阿姆河右岸膏盐岩下碳酸盐岩缝洞储层研究

刘合年，吴蕾 曹来勇，刘斌（中石油阿姆河天然气勘探开发 （北京）有限公司，北京 100011）

1 研究区概况

阿姆河盆地大部分位于土库曼斯坦境内，东北部和东南部分别属于乌兹别克斯坦和阿富汗，西南与伊朗相接[1，2]。其中主要的产油气区位于土库曼斯坦和乌兹别克斯坦，盆地西北边界穿过卡拉库姆隆起，北接克孜勒库姆隆起；东部以吉萨尔山西南支为界与阿富汗－塔吉克盆地相隔。盆地内油气资源丰富，自1953年发现第一个气田以来，截至2004年底，盆地内共发现250个油气田，探明石油可采储量1.37×108t、凝析油可采储量2.35×108t、天然气可采储量71731×108m3，折合成油当量为61.56×108t[3]，其中天然气储量占油气总储量的94%。

阿姆河右岸地区位于阿姆河盆地东部，全区在土库曼斯坦境内，北以土库曼斯坦－乌兹别克斯坦国境线为界，南以阿姆河为界，面积约1.43×104km2[4～8]。该区的基底是古生界的火成岩和变质岩，其上覆沉积岩自下而上为二叠系－三叠系的陆源碎屑岩，以及侏罗系、白垩系、古近系和新近系及第四系的海相碳酸盐岩[8～12]。该地区具有2套含油气系统：①中上侏罗统卡洛夫－牛津阶碳酸盐岩；②白垩系碎屑岩层。上侏罗统基末利－提塘期，区内沉积了巨厚的膏盐岩，具有 “三膏夹两盐”的典型蒸发岩特征，其对盐下层碳酸盐岩储集层中的天然气有很好的封盖性。中上侏罗统卡洛夫－牛津阶碳酸盐岩纵向自上而下又细分为Gap层、ⅩⅤhp层、ⅩⅤz层、ⅩⅤa1层、ⅩⅤa2层和ⅩⅥ层。

该次研究区的范围是以阿姆河右岸地区的中区加东区为主，自北西－南东向依次为：Ⅰ－查尔朱隆起、Ⅱ－坚基兹库尔隆起、Ⅲ－卡拉别克坳陷、Ⅳ－桑迪克雷隆起、Ⅴ－别什肯特坳陷、Ⅵ－西南吉萨尔山前冲断带共计6个构造带，构造面积约为0.83×104km2（见图1）。由于受印度板块向欧亚板块俯冲挤压的影响，在该区右旋压扭应力场的作用之下，产生的主要地应力方向为自南东－北西向的推挤，从而形成了以北东向为长轴的隆起与坳陷相间的构造区带。

2 膏盐岩下缝洞型储层研究

所谓 “盐下层”是指上侏罗统基末利阶巨厚膏盐岩之下的卡洛夫－牛津阶碳酸盐岩储层。该套储层

图1 阿姆河右岸地区构造格局平面图

岩性以颗粒灰岩、含颗粒微晶灰岩为主，岩石基质孔隙度较小；缝洞作为储集空间与渗流的通道具有非均质性强、突变性大的特点，单靠一二项技术难以解决对缝洞的准确认识和描述。因此，必须依托各种技术获得大量相关信息，多角度、全方位的针对碳酸盐岩缝洞型储层进行综合研究。

2.1 地震信息检测裂缝分布

研究区2010年5月进行三维地震满覆盖采集。应用叠前三维地震属性 （振幅、频率、衰减梯度等）随方位角变化的特征来检测裂缝的方位和发育程度。该方法的基本原理是根据地震纵波沿平行于裂缝方向的传播速度大于沿垂直于裂缝方向的传播速度；地震纵波沿平行于裂缝方向的反射振幅大于沿垂直于裂缝方向的反射振幅，地震纵波在裂缝体底部反射获得的沿平行于裂缝方向的反射时间小于沿垂直于裂缝方向的反射时间，地震纵波沿着垂直裂缝方向的衰减梯度大于沿着裂缝方向的衰减梯度。

利用相对波阻抗反演、瞬时谱分析技术提取的纵波各个方位地震振幅、相对波阻抗、频率、衰减梯度、85%能量比对应频率等属性，反演出具体构造层的裂缝发育方向和裂缝相对密度。与测井资料和地质信息进行符合度和敏感性分析后，最终确定裂缝的发育方向和裂缝的相对密度。

从图2可知，研究区卡洛夫－牛津阶碳酸盐岩储层裂缝走向主要分3组系：北西向、北东向与近东西向；主要断层分布区域的裂缝相对密度较大，断层不发育区域的裂缝相对密度较小；根据方位纵波各向异性法检测裂缝走向与密度结果显示，研究区内Aga－21井和Aga－23井2口单井的裂缝走向主要为北西向，这与两口井成像测井裂缝检测结果基本一致；但是2口井所处位置均为各向异性低值区，表明2口井周边裂缝不发育。研究区内各向异性低值区的分布形态与构造关系密切，构造高部位各向异性弱，构造低部位各向异性强，这与实际地质资料结果不符，分析原因可能是由于随着深度的增加，深部地层受浅层影响，地震资料品质逐渐变差造成的，尤其是由于上覆膏盐层的强非均质性和蠕动性，对地震波能量的散射作用和吸收作用较大，因此盐下碳酸盐岩储层地震资料品质变差，导致裂缝密度的检测结果受到较大的影响。

图2 研究区方位纵波各向异性法检测裂缝走向 （a）与密度 （b）

2.2 测井信息识别裂缝

2.2.1 裂缝走向

目前成像测井技术在识别地下储层裂缝方面所起的作用越来越重要。成像测井除了可以识别裂缝外，还可以辨识层面、冲刷面、不整合面、缝合线以及断层等诸多地质现象。应用裂缝与地层倾角之间关系，可以编制单井裂缝玫瑰图 （见图3），用来显示裂缝在平面上的走向。由图3中可见，研究区卡洛夫－牛津阶碳酸盐岩储层裂缝的走向与附近主要断裂的延伸方向基本一致。

图3 阿姆河右岸地区单井裂缝玫瑰图

2.2.2 裂缝类型

从单井成像测井（图4）上可以识别出水平缝 （倾角0～15°）、低角度缝 （倾角15～40°）、斜交缝 （倾角40～70°）、直立缝 （倾角70～90°）。依据11口井的成像测井资料，斜交缝在ⅩⅤhp层、ⅩⅤa1层较发育；水平缝和低角度缝在ⅩⅤz层、ⅩⅤa2层和ⅩⅥ层较发育，所以岩性致密层以水平缝和低角度缝为主，较疏松的岩性层以斜交缝为主。通过对卡洛夫－牛津阶整段成像测井解释结果统计表明：低角度缝和斜交缝为主要裂缝类型。

图4 单井成像测井识别阿姆河右岸地区裂缝类型

裂缝按照成因可分为成岩缝、风化溶蚀缝和构造缝3种类型，其中构造缝是碳酸盐岩中最常见、并且是对储层的储集空间和渗滤性能改造作用最大的一种裂缝，因此该次研究以构造缝作为主要研究对象。裂缝按其形态又可分为张开缝和闭合缝2种类型，其中闭合缝无储渗空间，没有研究意义，因此该次研究以张开缝为研究的主体。

2.2.3 裂缝发育带

常规测井技术在研究区裂缝研究中起到了同样重要的作用，井径 （dh）曲线异常扩径、深浅侧向电阻率 （ρlld、ρlls）低值、声波时差 （Δt）与补偿中子孔隙度 （nc）之间的交会面积增大等测井信息均可以反映裂缝或孔隙十分发育的特征。ⅩⅤhp层、ⅩⅤa1层、ⅩⅤa2层的电阻率较低，Δt出现放大的现象，说明物性相对较好；ⅩⅤz层和ⅩⅥ层的物性较差，电阻率呈现高值，Δt呈现稳定低值的特征。由图5可知：研究区ρlld、ρlls曲线与实验室化验分析得到的储层岩石基质孔隙度 （m）具有非常好的镜像对称关系。

图5 阿姆河右岸地区单井常规测井识别裂缝发育带

2.3 钻井与录井信息显示裂缝特征

在实施钻井过程中，当钻至碳酸盐岩储层时，有时会出现钻具放空及泥浆大量漏失，这些现象均反映了溶洞或溶缝等储集空间的存在。通常钻具放空总伴随着泥浆漏失，结合井径异常扩大 （异常扩径是指井径曲线在大段规则的井径背景上，扩径曲线变化曲率大，拐点明显，扩径幅度大）信息，可以用于深部碳酸盐岩岩溶研究。

通过对研究区19口井钻井工程报告进行分析，在钻遇目的层卡洛夫－牛津阶碳酸盐岩储层时，有9口井出现不同程度的泥浆漏失现象 （见表1），只有A5井在钻井过程中，除了有泥浆漏失现象外，还出现钻具放空0.16m （见表2），因此，可初步判断A5井钻遇高度约为0.16m的溶洞。同时利用9口探井在钻井过程中的泥浆漏失速率统计结果，可以定性判断裂缝的宽度，如果泥浆漏失速率越快，说明所钻遇的裂缝宽度越大。

表1 钻井泥浆漏失速率统计表

运用岩屑录井中次生矿物资料，可以判断缝洞发育段。碳酸盐岩缝洞中常见的次生矿物有：方解石、白云石、萤石、黄铁矿及黏土岩等，主要充填于张开缝和溶洞中。根据次生矿物的形态，可以判断缝洞的充填程度：透明的自形晶的方解石，环带状、葡萄状结构的方解石，均半充填于裂缝或溶洞中，表明存在有效的储集空间；而半透明或不透明的他形晶或半自形晶方解石，多为全充填缝洞的产物，反映出不存在有效储集空间。

在对9口井录井过程描述 （见表2）中，A5井在井段3634～3636m和3644～3645m两段的岩屑录井中，均发现有白色半透明方解石颗粒，进一步说明该井钻遇到小型溶洞。由于研究区仅1口井在钻遇卡洛夫－牛津阶碳酸盐岩储层时出现钻具放空现象，根据现有的资料认为研究区溶洞不甚发育。

表2 阿姆河右岸地区钻井、录井工程统计表

2.4 岩心信息描述裂缝形态

岩心描述是直观了解地下碳酸盐岩缝洞型储层最有效的方法。通过肉眼观察岩心缝洞的宏观特征，可从以下几个方面进行描述：

1）裂缝的长度 大多直立裂缝和高角度斜交裂缝延伸长度在0.5～1m之间，而水平缝受岩心直径局限不能定量描述，大多切穿岩心。

2）裂缝的宽度 根据构造裂缝的宽度进行分类：①缝宽大于5mm为大裂缝；②缝宽介于1～5mm之间为中裂缝；③缝宽小于1mm为小裂缝；④缝宽小于0.1mm为微裂缝。

3）孔洞的直径

孔洞是碳酸盐岩由于地层水或地表水的溶解作用而形成的，溶洞的形成与裂缝关系密切。按照孔洞直径进行分类：①直径大于10mm为大孔洞；②直径介于5～10mm为中孔洞；③直径小于5mm为小孔洞。

按照裂缝形态对岩心的裂缝类型进行分类，可分为直立缝、水平缝、斜交缝3种基本类型 （见图6）。

根据18口取心井876.77m岩心裂缝描述统计资料 （表3）可知，总裂缝数6737条；裂缝密度最高20.4条/m，最低0.4条/m，均值为7.7条/m；其中直立裂缝1138条，占总裂缝16.9%；斜交裂缝13 6 6条，占总裂缝2 0.3%；水平裂缝4 2 1 1条，占总裂缝6 2.8%；大裂缝7 3条，占总裂缝1.1%；中裂缝1556条，占总裂缝23.1%；小裂缝5105条，占总裂缝75.8%。另外有948条裂缝出现半－全充填现象，占总裂缝14.1%，充填物以方解石为主，伴有有机质和泥质等。

图6 阿姆河右岸地区岩心裂缝照片

表3 阿姆河右岸地区岩心描述裂缝统计表

另据7口取心井的岩心孔洞描述统计资料 （见表4）可知，总孔洞数2103个，孔洞密度度最高16.9个/m，最低0.4个/m，均值为2.7个/m；由此可知：孔洞数量远小于裂缝数量，其中大孔洞121个，占总孔洞5.8%；中孔洞288个，占总孔洞13.7%；小孔洞1684个，占总孔洞80.5%。由阿姆河右岸地区岩心缝洞类型频率分布柱状图 （图7）可知：阿姆河右岸地区卡洛夫－牛津阶碳酸盐岩缝洞型储层是以水平缝－小裂缝－小孔洞为主的储集层。

表4 阿姆河右岸地区岩心描述孔洞统计表

图7 阿姆河右岸地区岩心缝洞类型分布柱状图

3 结论

应用多种信息开展阿姆河右岸地区卡洛夫－牛津阶碳酸盐岩缝洞型储层综合研究，可以多角度、全方位地认识缝洞型储层储集特征以及分布规律。研究区裂缝走向主要分3组系：北西向、北东向与近东西向；主要断层分布区裂缝的相对密度较大，断层不发育区域裂缝的相对密度较小；直立缝、斜交缝与水平缝相互切割，形成立体交叉网状结构；岩性致密层以水平缝和低角度缝为主，较疏松的岩性以斜交缝为主；储集空间以水平缝－小裂缝－小孔洞为主。

感谢中国科学院地质与地球物理研究所杨长春研究员的建议和意见，感谢北京科胜伟达石油科技股份公司相关技术人员在工作中给予的帮助。

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