模型相类似，即把岩溶带视为“小层”，将岩溶带分界面视为“地层”界面[13]。本次建模以奥陶系T74解释层面经过时深转换后作为模型的顶面，纵向上将地层分为表层溶蚀带、渗流溶蚀带、径流溶蚀带、潜流溶蚀带等4个带。由于多数井未能钻穿奥陶系，因此将其顶面下移250 m作为模型的底面。根据测井资料结合地震资料，识别钻遇溶洞的井中不同岩溶带的分界线，确定井上的分带数据，通过插值得到不同岩溶带的分界面。在此基础上，根据研究区范围（11 km×4.5 km）和目的层段厚度（约250 m），并考虑到计算机的计算承受能力，设计长2.0 m，宽2.0 m，高0.1 m的三维网格模型。据此，建立塔河油田六区的三维岩溶分带模型（见图3）。在此范围内：表层岩溶带分布于距离奥陶系顶面0～40 m，S80井段厚度最小，约为27 m，个别井厚度较大，如TK441井和TK668井，厚度分别为51，64 m；渗流溶蚀带分布于距离奥陶系顶面30～140 m，TK622井段厚度最小约为 33 m，TK617井厚度最大约为 112 m，TK442，TK611，TK614，TK648等4口井未钻至渗流溶蚀带；径流溶蚀带分布于距离奥陶系顶面110～200 m，TK667井厚度最小约为51 m，S74井厚度最大达140 m，有多口井未钻至此带，如 TK686，TK679，TK684 井等；潜流溶蚀带则分布于距离奥陶系顶面80～220 m，大部分井均未钻至此带。

图3 三维岩溶分带模型

4.2 溶洞储集体模型

岩溶垂向带在测井曲线响应，钻速，地下水径流方式，岩溶作用类型，缝洞体的形态、分布、充填特征等方面存在差异（见表1），据此可进行研究区岩溶带垂向上的划分[10-12]。

井资料垂向上具有较高的分辨率，可作为建模的“硬数据”；地震资料横向上具有较好的连续性，可作为建模中起约束作用的“软数据”。

2）渗流溶蚀带位于表层溶蚀带以下至潜水面附近。地表水受重力或水力梯度作用，沿断层或裂隙向下淋滤、溶蚀，形成一系列垂直或高角度的溶蚀缝及溶蚀孔洞[9-10]。

——钻井、录井。钻时减小、钻具放空、钻速加快、泥浆漏失、井涌、井喷、无法取心及测井等，是识别大型溶洞的重要标志。

——测井。溶洞段测井曲线（见图4a）通常表现为：井径明显扩大；声波时差幅值明显增高；电阻率值明显降低，深浅双侧向电阻率出现明显的正差异；中子孔隙度图增大；密度值降低；自然伽马能谱曲线呈“弓”形，铀含量值高于围岩。成像测井图（见图4b）上，溶洞显示为较大的不规则星点分布的深色团块。

图4 溶洞测井识别标志

2）地震反射剖面。溶洞在地震反射剖面上主要表现为串珠状特征（见图5）。

图5 地震反射剖面

1）表层岩溶带。发育于奥陶系顶面至以下37 m处，厚度约37 m。岩性主要为黄灰色微晶砂屑灰岩，砂屑体积分数达75%以上。该段自然伽马值4～77 API，深侧向电阻率值 3.0～1 440.0 Ω·m（一般小于 340.0 Ω·m），浅侧向电阻率值 0.8～1 400.0 Ω·m （一般小于 80.0 Ω·m）。裂缝孔隙度0.04%～0.29%，平均0.11%；溶洞孔隙度0.75%～12.46%，平均值2.74%；总孔隙度0.79%～12.75%，平均值2.85%。溶洞发育段：5 468.00～5 474.80 m，为完全充填溶洞，充填物主要为砂泥，并含有少量角砾；5 484.00～5 486.00 m 和 5 494.00～6 496.00 m，为部分充填的溶洞，充填物为砂泥。

以S74井（奥陶系顶面为地下5 643 m深处）为例，其垂向岩溶分带特性如下（见图2）。

4）地震属性的井间约束。溶洞型碳酸盐岩储层多井测井约束地震反演研究结果表明，波阻抗能够较好地预测溶洞储层发育段[15]。这是因为，碳酸盐岩较致密且地震波传播速度较高，波阻抗会呈现高值，而当储层内发育溶洞时，会使得其波阻抗值相对降低[18]，因而溶洞发育段体现出“低波阻抗”的特征。然而，波阻抗属性与溶洞的响应关系并非严格对应，因此需要综合前文的测井响应特征，分析归纳不同岩溶带内波阻抗属性与井孔溶洞发育概率之间的关系。由图6可以看出，TK602井测井上可见声波时差值明显增高，井径明显扩大，同时波阻抗反演也表现出异常——说明声波时差也可作为建立溶洞型储集体模型的约束数据。

基层农业技术推广部门在农业的发展和农村的建设中起着重要的作用，其承担着制定当地种植业发展的规划，以及相关农业政策的开展与宣传工作。此外，农业技术推广部门还组织和开展进行农业技术的培训，尤其是承担对新技术和新品种的推广工作，还有进行病虫害的防治等。为推动农村的发展和乡村的振兴奠定基础。经过多年的努力和发展，我国的基层农业技术推广工作已经取得了一定的成绩，尤其是新技术和新品种的推广更是促进了农业的发展和农民收入的增加。但是在进行推广的过程中也发现一些问题，为了适应时代的发展必须对这些问题进行解决，实现推广工作的优化和创新。

图6 井震结合识别溶洞

4.2.2 确定性建模技术模拟溶洞型储集体

免耕播种技术是农机和农艺有效结合的重要产物，是一次技术的改革。农业生产过程中，积极推广应用免耕播种技术具有保墒、增加土壤肥力、减少土地流失、抑制土地荒漠化、降低作业劳动强度、减少成本投入等显著的效益。

溶洞可视为一种离散变量的“储层相”[19]，可称之为“溶洞相”。根据表1中的溶洞分类标准，利用建模软件中的地震解释功能，将结合井资料的溶洞波阻抗属性体转化为溶洞表征数据，将每口井的井数据与波阻抗属性一一对应，从而得到整个研究区所有溶洞三维空间展布特征的表征数据，即所谓的“地震溶洞相”。采用确定性建模技术对不同类型溶洞建模，进而建立了塔河油田6区溶洞储集体的三维地质模型（见图7）。

图7 塔河六区溶洞储集体三维模型

由图7可以看出：1）表层岩溶带的溶洞最为发育，规模最大（其中，TK604，TK653，TK665井段发育有落水洞，它们零星分布于研究区周边）。2）渗流溶蚀带内发育的溶洞数量较少，规模也小；且因其在成因机制上是由于溶蚀水沿着断层或裂隙向下淋滤、溶蚀，所以形成的溶洞一般呈现高角度的特征，可作为连通表层带与径流溶蚀带的水流通道。3）径流溶蚀带内溶洞较为发育，但是规模不大。本研究区径流溶蚀带内发育的溶洞类型主要为支流洞和末梢洞，干流洞数量较少，分布零星。4）表层带内溶洞发育的区域，其渗流溶蚀带与径流溶蚀带的溶洞也较为发育，尤其是发育落水洞的区域，地表水可顺着落水洞汇聚并流入地下，发生溶蚀作用，从而形成不同类型的溶洞（研究区由于有些井并未钻至径流溶蚀带，因此，某些导致表层带内溶洞发育的部位，其渗流溶蚀带却没有溶洞）。

④脾胃：《张氏医通·卷八》提出“脾胃生发之气不能上升，邪害孔窍，故不利而不闻香臭，宜养脾胃，使阳气上行，则鼻通矣，补中益气加辛夷、山栀。”这对一些虚症患者的治疗，有着重要的指导意义。

研究区内溶洞的发育不仅在垂向上具有明显的分带性，在平面上也受控于古地貌类型。岩溶古地貌通过控制岩溶地下水的补给、流动汇聚和排泄，控制岩溶作用和岩溶洞穴层的发育分布。塔河油田的古地貌可划分为岩溶台地、岩溶缓坡和岩溶山间盆地3类二级地貌类型，又可细分为峰从洼地、岩溶槽谷、峰丘洼地、丘丛垄脊沟谷、丘丛垄脊槽谷、丘丛谷地、丘溶洼地、峰丛垄脊槽谷、峰丛谷地、岩溶湖等三级地貌类型。其中，峰丛洼地区的溶洞最为发育，其次为岩溶缓坡内的峰丘洼地区和丘丛垄脊槽谷区[20]。

研究区的中部区域在古地貌上属于岩溶缓坡内的丘峰洼地区，北部和西侧区域属于岩溶缓坡内的丘丛垄脊槽谷区[12]（见图 8），受控于古地貌类型，因此这些区域内溶洞较为发育。