李冬梅,于興河,李勝利

(中國地質(zhì)大學(xué)能源學(xué)院,北京100083)

0 引 言

束鹿凹陷古近系大量發(fā)育礫巖沉積巖,鉆井取心分析證實礫巖的成分以礫石及碳酸鹽巖填隙物為主,多數(shù)礫巖為角礫巖。由于礫巖油藏儲層性能差異巨大,孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜,導(dǎo)致礫巖儲層油氣產(chǎn)量差異很大,試油日產(chǎn)油量0～32 t,含水0～100%,準(zhǔn)確識別和評價礫巖儲層性質(zhì),成為油田勘探開發(fā)的一個難題。本文探索一種新的利用多種測井信息,特別是利用自然伽馬能譜測井資料輔助進(jìn)行礫巖儲層識別和評價的方法,較好地解決了研究區(qū)礫巖儲層識別與評價問題。

1 礫巖儲層測井識別與評價

研究區(qū)礫巖為灰質(zhì)母巖,儲層多分布于深層(大于3 500 m),壓實強度高,巖石多呈塊狀體分布,原生孔隙度較低,儲層發(fā)育程度主要取決于裂縫和次生孔隙發(fā)育狀況。由于儲層多屬于低孔隙度、低滲透率、巖石致密,礫石含量在測井響應(yīng)上的特征不明顯,特別是井周非均質(zhì)性嚴(yán)重、鉆井井眼擴徑等造成測井響應(yīng)不能真實反映儲層實際情況,給礫巖儲層識別和評價造成相當(dāng)大的難度。

自然伽馬測井在砂泥巖剖面中能夠較好地反映巖性變化,而礫巖沉積物通常離母巖區(qū)較近,自然伽馬變化與母巖放射性特征直接相關(guān)。對低放射性灰?guī)r角礫,自然伽馬響應(yīng)變化對礫石含量的增加不敏感。研究區(qū)目的層礫巖測井響應(yīng)為低孔隙度低滲透率特征,巖性、物性和電性測井整體上對礫石含量變化響應(yīng)不明顯。

研究區(qū)泥灰?guī)r、灰質(zhì)角礫巖儲層響應(yīng)的基本特征是巖性顯示低自然伽馬、自然電位幅度差較小和井徑變大趨勢;物性顯示為巖性密度值偏高、聲波時差和補償中子值偏低;電性顯示為深、中、淺三電阻率值偏高特征。補償聲波測井主要反映地層原生孔隙度,補償密度和補償中子測井主要反映地層總孔隙度,對于裂縫發(fā)育的儲層,常常顯示聲波測井計算的孔隙度偏低特征。

研究區(qū)礫巖儲層的識別與評價主要采用常規(guī)測井資料,借鑒砂-泥巖常規(guī)測井儲層評價模式或者碳酸鹽巖測井解釋方法,結(jié)合鉆井取心、錄井、試油和生產(chǎn)動態(tài)等資料進(jìn)行儲層參數(shù)綜合計算和定性評價分析,受到資料響應(yīng)的限制,有時僅給出有利的裂縫層段評級結(jié)果,很難達(dá)到準(zhǔn)確識別與評價儲層的目的。由于研究區(qū)礫巖儲層取心資料較少,特別是鉆井全直徑巖心分析數(shù)據(jù)更少,巖心實驗數(shù)據(jù)的代表性較差,難以滿足建立測井定量解釋模型需要。

2 自然伽馬能譜測井礫巖儲層評價方法

自然伽馬能譜投入應(yīng)用以來[1],在地層對比,泥質(zhì)含量、沉積環(huán)境[2]、古水深[3]、碳酸鹽巖地層層序界面[4]、生油層有機質(zhì)豐度評價等方面取得了較好的效果[5],已經(jīng)成為復(fù)雜儲層的重要測井項目。但是,自然伽馬能譜測井只是對測量地層鈾釷鉀含量的觀測,是元素成分級別上的測量,必須與實際相結(jié)合,建立相應(yīng)的相關(guān)關(guān)系才能加以更好地應(yīng)用。

根據(jù)斯倫貝謝研究成果,巖石中的釷含量與鉀含量之比(Th/K)可以用于分析黏土礦物構(gòu)成(見表1)。根據(jù)黏土礦物的含量對比關(guān)系可以進(jìn)行沉積成巖階段的劃分。根據(jù)研究區(qū)自然伽馬能譜測井資料的Th、K含量,在斯倫貝謝黏土礦物分析圖板上的結(jié)果分析,研究區(qū)礫巖段巖石成巖階段應(yīng)處于中晚期,以晚期成巖階段為主(見圖1)。

表1 黏土礦物的Th/K比值范圍

圖1 研究區(qū)目的層成巖階段Th-K交會圖分析

巖石地層所處的成巖環(huán)境、構(gòu)造環(huán)境、流體環(huán)境等對鈾釷鉀的含量均有影響,不同程度地調(diào)整著三者的絕對含量及其三者之間的對比關(guān)系。因此,自然伽馬能譜測井資料分析能夠用于研究成巖、構(gòu)造、流體等特征,同時也受到多種因素的限制。鈾與油氣活動具有較為密切的正相關(guān)關(guān)系,通常油氣儲層表現(xiàn)為鈾的相對富集,特別是在低放射性儲層中,明顯表現(xiàn)為富鈾虧鉀特征,這也是利用自然伽馬能譜輔助研究儲層的基本依據(jù)。

圖2 自然伽馬能譜測井可視化(以鈾、鉀為例)

為提高測井信息的可視化程度,特別是提高測井信息的綜合對比分析效果,研究使用了測井信息融合可視化技術(shù)[6]。信息融合可視化就是將反映研究對象相關(guān)的信息加以分組,利用刻度轉(zhuǎn)化方法分別轉(zhuǎn)化為RGB顏色指標(biāo),通過顏色組合繪制出組合測井信息的顏色譜,根據(jù)顏色及其明亮程度即可分析相關(guān)測井信息的絕對大小和相對比值關(guān)系。圖2是以自然伽馬能譜測井中的鈾和鉀為例,并結(jié)合自然伽馬測井繪制的可視化成果圖。圖2中能譜顏色值是以鈾為紅色(R)、鉀為藍(lán)色(B)、柱子的粗細(xì)以自然伽馬(GR)值進(jìn)行刻度繪制。從顏色上分析,紅色代表富鈾虧鉀,藍(lán)色代表虧鈾富鉀,紫紅色代表二者相當(dāng),偏紅則鈾增加,偏藍(lán)則鉀增加,柱子越粗代表自然伽馬值越大,地層放射性越高。

利用自然伽馬能譜測井資料研究礫巖儲層時,首先要尋找相對鈾富、鉀虧損的層段,并且釷值不能偏高,也就是泥質(zhì)少的層段;綜合常規(guī)測井資料的巖性、物性、和電阻率特征綜合分析;結(jié)合鉆井、錄井、試油、生產(chǎn)動態(tài)等資料進(jìn)行礫巖儲層識別和評價。

3 應(yīng) 用

J×7井的礫巖段錄井顯示以灰質(zhì)角礫巖和泥灰?guī)r為主(見圖3)。巖性測井曲線顯示該段角礫巖和泥灰?guī)r交互出現(xiàn),變化頻繁。自然伽馬測井統(tǒng)計顯示,自然伽馬平均值為35.186 API,75%以上的井段自然伽馬測井值小于42 API,整體表現(xiàn)為自然伽馬測井值處于較低水平,表明黏土性泥質(zhì)在礫巖層不發(fā)育;自然電位整體上大于0(非泥巖顯示),可能與鉆井液電阻率和地層水電阻率對比關(guān)系有關(guān),在一定程度上也可能反映裂縫的存在;雙井徑測井顯示3 995 m以上差異較大,變化頻繁,橢圓形井眼更加明顯,顯示了上部地層巖石應(yīng)力場的變化,也在一定程度上促使了上部巖石裂縫的發(fā)育。自然伽馬能譜測井顯示,嚴(yán)重橢圓化井段內(nèi)釷含量有增加趨勢,推測該段礫巖具有泥灰?guī)r侵入特征。鉆井取心段顯示角礫粒徑可達(dá)5 mm,與錄井顯示的泥灰?guī)r巖性不同,從測井巖性上分析,該井主要仍以角礫巖巖性為主,局部含有泥灰質(zhì)成分。

三孔隙度測井其聲波測井主要反映基質(zhì)原生孔隙度,對裂縫孔隙度的反映較差,并且受到裂縫產(chǎn)狀的影響,巖性密度和補償中子測井孔隙度,主要反映巖石體積孔隙度,中子測井對地層含氣具有挖掘效應(yīng)的敏感性。該井上部橢圓井眼對貼井壁的中子測井和密度測井有一定影響,資料分析有困難。礫巖段三孔隙度統(tǒng)計顯示,聲波測井平均值189μs/m,中子測井平均值5.16 p.u.,密度測井平均值2.77 g/cm3,顯示了物性較差、巖性致密的特點。

深淺側(cè)向電阻率測井統(tǒng)計顯示,深側(cè)向電阻率平均值 1 120.03Ω·m,淺側(cè)向電阻率平均值1 100.18Ω·m,整體上電阻率偏高,75%以上井段電阻率高于560Ω·m,50%以上的井段電阻率高于1 100Ω·m;上部電阻率相對于下部有所降低,也證實上部裂縫的發(fā)育較好。

利用信息融合可視化技術(shù),選擇相對富鈾、虧鉀、釷含量較小的層段,利用常規(guī)測井顯示的巖性、孔隙度和電阻率綜合分析,選擇孔隙性相對較好、電阻率略有下降(處于中等)的層段,確定為含油層段,物性較好,電阻率下降太多的層段可能含水,結(jié)合錄井和鉆井取心顯示,給出了自然伽馬能譜輔助解釋的油水層解釋結(jié)果(見圖3)。

圖3 J×7井自然伽馬能譜儲層劃分成果

與完井測井油氣層解釋結(jié)果對比分析,認(rèn)為自然伽馬能譜輔助進(jìn)行的礫巖儲層解釋結(jié)果更具有針對性,解釋的儲層厚度大為減少,這與該井段鉆井取心的油斑顯示、試油結(jié)果和生產(chǎn)動態(tài)特征一致。根據(jù)沉積巖性特征和測井曲線特征,劃分了礫巖儲層的沉積旋回。分析表明,灰質(zhì)礫巖儲層主要發(fā)育在正旋回的頂部和逆(反)旋回的中部。

圖4 J×8井自然伽馬能譜輔助儲層劃分成果

J×8井礫巖段測井分析顯示,巖性測井曲線自然伽馬平均值28.36 API,自然電位平均值45.71 mV,井徑平均值23.77 cm,下部略有擴徑現(xiàn)象,測井巖性分析顯示下部為灰質(zhì)角礫巖,上部逐漸發(fā)育泥灰質(zhì)角礫巖和礫巖(見圖4)。與J×7井對比,該井礫巖段巖性更純,更穩(wěn)定。

三孔隙度測井統(tǒng)計顯示聲波測井平均值185 μs/m,中子測井平均值6.41 p.u.,密度測井平均值2.47 g/cm3,與J×7井對比,該井礫巖段顯示了原生孔隙度略小,裂縫孔隙度有明顯增加,物性整體上好于J X7井。

深淺側(cè)向電阻率測井統(tǒng)計顯示,深側(cè)向電阻率平均值 1 497.95Ω·m,淺側(cè)向電阻率平均值1 398.37Ω·m,電阻率微球測井平均值154.34Ω·m。從電阻率分析,該井平均電阻率高于J×7井,說明該井巖性較純,裂縫發(fā)育段少于J×7井,裂縫寬度較J×7井好。

自然伽馬能譜輔助解釋的油水層解釋結(jié)果見圖4。經(jīng)過在3 959.86～4 092.45 m酸壓試油,獲日產(chǎn)油21.57 t,成為研究區(qū)礫巖儲層中較好的生產(chǎn)井,自然伽馬能譜輔助解釋結(jié)果更為準(zhǔn)確,與試油結(jié)論和生產(chǎn)動態(tài)符合很好。旋回分析發(fā)現(xiàn),該井礫巖儲層發(fā)育與J X7井具有相同的特征。

4 結(jié) 論

(1)灰質(zhì)礫巖儲層發(fā)育與裂縫密切相關(guān),在自然伽馬能譜測井曲線上反映為鈾富集,鉀虧減,釷較低,整體上自然伽馬測井值偏低特征。

(2)灰質(zhì)礫巖儲層在常規(guī)測井資料顯示為巖性較純,物性中等,密度中子孔隙度較聲波孔隙度好,電性相對圍巖高電阻略顯下降特征。

(3)充分結(jié)合信息融合可視化技術(shù),分析各信息的絕對變化和相對關(guān)系,建立常規(guī)測井與自然伽馬能譜識別儲層的評價標(biāo)準(zhǔn),迅速識別儲層,能夠較好地解決研究區(qū)礫巖儲層識別和評價問題。

[1] 黃隆基,首祥云,王瑞平.自然伽馬能譜測井原理及應(yīng)用[M].北京:石油工業(yè)出版社,1995:48-61.

[2] 陳中紅,查 明,金 強.自然伽馬及自然伽馬能譜測井在沉積盆地古環(huán)境反演中的應(yīng)用[J].地球物理學(xué)報,2004,47(6):1145-1150.

[3] 王學(xué)軍,王志欣,劉顯陽,等.利用鈾的測井響應(yīng)恢復(fù)鄂爾多斯盆地古水深[J].天然氣工業(yè),2008,28(7):46-48.

[4] Ehrenberg S N,et al.Use of Spectral Gamma-Ray Signature to Interpret Stratigraphic Surfaces in Carbonate Strata:An Example from the Finnmark Carbonate Platform(Carboniferous-Permian),Barents Sea[J]. AAPGBulletin,2001,85(2):295-308.

[5] 李鳳琴,秦菲莉,陳漢林,等.自然伽馬能譜資料在油田勘探中的應(yīng)用[J].石油天然氣學(xué)報,2005,27(6): 874-876.

[6] 陳福利.井信息高分辨率層序地層表征[D].北京:中國地質(zhì)大學(xué),2009.