塔河油田12区在经历多轮次产能建设后，高残丘、大断裂、规模缝洞等高品位储量不断被动用，在后期外围扩展过程中，分支河道、低幅度构造和非串珠状反射将是未来的重要动用目标^[1-3]，但这类目标普遍存在储集体规模小、充填程度高、充注程度低等问题，尤其是当钻遇充填溶洞后，有效储集空间变小、动用难度变大。为了进一步降低钻遇充填溶洞的风险，近年来研究人员根据塔河油田充填溶洞特定的地质构造和特殊的地震属性，总结出4433工作方法(4种充填模式、4类充填物类型、3种识别方法、3个挖潜方向)，这极大地提高了充填溶洞内部结构认识程度，为高效挖潜充填溶洞内部剩余油指明了方向。

目前对碳酸盐岩充填溶洞的研究集中在充填相分类、充填溶洞地球物理识别技术和测井识别技术等方面。2000年，张美良等^[4]通过对贵州喀斯特溶洞的研究，根据洞穴堆积物成分、沉积环境等，将洞穴堆积物划分为化学沉积、流水机械沉积和重力崩塌三大类。2002年，唐文榜等^[5]利用频率差异分析技术对溶洞充填物类型进行了研究。2003年起，鲁新便等^[6]、代冬冬等^[7]利用波阻抗技术、RGB混频三原色技术对古岩溶储层的分带性和充填性进行预测^[8]。2009年起，徐微等^[9]、蔡春芳等^[10]、金强等^[11]对溶洞充填相进行分类，同时根据溶洞充填物地球化学特征，对化学充填物的形成环境、演化过程进行分析^[12-14]。2012年起，田飞等^[15]、农社卿等^[16]、陈钢花等^[17]利用岩心和成像测井资料，对常规测井资料进行标定，建立了缝洞充填物与常规测井之间的复合识别关系^[18]。上述研究对充填溶洞成因和充填物类型做了详细的研究，但是对充填溶洞形成的特殊地质背景和钻遇充填溶洞后如何高效挖潜，尚未得出明确的结论。笔者在调研前人研究的基础上，对溶洞充填模式、充填物类型、充填预测和充填溶洞挖潜等4个方面进行研究，以期为完井段的选取和完井方式的制定提供依据。

塔河油田12区位于塔里木盆地北部沙雅隆起阿克库勒凸起南部斜坡，中—下奥陶统的一间房组和鹰山组总体为缓坡台地格局，为典型的台内滩相沉积，以泥微晶灰岩、藻屑黏结灰岩、生屑砂屑灰岩为主，厚度较大、连续性好，是奥陶系碳酸盐岩储层发育的主要层位^[19-20]。中—下奥陶统的碳酸盐岩经历了加里东期、海西期、印支—燕山期及喜马拉雅期等多次构造运动，受多期岩溶叠加改造，沿断裂、裂缝和风化壳形成了以大型溶洞为主要储集空间的古喀斯特储层，岩石基质不具备储渗能力，有效的储集空间依赖于地层中次生孔隙(次生裂缝和溶蚀孔、洞)的发育程度^[21]。地面原油密度为0.95~ 1.07 g/cm³，平均饱和压力为2.49~10.98 MPa，地层流体压力远高于泡点压力，属于稠油未饱和油藏。

碳酸盐岩地层经历抬升，暴露地表后，接受水体淋滤，在地表水和地下水2套水循环的作用下，形成地下暗河、地表沟谷、岩溶残丘等一系列岩溶产物^[21]。在岩溶作用过程中，地层水的饱和度、局部构造形态、距物源距离、井区剥蚀强度、与上覆地层接触情况等因素均控制了碳酸盐岩溶解物和外源碎屑的排泄与堆积。通过对12区36口溶洞充填井的局部构造和岩溶发育主控因素进行对比与研究，总结出4种充填模式：暗河沉积型[图 1(a)]、地表河凸岸堆积型[图 1(b)]、敞口充填型[图 1(c)]和垮塌充填型[图 1(d)]。

图 1

Fig. 1

下载eps/tif图 图 1 塔河油田奥陶系油藏溶洞充填模式 Fig. 1 Cave filling patterns of Ordovician reservoirs in Tahe Oilfield

(1) 暗河沉积型。暗河流动的过程中，从外界携带泥、砂和砾石等外源碎屑物进入岩溶管道，这些物质在水流变缓部位或是岩溶管道低部位逐渐堆积下来，形成暗河沉积物，岩心观察及成像测井显示暗河沉积物以泥、砂充填为主，砾石充填较少。从平面上看，水流速度较缓的分支河道、水势(进水口海拔-出水口海拔)较小的河道都容易形成沉积充填。

(2) 地表河凸岸堆积型。地表河的流动与地貌形态有关，地貌起伏较大的井区，地表河形态变化也较大，古地貌刻画结果显示塔河油田12区3组地表河均呈曲流河状。曲流河凸岸一侧由于水流方向急剧变化，形成类似于边滩的砂、泥堆积，对前期形成的储层造成破坏。对塔河油田12区地表河道研究表明，地表河干流河道呈下切深度较大的“V”字型峡谷[图 2(a)~(b)]，垂向上可能有2套或2套以上的岩溶储层[图 2(c)]，地表河凸岸堆积物大部分情况下只对底部的岩溶储层造成破坏，而上部储层因常年位于枯水期水位以上，储层保存较好[图 2(d)]。

图 2

Fig. 2

下载eps/tif图 图 2 地表河凸岸堆积典型井示意图 Fig. 2 Cave filling pattern of Ordovician reservoirs in Tahe Oilfield

(3) 敞口充填型。海西期之后，奥陶系碳酸盐岩缝洞型储层都进入埋藏阶段，上部覆盖巴楚组、东河塘组、志留系等地层，如果溶洞顶部呈敞口状或洞顶发育大尺度开启裂缝，就会导致上覆砂、泥沿着洞顶下灌。若溶洞通过洞顶裂缝与上覆地层层连通，当裂缝被充满闭合后，顶部砂、泥便会停止下灌，表现为底部溶洞破坏程度较小；若溶洞呈敞口状，直接与上覆地层接触，表现为底部溶洞充填程度大。这种充填类型在塔河北部于奇、12区等夷平化作用强烈的区域普遍发育。

(4) 垮塌充填型。奥陶系溶洞形成后，受上覆地层压力或后期构造挤压、断裂活动的影响，使得洞顶周缘开始崩落。与暗河沉积不同，垮塌充填型的充填物为磨圆度很低的碳酸盐岩角砾，角砾间剩余孔隙度较大，在常规测井和成像测井上，垮塌角砾岩很容易被识别。

通过成像测井和钻井取心资料可以清晰地识别溶洞充填物，从实际钻井情况看，塔河油田12区奥陶系溶洞充填物主要有粉砂岩[图 3(a)]、泥岩[图 3(b)]、碳酸盐岩角砾[图 3(c)]、方解石四大类[图 3(d)]。

图 3

Fig. 3

下载eps/tif图 图 3 塔河油田12区奥陶系溶洞充填物测井、岩心显示 （a）粉砂、泥砂质充填，TH-1井，5 820 m，奥陶系鹰山组，第13筒次；（b）裂缝泥质充填，TH-2井，6 255 m，奥陶系鹰山组，第2筒次；（c）垮塌角砾岩充填，TH-3井，5 820 m，奥陶系鹰山组，第5筒次；（d）岩心（c）的成像测井图；（e)方解石充填，TH-4井，奥陶系鹰山组，6 200 m，第11筒次 Fig. 3 Logging and coring graph of Ordovician karst cave filling in block-12 of Tahe Oilfield

暗河沉积充填物和敞口型充填物主要为砂岩、泥岩，其中暗河充填的砂、泥表现为典型的水平层理，成分较为均一，测井曲线上箱状特征明显，而敞口型充填的砂、泥在常规测井上表现为锯齿状，成像测井颜色较深、水平层理不发育。

碳酸盐岩角砾主要在溶洞垮塌过程中形成，岩心上主要以磨圆较差的不规则角砾为主，成像测井显示角砾大小不一、从几厘米至几十厘米的不规则高电阻率亮色块状物质为主。高电阻率团块间是密度较大、组系不一的低电阻率裂缝，主要是角砾间的泥质胶结物。

方解石充填也指化学充填，是岩溶水在封闭环境下过饱和后形成的产物，野外洞穴所观察到的石笋、石柱，以及露头所观测到的方解石充填缝均为化学充填的产物。塔河油田奥陶系岩溶储层研究中，通常认为上奥陶统剥蚀区为开放的岩溶环境，化学充填欠发育，而上奥陶统覆盖区为埋藏岩溶环境，岩溶水循环条件差，化学充填较为发育。测井曲线上，方解石充填也表现为高电阻率，与围岩无法区分，只能通过岩心进行判断。

通常在一口井的钻井剖面上，可以同时发育不同的充填类型。金强等^[22]提出洞穴纵向上自上而下依次发育洞顶裂缝带(或表层岩溶带)、中部洞穴发育带(或径流岩溶带)和下部杂乱堆积的垮塌带(图 4)，并对溶洞垮塌角砾岩的成因和分布进行了深入的研究。

图 4

Fig. 4

下载eps/tif图 图 4 塔河油田12区奥陶系纵向岩溶充填层序 Fig. 4 Sequence of vertical Ordovician karst filling in block-12 of Tahe Oilfield

溶洞是碳酸盐岩最主要的储集空间，塔河油田西北部凸起斜坡区纵向上以单层缝洞为主，溶洞被充填后，会极大地影响油井的产能。为了降低钻遇充填溶洞的风险，通过对已钻遇充填井地震属性、地质构造、区域邻井充填特征进行分析，总结出以下充填预测模式。

(1) 沿暗河走向连续强反射部位充填程度高：因为暗河是具有一定空间、在一定区域内连续展布的未充填管道，砂、泥质充填河道在地震波振幅上均与围岩存在明显差异，因此平面上沿暗河呈较为连续的强振幅变化率条带[图 5(a)]。沿暗河走向地震反射特征可以分为2类：连续强反射和短轴串珠状反射[图 5(b)]，对比2种反射特征井的溶洞钻遇率和充填溶洞比例，短轴串珠状反射井溶洞钻遇率达90%，充填溶洞比例为11.1%，连续强反射井溶洞钻遇率为78.6%，充填溶洞比例却高达45.5%。统计结果表明，沿暗河走向连续强反射钻遇充填溶洞的风险大。

图 5

Fig. 5

下载eps/tif图 图 5 塔河油田12区奥陶系溶洞充填预测模式 Fig. 5 Prediction model of Ordovician karst cave filling in block-12 of Tahe Oilfield

(2) 剥蚀岩溶区T₇⁴面为张开型的残丘，其残丘顶部储层充填程度高。一般情况下，T₇⁴面呈连续状反射，代表较为致密的围岩，可以近似当作盖层，但是当残丘顶部T₇⁴面呈张开状形态时，代表顶部裂缝发育，容易被上覆砂、泥充填。

(3) 古地貌低部位溶洞充填程度高。目前通用的古地貌恢复方法是填平补齐法[图 5(b)]，认为T₅⁶双峰灰岩沉积时是一个稳定的等时面，计算T₅⁶和T₇⁴之间的地层厚度，忽略压实系数，就可以近似地恢复岩溶古地貌。古地貌低部位通常是岩溶水汇集和溶洞充填物堆积部位，充填程度较高。

综合分析纵向充填序列、区域地质背景、单井地震反射特征，可将充填井挖潜分为3个方向：充填溶洞段内挖潜、充填溶洞段间挖潜(上返、下返)、和充填溶洞井间挖潜(侧钻)。

(1) 段内挖潜。地质背景好、地震预测充填概率较小的井，若实钻揭示充填，多以点状充填为主，充填段段内改造潜力大。以塔河12区TH12150井为例，该井具“局部构造高+串珠状反射”特征，且所在井区钻遇充填溶洞比例小于10%，综合预测钻遇充填溶洞概率小。测井显示在T₇⁴面下36~43 m钻遇泥质充填溶洞，自然伽马为45 API，溶洞被部分充填，首次完井时，针对充填段酸压，有明显的沟通显示，但投产后供液较差、快速停喷，说明受充填影响，近井有效储集空间较小，注水300 m³即起压，至22 MPa后，压力保持不变[图 6(a)]，又显示远端储层发育，但通道压差大，须要酸化改造。2012年5月，对该井实施酸化作业[图 6(b)]，初期日产油60 t，阶段累积产油3.5万t。

图 6

Fig. 6

下载eps/tif图 图 6 充填段段内挖潜实例 Fig. 6 Instance of intraformational potential tapping in the filled section

(2) 段间挖潜力。充填段顶部裂缝发育带和充填段下部垮塌破碎带均具有酸压改造的潜力。段间挖潜常规做法是避开充填段，上返酸压，但当目的层顶部钻遇大套充填溶洞时，就必须论证下返酸压的可行性。此时须考虑2个方面的问题：一是判断顶部充填类型，若顶部是裂缝型充填，则下部储层保持条件较好，具有较大下返潜力；二是考虑单井纵向岩溶深度，如果与深大断裂匹配较好[图 7(a)~(b)]，也具有较大的下返潜力。塔河油田12区2014年针对顶部充填井探索性的进行下返酸压，施工3口井，成功2口，下返成功的2口井均满足上述要求。

图 7

Fig. 7

下载eps/tif图 图 7 充填溶洞之下酸压挖潜井 Fig. 7 Interlamination potential tapping in filled karst cave

(3) 井间挖潜。塔河油田古河道开发实践表明，充填特征为沿暗河走向呈分段式，钻遇充填井再次侧钻，是动用井间储量和恢复产能的有效手段。以塔河12区TH12112CH井近东西向暗河为例，实钻显示充填井与未充填井呈相间分布，瞬时频率和波阻抗反演资料也表明沿暗河走向呈分段式充填[图 8(a)~(b)]。沿该河道TH12-13井T₇⁴面下70~130 m钻遇大套全充填溶洞，对充填段顶部酸压，累积产油0.13万t后无产液关井，2012年该井朝河道东部“局部高+深断裂”目标体侧钻后，在井口东241 m处钻遇漏失完井，截止目前累积产油6.6万t。同一河道上的邻井(TH12-14井)在T₇⁴面下0~55 m钻遇大套泥质充填溶洞，对充填溶洞底部垮塌破碎带酸压，累积产油0.24万t，无产液关井，侧钻(水平位移小于50 m)后酸压完井，截至目前累积产油1.2万t。地震属性刻画结果及上述2口充填井小井距侧钻、成功投产，都说明沿暗河走向具分段充填特征，侧钻是该类型井恢复产能的有效手段。

图 8

Fig. 8

下载eps/tif图 图 8 避开充填溶洞井间侧钻挖潜井 Fig. 8 Interwell potential tapping through sidetrack drilling avoiding filled karst cave

对36口充填井生产特征对比结果表明：区域地质背景、溶洞充填程度和酸压段的选取是影响充填井产能的重要因素。

(1) 充填溶洞内主要的储集空间被破坏，酸压后以低产为主

针对28口井充填溶洞酸压改造，有68.8%的井累积产油量低于0.5万t，充填后剩余有效储集空间较小。酸压过程中泵压曲线平直，说明充填段酸液滤失严重，严重影响了酸压有效沟通范围(图 9)，酸压投产后，普遍表现为低液高含水生产特征，排水量远大于酸压注入量，分析认为地层产水主要来自充填溶洞内压实程度较低的泥岩束缚水。

图 9

Fig. 9

下载eps/tif图 图 9 充填溶洞酸液滤失图 Fig. 9 Acid filtration in filled karst cave

(2) 河道背景充填井产能高于断裂背景充填井

针对28口井半充填溶洞进行酸压改造，虽然它们普遍表现为低产，但仍有25%的井累积产油量大于1万(t表 1)，这说明在特定的地质背景区，井眼钻遇充填溶洞可能只代表点状充填，井周仍有保存较好的溶洞发育，具有较大的改造潜力。对比河道背景充填井和断裂背景充填井产能，结果表明河道背景充填溶洞累积产量明显高于断裂背景充填井。

表 1(Table 1)

表 1 不同地质背景区钻遇充填井累积产量对比 Table 1 Comparison of the oil production of filled karst caves in different geological regions 充填类型 总井数/口 针对充填溶洞酸压井数/口 累产油分级/万t ＞2.0 1.0~2.0 0.5~1.0 0.1~0.5 ＜0.1 未建产 井数/口 井数比例/ % 井数/口 井数比例/ % 井数/口 井数比例/ % 井数/口 井数比例/ % 井数/口 井数比例/ % 井数/口 井数比例/ % 河道背景充填井 24 16 4 25.0 1 6.3 4 25.0 4 25.0 3 18.8 断裂背景充填 12 12 1 8.3 2 16.7 4 33.3 4 33.3 1 8.3 合计 36 28 5 17.9 2 7.1 1 3.6 8 28.6 8 28.6 4 14.3

下载CSV 表 1 不同地质背景区钻遇充填井累积产量对比 Table 1 Comparison of the oil production of filled karst caves in different geological regions

(3) 充填溶洞顶部裂缝带产能高于充填溶洞底部垮塌破碎带

当钻遇全充填溶洞后，须进行上返酸压或下返酸压，而酸压段的选取，除了考虑充填溶洞位置(揭开段上部充填/揭开段下部充填)之外，还须考虑充填溶洞的类型、区域地质背景。现场常用的做法是：①若在揭开段中部钻遇充填，则避开充填段，对充填溶洞之上保存条件较好的裂缝发育带进行酸压改造，表现为中—低产能；②若在揭开段顶部钻遇裂缝型充填，因为主要的储集空间破坏程度较低，对底部垮塌破碎带酸压后，表现为中—高产能；③若在揭开段上部钻遇大段的河道充填，因为主要的储集空间被破坏，下返洞底垮塌破碎带后，表现为低产能。研究区11口井对充填溶洞之上井段进行酸压，5口井对充填溶洞之下井段进行酸压，结果显示上返酸压井累积产量明显高于下返酸压井。

(1) 塔河油田12区奥陶系溶洞存在4种充填模式：暗河沉积型、地表河凸岸堆积型、敞口充填型和垮塌充填型。溶洞充填物主要有粉砂岩、泥岩、碳酸盐岩角砾、方解石等。

(2) 溶洞充填井成像测井显示，自上而下依次发育洞顶裂缝带、中部洞穴发育带和下部杂乱堆积的垮塌带。

(3) 利用地震反射特征对比方法、T₇⁴顶面形态对比方法、古地貌恢复方法，可以对溶洞充填情况进行初步预测。

(4) 井孔钻遇充填，不代表井周被完全充填，在整体充填程度较低的区域，实钻充填井多代表点状充填，井周仍有较大的挖掘潜力。“局部构造高+串珠状反射”井充填段内挖潜，沿深部断裂充填井纵向段间挖潜，沿暗河管道充填井横向井间挖潜是充填井挖潜的3个重要方向。

在本文完成过程中，中国石化西北油田分公司马焘、葛星给予了很大帮助，在此表示感谢！