巖溶微古地貌對巖溶白云巖的儲層控制作用
——以大牛地奧陶系馬五1+2段巖溶儲層水平井解釋為例

陳泉鍵， 張哨楠， 白曉亮,2， 丁曉琪

( 1. 西南石油大學 地球科學與技術學院，四川 成都 610500; 2. 中國石油西南油氣田分公司 勘探開發研究院，四川 成都 610051; 3. 成都理工大學 能源學院，四川 成都 610059 )

巖溶微古地貌對巖溶白云巖的儲層控制作用
——以大牛地奧陶系馬五1+2段巖溶儲層水平井解釋為例

陳泉鍵1， 張哨楠1， 白曉亮1,2， 丁曉琪3

( 1. 西南石油大學 地球科學與技術學院，四川 成都 610500; 2. 中國石油西南油氣田分公司 勘探開發研究院，四川 成都 610051; 3. 成都理工大學 能源學院，四川 成都 610059 )

針對鄂爾多斯盆地大牛地氣田馬五1+2段儲層致密、巖溶作用強烈、非均質性強，直井單井產能低，調整為水平井開采后獲得良好的開發前景等特點，根據巖心、物性及薄片觀察等資料，分析馬五1+2段水平井鉆遇試氣成果，儲層發育及錄井氣測異常厚度等對不同微古地貌的水平井導眼段及水平井進行測井解釋，識別并確定水平段儲集類型，研究巖溶微古地貌對巖溶白云巖儲層控制作用。結果表明：研究區巖溶相帶發育明顯,縱向上巖溶儲層受巖溶相帶的控制明顯，馬五13、馬五14、馬五2處于垂直滲流帶，整體受泥質充填較弱,儲集性能較好,為儲集有利相帶；巖溶斜坡微古地貌處地表水的滲濾作用表現明顯，白云巖發育大量的溶蝕孔隙、溶縫，泥質充填程度較弱，具有良好的儲集性能，是古巖溶儲層發育和氣藏形成的有利部位；巖溶高地儲集空間易被溶蝕、充填，故物性與斜坡相比較差。

奧陶系; 大牛地氣田; 巖溶; 水平井; 微古地貌; 儲層控制

0 引言

碳酸鹽巖巖溶風化殼是近年來勘探的重點，巖溶風化殼中陸續發現大量油氣，顯示風化殼儲層巨大的勘探潛力[1-4]。鄂爾多斯盆地下古生界奧陶系以碳酸鹽巖為主，盆地內氣田勘探始于20世紀80年代中期。隨著鄂爾多斯盆地不斷開發，目前在盆地中部靖邊潛臺取得突破，發現巖溶風化殼大氣田，主力氣層為奧陶系風化殼頂部，累計探明天然氣地質儲量近 5.00×1011m3[5]；蘇里格氣田探明天然氣地質儲量達2.85×1012m3[6]。自1999年以來，大牛地氣田已有多口鉆井于奧陶系風化殼中取得工業氣流，顯示較好的開發潛力。大牛地氣田奧陶系馬五1、馬五2亞段天然氣控制儲量為43.78×108m3[7]，馬五1+2段氣藏估算探明儲量為103.00×108m3， 53口氣井單層平均無阻流量達1.042×104m3/d。雖然大牛地奧陶系氣藏顯示良好的油氣勘探開發前景，但基于大牛地氣田奧陶系風化殼氣藏為低孔、低滲地層，且風化殼上覆石炭系為一套烴源巖，距離較近，易于成藏，一直是勘探重點。經歷風化殼巖溶后，馬五1+2段儲層溶蝕孔洞充填程度較高，充填物性質復雜。受沉積環境及成巖環境的影響，儲層具有很強的非均質性，縱向上產層多，厚度薄，變化大；橫向分布區域廣，局部存在中、高滲透區，層間差異明顯，直井的開發效果極差且產量較低。因此，對于下古生界低品位天然氣資源，調整直井開發方式，采用水平井進行開發試驗是目前最有效的開發方式，并取得重大進展，其中，DP102S井獲無阻流量16.034×104m3/d，PG18井獲無阻流量18.004×104m3/d，尤其是PG26井，獲無阻流量50.266×104m3/d。

大牛地奧陶系風化殼儲層地層變化快，強烈的巖溶作用導致儲層質量差，多期次的巖溶使得研究區白云巖儲層縱向上具有多變性[8]，且有利古地貌單元分布有限，不同微古地貌區巖溶作用及巖溶儲層發育程度有一定的差異性[9]，給水平井的實施帶來困難。因此，開展大牛地氣田下古生界巖溶儲層水平井解釋，研究巖溶白云巖儲層主控因素意義重大。結合巖心、薄片和測井資料，根據儲層巖石學特征，筆者分析儲層物性特征，研究不同微古地貌單元的儲層分布與水平井產量之間關系，為進一步勘探提供地質依據。

1 區域地質概況

大牛地氣田位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東北部，處于陜西榆林與內蒙古伊金霍洛旗、烏審旗交界地區(見圖1(a))。奧陶系末，加里東運動致使盆地整體抬升，暴露于地表的奧陶系碳酸鹽巖經歷長達1.5億年的大氣淡水淋濾及風化剝蝕，在奧陶系頂面形成溝壑縱橫、槽臺相間的巖溶古地貌特征[10-12]。研究區主體位于巖溶臺地—巖溶斜坡區[13]，馬五1+2段地層受巖溶影響較大，剝蝕嚴重(見圖1(b))。研究區奧陶系馬五1+2段主要發育粉、細晶白云巖和白云質角礫巖，為潮坪沉積環境[14]。

圖1 研究區構造單元和位置Fig.1 The structural units and the location of study area

馬五1+2段位于研究區風化殼頂部，根據地層劃分，結合大牛地氣田已鉆井的測井及錄井資料,分析馬五1+2段各個小層的巖性發育特征。

(1)馬五1亞段。主要由泥—粉晶白云巖、泥云巖組成，局部見泥質夾層，可見巖溶角礫，溶蝕孔、洞、縫發育。根據巖性組合特點，自上而下可劃分為4個小層，即馬五11、馬五12、馬五13及馬五14。受巖溶作用的影響，馬五11在研究區被全部剝蝕；馬五12受剝蝕作用較強，在研究區分布有限，巖石類型以粉晶白云巖和含硬石膏結核的粉晶白云巖為主，局部夾膏溶角礫巖；馬五13主要由含硬石膏結核的粉晶白云巖和紋層狀白云巖組成，巖溶作用發育，形成大量溶蝕孔洞，為重要的產氣層；馬五14頂部發育角礫狀白云質泥巖，中部發育粉晶白云巖，局部含硬石膏結核，孔隙發育，為產層之一，下部發育凝灰巖。

(2)馬五2亞段。主要發育粉晶、細晶白云巖和白云質角礫巖，局部發育毫米級條板狀硬石膏。馬五21上部發育微—細晶白云巖及粉晶白云質角礫巖，巖性較為致密，下部為白云質角礫巖；馬五22整體發育粉晶白云巖，局部見硬石膏結核，水平裂縫較為發育，為微孔—裂縫型儲層。

馬家溝組馬五1+2段風化殼儲層的巖石類型主要為白云巖及含膏白云巖，馬五11及馬五12分布有限，其他小層中含膏白云巖較為發育。在研究區廣泛發育的石膏夾層、膏質白云巖，使得與其相關的膏溶作用可以促進區內馬五1+2段相關巖溶作用進行，較利于白云巖儲層的發育[15]，但研究區的微古地貌控制巖溶作用的發展和演化，進而影響巖溶儲層的形成和分布。馬五1+2段為主要水平井勘探層段。

2 儲層基本特征

2.1 儲集空間類型

2.1.1 孔隙

對大牛地氣田馬五1+2段近120塊薄片進行觀察分析，該區白云巖的儲層孔隙類型主要有晶間孔和晶間溶孔、溶蝕孔及膏?？?。

(1)晶間孔和晶間溶孔。晶間孔指發育在半自形—自形的白云巖晶體之間的孔隙，呈不規則多邊形，分布不均勻(見圖2(a))；晶間溶孔為晶間孔溶蝕作用沿方解石膠結物或晶間孔溶蝕擴大的結果，孔隙邊緣可見較明顯的溶蝕痕跡，孔徑一般在0.02～0.80 mm之間，大小懸殊(見圖2(b))，主要發育層段為馬五2亞段，是大牛地氣田白云巖儲層主要儲集空間類型。

圖2 大牛地氣田馬五1+2段儲集空間類型Fig.2 Type of reservoir space of Ma51+2 in Daniudi gas field

(2)膏?？?。含膏云巖中的石膏晶體或石膏結核等易溶組分受淡水淋濾、溶解，多以結核或單晶形式產出，薄片觀察多為針狀或板條狀，呈孤立狀，因此連通性較差，充填物以方解石為主(見圖2(c))。膏?？资茄芯繀^馬五1+2段白云巖儲層重要儲集空間之一。

(3)溶蝕孔(膏溶孔)。在大氣淡水淋濾作用下，沿孔隙或晶面接合面滲透溶蝕所形成的孔隙，大小不一，孔徑差別較大，形狀不規則，多呈港灣狀，連通性較好，部分溶孔被方解石等物質充填(見圖2(d))。 膏質白云巖中的石膏遇水膨脹而形成微裂縫，易溶膏質被帶走后縫內被淡水方解石充填，后期形成的白云巖溶解后可形成雞絲籠狀溶孔(見圖2(e))。研究區溶蝕孔隙十分發育，為主要儲集空間類型。

2.1.2 溶洞

指直徑在2 mm以上的孔隙，研究區馬五1+2段白云巖溶洞一般形成于古巖溶發育階段，經歷多期次構造運動、巖溶作用和成巖作用的疊加改造[16]。研究區溶洞已被方解石充填—半充填，對儲集性貢獻較小。

2.1.3 裂縫

大牛地氣田馬五1+2段微裂縫較為發育，多不規則，溶縫兩邊顆?？梢娒黠@溶蝕痕跡，被方解石、泥質等半充填(見圖2(f))。研究區構造縫延伸長，寬度較大，部分被方解石、地開石半充填，但具有一定開啟度，對儲層儲集性的改善有較大貢獻。

2.2 物性特征

受鉆井取心影響，風化殼層段取心較少。為分析研究區馬五1+2段的儲集物性特征，選取16口井共168塊樣品。由于研究區馬五1+2段地層縱向上巖性變化明顯，馬五1亞段主要巖石類型為泥—粉晶白云巖、泥云巖，局部見巖溶角礫，馬五2亞段發育粉晶、細晶白云巖和白云質角礫巖，且隨著風化殼距離頂部的距離變化，其儲集性能變化較為明顯。因此，對馬五1亞段和馬五2亞段物性分別統計，其孔隙度和滲透率分布見圖3-4。

圖3 馬五1亞段孔隙度、滲透率分布Fig.3 Porosity and permeability distribution map of Ma51 submember

圖4 馬五2亞段孔隙度、滲透率分布Fig.4 Porosity and permeability distribution map of Ma52 submember

馬五1亞段孔隙度分布為0.79%～9.90%，平均為2.67%，主要分布區間小于5.00%，滲透率分布為(0.008～0.413)×10-3μm2，平均為0.058×10-3μm2，主要分布區間為(0.010～0.200)×10-3μm2。存在裂縫的樣品占總樣品的14%。

馬五2亞段孔隙度分布為0.20%～10.30%，平均為2.87%，主要分布區間小于5.00%，滲透率分布為(0.010～0.379)×10-3μm2，平均為0.046×10-3μm2，主要分布區間為(0.010～0.300)×10-3μm2。存在裂縫的樣品占總樣品的12%。

由圖3-4可知，大牛地地區奧陶系風化殼屬于低孔、低滲地層，儲層孔隙度相對差，滲透率趨勢總的相近，平均值稍低，但局部出現的微裂縫使得滲透率明顯增大，儲層滲透性得到改善。鉆井資料尤其是水平井鉆井資料表明，大牛地裂縫非常發育。

3 巖溶相帶

大牛地氣田巖溶儲層發育受不同的水動力條件控制，與季節變動和海平面升降變化密切相關，不同區段間的巖溶分帶特征可反映不同的古地貌單元、古水系對巖溶發育的控制作用。因此，對巖溶儲層的勘探不僅要尋找古構造高點部位，也應該以尋找巖溶儲層優勢發育相帶為主[17]。分析鉆井、測井、巖心等資料，研究區馬五1+2段巖溶剖面具有較好的縱向分帶性。巖溶相帶發育明顯，縱向上控制儲層的發育。

地表巖溶帶在研究區馬五1+2段頂部主要表現為一套巖溶殘積巖(鋁土巖)，膏溶角礫巖極為發育，角礫呈次棱—次圓狀，溶蝕洞、縫常被同生淡水方解石膠結或風化殘余黏土滲流充填。該巖溶帶在測井曲線上表現為自然伽馬極高、電阻率低，說明受巖溶作用影響強烈，泥質充填嚴重(見圖5)。

馬五1+2段主要位于垂直滲流帶。該相帶主要巖性以含膏(結核狀、板條狀)白云巖為主，可見薄層泥質白云巖。巖心、野外剖面觀察可見雞絲籠狀溶孔及網狀裂縫；薄片觀察可見膏溶孔、溶縫極為發育，且溶縫和膏溶孔伴生，可能與膏質結核遇水膨脹發生破裂有關。在測井曲線上，垂直滲流帶具有典型特征，自然伽馬曲線主要表現為低值且平直，偶見溶縫被泥質充填而呈高值；電阻率曲線表現為光滑且中高值，說明該相帶整體受泥質充填影響較弱，儲層孔隙保留較好。

馬五3亞段為水平潛流帶，雜基支撐紊亂角礫巖較發育，方解石常呈去云化，可見云質角礫、去云化灰質角礫、泥質、碎屑等機械充填物雜亂堆積，溶洞洞頂及洞壁受重力影響而呈多期垮塌、滑塌現象。水平潛流帶自然伽馬與垂直滲流帶相比明顯升高，為中高值，呈尖峰狀，起伏高值處為角礫泥質充填， 電阻率曲線呈微齒狀。該巖溶相帶充填和垮塌現象嚴重，對儲層以破壞作用為主[18]。

巖溶相帶對儲層發育具有控制作用，風化殼巖溶發育的分帶現象受其地下水運動的控制[19]。地表巖溶帶長期暴露于地表，遭受大氣淡水淋濾時間久，下伏馬五1亞段的碳酸鹽巖在風化作用及地表水的改造作用影響下，鋁質富集，形成古風化殼型鋁土礦，其后大量裂縫被后期沉積的泥、砂、礫巖充填[20]。垂直滲流帶為大氣淡水補給，巖溶作用以垂直方向為主，含膏白云巖中石膏被溶蝕后形成膏溶孔及擴溶孔、溶縫，白云巖作為骨架巖性起到支撐作用，對研究區白云巖儲層發育起重要作用。水平潛流帶主要為巖溶相帶的泄水部位，雖然該相帶形成的孔洞已經垮塌、充填，但對地表水在巖溶相帶中的滲濾具有重要作用。

4 巖溶微古地貌

縱向上，巖溶儲層受巖溶相帶的控制明顯，馬五13、馬五14、馬五2處于垂直滲流帶，儲集性能較好；橫向上，巖溶差異明顯，不同的巖溶微古地貌的溶蝕強度、泥質充填及巖溶角礫的發育具有明顯差異，尤其是巖溶白云巖地層(含膏量變化)[21]，因此微古地貌的變化對儲層分布具有重要的控制作用。

加里東運動末期，鄂爾多斯地區整體抬升，受地表剝蝕作用影響，在奧陶系頂面形成溝壑縱橫、槽臺相間的巖溶古地貌特征。受當時西高東低古構造格局的影響，發育巖溶高地、巖溶斜坡、巖溶盆地等古地貌單元[17]。研究區馬五1+2段巖溶作用強烈，儲層溶蝕孔洞受機械沉積和化學充填程度較高，儲層非均質性強。為有效開發及明確高產控制條件，選取位于不同巖溶微古地貌的水平井對巖溶儲層進行解釋。

圖5 大牛地氣田馬五1—馬五3亞相巖溶剖面Fig.5 Karst section of Ma51-Ma53 in Daniudi gasfield

4.1 斜坡

對于巖溶白云巖儲層，白云巖作為骨架巖性，地表水的滲濾作用在巖溶斜坡處表現尤為明顯，白云巖發育大量的溶蝕孔(見圖2(b))、溶縫，泥質充填較弱，為氣藏形成提供良好條件，成為天然氣富集有利區域。

PG18井巖溶斜坡水平井解釋見圖6。由圖6(a)可知，PG18井開殼層位為馬五13，主要巖性為含硬石膏結核的粉晶白云巖，發育大量溶蝕孔洞；微古地貌為巖溶斜坡(見圖6(b))，白云巖發育大量的溶孔、溶縫，以泥質充填作用較弱、測井曲線上GR低平段有效白云巖儲層為基準，統計測井孔隙度,作出平均孔隙度圖(見圖6(c))，結合古地質圖、古地貌圖為水平井的勘探提供指導。由圖6(e)可知，PG18井目的層為馬五13，實鉆水平長度為1 km，其中含氣顯示長度為492.5 m，占總長度的49.25%；平均孔隙度大于5.0%，產氣段有明顯的氣測異常，其中全烴質量分數最高為30.51%，平均為20.41%，產氣的無阻流量為18.004×104m3/d。其中產氣層段的儲層主要為Ⅰ和Ⅱ類儲層，Ⅰ類和Ⅱ類儲層長度為196.3 m，占儲層總長度的68.49%； PG18井水平段儲集物性較好，產氣量大。由連井剖面(見圖6(d))可以看出，有效厚度大于5.0 m。產氣量較大的原因是井軌跡設計較好，基本風化殼在馬五13中，含氣鉆遇率高。

4.2 高地

研究區巖溶高地相帶巖溶作用強烈，發育巖溶殘積巖(鋁土礦)，大量的溶孔、溶縫被泥質充填，且大量沖蝕溝(長度為1.0～2.5 m)被泥質、碎屑巖充填，增加巖溶儲層的非均質性。

PG5井解釋見圖7。由圖7(a)可以看出，PG5井開殼層位為馬五12，主要巖性以粉晶白云巖為主，局部夾膏溶角礫巖；微古地貌為巖溶高地(見圖7(b))，主體處于垂直滲流巖溶帶。由圖7(e)可知，PG5鉆遇層位為馬五13，實鉆水平長度為1 100.0 m，其中含氣顯示長度為261.0 m，占總長度的23.73%；平均孔隙度為4.1%(見圖7(c))，產氣段有明顯的氣測異常，其中全烴質量分數最高為33.37%，平均為7.97%，產氣的無阻流量為7.362×104m3/d。產氣層段的儲層主要為Ⅰ型儲層，總長度為112.8 m；其次為Ⅱ型儲層，總長度為106.4 m；Ⅲ型儲層厚為56.0 m，說明PG5井水平段以Ⅰ型和Ⅱ型為主，儲層物性較好，產氣量較大。根據連井剖面(見圖7(d))可知，其有效厚度為9.8 m，但單層厚度不大；其周邊E5、E8、D40、D76井的有效厚度較大，由于PG5井氣層偏薄，地層垮塌嚴重，僅在最后150.0 m鉆遇很好的氣層，因此導致PG5井產氣量一般(見圖7(e))。

圖6 巖溶斜坡水平井解釋(PG18井)Fig.6 Horizontal well interpretation karst slope(PG18 well)

4.3 洼地

巖溶洼地與巖溶斜坡、高地相比地形相對平緩，滲流帶不發育，巖溶作用微弱，受水流滯緩影響，化學膠結充填作用強烈，儲集空間充填程度高，因此一般在洼地發育的地區沒有天然氣富集的有利區帶。

巖溶斜坡侵蝕能力強，發育大量的溶孔、溶縫，泥質充填較弱，具有良好的儲集性能，為天然氣富集有利區域，位于巖溶斜坡上的PG4井、PG13井和PG18井物性較好，產氣量相對較高。巖溶高地巖溶作用強烈，發育巖溶殘積巖(鋁土礦)，大量溶孔、溶縫被泥質充填，且大量沖蝕溝(1.0～2.5 m)被泥質、碎屑巖充填，增加巖溶儲層的非均質性，故巖溶高地儲層物性與巖溶斜坡相比較差，PG5井、PG7井、PG8井、PG9井、PG11井、PG14井、PG15井、PG16井和PG17井儲集物性較差，水平井產氣量較小。

5 結論

(1)大牛地馬五1+2段儲層主要巖石類型為泥—細晶白云巖、膏溶白云巖，主要孔隙類型包括晶間孔和晶間溶孔、膏?？?、溶蝕孔及裂縫等。儲層孔隙度主要分布范圍小于5.0%，滲透率分布為(0.011～0.379)×10-3μm2，為低孔、低滲的致密巖溶白云巖儲層。

(2)大牛地巖溶相帶發育明顯，在縱向上控制儲層的發育，馬五1+2段位于垂直滲流帶，整體上受泥質充填影響較弱，為儲集有利相帶。

(3)大牛地巖溶斜坡地表水的滲濾作用明顯，巖溶作用最強，發育大量的溶蝕孔(膏?？?、溶縫，泥質充填較弱，具有良好的儲集性能，有利于氣藏形成。巖溶高地發育巖溶殘積巖(鋁土礦)，大量的溶孔、溶縫被泥質充填，且大量沖蝕溝(1.0～2.5 m)被泥質、碎屑巖充填，增加巖溶儲層的非均質性。

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2016-08-01；編輯：關開澄

國家科技重大專項(2011ZX05045-01-03)

陳泉鍵(1992-)，女，碩士研究生，主要從事儲層地質學方面的研究。

TE122.2

A

2095-4107(2016)06-0096-10

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2016.06.011