順北地區超深層碳酸鹽巖斷溶體鉆錄井識別

況安鵬，曹東升，曾聯波，黃 誠，姚迎濤，韓 俊

（1.中國石化西北油田分公司勘探開發研究院，新疆烏魯木齊 830011；2.中國石油大學（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室，北京102249；3.中國石油大學（北京）地球科學學院，北京 102249）

深層、超深層海相碳酸鹽巖儲層是目前中國油氣勘探的主要趨勢之一，也越來越受到國際學術界高度關注[1]。盡管深層鉆井資料少，地質認識還處于探索階段，但在塔里木盆地、四川盆地、鄂爾多斯盆地和渤海灣盆地深層-超深層油氣勘探中，相繼取得了重要進展[2，3]。近年來，塔里木盆地油氣勘探在塔河深層和順托果勒低隆起上不斷實現突破，尤其是在順北地區的重大油氣發現，揭示了塔里木盆地內部走滑斷裂帶具有明顯的“控儲、控藏、控富”作用[4-6]。碳酸鹽巖地層遭受多期構造運動變形和巖溶作用之后，在大型走滑斷裂帶周圍形成各種不規則縫洞儲集體被定義為斷溶體油氣藏[6，7]。順北地區主要的油氣藏類型就是斷溶體油氣藏，其儲層發育規模和分布特征受走滑斷裂體系控制。

目前順北地區總體勘探程度低，獲取資料較少，認識存在局限性，特別是深層規模儲層認識與描述仍需要攻關[8]。在深層-超深層高溫、高壓以及儲層非均質強等復雜地質條件下，斷溶體儲層放空漏失嚴重，導致很多儲層井段不能進行地球物理測井。根據統計，在順北1區走滑斷裂帶控制的斷溶體儲集體中有44.5%的井由于放空、漏失、溢流等問題不能進行測井作業；在斷裂走向與現今地應力方向相近的1號斷裂帶，這一比例高達78.3%。因此，斷溶體油氣藏縫洞發育段較難識別評價，開發過程中相鄰井連通性及產量差異也無法解釋。

在不能測井作業的情況下，僅能通過鉆井和錄井數據來識別評價斷溶體儲層發育段，但是，氣測和鉆時數據影響因素較多，具有多解性。目前主要通過鉆井過程中的放空漏失來確定斷溶體發育段，有效的斷溶體不僅是儲層重要儲集空間和主要滲流通道，還決定了油氣富集程度和儲層潛在的生產能力；斷溶體儲集空間有效性研究至關重要[9]。而且，實際生產過程中發現同一斷裂帶相鄰幾百米的單井產量差異巨大，在斜井和水平井橫穿斷裂帶時放空漏失并不明顯，常規測井解釋不能有效地識別斷溶體，與以往地質認識不符，成為制約進一步優選勘探目標和合理制定開發方案設計的難題。

本文通過統計碳酸鹽巖斷溶體中普遍發育的方解石膠結脈體和自形方解石等鈣質膠結物，同時結合鉆時、氣測等鉆錄井資料以及常規測井數據校正對順北地區超深層斷溶體儲層進行識別評價。

1 研究區概況

塔里木盆地是油氣資源豐富的大型疊合盆地之一，盆地經歷多期構造運動，形成了不同性質、不同規模、不同級次的斷裂[6]。順托果勒低隆起北連沙雅隆起，南接卡塔克隆起，東鄰滿加爾坳陷，西接阿瓦提坳陷[10]。與卡塔克隆起和塔北隆起相比，其地層產狀平緩，以緩慢沉降為主，主要發育一系列近南北向、北北東向和北西向的走滑斷裂[11]。焦方正[10]認為斷裂體系演變主要為加里東中期、加里東晚期—海西早期、海西晚期—印支期和燕山期—喜馬拉雅期4個階段，走滑斷裂主要形成于加里東中期；北西向斷裂持續活動至喜馬拉雅期，其余斷裂持續活動至海西晚期。已發現的油氣藏在縱向上均聚集在奧陶系碳酸鹽巖頂部，平面上幾乎均沿斷裂帶展布，斷裂帶控儲、控藏、控富集的特征明顯。

順托果勒隆起可細化分為順南斜坡、順托低隆、順東緩坡和順北緩坡四個次級單元[8]。順北油氣田主體位于順托果勒低隆起北部順北緩坡，其東南延伸至順南斜坡。目前順北油田主要產層為奧陶系一間房組和鷹山組上亞段的臺地相灰巖，鷹山組下亞段及下部的蓬萊壩組云巖段由于埋深較大，鉆遇較少。現今有效儲集空間以次生為主，包括高陡斷層相關洞穴、高角度構造縫、擴溶或充填殘余縫、溶蝕孔洞、晶間孔隙及微裂縫等多種儲滲空間類型，形態多樣，大小懸殊，非均質性極強。其中，與走滑斷裂相關的洞穴、構造縫及沿縫溶蝕孔洞是主要的儲集空間類型。原油和天然氣均來源于滿加爾坳陷寒武系-中下奧陶統盆地—斜坡帶烴源巖及順托果勒隆起下寒武統玉爾吐斯組上-中緩坡帶烴源巖。

2 斷溶體儲層發育特征

斷溶體概念的提出主要源于塔里木盆地油氣勘探發現，斷溶體油氣藏是一種新的深層-超深層油氣藏類型，是由斷裂多期活動與流體溶蝕改造作用在碳酸鹽巖層系中形成良好的洞穴、裂縫及沿縫溶蝕孔洞型儲集體[11-12]。斷溶體概念的提出，改變了以往對斷裂在油氣成藏過程中作用的認知，斷裂帶不僅是輸導體系，也是重要的儲集空間。由于構造活動及控制流體作用的差異，斷溶體特征有所不同：塔河地區中下奧陶統主要是由構造抬升剝蝕，大氣淡水表生巖溶作用，形成以尺度較大的暗河、溶洞為主的斷溶體[13]；順北地區主要是走滑斷裂控制的縫網系統及地層水、熱液溶蝕作用形成的裂縫和溶孔（洞）網絡；在順南地區還有以熱液作用為主，形成的裂縫和溶孔（洞）儲集空間。

結合鄰區塔河和順南地區巖心觀察、以及盆地西北緣野外露頭觀測，發現在奧陶系碳酸鹽巖斷層、裂縫、溶孔及溶洞中方解石膠結物普遍發育，而且隨著斷層核寬度、裂縫開度和溶孔溶洞直徑的增加，鈣質膠結物更加發育，出現自形方解石晶體（圖1）。

圖1 斷溶體儲集空間中的方解石充填

順北地區16口取心井的245 m巖心觀察統計表明：順北地區超深層碳酸鹽巖斷溶體儲集空間中有87.3%被完全充填或半充填，充填物以鈣質方解石膠結物為主（圖2）。定量統計塔里木盆地奧陶系野外露頭、研究區以及塔河、順南等鄰區巖心以及薄片中方解石晶體及其賦存的斷層、裂縫、溶洞及溶孔等斷溶體儲集空間大小關系，表明斷溶體規模尺度越大，儲集空間中方解石單晶體也會越大（圖3）。也有學者研究表明，斷層和裂縫的開度越大，其長度也越大，二者符合正相關的函數關系[14]。因此，通過巖屑中方解石膠結物含量的統計，就可以分析地下深層斷溶體發育特征。也就是在巖屑錄井中方解石膠結物，特別是自形方解石晶體越發育，對應井段的斷溶體也就越發育，而且方解石自形程度發育越好，單晶體越大，對應的斷溶體規模尺度也就越大。

圖2 順北地區巖心觀察小尺度斷溶體儲集空間充填特征

圖3 斷溶體規模與充填最大方解石晶體大小交匯分析

3 斷溶體儲層的鉆錄井響應

錄井是指在鉆井過程中，在井場不同部位或者井下鉆柱中，通過地面人工操作或者安裝各種傳感器，分別記錄反映地下情況和鉆井工程動態的各種信息。包括巖心、巖屑、鉆井液、鉆時、熒光、核磁共振、氣測、巖石熱解、灌頂氣輕烴錄井等多種錄井方法。目前主要使用鉆時、氣測以及油氣顯示來反映斷溶體的發育程度。氣測錄井會受到氣油比、井筒壓差、鉆頭直徑、鉆井速度、鉆井液排量、鉆井取心、鉆時變化、后效氣、鉆井液性能、脫氣器進液量、鉆井液處理劑等影響，其中井筒壓差對氣測全烴值影響最為明顯。研究區目的層以常壓為主，井筒壓差變化較小，氣測全烴可以反映單井地層物性和含氣性的相對變化。由于深層碳酸鹽地層壓實膠結嚴重，基巖孔滲性能非常差，在斷溶體發育段往往產氣量增加，氣測值增高。

鉆時錄井是指鉆井過程中，每鉆進單位進尺所用的純鉆進時間。鉆時錄井資料可以識別裂縫型儲層，鉆時越低，說明地層裂縫、孔隙（洞）越發育、物性越好，反之越差。但鉆時數據影響因素較多，會受到井徑、鉆井液排量、取心、泥漿性能、鉆井軌跡及地層特征等影響[15]。在斷溶體發育的井段，部分地層已經破碎，但還存在方解石膠結致密段，不僅表現為鉆時降低，而且鉆時變化較大；鉆時絕對值的變化結合鉆時變化率及鉆時曲線分形維數可以更精確地識別斷溶體發育段。

巖屑錄井是指在鉆井過程中，按照一定取樣間距和遲到時間，連續收集與觀察巖屑并恢復地下地質剖面的過程。當縫洞發育時，往往流體運移及水-巖反應活躍，溶蝕作用發育，同時，次生礦物易于結晶沉淀；因此，巖屑中次生礦物的多少可以反映巖石中縫洞的發育程度。自形晶體越多，自形程度越高，透明度越好，縫洞空間越大，晶體形成時裂縫的開啟程度越好。

鉆井資料中鉆井工程參數包括鉆頭尺寸、鉆壓、鉆具放空長度等數據。在塔里木盆地碳酸鹽巖地層中，大尺度斷溶體發育時，鉆具常常發生放空，并伴隨鉆井液的漏失，在塔河地區表生巖溶作用形成的大型暗河溶洞會導致幾十米井段的放空漏失，但在順北地區多為數米的放空，伴隨一定量的鉆井液漏失。

4 斷溶體儲層鉆錄井綜合識別

鉆具放空、鉆井液漏失以及巖屑中方解石膠結物大量發育是斷溶體發育最直接的證據；當發生放空漏失時表明斷溶體沒有被全部充填，其儲滲性能以及連通性較好；巖屑中方解石膠結物非常發育，表明斷溶體發育的同時被半充填或者全充填；二者互補，結合兩種方法，對沒有充填或者完全充填的斷溶體空間均可識別。其次鉆時的變化率和鉆時曲線的分形維數，二者的趨勢較為一致，但是分形維數的基值為0，當斷溶體發育時，分形維數迅速增大；鉆時變化率的基值保持在0～5，當大于5時，發育斷溶體的概率較大。由于巖性、基質孔滲、油氣充注強度、氣油比等影響因素，鉆時和全烴的原始曲線直接用于判斷斷溶體發育程度的可靠性較低，但是可以在斷溶體識別的基礎上，通過氣測數據、鉆時及其變化率、鉆時曲線分形維數和常規測井曲線評價斷溶體的發育程度。

巖屑中方解石膠結物評價主要根據其數量的統計分析。取一定質量的巖屑（盡量選取巖屑中較大的部分，本次研究選取0.2 kg），統計巖屑中方解石充填脈體和方解石晶體個數。如果沒有發育方解石膠結物，則方解石膠結的裂縫溶洞不發育；如果方解石膠結脈體和晶體的個數在0～5之間，則方解石充填的裂縫溶洞較發育；個數大于5，電阻率測井值明顯降低，深淺電阻率差值變大，斷溶體非常發育。觀察發現，PDC鉆頭切割的原巖巖屑多呈薄片狀；開度較小的脈體（小于3 mm）多呈現出與原巖完全膠結，同時被切割成薄片狀（圖1i）；但自形的方解石晶體并沒有被切割成薄片狀（圖1f），其最小直徑要大于普通巖屑的厚度，很可能是由于自形的方解石膠結物晶體發育在較大的斷溶體空間，晶體之間相互獨立，沒有膠結成為一個整體，力學性質表現為脆性，在鉆頭接觸時很快剝落，保存了其自形的形狀。

本文選取了目前生產中問題突出的W1井進行綜合預測評價，統計中下奧陶統一間房組和鷹山組碳酸鹽巖巖屑中方解石膠結物含量，并與測井曲線對比。一間房組7 445，7 545 m及鷹山組7 585，7 595，7 615，7 670～7 675，7 695，7 795～7 800，7 844 m方解石膠結物含量較高，電阻率測井值減小，降到測井儀器可以測量的范圍（最大40 000 Ω·m），而且淺電阻率測井值明顯小于深電阻率測井值，鉆時降低，鉆時變化率和鉆時曲線分形維數較大，表明地層滲透性較好，斷溶體發育。但是在7 780～7 795 m深度段，方解石膠結非常發育；電阻率仍然較大，超出儀器測量范圍；聲波時差明顯偏低，氣測總烴接近基值，鉆時較大。表明這一井段雖然斷溶體發育，但是被完全膠結，地層較為致密。W1井的綜合評價結果顯示，在一間房組的上部和下部膠結物含量較高，說明斷溶體更加發育，是有利的生產層位。一間房組底部和鷹山組井軌跡向主干斷裂帶鉆進，并橫穿主干斷裂帶（圖4），方解石膠結物普遍發育，局部井段非常發育。在斷裂帶內部存在被方解石膠結物完全充填的致密膠結帶，在測井上響應不明顯，例如7 635～7 645 m和7 795～7 800 m井段。

圖4 W1井井軌跡及三維地震剖面

通過分析W1井膠結物含量、鉆時曲線分形維數、鉆時變化率的相關性發現，鉆時分形維與巖屑中方解石膠結物發育情況對應較好。W1井奧陶系碳酸鹽巖地層的491 m進尺綜合評價結果顯示：目的層井段斷溶體比較發育，其中，24.8%的斷溶體發育段屬于膠結物半充填，48.5%的斷溶體發育段屬于膠結物全充填。生產實踐表明，W1井的產量較低，與幾百米之隔的W2井（圖5）產量差異較大，其原因主要是W1穿過的主干斷裂膠結作用發育，方解石膠結物完全充填于斷溶體儲集空間，斷溶體儲層孔滲性能變差，非均質性增強，內部連通性較差，使得產量較低[16]。

圖5 三維地震一間房組頂部相干屬性

由于本次研究通過人工辨別統計巖屑中的方解石膠結物，工作效率較低且只能通過巖屑中膠結物個數來表征斷溶體的發育程度；如果能統計膠結物質量并計算質量百分比，會有更加精確地評價結果。本研究將對巖屑錄井的進一步發展具有很好的借鑒意義：結合礦物色選機技術對巖屑的顏色，甚至透光性、密度等物理性質進行自動挑選分類[17]，

將會大大提高工作效率；并可以自動化、定量化識別巖屑中的基巖、膠結物、甚至是硅質團塊，剔除鉆井過程中混合的雜質，將會是油氣勘探開發巖屑錄井工作重要的發展方向。

5 結論

（1）在塔里木盆地特別是順北地區，中下奧陶統碳酸鹽巖斷溶體儲層中斷層、裂縫、溶孔及溶洞等儲集空間方解石膠結作用普遍發育。隨著裂縫開度和溶孔直徑的增加，鈣質膠結更加發育，方解石單晶體更大，出現自形的方解石晶體。

（2）斷溶體在鉆錄井資料中主要表現為鉆具放空、鉆井液漏失，氣測總烴值變大、鉆時變低且變化加劇，鉆時變化率和鉆時曲線分形維數變大，巖屑中方解石膠結物特別是自形方解石含量增加；其中，鉆時變化率和鉆時曲線分形維數兩個參數對斷溶體儲層較為敏感。鉆時分形維數與巖屑中方解石膠結物發育情況相關性較好。

（3）深層碳酸鹽巖巖屑中方解石膠結物的發育程度及其自形程度可以表征斷溶體儲集空間的發育程度；特別是充填程度較高的斷溶體儲集空間，在測井曲線上響應不明顯，難以有效識別的情況下，巖屑中方解石膠結物的統計分析為碳酸鹽巖斷溶體鉆錄井識別與評價提供了有效的識別方法。巖屑錄井中方解石膠結物分析完善了無測井資料井段的斷溶體評價預測方法；在有測井數據井段，結合測井數據可以識別由于膠結作用導致常規測井響應不明顯的斷溶體儲層發育井段，分析斷溶體儲集空間充填性以及儲層非均質性。

（4）順北W1井橫穿主干斷裂帶時，方解石膠結物普遍發育，局部井段非常發育。存在完全被方解石膠結物充填的致密的膠結帶，使得斷溶體孔滲性能變差，內部連通性降低，單井產量低。