塔河油田奥陶系缝洞充填序列及其测井响应

2021-01-29刘晶晶毛毳魏荷花权莲顺刘泽璇

新疆石油地质 2021年1期

刘晶晶，毛毳，魏荷花，权莲顺，刘泽璇

（1.东北石油大学地球科学学院，黑龙江大庆 163318；2.中国石化石油勘探开发研究院，北京 100083）

塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩岩溶地层是十分重要的油气储集层[1-3]，塔河油田奥陶系碳酸盐岩油藏是典型的缝洞型油藏，孔、洞和缝共存，储集体发育具有分区分带性，非均质性极强[4-5]。准确识别缝洞充填物类型及充填模式，对缝洞型油气藏的开发具有重要意义。

缝洞充填物一般分为搬运型充填物、垮塌型充填物和化学型充填物[6-7]。一些学者在结合古岩溶露头和塔河油田储集体的发育模式基础上，对缝洞型油气藏进行了划分[8-9]，并建立了不同的三维立体结构模式[10-13]。同时，利用测井资料有效表征了洞穴充填物和洞穴充填情况[14-18]，并根据露头、岩心和井壁成像测井等资料，在建立缝洞类型和充填物类型测井响应特征模式或交会图版的基础上，开展储集层测井响应特征研究[19-24]。

前人对塔河油田奥陶系缝洞型碳酸盐岩储集层的研究，主要集中在对缝洞充填物测井识别特征、奥陶系地层缝洞体岩溶类型和发育特征的测井描述，或对缝洞型油气藏储集层类型的研究，缺乏综合性对比，更无法较为直观地通过测井响应去识别缝洞系统的充填类型。

本文以塔河油田四区、六区和七区已识别的有缝洞单元存在的钻井为对象，通过观察岩心，确定充填物类型及沉积序列，利用测井资料判断缝洞体充填类型，并总结不同类型缝洞体的测井响应特征，归纳岩溶模式响应规律，希望有助于对地下缝洞充填体的识别与描述，为缝洞型油气藏精细描述和储集层评价提供依据。

1 地质概况

塔河油田位于塔里木盆地北部沙雅隆起中段阿克库勒凸起，阿克库勒凸起东西两侧被草湖凹陷和哈拉哈塘凹陷包围，南与满加尔坳陷过渡接壤（图1）。阿克库勒凸起于加里东运动中、晚期形成雏形，海西运动早期受区域性抬升形成向西南倾伏的北东—南西向展布的大型鼻凸[25-26]。在长期的抬升暴露风化剥蚀及岩溶作用下，形成了复杂的岩溶地貌和溶蚀缝洞系统[22]。

图1 塔河油田位置Fig.1.Location of Tahe oilfield

塔河油田主力产油区位于阿克库勒凸起西南斜坡带上，本文以塔河油田四区、六区和七区为研究区域，主力产油层为奥陶系碳酸盐岩。研究区奥陶系自上而下揭示中奥陶统一间房组、中—下奥陶统鹰山组和下奥陶统蓬莱坝组，除蓬莱坝组发育较全外，其余各组均遭受不同程度剥蚀，在剖面上呈自南向北减薄的楔状。研究区位于中奥陶统一间房组尖灭线以北，因此大部分地区奥陶系仅发育鹰山组和蓬莱坝组。

2 缝洞充填物类型及测井特征

研究区奥陶系沉积后经历了漫长的构造演化，受复杂地质作用的影响，形成了多期次的岩溶地层，不同岩溶期次的特征和充填情况存在明显的差异[27]。研究区共有75 口井钻遇奥陶系溶洞段，其中26 口井发现未被充填的溶洞，约占总体的34.7%；27 口井见砂泥质半充填或部分充填的溶洞，约占总体的36.0%；5 口井溶洞被洞穴角砾及暗河沉积充填，约占总体的6.7%。利用测井曲线识别T615 井5 535.0—5 555.0 m井段，最大的砂泥全充填溶洞高达20.0 m；部分井不同井段溶洞的充填情况不同，如TK423井共发育3 段溶洞，在5 513.0—5 516.5 m 井段，发育间断溶蚀的部分充填溶洞，而5 381.0—5 393.0 m和5 587.0—5 589.5 m 井段，溶洞为完全充填。综上所述，在缝洞充填系统中，主要为碎屑充填，其次为垮塌充填和化学充填。

根据钻井和录井资料，在钻遇溶洞段时，钻速加快，钻具放空，并出现不同程度的钻井液漏失，井径明显扩大。在前人研究的基础上，综合塔河油田S74井、S80井、S88 井、S67 井、S75 井、T615 井、T403 井、T615 井、TK456井等21口井的岩心观察结果，根据充填物成分、沉积堆积环境及形心组合特征，将研究区溶洞充填分为4类：砂泥质充填、角砾岩充填、化学充填和未充填。

2.1 砂泥质充填

在成岩早期，成岩裂缝中会有残余泥质，一般含残余有机质[7]；或经历强烈的构造运动后，岩层受力会形成不同程度的裂缝或孔隙，在流水冲刷和重力分异的双重作用下，沉积不同粒度的充填物质，常见砂质和泥质，并具有良好的层理。砂泥质充填层分为泥质充填层与钙质（胶结）砂岩充填层，以下将分别说明2类充填层及其测井响应特征。

泥质充填层的声波时差为164.0～230.0 μs/m，较之上、下段略增大；密度降到2.60～2.72 g/cm3；自然伽马则明显增大，平均大于30 API；双侧向电阻率则减小。钙质（胶结）砂岩层的声波时差为230.0～361.0 μs/m；中子孔隙度增大；密度明显降低，为2.30～2.50 g/cm3；自然伽马也明显增大，一般为40～60 API；而电阻率出现降低，砂泥岩段为20～100 Ω·m，纯砂岩段为20 Ω·m。

总之，当钻遇砂泥岩充填溶洞时，密度降低；声波时差和中子孔隙度增大，在泥质含量高的部位表现的尤为明显；自然伽马明显增大；电阻率降低。

2.2 角砾岩充填

充填溶洞的角砾可来源于围岩垮塌或异地搬运，垮塌角砾岩与搬运角砾岩在测井响应上略具差异。在钻遇角砾岩充填的溶洞时，声波时差增大，搬运角砾岩层较之垮塌角砾岩层增加更为明显；搬运角砾岩在搬运过程中经过不同程度的磨圆或被钙质胶结等，其密度与垮塌角砾岩相比更低；自然伽马也增大，搬运角砾岩大于垮塌角砾岩；而电阻率出现降低趋势，搬运角砾岩降低幅度更大。

2.3 化学充填

化学充填是指以化学沉淀的方式或由热液流体经过直接结晶充填缝洞，主要有粗晶或巨晶方解石，也常出现硅质结核、石膏、萤石等充填。据岩心观察，在塔河油田七区的S75 井中发现巨晶方解石充填，在T624井中发现硅质充填。

与基岩相比，巨晶方解石充填声波时差略微减小，为157.0～158.5 μs/m；密度变化不明显，为2.71～2.75 g/cm3；自然伽马则变小，为2～15 API；电阻率在此段明显升高。硅质充填与巨晶方解石充填极其相似，声波时差减小，集中在164.0～207.0 μs/m；密度为2.65～2.75 g/cm3；自然伽马减小，一般为10～20 API；电阻率也明显减小。

2.4 未充填

在钻遇未充填缝洞时，钻速加快、钻具放空、钻井液漏失、井径扩大都特别明显；声波时差明显增大，密度降低非常明显，自然伽马则略微增大。

综上所述，砂泥质充填物、角砾岩充填物到化学充填物具有电阻率逐渐增大和泥质含量逐渐减小的特点，而未充填段则具有低电阻率、低泥质含量的特点[28-29]。

3 不同充填序列的测井特征

将研究区有缝洞显示的井进行统计，对油气显示良好的井的声波时差、密度、自然电位、自然伽马、电阻率等曲线的变化分类；在前人对塔北地区奥陶系垂向岩溶带划分的基础上，初步判定典型井缝洞段岩溶类型（表1）；结合岩心观察和描述、已有研究成果，归纳出研究区缝洞段地下暗河型、断控岩溶型和表层岩溶型3种充填序列的一般模式（图2、表2）。

表1 典型井缝洞段岩溶模式Table 1.Karst patterns of the fracture⁃cavity sections in typical wells

3.1 地下暗河型

此模式以机械充填为主，具地下河沉积特征，局部具崩塌堆积和化学充填。充填物主体是砂和泥，其次是垮塌角砾，再次是钙华和热液方解石等[22]，一般具沉积层理，沉积物下部较上部粗。地下暗河型以岩溶管道或水平溶洞为主，岩溶管道、溶洞规模一般相对较大；同一岩溶管道系统具有一定连通性，不同岩溶管道系统连通性较弱[12]。岩心可见较大的溶洞系统，从上至下，其充填序列为围岩（破裂/破碎）层—未充填层—化学充填层—钙质（胶结）砂泥岩层—角砾岩层（图2a）。

钻遇地下暗河型岩溶段时，有利于钻遇大型溶洞。由于岩性变化、不同类型充填物使钻速加快，井径在未充填段扩大明显。在微电阻率扫描成像测井上，可以清晰地看到缝洞段溶蚀孔、洞与非常发育的高角度裂缝（图3a）、斜交或网状缝（图3b），砂泥质充填裂缝后，声波时差和自然伽马增大，曲线呈箱形或钟形（图3a、图3c），在泥质含量较高的岩性段，测井曲线呈齿化箱形（图3b）。密度较大时，声波时差相对较低，密度较小时，声波时差相对较大，自然电位与围岩相比偏高，电阻率明显减小，呈箱形。

3.2 断控岩溶型

图2 缝洞充填序列示意Fig.2.Schematic diagram of the fracture⁃cavity filling sequence

表2 不同充填模式的测井变化特征Table 2.Logging characteristics of different filling modes

在断控岩溶的充填模式中，仍以机械充填为主，部分为化学充填，充填物以钙质胶结的砂、泥质岩为主。受断裂控制，以垂向溶蚀裂缝、溶洞为主，缝洞系统连通性相对较弱[14]。顶部与底部的围岩较为破碎，自上而下，其充填呈现出化学充填层与垮塌或搬运的角砾岩层和未充填层交互的形式（图2b），故而断控岩溶型缝洞有利于油气向浅部或侧向运移[30]。

在钻遇断控岩溶型缝洞段时，钻速正常或略快，井径在未充填段扩大明显。由于受断裂控制强烈，缝洞常被垮塌角砾及化学沉积物充填，且常见角砾被钙质胶结。因此，声波时差在垮塌角砾充填层增大，在化学充填层或钙质胶结较多的部分相对减小，测井曲线呈钟形（图3d）。密度较大时，声波时差相对较低，密度较小时，声波时差相对较大，自然电位与上、下围岩相比偏低，自然伽马减小较为明显，电阻率相对增大。

3.3 表层岩溶型

表层岩溶型的缝洞体也以机械充填为主，部分为岩溶残积或化学充填，充填物以灰褐色泥质岩或砂岩为主，部分溶蚀裂缝为方解石充填，充填物较混杂，分选性较差[12]。受溶蚀、冲蚀和风化作用强烈，在地表多发育落水洞、洼地、沟等，而地下溶洞、溶蚀裂缝均比较发育；有时，岩溶水往往沿着溶蚀微裂缝差异性溶蚀并扩溶，或者溶蚀裂缝充填方解石的后期二次溶蚀形成“串珠”状溶蚀孔[31-32]，其规模一般相对较小。所以其充填序列自上而下一般为冲沟/溶蚀孔洞层—砂泥充填层（含砾）—化学充填层（裂缝）—围岩破裂层（图2c）。

在表层岩溶型溶洞中，钻速无明显变化（或略快），井径在未充填段扩大明显。因缝洞充填体在岩溶期距离地表较近，后又被埋深，因此声波时差和自然伽马在缝洞段的顶与底会出现较为明显的高峰值（图3e、图3f）；声波时差在充填段增大，呈指形或尖峰形态；自然伽马较之围岩，明显减小。密度与声波时差呈反比，密度变化较小；自然电位与上、下围岩相比偏低，电阻率相对增大。

综上所述，地下暗河型的充填在垂向上常会表现出正粒序的特征，在岩心上可观察到清晰的结构、层理变化；断控岩溶型在岩心上会观察到断裂面，多高角度裂缝，充填物较为单一，多断层角砾和化学沉积物；表层岩溶型多裂缝，多渗流泥砂质或化学充填（如出现大量燧石或黄铁矿等），或表现出一次洪水等冲积下来的砾岩作底等，无明显的层理（表2）。