第1章储层地质力学特征
塔里木盆地碳酸盐岩油气藏在构造演化过程中形成了以缝洞为主要储集空间的储层，非均质性强，缝洞分布随机。
本章以塔里木盆地塔河油田托甫台区块为对象，简要介绍与碳酸盐岩改造有关的储层地质、岩石物理及岩石力学特征，同时着重指出碳酸盐岩的力学性质一方面由岩石固有特性控制，另一方面更重要的是受酸液作用引发岩石内部结构改变带来的影响。本章涉及的试验方法可参考关于岩石物理和岩石力学等相关方面的文献和著作。
1.1 储层地质特征
1.1.1 区域地质背景
塔河油田托甫台区块构造位置处于塔里木盆地东北拗陷沙雅隆起 -阿克库勒凸起西南倾末端，北东方向毗邻油田主体区，北西方向与哈拉哈塘凹陷相接，南为顺托果勒隆起，如图 1.1.1所示。区域内断裂发育，主要发育有北北西、北北东向逆断裂。奥陶系碳酸盐岩是主要的油气储层，平面上具有“南北分带、东西分异”的特征，顶面呈现由西南向北东抬升的斜坡形态，分为构造低洼、构造缓坡和构造陡坡三个构造单元。储层基质孔隙度较低，溶蚀孔、洞、缝和构造缝为主要的储集空间。
图 1.1.1 塔河油田托甫台区块构造位置
1. 构造演化过程
塔里木盆地在加里东中晚期发生了区域性挤压构造运动，盆地性质由被动大陆边缘盆地向挤压型盆地转变，盆地内形成隆拗交替的构造格局。塔河油田托甫台区块所在的阿克库勒凸起在该时期初具雏形，该时期构造运动源于塔里木板块南部与南昆仑板块的碰撞，阿克库勒凸起距板块碰撞地较远，受影响相对较弱，主要表现为整体小幅度抬升，形成向北缓慢抬升的缓坡形态。在海西期，阿克库勒凸起受区域性挤压抬升，逐渐形成向西南倾伏、北东向展布的大型鼻凸，后经印支—燕山和喜马拉雅运动进一步改造而昀终定型。
托甫台区块处于阿克库勒凸起的西南斜坡部位，总体构造格局呈南西低、北东高的单斜形态，顶面产状平缓，构造变形相对较弱。区块内奥陶系油藏 T74顶面构造轴向以北北西、北北东、东西向为主，构造倾角为 10°～40°，构造幅度为 20～150m。加里东中期是该区块岩溶储层形成的关键时期，古地貌、断裂或裂缝作用、高能礁滩体等是控制储层发育的重要因素，表现出明显的层控和断控性。有利储层位于加里东中期古地貌高部位或岩溶残丘、断裂和裂缝密集带、高能礁滩体的复合部位，主要分布在区块的中、北部。
2. 断裂形成过程
托甫台区块根据断裂断开的层位、展布方向、断距大小、垂向上的变化特征、区域构造应力场，将区域内断裂系统的活动划分为三期：加里东早期—加里东中期、加里东晚期—海西早期、海西晚期—印支期。加里东早期—海西早期形成的断裂规模较大，切割层位较多且深，发育形成一系列北北东和北北西向的主控断裂，构成了托甫台区域的断裂格架，对奥陶系碳酸盐岩储层油气向上运移、局部构造的形成具有一定的控制作用。
贯穿托甫台全区域的主干断裂延伸长度达 45km，在构造演化过程中多次变换扭动方向，宽度时窄时宽，变形强度有强有弱，拉张、挤压、压扭现象共存，并伴生形成一系列的次级断裂。次级断裂与主干断裂呈现为平行、不连续的斜交。受岩溶作用影响，在剖面上呈漏斗形、V字形、梯形或线形，在平面上表现为延伸不连续、宽窄不相等、边界不规则的分布特征。
3. 储层类型与特征
断控岩溶缝洞型碳酸盐岩储层，储集空间类型多样、大小不均、分布随机，主要为孔隙、裂缝、孔洞三大类。
1）孔隙
碳酸盐岩经历深埋藏和后期改造，原生孔隙几乎消失殆尽，次生孔隙是碳酸盐岩储层的主要储渗空间类型之一。次生孔隙主要为粒间溶孔、粒内溶孔、晶间孔、晶间溶孔。粒间溶孔、粒内溶孔大小不等，镜下多呈微溶孔，岩心上多呈斑状、透镜状和薄层状分布，孔径一般为 0.1～0.5mm。晶间孔、晶间溶孔分布广泛，晶间孔孔径多在 0.001～0.01mm，晶间溶孔孔径一般小于 1mm，常含油或被沥青充填。
2）裂缝经多期构造运动及多期岩溶改造后，构造缝、溶蚀缝较发育，对储层储渗性能贡献较大。储层的储集性、裂缝长度、开启度、密度、充填性在纵横向变化较大，导致碳酸盐岩储层具有强烈的非均质性，宏观上表现为构造轴部强、翼部弱，高部位强、低部位弱，北部强、南部弱等主要特征。
3）孔洞
孔洞是奥陶系碳酸盐岩储层的重要储集空间，其形成和发育主要与岩溶作用有关，多见沿先期渗透带（古地貌凸起、断裂带）发育，常与裂缝一起构成缝洞型储层。按照大小，孔洞可分为溶蚀孔洞和大型洞穴：溶蚀孔洞多见沿裂缝、缝合线发生溶蚀作用形成，表现为密集分布或孤立发育，部分被泥质、方解石全充填-半充填；洞穴指直径大于 100mm的溶洞，在岩心上无法进行完整观察，往往通过洞穴角砾岩、地下暗河沉积物、巨晶方解石充填、钻井放空、钻井液漏失、钻时变化等数据资料来判断。
根据储集空间的组合特征，奥陶系碳酸盐岩一般有三类储集层：裂缝型、裂缝 -孔洞型、裂缝-溶洞型。
1）裂缝型储集层
裂缝型储层表现为孔隙度小但渗透率大的特征，不排除溶蚀孔洞的贡献。常规物性分析资料显示碳酸盐岩岩石基质部分孔渗性差，对储层或产层的影响小，而裂缝系统的发育使孔隙度小的储集岩具有一定的产能。塔河油田奥陶系碳酸盐岩发育裂缝型储层，尤其是一间房组、鹰山组的纯石灰岩，性脆，受北北西、北北东向深大断裂的影响，发育次级小型断裂，局部地区有效裂缝发育。
2）裂缝-孔洞型储集层
裂缝-孔洞型储集层储集空间内裂缝和孔洞发育，两者对油气的储集和渗滤均有相当贡献，但溶蚀孔洞的贡献更大。该类储集层主要分布在中奥陶统一间房组开阔台地相沉积，受岩石组构控制，礁滩相颗粒灰岩比泥微晶灰岩更易于形成溶蚀孔隙，并在构造应力或上覆压力作用下产生裂缝、微裂缝，形成较好的储集性能；受岩相控制，平面上呈片状分布。
3）裂缝-溶洞型储集层
裂缝-溶洞型储集层以大型洞穴为主要储集空间，裂缝主要起渗滤通道和连通孔洞的作用，其分布与裂缝和古岩溶发育带密切相关，是Ⅰ类优质储层。该类储层在钻进过程中常发生放空、钻井液漏失、井涌等现象，却因岩心破碎或取不到岩心而缺乏实测物性数据，但测试动态资料、测井解释资料、后期生产数据说明大型缝、洞型储层是极好的储集体。
1.1.2 裂缝与孔洞分布特征
裂缝可以有多种不同的分类，一般而言裂缝的分类方案可以归纳成几何学分类、地质分类、成因分类等。根据裂缝的地质成因，可以将裂缝分为成岩裂缝、风化裂缝、溶蚀裂缝、卸载裂缝、构造裂缝等。根据裂缝的力学性质，可以分为张性缝、张剪性缝、剪切缝和压剪性缝。在油气田开发中一般使用以下三个分类标准：①根据裂缝与水平面的夹角可以分为垂直缝、高角度缝、低角度缝、水平缝，多种倾角裂缝互相交切成网状则称为网状缝；②根据裂缝的开度将裂缝分为大缝、中缝、小缝、微缝；③根据裂缝的充填情况可以分为未充填、部分充填及充填缝。
根据孔洞尺寸大小，将储层分为溶洞型、溶蚀孔洞型、溶蚀裂缝型与缝洞型等几种类型。大型溶洞型储层是指以大型溶洞为主要储集空间的储层，在共轭裂缝的交叉处，受溶蚀作用易发育成大溶洞，因此大型溶洞储层往往伴随着溶蚀孔洞和溶蚀裂缝。溶蚀孔洞型储层是以溶蚀孔洞为主要储集空间的储层，不发育大型溶洞。溶蚀裂缝型储层是指以溶蚀裂缝为主要储层空间的储层，不发育大型溶洞，裂缝往往被溶蚀，有些甚至被溶蚀形成小的溶蚀孔洞。
1. 裂缝分布特征
根据岩心观察和测井提取裂缝分布的数据信息，包括裂缝的走向、倾向、倾角、长度、高度、开度及密度。
以塔河油田托甫台区块为例，裂缝的产状：①走向主要集中在 40°～80°、220°～240°区间内，基本上与断层走向保持一致；②倾向主要集中在 10°～20°、160°～170°、300°～ 330°区间内，占统计数的 60%以上，其中主要集中在 320°～330°区间内，如图 1.1.2所示；③倾角可见高角度立缝（ 60°～90°）、低角度水平缝（ 0°～30°）及少量伴随高角度缝或低角度缝发育的斜缝（ 30°～60°），主要以大角度裂缝为主，倾角在 60°～90°，占统计数的 80%以上，如图 1.1.3所示。裂缝的尺度：①长度为每平方米井壁的裂缝长度之和，单位为 m/m2，长度一般小于 6m，其中小于 4m的裂缝占统计数的 70%以上；②高度主要集中在 0～2m，占统计数的 90%以上；③储层发育的天然裂缝多为小缝，开度小于0.1mm。区块内主断裂区域天然裂缝的密度为 2.71条/m，次级断裂区域天然裂缝的密度为 0.6条/m。天然裂缝多为半充填和全充填，充填物以方解石为主，如图 1.1.4所示。
图 1.1.2 塔河油田托甫台区块天然裂缝倾向分布图
1.1.3 塔河油田托甫台区块天然裂缝走向分布
图 1.1.4 裂缝充填情况分布根据地震数据体提取裂缝信息，包括走向和倾角：①走向上主要发育北北西与北北东两组共轭裂缝，如图 1.1.5所示；②倾角主要为高角度裂缝，大部分裂缝的倾角在 60°以上，如图 1.1.6所示。
图 1.1.5 深度域离散裂缝走向分布
图 1.1.6 地震数据体识别出的裂缝倾角分布
2. 孔洞分布特征
溶蚀孔洞主要是生物灰岩中的粒内溶孔或原生孔隙溶蚀扩大而成粒间溶孔，有类似原生孔隙的特征，分布比较均匀。塔河油田在 T74与 T76界面之间的奥陶系中发育有大量不同规模的溶洞，当其达到一定规模后在地震资料上（如地震反射、地震振幅变化、波形与波阻抗）有明显的响应特征，根据这些响应特征识别和提取地层中的溶洞。
以托甫台区块为例，溶洞在平面上呈现孤立状、分布随机且不均匀，纵向上主要分布在高部位，即 T74界面附近，纵深部位发育程度降低，靠近 T76界面溶洞发育较弱，如图 1.1.7所示为自北向南三个不同地区的东西向地震剖面。溶洞具体分布规律如图 1.1.8所示：①串珠状反射，T74界面以下溶洞在地震反射剖面上呈现串珠状特征，对应的时间为 3900～ 4100ms；②平面分布，在 T74界面附近中部地区少有溶洞存在，北部区域溶洞发育中等； T74界面向下 25ms切片，南部区域有少量溶洞出现，中部地区溶洞数量少，北部区域溶洞发育程度增大；在 50ms与 75ms切片上，北部地区的溶洞较南部区域发育； 100ms至 T76界面，整个地区的溶洞发育较少；③垂直分布，南部地区溶洞发育较少，中部地区整体溶
图 1.1.7 不同位置处地震剖面溶洞显示
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