南海某盆地碳酸鹽巖潛山巖溶型儲(chǔ)層特征及成因

南海某盆地碳酸鹽巖潛山巖溶型儲(chǔ)層特征及成因

一、碳酸鹽巖潛山巖溶型儲(chǔ)集層的沉積和精細(xì)地層南海盆地凹陷的基本部分主要由碳酸鹽巖組成。它經(jīng)歷了從西到燕的多期結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，整個(gè)石碳系都得到了提升，受到了二疊紀(jì)-白牙期地質(zhì)時(shí)代的風(fēng)化和侵蝕，并形成了大量高質(zhì)量的碳酸鹽巖礦床。經(jīng)過(guò)多年的勘探,發(fā)現(xiàn)了多個(gè)潛山油氣藏,但碳酸鹽巖潛山巖溶型儲(chǔ)層發(fā)育的的復(fù)雜性,一直制約著對(duì)其進(jìn)一步的勘探。筆者試圖從鉆井較多并已經(jīng)開(kāi)發(fā)的W區(qū)塊入手,對(duì)碳酸鹽巖巖溶型儲(chǔ)層的特征進(jìn)行總結(jié)分析,探索一套利用地震資料識(shí)別巖溶型儲(chǔ)層的技術(shù)方法。二、鉆井過(guò)程會(huì)發(fā)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(jù)研究區(qū)的巖溶發(fā)育特點(diǎn),依據(jù)鉆井過(guò)程中的鉆井液漏失、鉆具放空(圖1)和測(cè)井等資料,并參考國(guó)內(nèi)外巖溶學(xué)專(zhuān)家對(duì)各巖溶帶的研究成果,對(duì)研究區(qū)巖溶帶進(jìn)行了劃分和對(duì)比。表層巖溶帶(風(fēng)化淋濾巖溶帶)主要指潛山頂面因大氣降水淋濾、風(fēng)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?guī)r骨架的基礎(chǔ)上發(fā)育形成的,其厚度數(shù)米至數(shù)十米。表層巖溶帶在本區(qū)是主要的儲(chǔ)集層,幾米至幾十米不等。主要由石灰?guī)r、巖溶角礫巖、砂泥巖、風(fēng)化土等組成,儲(chǔ)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(guò)程中往往會(huì)出現(xiàn)鉆井液的大量漏失和鉆具放空現(xiàn)象。如E井在鉆遇此段時(shí)漏失鉆井液636m3;F井在鉆遇此段時(shí),34m的井段發(fā)生5次鉆具放空現(xiàn)象,最大放空量為4.5m,總放空量達(dá)10.5m(本井為斜井)。在測(cè)井曲線(xiàn)上,表現(xiàn)為自然伽馬曲線(xiàn)增高,電阻率曲線(xiàn)降低和聲波時(shí)差的增大等現(xiàn)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(jié)變動(dòng)帶以上,地表徑流、大氣降水依靠重力,沿裂縫或孔隙發(fā)育帶向下滲濾的層段。它主要發(fā)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(guò)程中,可能會(huì)發(fā)生鉆井液的漏失,或小的鉆具放空。在測(cè)井曲線(xiàn)上,自然伽馬和聲波時(shí)差曲線(xiàn)均較平直,電阻率曲線(xiàn)呈現(xiàn)高值,只在裂縫發(fā)育段出現(xiàn)聲波時(shí)差的瞬時(shí)升高現(xiàn)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(jié)水位變動(dòng)的控制。在潛流巖溶帶,巖溶的發(fā)育既受垂向淋濾作用,也受橫向水流長(zhǎng)期沖刷的影響,將巖層中易溶物質(zhì)通過(guò)水流進(jìn)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(jié)水位的升降,在一個(gè)地區(qū)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(duì)比性。由于潛流巖溶帶大的溶洞比較發(fā)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(chǔ)集空間。在鉆井過(guò)程中,往往出現(xiàn)大量的鉆井液漏失和大段的鉆具放空現(xiàn)象。如E井在本段發(fā)生鉆具放空3次,最大放空量為6m;Ⅰ井在本段發(fā)生鉆具放空達(dá)5次,最大放空量為10m,總放空量為16m。本段在測(cè)井曲線(xiàn)上特征明顯,孔洞在某一個(gè)井段密集發(fā)育,具有較大的厚度。這些孔洞也較易識(shí)別,如井徑曲線(xiàn)的大幅增大、大段聲波時(shí)差曲線(xiàn)的大幅度增大以及電阻率曲線(xiàn)的大幅度降低等。潛流巖溶帶孔洞的發(fā)育受多期次季節(jié)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(jù)鉆井證實(shí),研究區(qū)的潛流巖溶帶厚度大于200m。三、石碳系潛山儲(chǔ)層特征1.未充填多孔地層井曲線(xiàn)圖2為I井在鉆井時(shí)鉆井液漏失、鉆具放空井段的測(cè)井曲線(xiàn)圖。在孔洞發(fā)育段,測(cè)井曲線(xiàn)往往表現(xiàn)出井徑增大(未充填空洞),密度測(cè)井值降低、聲波時(shí)差增大、電阻率測(cè)井系列不同程度的降低;未充填孔洞放射性測(cè)井呈現(xiàn)為低值(砂泥質(zhì)充填孔洞為高值)、低阻抗的特征;在全波列陣列測(cè)井上出現(xiàn)明顯的橫向擾動(dòng)現(xiàn)象。2.風(fēng)化帶的基巖石炭系潛山的巖性主要由潛山頂部風(fēng)化剝蝕的原地堆積物或基巖骨架的溶蝕孔洞內(nèi)的砂礫巖堆積物和基巖兩部分組成。潛山頂部風(fēng)化剝蝕的原地堆積物或基巖骨架的溶蝕孔洞內(nèi)的砂礫巖堆積物,這部分也稱(chēng)之為風(fēng)化帶。主要由風(fēng)化剝蝕后殘存的石灰?guī)r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(zhì)風(fēng)化土、灰白色白堊土,直接指明了風(fēng)化殼的存在。基巖是指保存較完好碳酸鹽巖。研究區(qū)的基巖巖性主要有淺灰—灰白色泥晶藻砂屑灰?guī)r、含云質(zhì)灰?guī)r、白云巖、角礫狀灰質(zhì)白云巖等巖性,其中以白云巖和泥晶藻砂屑灰?guī)r為主。巖性質(zhì)純,基本不含泥質(zhì)。3.基巖巖石特征根據(jù)4口井的化驗(yàn)分析資料,風(fēng)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(xiàn)為碎屑巖的特征。各種基巖巖石的物性統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,白云巖和泥晶藻砂屑灰?guī)r物性較好,孔隙度平均在5%～12%,是主要的儲(chǔ)集巖類(lèi);其他巖類(lèi)(灰質(zhì)白云巖、含云質(zhì)灰?guī)r等)的物性較差,平均孔隙度多小于5%,一般為非儲(chǔ)層。4.儲(chǔ)集體與裂縫發(fā)育(1)原生基質(zhì)孔隙主要包括晶間孔和粒內(nèi)孔,主要發(fā)育在白云巖、泥晶藻砂屑灰?guī)r中。據(jù)E井巖心薄片統(tǒng)計(jì),其面孔率一般為1.5%～3%,最大為8%。(2)溶蝕孔、洞。根據(jù)鉆井和測(cè)井資料的統(tǒng)計(jì),目前所鉆探的井,除C井未能鉆遇巖溶型儲(chǔ)層外,其余的井均鉆遇了巖溶孔洞型儲(chǔ)集層,出現(xiàn)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(fā)育在表層巖溶帶和滲流巖溶帶,溶洞規(guī)模大,連通性好;大型溶蝕洞穴發(fā)育的巖層,往往伴隨大量的溶蝕孔(小于2mm)的發(fā)育,溶蝕孔也提供了巨大的儲(chǔ)集空間,和溶蝕洞、大型洞穴相連通,構(gòu)成一個(gè)大型的儲(chǔ)集體,成為油氣聚集成藏的有利場(chǎng)所。如I井在潛流巖溶帶的1820～1904m井段,發(fā)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(dá)10m,致使鉆井液有進(jìn)無(wú)出,只好完鉆。G井在鉆開(kāi)潛山頂面時(shí),出現(xiàn)了5.5m的鉆具放空,并漏失鉆井液和海水3130m3,鉆井液只進(jìn)不出。(3)構(gòu)造裂縫。A凹陷經(jīng)歷了海西—喜山期的多期拉張應(yīng)力的構(gòu)造運(yùn)動(dòng),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(gòu)造裂縫的發(fā)育。根據(jù)巖心以及鏡下薄片的觀(guān)察,潛山灰?guī)r裂縫非常發(fā)育:E井的5塊巖心表面統(tǒng)計(jì),面積450cm2,共有裂縫250條,裂縫密度達(dá)0.56條/m,經(jīng)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(guān)察中還發(fā)現(xiàn)方解石半充填裂縫中發(fā)育晶洞,最大直徑達(dá)45mm。巖石薄片中微裂縫也非常發(fā)育,觀(guān)察的40塊薄片,片片有微裂縫,累計(jì)超過(guò)456條,平均11.4條/片。但早期的構(gòu)造縫往往被方解石全充填充填或半充填,后期的未充填構(gòu)造裂縫切割早期的全充填和半充填裂縫,對(duì)巖溶儲(chǔ)集體起到了明顯的積極的改造作用。不管是大型的構(gòu)造裂縫,還是小型的微裂縫,它既是儲(chǔ)集空間,又是滲濾的通道。雖然裂縫所提供的儲(chǔ)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(chǔ)集體,極大地改善油氣的儲(chǔ)集和滲濾條件;另一方面在采油過(guò)程中,也能增大單井的泄油半徑,提高采油效率。根據(jù)構(gòu)造應(yīng)力分析和用傾角測(cè)井處理的裂縫玫瑰花圖,本區(qū)的構(gòu)造裂縫主要有4組:和主斷裂方向一致;伴隨主斷裂產(chǎn)生的一組近NE向的構(gòu)造縫;一組和主斷裂垂直的NW向的構(gòu)造縫;一組共扼構(gòu)造裂縫。5.儲(chǔ)層類(lèi)型(1)洞穴和裂縫發(fā)育裂縫—孔洞型儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間既有孔洞,又有裂縫,兩者對(duì)儲(chǔ)集性能均有相當(dāng)大的貢獻(xiàn)。其中孔洞主要由孔(包括基質(zhì)孔隙和溶蝕孔隙)和小—中洞組成,無(wú)大洞、巨洞。裂縫比較發(fā)育,既是主要的儲(chǔ)集空間之一,也是主要的溝通孔洞的滲流通道。該類(lèi)儲(chǔ)層具有儲(chǔ)集空間大、滲透性好的特點(diǎn),而且具有較高和穩(wěn)定的產(chǎn)能。這類(lèi)儲(chǔ)層主要發(fā)育在表層巖溶帶,為本地區(qū)主要的儲(chǔ)層。(2)儲(chǔ)集層的形成主要是以構(gòu)造裂縫為主要儲(chǔ)集空間和滲流通道的儲(chǔ)層。由于基質(zhì)巖石的孔滲均比較低,構(gòu)造裂縫密集發(fā)育區(qū)就能夠形成以裂縫為主要儲(chǔ)集和滲濾空間的儲(chǔ)集層。這類(lèi)儲(chǔ)層主要發(fā)育在滲流巖溶帶和局部的構(gòu)造帶。(3)有利儲(chǔ)層類(lèi)型洞穴型儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間為大型洞穴(包括大洞、巨洞),儲(chǔ)集空間巨大,加之裂縫對(duì)溝通洞穴和改善滲流性能的作用,形成了儲(chǔ)集空間巨大、儲(chǔ)滲能力極好的最有利儲(chǔ)層類(lèi)型。這類(lèi)儲(chǔ)層主要發(fā)育在潛流巖溶帶,是本地區(qū)最重要的一類(lèi)儲(chǔ)層。E、I井在潛流巖溶帶發(fā)生的大段鉆具放空以及大量的鉆井液漏失,都是因?yàn)檫@類(lèi)儲(chǔ)層比較發(fā)育所致。四、巖儲(chǔ)層地震識(shí)別1.碳酸鹽巖內(nèi)的巖溶型儲(chǔ)集層對(duì)巖溶型儲(chǔ)集層地震響應(yīng)特征的認(rèn)識(shí)主要通過(guò)對(duì)已鉆井制作合成記錄,對(duì)巖溶孔洞型儲(chǔ)集層在地震上進(jìn)行標(biāo)定,然后對(duì)多口井進(jìn)行分析和總結(jié)。圖3為I井巖溶型儲(chǔ)集層發(fā)育段在地震上的標(biāo)定結(jié)果。在碳酸鹽巖內(nèi)幕的孔洞發(fā)育段,表現(xiàn)為短軸狀強(qiáng)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(chǔ)集層主要表現(xiàn)為較弱振幅、弱連續(xù)(低相干)、波形橫向上有變化、低阻抗的地震反射特征。這和對(duì)孔洞型儲(chǔ)集層的正演結(jié)果的分析相一致。在碳酸鹽巖內(nèi)幕,如果沒(méi)有孔洞的發(fā)育,則沒(méi)有異常反射;在表層巖溶帶,孔洞型儲(chǔ)集層不發(fā)育的話(huà),由于上覆的砂泥巖地層和較致密的灰?guī)r地層存在很大的阻抗差,則會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)振幅、強(qiáng)連續(xù)(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(duì)碳酸鹽巖的巖溶型儲(chǔ)集層進(jìn)行識(shí)別和預(yù)測(cè)。2.不同時(shí)窗敏感地震屬性識(shí)別根據(jù)對(duì)巖溶型儲(chǔ)集層的地震反射特征的認(rèn)識(shí),采用根據(jù)鉆井和測(cè)井資料對(duì)巖溶帶劃分和對(duì)比的結(jié)果,制定合理的地震時(shí)窗,進(jìn)行沿層地震屬性的提取,來(lái)對(duì)巖溶型儲(chǔ)層在平面上的分布特征進(jìn)行識(shí)別和分析。根據(jù)模型正演以及地震標(biāo)定對(duì)地震參數(shù)變化特征的分析,對(duì)巖溶型儲(chǔ)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(duì)表層巖溶帶、內(nèi)幕巖溶帶進(jìn)行不同時(shí)窗敏感地震屬性的提取,在分析時(shí)依據(jù)在剖面上對(duì)地震標(biāo)定的認(rèn)識(shí),再結(jié)合地震剖面判斷巖溶型儲(chǔ)集層在縱向上以及在平面上的分布特征進(jìn)行識(shí)別和預(yù)測(cè)。圖4為研究區(qū)反映內(nèi)幕巖溶分布的均方根振幅平面圖。根據(jù)地震標(biāo)定的結(jié)果,內(nèi)幕巖溶儲(chǔ)集層為強(qiáng)振幅、高能量、低阻抗的反射特征,再根據(jù)已鉆井中巖溶的發(fā)育程度進(jìn)行平面的標(biāo)定,如E、I、B井在內(nèi)幕均鉆遇優(yōu)質(zhì)的厚層孔洞發(fā)育段,在平面圖中均表現(xiàn)為強(qiáng)振幅、低阻抗、高能量的特征,因此圖中強(qiáng)振幅、低阻抗、高能量分布區(qū)域即為內(nèi)幕巖溶型儲(chǔ)集層。再結(jié)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(jìn)行綜合分析,就可以準(zhǔn)確地確定巖溶儲(chǔ)集層的分布特征,對(duì)下一步的勘探起到積極的指導(dǎo)作用。五、潛山儲(chǔ)集層(1)區(qū)內(nèi)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(chǔ)集層最為發(fā)育,是本區(qū)重要的油氣儲(chǔ)集空間。(2)除了白云巖、泥晶藻砂屑灰?guī)r有一定的基質(zhì)孔隙外,其他的巖類(lèi)孔滲均較差。潛山儲(chǔ)集層是以次生的巖溶孔洞型儲(chǔ)層為