塔河地区碳酸盐岩断溶体油藏特征与开发实践

鲁新便,胡文革,汪 彦,李新华,李 涛,吕艳萍,何新明,杨德彬

(1.中国石化 西北油田分公司，新疆 乌鲁木齐 830011; 2.中国石化 西北油田分公司 勘探开发研究院，新疆 乌鲁木齐 830011)

塔河地区碳酸盐岩断溶体油藏特征与开发实践

鲁新便1,胡文革1,汪 彦2,李新华2,李 涛1,吕艳萍2,何新明2,杨德彬2

(1.中国石化 西北油田分公司，新疆 乌鲁木齐 830011; 2.中国石化 西北油田分公司 勘探开发研究院，新疆 乌鲁木齐 830011)

塔河地区上奥陶统覆盖区的碳酸盐岩地层经多期构造变形和岩溶作用后，沿大型溶蚀断裂带形成了各种不规则的缝洞体。利用高精度三维地震的精细相干、振幅变化率、地震时间切片等技术，结合野外露头、大量钻井资料和生产动态数据进行综合研究，首次提出了断溶体圈闭的理论概念，阐述了塔河上奥陶统覆盖区断溶体油藏的形成机理及其特征，依据其空间展布形态和控制因素将其划分为条带状、夹心饼状和平板状等。实践证实，断溶体圈闭(油藏)是塔河外围斜坡区极为特殊的一种油气藏类型，不同类型断溶体油藏开发效果差异较大，其中条带状断溶体油藏开发效果最好，该类圈闭的研究成果对塔里木盆地同类油藏的勘探开发都具有重要的借鉴意义。

缝洞体；断溶体；岩溶作用；碳酸盐岩；塔河油田；塔里木盆地

深大断裂体系在含油气盆地油气成藏和构造演化中的重要性已得到国内外众多学者的认可，对于断裂体系、断裂圈闭理论及其描述的技术方法也已取得了许多新认识和新成果[1-5]。然而，前人更多关注的是由砂岩油藏断裂以及伴生的挤压褶皱、冲断、扭动变形、构造裂缝等地质体构成的各种圈闭类型，而对于碳酸盐岩地层内的断裂带本身能否形成有效的油气圈闭，特别是对于受多期岩溶作用改造后深大断裂及其派生的各类构造体所形成的碳酸盐岩断控岩溶缝洞体圈闭(油藏)鲜有报道。

长期以来，前人认为塔河油田属于阿克库勒凸起上的碳酸盐岩缝洞型油藏，塔河主体区因挤压、隆升而遭受强烈剥蚀，导致上奥陶统—泥盆系缺失，下石炭统巴楚组泥岩直接覆盖在中-下奥陶统一间房组或鹰山组之上，经多期岩溶作用的叠加改造，形成以风化壳岩溶为主的缝洞体[6-8]，其中岩溶古地貌是控制海西早期岩溶发育的重要因素之一。但塔河外围斜坡区，受上奥陶统覆盖的影响，岩溶缝洞体的发育与断裂带、构造变形带之间有较好的匹配关系，具有明显的断控岩溶特征，以深大断裂带为核心发生溶蚀扩大，使之成为覆盖区中-下奥陶统岩溶缝洞体发育的有利区带，从而造就了塔河地区极为特殊的一种圈闭类型——断溶体圈闭。因此，深化研究塔河油田覆盖区断控岩溶缝洞体油藏对塔里木盆地同类油藏的勘探开发都具有重要的借鉴意义。

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南部斜坡区，其奥陶系油藏是我国目前最为特殊的一类大型碳酸盐岩油藏[6，9],先后经历了加里东中期、海西期、印支期—燕山期及喜马拉雅期等多期构造运动[6-7,10]，在上述构造演化背景下，形成了一系列不同级别、多期叠加、规模不等的断裂系统(图1)，其中加里东中晚期—海西早期及海西晚期构造运动对断裂的发育影响最大。

经过数十年的开发实践表明，塔河油田深大断裂带不仅仅对油气聚集成藏具有明显的控制作用，而且深断裂体系(图1)及伴生的挤压褶皱、冲断和扭动变

形等地质体，在经历加里东期—海西早期长期岩溶作用的叠加改造后，形成了形态多样的岩溶缝洞体系，表现为大规模的地下古洞穴和古喀斯特溶蚀地貌。不同尺度的断裂体系除了与常规砂岩油藏的断裂控储控藏作用具有异曲同工之外，更为特殊的意义在于，塔河油田覆盖区中-下奥陶统碳酸盐岩中的深大断裂体系，经加里东期和海西期等多期岩溶作用改造后，沿这些深大断裂带溶蚀形成形态各异、尺度差异明显的柱状溶蚀孔缝及大型洞穴等储集空间，构成缝洞型油藏重要的一类油气储集空间。

2 断溶体圈闭的概念及分类

2.1 断溶体圈闭概念

塔河油田的勘探开发成果表明，奥陶系油藏主要的油气富集区多沿通源的深大断裂带附近或与之相关的次级断裂发育区，呈带状分布，在覆盖区尤为明显。据统计，原油累计产量大于5×104t的高产油气井大多数(约70%)与深大断裂有密切关系，在平面上具有“通源断裂断到哪里，油气就富集到哪里”的分布特征，其中在覆盖区的北西向及北东向相互切割的断裂体系上油气富集程度最高(图2)。贾承造等认为断裂体系对油气成藏的“油气运移、输导”控制作用主要在于断裂或断裂带可作为烃类的输导通道或者其遮挡面[1,7,11-13]。罗群曾以柴达木盆地北缘的冷湖三号石深1井为例，提出“断层体圈闭”概念，认为具有储集体条件的断层体周缘被封闭，且其上方又有良好的封盖条件，当有油气聚集便可形成断层体油藏[2-3]。由此可见，塔河油田覆盖区高累产井沿通源深大断裂带分布是通源断裂“控储成藏”的表现，也揭示了深大断裂带是中-下奥陶统油气富集最主要的控制因素之一。

图1 塔河油田构造位置及大型主干断裂分布

图2 塔河油田过震旦系顶)精细相干显示的通源深大断裂及中-高产油井分布

2.2 圈闭类型

通过分析沿断层的岩溶规模、活动期次和构造样式，总结不同断裂组合样式下断溶体圈闭的差异岩溶特征及其油气富集规律，按断溶体圈闭展布形态划分为条带状、夹心饼状和平板状3类(表1)。

1) 条带状

图3 塔河油田奥陶系断溶体圈闭露头、平面分布及其反射特征剖面

表1 塔河油田奥陶系断溶体圈闭(油藏)类型分类

Table 1 Classification of fault-karst trap(reservoir)of the Ordovician in Tahe oilfield

圈闭(油藏)类型油藏模式示意图平面A—A'剖面发育位置储层类型主要分布区断溶体油藏条带状中-下奥陶统,进入T47界面以下0～240m溶洞型储集体、孔洞型储集体托甫台地区、10区南部及8区夹心饼状中-下奥陶统,进入T47界面以下0～120m孔洞型储集体、裂缝-孔洞型储集体10区北部地区、12区东部平板状中-下奥陶统,进入T47界面以下0～160m裂缝-孔洞型储集体、裂缝储集体托甫台地区、10区南部及8区、12区西南部

2) 夹心饼状

夹心饼状断溶体圈闭是受主干断裂所伴生的次级断裂控制，与主干断裂呈平行状或雁列式展布。此类伴生断裂形成期次变晚、纵向切割深度降低，顺断裂溶蚀规模变小、横向控储范围变小、油气富集程度相对主干断裂变差。这一系列平行或雁列式伴生断裂所形成的断溶体圈闭形态在平面上多呈夹心饼状，沿断裂走向呈一组同向的窄条带状分布。断裂面岩溶作用较强，次级断裂间破碎程度变差，主要发育裂缝型储集体，且岩溶作用也变弱，油气主要在伴生断裂面附近富集。塔河油田中夹心饼状断溶体油藏内共投产井37口，建产井32口，平均单井产能20.2t/d。

3) 平板状

3 油藏地质特征

本文以塔河托甫台地区为例(图1)，进一步阐述断溶体油藏的地质特征。托甫台地区位于塔里木盆地沙雅隆起中段阿克库勒凸起轴部的西南翼，是塔河油田西南部上奥陶统覆盖区，也是塔河地区发育断溶体油藏最典型的区块之一。区内多发育加里东早-中期形成的一系列NNE和NNW向深大断裂带，这些断裂基本控制了托甫台地区储层发育程度及分布，且断裂规模较大、切割层位较深，对中-下奥陶统碳酸盐岩储集空间改造和油气垂向运移调整具有重要作用。

3.1 油藏分布特征

断溶体油气藏的空间展布不受局部构造高低或风化壳不整合面的控制，宏观上属于岩性油气藏范畴，这与塔河地区发育的大型走滑断裂体系息息相关。即使是同一条主干断裂带内，在构造演化过程中曾多次变换扭动方向，其宽度时窄时宽，变形强度亦是有强有弱，拉张、挤压、压扭现象共存，常伴生近乎直立的次级断裂，其倾向与主干断裂走向差别较大[4-5]。在主干断裂带上伴生一系列的次级断裂，这些次级断裂与主干断裂带呈现为平行、不连续的斜交，受岩溶作用后，在剖面上呈漏斗形、V字形、梯形或线形(表1)，在平面上表现出延伸不连续、宽窄不相等、边界不规则的分布特征(图4)。往往是同一断裂带上，受地应力和岩溶作用差异的影响导致不同井区具有明显的分段性。如塔河托甫台地区贯穿全区的TP12CX主干断裂带，延伸长度达45 km，沿断裂带的溶蚀宽度为0.1～2.4 km不等，可划分为5个相对独立的断溶体油藏(表2；图4)。

3.2 储集体发育特征

沿深大断裂带溶蚀形成的断溶体油藏，储集空间以大型洞穴或溶蚀孔洞为主[14-16]。此类储集体在钻井过程中常发生放空、泥浆漏失和井涌等现象，一般因岩心破碎或取不到岩心而缺乏实测物性数据，但是测试分析、测井解释和生产动态表明大型孔洞和洞穴型储层是优质的储集体。沿着TP12CX断裂带上实钻井钻遇溶洞型储层的钻遇率高达46%，平均洞高4.9 m，如TP12CX井、TP101井和TP29井等，其中TP12CX井O2yj顶深为6 359.3m(垂深)，在垂深6367.44～6 376 m发生放空漏失，洞高8.56 m，漏失泥浆1 812 m3。根据地震、测井和钻录井资料研究表明，受岩溶水选择性溶蚀和裂隙发育程度的影响，断溶体油藏内部结构极其复杂，储集空间纵横向非均质性非常强。总体而言，由断溶体核部向边部及走向延伸末端，储集体发育程度和油气富集程度逐渐变差。

3.3 油藏开发特征

由于受岩溶和断裂发育程度影响，断溶体油藏纵、横向缝洞结构分隔性明显，同一断裂带上不同的地段能形成具有不同油水关系和能量体系的断溶体油藏。塔河油田托甫台地区TP12CX主干断裂带上的TP101，TP249X，TP12CX，TP315和TP310断溶体油藏的开发特征就表现出明显的差异性(表3)。总体而言，从南向北原始地层压力减小，原油密度和气油比逐渐变大，初期投产后均未见水。不同类型的断溶体油藏生产特征差异：条带状断溶体油藏(TP101，TP12CX和TP310)的单井产能高、含油范围大，但油柱高度相对平板状或夹心饼状断溶体油藏要稍低、自然递减明显低于其它两类断溶体油藏。从流压变化趋势来看(图5)，投产较早的TP12CX条带状断溶体油藏初期缓后期下降快的趋势，TP101和TP310条带状断溶体油藏变化稳定，而TP249X平板状和TP315夹心饼状断溶体油藏流压明显下降较快。由此可见，不同类型断溶体油藏的开发特征差异性较大。

4 断溶体油藏形成机理

4.1 多期继承性断裂

塔河地区奥陶系油藏的断裂体系一方面在早期构造应力作用下，纯灰岩初期发生以小规模、小断距的一系列错综复杂裂隙为主的裂缝带，尚未形成上下贯通的断裂面，但受地应力场的影响，裂缝仍具有一定的方向性。随地应力增加，断裂继承性发育，这些裂隙逐渐增多且破坏程度加剧形成一个或多个明显的错动面，多期的构造运动导致断层核部破碎程度增强，破碎范围增大，并使裂缝带发育成由断层角砾岩、细粒碎裂岩等组成的滑动破碎带[4-5]，在平面上由核部向两侧以发育大量诱导裂缝为主(图6a)。另一方面，因区域性的地壳抬升，导致大幅度的地层剥蚀，受岩溶和地表风化共同作用，早期断裂在垂向上沿断裂、裂缝继承性发育，致使断裂更为破碎、裂隙更为连通[14]。因此，塔河奥陶系深大断裂带经历多期运动后，形成彼此交织、棋盘网格的断裂体系，高密度的网格状断裂致使灰岩地层破碎加剧、连通性增强(图6b)，这都为后期岩溶改造提供了先决条件。

4.2 多期岩溶改造作用

塔河地区海西早期构造运动使该地区阿克库勒凸起轴部地区的碳酸盐岩台地大幅度抬升，伴有大量断裂构造产生，在长达110 Ma里,奥陶系出露地表长期遭受风化剥蚀，形成由残留的中-下奥陶统构成的“古潜山”风化壳，由此形成以海西期岩溶为主的缝洞体，多为“蜂窝状或网状”分布，横向连通性较好，但风化壳顶部充填严重[6]。

在阿克库勒凸起轴部外围的覆盖区，在加里东中-晚期处于离散向聚敛、挤压背景转变，因构造变形宽缓，出露地层起伏不大，大气水动力相对较弱，加之构造断裂、裂缝还不十分发育，岩溶强度不大，主要发育以粒内溶孔、粒间溶孔为主的表生岩溶缝洞体。到海西期全区进入挤压背景，断裂活动强烈，前期SN向压扭性断裂向张扭性断裂转化，导致早期断裂体系的破碎程度加剧，使之成为流体的活动通道，因此海西期的地表水沿断裂破碎面不断地对加里东期岩溶缝、洞进行了进一步扩大、溶蚀或再改造，形成沿断裂带发育以“柱状溶洞”为主的缝洞储集体(图6c)。

图4 塔河托甫台地区主干断裂分布a)及不同类型断溶体油藏平面分布b)

表2 塔河托甫台地区TP12CX断裂带上不同类型断溶体油藏特征参数对比

Table 2 Comparison of parameters of different fault-karst reservoirs of TP12CX fault belt in Tuofutai area,Tahe oilfield

断裂带名称断溶体油藏断裂带要素储层特征长度/km宽度/km深度/km断开层位溶洞钻遇率/%溶洞高/m储地比TP12CXTP101条带状11.60.2～2.31.5～1.8T65—T0938.13.30.128TP249X平板状6.80.1～0.31.5～1.8T65—T0916.73.00.179TP12CX条带状7.80.3～2.41.5～1.8T07—T0946.74.90.161TP315夹心饼状8.30.2～1.60.9～1.2T65—T0921.42.70.063TP310条带状10.50.1～0.80.9～1.2T07—T0910.01.20.082

表3 塔河托甫台地区TP12CX断裂带上不同类型断溶体油藏生产参数对比

图5 塔河托甫台地区TP12CX深大断裂带上5个不同类型断溶体油藏流压随时间变化曲线

4.3 持续循环的岩溶水系

周文等认为在构造的主体部位、翼部或地表径流带只要存在断裂，就可能形成对流环——称为“对流环”模式[17]，也可称为“覆盖承压岩溶模式”[18]，均可形成深部岩溶洞穴。从岩溶机理上讲，研究区深部溶洞主要受到断裂形成的“潜水对流环”的控制。乔占峰等人通过对塔北地区英买2构造研究，提出了“断裂控制的非暴露型大气水岩溶作用模式”[19]。

经岩心观察，研究区上奥陶统在构造活动期曾形成大量开启的断裂，如T9l3井桑塔木组的岩心中发现了宽度大于4 cm的构造裂隙，裂隙被方解石充填，并夹有泥岩角砾，在方解石内部还存在缝面，由泥质充填，具有

明显擦痕，反映了断裂多次活动和充填的过程。由此推断出塔河地区可能主要存在三种不同的岩溶水循环方式。第一种是沿着沟通剥蚀区和覆盖区的大型走滑断裂带内，形成沿着断裂带走向的“对流环”模式[17]；第二种是深大断裂与伴生断裂综合交错，形成裂隙的网络格局，下渗岩溶水由高势能区向次级断裂和裂缝系统扩散形成大气水循环[19]；第三种是局部孤立(深)断裂自身内部也可形成沿断裂带的小型“对流环”模式。

4.4 油气运聚条件

5 开发实践

碳酸盐岩“断溶体圈闭”概念的提出，不但深化了塔河地区不同岩溶背景下缝洞体的成因认识，也使对断裂带的认识发生了由“控储控藏”向“控储成藏”的转变，使早期以“残丘、串珠状地震反射特征”为主的溶洞型油藏[24-25]开发扩大到以“沿深断裂带溶蚀面、杂乱反射为特征”的裂缝—孔洞型油藏，实现了缝洞型油藏开发由“点状溶洞”向沿断裂带发育的“溶蚀断裂面”，三维不均一的平板状或条带状“断溶体”的重大转变。

图6 塔河油田奥陶系油藏压扭型断控岩溶破碎带演化模式

表4 塔河油田不同类型断溶体油藏投产井产状统计

Table 4 Occurrence statistics of brought-in wells of different fault-karst reservoirs in Tahe oilfield

油藏类型投产井数/口建产井数/口建产率/%单井稳定产能/(t·d-1)投产井产能分级Q≥3020≤Q<3010≤Q<20Q<10井数/口所占比例/%产能/(t·d-1)井数/口所占比例/%产能/(t·d-1)井数/口所占比例/%产能/(t·d-1)井数/口所占比例/%产能/(t·d-1)条带状353394.337.41957.656.739.125.1412.112.1721.24.4夹心饼状373286.520.2928.136.7825.023.0618.815.8928.14.0平板状363288.914.0515.634.0825.022.539.414.41650.03.3小计1089789.824.23334.042.51919.623.61313.414.13233.03.9

注：西北油田分公司内部产能界定：Q≥30 t/d为高产井，20 t/d≤Q<30 t/d为中高产井，10 t/d≤Q<20 t/d为中低产井，Q<10 t/d为低产、低效井。

表5 塔河油田T707和T708断溶体油藏不同破碎部位投产井产状统计

塔河油田覆盖区条带状断溶体油藏的投产效果最好，夹心饼状和平板状断溶体油藏次之。近年来，针对断溶体油藏共投产108口，建产97口，建产率89.8%，累油48.5×104t，其中条带状断溶体油藏的平均产能为37.4 t/d，夹心饼状和平板状分别为20.2 t/d和14 t/d(表4)。在同一断裂带上沿主干断裂向伴生断裂横向外扩开发中油井表现出地层供液变差、油气充注程度变差等特征。一般来讲，断裂带核部及破碎带岩溶程度高、含油高度、油井产能高，多钻遇放空漏失；断裂过渡带、断裂带末端多表现为储集体欠发育、地层供液能力差(表5)。

6 结论

1) 塔河油田上奥陶统覆盖区沿溶蚀断裂发育带状分布的断溶体油藏，受地应力和岩溶作用等因素的控制，同一断裂带上断溶体圈闭具明显的分段性，按圈闭的空间展布形态及主控因素可划分为条带状、夹心饼状和平板状3类。

2) 既具有油源断裂背景，又有多期强烈岩溶改造的断溶体油藏开发效果最优。一般来讲，条带状断溶体油藏钻遇井以中-高产井为主，沿主干断裂向伴生断裂外扩的开发中油井表现出地层供液变差、油气充注程度降低等特征。

3) 断溶体圈闭(油藏)概念的提出与实践给塔河油田的勘探与开发带来了新的启示，深化断溶体油藏特征及控制因素研究，可为塔里木盆地同类油藏的部署新井井位、编制产能建设方案、提高地质储量动用程度提供地质依据，提高油气的最终采收率。

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(编辑 张玉银)

Characteristics and development practice of fault-karst carbonate reservoirs in Tahe area,Tarim Basin

Lu Xinbian1,Hu Wenge1,Wang Yan2,Li Xinhua2,Li Tao1,Lyu Yanping2,He Xinming2,Yang Debin2

(1.NorthwestOilfieldCompany,SINOPEC，Urumqi,Xinjiang830011,China;2.Exploration&ProductionResearchInstituteofNorthwestOilfieldCompany,SINOPEC，Urumqi,Xinjiang830011,China)

Various irregular fractured-vuggy reservoirs were formed along the large fault-karst belts in the area covered by the Upper Ordovician in Tahe area due to multi-phase tectonic deformations and karstifications of the carbonates.Using fine coherence,amplitude change rate,time slice and other properties of high-precision three-dimensional seismic,outcrops,drilling and production data,this paper first presented a theoretical concept of fault-karst trap,and elaborated its forming mechanism and geologic characteristics in this area.The fault-karst reservoirs can be divided into three types by their shapes and controlling factors:banded,sandwich and tabular reservoirs.According to recent development practices,the fault-karst reservoir is a very special reservoir type in this area.The development effectiveness of different fault-karst carbonate reservoirs is quite dissimilar,with the banded ones being the best in development performance.It is of great significance for the petroleum exploration and development of similar reservoirs in the Tarim Basin.

fractured-vuggy rock mass,fault-karst rock mass,karstification,carbonate,Tahe oilfield,Tarim Basin

2014-09-28;

2015-02-16。

鲁新便(1963—)，男，博士、教授级高级工程师，碳酸盐岩缝洞型油藏开发地质及油藏工程设计。E-mail：lxbmail@sina.com。

汪彦(1976—)，男，博士、高级工程师，碳酸盐岩开发地质。E-mail:wangyan19760902@163.com。

国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2011CB201005)；国家科技重大专项(2011ZX05049)。

0253-9985(2015)03-0347-09

10.11743/ogg20150301

TE122.3

A