岩溶洞穴型储层在碳酸盐岩勘探开发中占有十分重要的位置, 经过多年的探索与实践, 目前已经形成了一系列碳酸盐岩地震储层预测技术^[1-5], 即:储层井震精细标定技术、岩溶古地貌分析技术、地震多属性储层预测技术、叠后地震阻抗反演和叠前地震弹性参数反演技术、地震相波形分类分析技术、基于波动方程的地震正演技术、基于地震各向异性分析的裂缝预测技术、储层空间三维可视化雕刻技术、多信息融合储层综合评价技术和时频衰减、AVO分析等烃类检测技术等。这些地震技术方法一般用于对易于识别的大型碳酸盐岩岩溶洞穴型储层的预测, 由于易于理解, 地球物理参数意义明确, 在油田的早期开发中取得了较好的效果。然而, 在油田进入中后期开发时, 寻找大型溶洞的难度越来越大, 主要以寻找小型的洞穴和孔洞为主, 而这些储层在地震上的响应特征并不十分明显, 这样仅仅依赖地球物理手段无法准确定义储层的阈值, 先进的地震技术显得鞭长莫及。实际上, 在潜山岩溶区, 洞穴层经历了多期次的海平面升降变化, 洞穴层主要受潜流面控制, 每期的潜流面都控制了一期洞穴层的发育^[6-8]。而在利用地震技术方法进行储层预测时, 没有考虑以上因素, 在油田中后期开发中, 不利于储层的发现, 也不利于储层评价和目标优选, 无法指导洞穴的连通性分析, 单井控制的储集体范围难以把握, 因此, 新部署的钻井与老井连通的风险越来越大, 迫切需要一种能体现洞穴连通关系的储层预测识别方法。

根据目前生产的需要, 采用一种能够识别岩溶洞穴型储层期次并可以实现划分洞穴层的储层预测方法, 主要创新点在于:依据洞穴层发育机理, 采用洞穴层发育期次识别技术, 构建洞穴分层地震解释方法, 实现了岩溶洞穴型储层精细预测及连通性分析, 满足了当前生产的需求。

塔里木盆地LGX地区位于塔北隆起轮南低凸起(图 1), 经历了多期构造运动, 在加里东晚期, 区域不均衡的构造抬升使轮南地区形成一个大型南倾斜坡; 海西早期由于区域上北西—南东方向上的挤压运动, 在大斜坡的背景下形成一个北东—南西走向的大型背斜。由于构造抬升运动, 奥陶系碳酸盐岩上覆的泥盆系、志留系、中—上奥陶统逐渐被剥蚀, 形成奥陶系潜山。海西中晚期—印支期以区域上的强烈挤压和东西向大型断裂活动为特点, 使得潜山背斜继续隆升, 幅度持续增大, 石炭系逐层超覆, 并逐渐将潜山埋藏, 形成一个盖层厚度超过500m的大型披覆背斜。奥陶系遭受大气淋滤作用, 形成古岩溶地貌, 储层类型主要是岩溶缝洞型。

图 1

图 1 LGX地区位置图

在岩溶区致密碳酸盐岩地层中, 经历多期次的海平面升降变化, 形成多个与间歇性海平面上升过程中海平面相对稳定期对应的稳定潜流面及沿稳定潜流面发育的洞穴层(图 2)。即洞穴层主要受潜流面控制, 每期的潜流面都控制了一期岩溶作用。在岩溶地貌区, 当河流的下切侵蚀达到地下潜流面以下深度时, 地表河流就成为岩溶水的主要排泄通道, 并控制着岩溶水的流动状态, 形成一个岩溶水的循环系统。因此, 潜流面实际上也是现代水文地质意义上的排泄基准面。

图 2

图 2 海平面控制岩溶层发育模式图

在早石炭世末, 随着塔里木盆地范围扩大, 碳酸盐岩陆块及其内部的洞穴层被埋藏。石炭纪以后, 洞穴层随盆地持续下沉而深埋地下, 一直保存至今。同一个稳定潜流面附近发育的多个大型洞穴层为同时期形成的地质体, 尽管不一定连通, 但它们可以按照“分布于同一个潜流面上的洞穴层为同一个期次洞穴层”的原则进行横向对比^[9-13]。

LGX地区奥陶纪属典型的碳酸盐岩喀斯特岩溶发育区, 岩溶古地貌直接影响和控制岩溶作用的程度、岩溶作用方式、岩溶发育特征及类型, 因此在洞穴层对比前, 需要进行古地貌恢复及洞穴层归位。结合现代地质岩溶理论和地震信息, 划分并预测岩溶洞穴型储层发育的不同期次分布特征。识别岩溶洞穴型储层发育期次主要包括以下两项技术。

在进行碳酸盐岩岩溶区储层的预测解释过程中, 利用现代地质岩溶理论恢复古地貌, 能够更好地指导洞穴连通性的分析^[14-16]。恢复古地貌的方法选择需要考虑研究区内是否有区域上稳定沉积的标志层, 以及进行对比和追踪的难易程度。LGX地区石炭系发育一套石灰岩地层, 可作为标志层, 其地震响应特征是两个强的波峰反射轴, 因此称这套标志层为“双峰灰岩”。

为了易于对比和追踪, 采用印模法恢复古地貌, 即用奥陶系顶面减“双峰灰岩”面, 可以得到较为精确的古地貌图, LGX地区古地貌可分为岩溶高地、岩溶斜坡、岩溶洼地3种类型(图 3)。

图 3

图 3 LGX地区奥陶系岩溶古地貌图

在古地貌恢复的基础上, 主要根据3个方面的洞穴层识别标志进行识别:①录井标志, 包括放空、大量井漏、井涌、井喷、钻时下降、大量的方解石岩屑, 其中放空为钻遇洞穴的直接标志; ②岩心标志, 包括陆源碎屑沉积物及其斜层理、水平层理等地下河沉积构造、岩溶角砾岩、氧化条件下结晶的巨晶方解石、钟乳石碎块、海岸砂体的伸入充填沉积等; ③测井曲线标志, 洞穴层的电测曲线特征表现为两高两低, 即低电阻、低密度、高声波时差和高自然伽马。

通过对研究区46口井的洞穴特征的识别, 可以发现洞穴在纵向上的分布具有较为明显的4个峰值区(图 4), 代表着4次岩溶洞穴型储层发育高峰期, 这4个洞穴发育峰值窗口, 实际上是4期潜流面的发育位置。

图 4

图 4 洞穴纵向发育统计图

按古地貌由高到低选取多口关键井位(图 3中A井、B井、C井、D井、E井), 进行岩溶洞穴型储层发育期次的连井剖面对比, 并进而划分连井洞穴层, 即将“双峰灰岩”等时界面标志层拉平, 进行横向洞穴层的对比和分析, 将单井上钻遇的多套储层由上至下逐一划分洞穴层(图 5)。连井剖面具有明显的呈层状分布特征, 在近东西向连井纵剖面上, 洞穴层大致分布在由东向西古高程逐渐降低的4个不同层面上。根据上述洞穴层分层展布特征可以拟合出4个古稳定潜流面, 从而推断LGX地区发育至少4个期次的洞穴层及与之对应的4个岩溶旋回。在钻井剖面上, 大部分洞穴钻遇井发育2~3个洞穴层, 也有少量钻井钻遇4个洞穴层, 如E井。

图 5

图 5 LGX地区奥陶系鹰山组连井岩溶层系划分

在古地貌控制下拉平连井对比剖面的基础上, 标定地震数据体, 确定石炭系“双峰灰岩”等时地层界面, 以此界面为准, 拉平地震数据体。将单井识别的洞穴层标定在地震剖面上, 在“同一期潜流面距离标志层时间厚度相同”的理论指导下, 将单井标志层向下漂移适当的时窗, 形成地震拉平数据体上可以识别的排泄基准面。

在地震拉平数据体上将测井识别的洞穴层进行地震尺度的合并, 形成地震尺度的洞穴层, 然后对地震尺度的洞穴层进行精细解释。具体解释的方法为:详细标定研究区内洞穴层发育位置与串珠的对应关系, 根据统计规律, 优选地震属性, 然后将研究区内的所有洞穴层进行立体雕刻, 并结合研究区实际, 合理调节阈值, 对雕刻洞穴层的顶面进行自动追踪, 并对追踪效果不理想的洞穴层顶面进行手工修改。

按排泄基准面划分洞穴层:将所确定的排泄基准面上下各开一个时窗, 将时窗范围内的洞穴层确定为基准面控制下发育的洞穴层(图 6)。时窗长度根据单井标定情况和地震资料分辨率确定, 一般不超过15~40ms。

图 6

图 6 LGX地区奥陶系鹰山组洞穴层地震解释剖面图

通过以上技术方法在塔里木盆地LGX地区奥陶系的应用, 共解释出485个洞穴, 第一洞穴层(图 7a)主要分布在岩溶高地, 因为位于水系上游, 因而水动力较弱, 洞穴发育相对孤立, 多呈零星状分布, 储层相对不发育; 第二洞穴层(图 7b)主要分布在岩溶斜坡区, 具有较好的连通性, 高效井主要分布于这层; 第三洞穴层(图 7c)、第四洞穴层(图 7d)主要分布于岩溶洼地, 洞穴发育, 但因构造位置较低, 高效井分布较少^[17-19]。

图 7

图 7 不同洞穴层叠合古地貌分布图

通过对洞穴层进行分析和对比, 可知分布在同一洞穴层的井连通的可能性大。例如同处于第二洞穴层的LGXA-1井和LGXA-2井, 通过其开发已经证实存在连通性。根据同一洞穴层的连通特征, 可以划分缝洞系统^[20-24]; 结合残丘分布特征, 在LGX地区奥陶系划分出22个缝洞系统; 再结合研究区内已钻井的分布, 滚动评价区总面积为41.32km², 预测资源量为1032×10⁴t。

在考虑储层地貌特征和洞穴形成原因的基础上, 通过在古地貌恢复的前提下, 拉平地震数据体, 划分单井洞穴层, 并在井震结合基础上, 在地震剖面上按照排泄基准面进行洞穴层划分, 最终准确地找到高效井的分布规律, 提高了井位部署的成功率, 而且有利于对井间连通性的评价, 适合在地貌复杂、经历多次构造运动的碳酸盐岩油田中后期开发中使用。岩溶洞穴型储层分层解释技术体现了地质和地震信息的结合, 是现代岩溶地质理论的一次工业化应用, 为今后此类储层的精细识别、评价提供了有力的技术参考, 具有较好的实用价值。