白松濤,唐振興,安紀(jì)星,周琦,曾靜波,王俊駿

(1.中國石油集團(tuán)測井有限公司測井應(yīng)用研究院,陜西西安710077;2.中國石油大學(xué)(北京)地球物理與信息工程學(xué)院,北京昌平102249;3.吉林油田研究院,吉林松原138000;4.中國石油集團(tuán)測井有限公司華北分公司,河北任丘062552)

0 引 言

變質(zhì)巖油氣藏是近年來各油田勘探的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。變質(zhì)巖儲(chǔ)層在礦物成分、巖石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及儲(chǔ)集空間的類型等方面與傳統(tǒng)沉積巖儲(chǔ)層有著很大差異,一方面基巖潛山油藏巖性復(fù)雜,再加上遭受長期風(fēng)化及后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)烈改造,導(dǎo)致其具有復(fù)雜的儲(chǔ)集空間和強(qiáng)烈的儲(chǔ)層非均質(zhì)性;另一方面由于不同巖性選取的工程措施不同,也對儲(chǔ)層及流體性質(zhì)識(shí)別影響大?！痢劣吞镆言诨◢弾r、大理巖等多種巖性中見到油氣顯示,展示出基巖良好的評(píng)價(jià)潛力[1]。測井資料因其所揭示的巖石物理性質(zhì)多樣、縱向分辨率高等優(yōu)點(diǎn),使其在變質(zhì)巖潛山的巖性和儲(chǔ)層識(shí)別及評(píng)價(jià)方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。本文以××油田伊通盆地變質(zhì)巖地質(zhì)認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ),以巖心標(biāo)定測井為手段,利用鉆井取心結(jié)合測井(常規(guī)、成像、核磁共振),開展變質(zhì)巖巖性測井識(shí)別方法研究?？偨Y(jié)變質(zhì)巖測井響應(yīng)特征,梳理出對識(shí)別變質(zhì)巖巖性敏感曲線,應(yīng)用交會(huì)圖建立巖性識(shí)別標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合成像與核磁共振測井資料明確儲(chǔ)層有效性,為該地區(qū)變質(zhì)巖優(yōu)勢巖性評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

1 變質(zhì)巖巖石學(xué)及測井響應(yīng)特征

根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造、礦物組合成分特征以成因的差異,××油田變質(zhì)巖可劃分為4大類:即動(dòng)力變質(zhì)巖、接觸變質(zhì)巖、區(qū)域變質(zhì)巖及混合巖[2]。每個(gè)系列的巖石基本類型再根據(jù)礦物、結(jié)構(gòu)構(gòu)造或等化學(xué)系列等特征進(jìn)一步確定具體巖石名稱。

勘探實(shí)踐表明,研究區(qū)變質(zhì)巖巖性復(fù)雜,4種類成因類型的變質(zhì)巖均存在,主要以大理巖、混合花崗巖和片麻巖為主,間或出現(xiàn)部分片巖。對復(fù)雜巖性儲(chǔ)層,其礦物組分的差異反映了巖性的變化,而巖性是影響測井響應(yīng)的主要因素之一[3]。巖石的測井特征是巖石巖性(成分、結(jié)構(gòu))、物性(孔隙、孔隙結(jié)構(gòu)、裂縫發(fā)育)及流體的疊加響應(yīng)[4]。通過對該地區(qū)常規(guī)及高分辨率成像資料分析,建立4大類巖性響應(yīng)特征圖版。

1.1 動(dòng)力變質(zhì)巖類

動(dòng)力變質(zhì)巖在××油田主要表現(xiàn)為糜棱巖。測井曲線表現(xiàn)為自然伽馬高值80～120 API、去鈾自然伽馬50～80 API,電阻率中值100～400 Ω·m,聲波160～180 μs/m,密度2.7～2.9 g/cm3,中子孔隙度7%～10%,Pe4～5 b/eV,鈾5～8 mg/L,鉀0.5%,釷較高10%～15%左右,核磁共振孔隙度較發(fā)育,泥質(zhì)束縛峰發(fā)育,可動(dòng)峰不發(fā)育,成像表現(xiàn)為為亮黃-棕色、呈塊狀結(jié)構(gòu),裂縫較發(fā)育。

1.2 接觸變質(zhì)巖類

(1)大理巖。其保留了原巖的特征,呈塊狀或?qū)訝钐卣?自然伽馬小于40 API,去鈾自然伽馬小于20 API,測井曲線表現(xiàn)為低、平直,電阻率中高值103～105 Ω·m,聲波時(shí)差160 μs/m左右,體積密度2.75 g/cm3左右,補(bǔ)償中子1%左右,Pe為5 b/eV左右,釷鉀含量都很低一般小于2%,核磁孔隙度低,泥質(zhì)束縛峰和可動(dòng)峰都不發(fā)育,成像亮黃色、呈塊狀結(jié)構(gòu),有裂縫發(fā)育。地層元素上表現(xiàn)為低硅、低鐵、低鈦、高鈣,電成像圖像上裂縫發(fā)育,塊狀或?qū)訝钐卣髅黠@。

(2)矽卡巖。在測井曲線上表現(xiàn)為自然伽馬中高值100～140 API,去鈾自然伽馬80～100 API,電阻率低值20～50 Ω·m,聲波時(shí)差200～240 μs/m,體積密度2.40～2.70 g/cm3,補(bǔ)償中子大于5%,Pe值4～6 b/eV,鈾低、鉀高、釷較高,核磁孔隙度較小,泥質(zhì)束縛峰發(fā)育,可動(dòng)峰不發(fā)育,成像為深棕色、呈層狀結(jié)構(gòu),裂縫發(fā)育。

1.3 區(qū)域變質(zhì)巖類

(1)角閃巖。主要巖性有角閃巖和斜長角閃巖,巖石中暗色礦物含量(主要是角閃石)大于50%,測井響應(yīng)特征表現(xiàn)高密度、高中子、高光電吸收截面指數(shù)和低自然伽馬,一般在40～100 API之間,密度曲線與補(bǔ)償中子曲線呈大的“負(fù)差異”特征,地層元素為表現(xiàn)為低硅、高鐵、高鈣、低鉀特征,電成像圖像上無侵入特征,與其他巖性過渡界面不明顯。

(2)片麻巖。主要巖性有黑云斜長片麻巖、角閃斜長片麻巖、混合巖化黑云斜長片麻巖等。這類巖石中含有一定量的暗色礦物(主要是黑云母),隨著暗色礦物含量增加,密度增大、高中子、光電吸收截面指數(shù)增大,密度曲線與補(bǔ)償中子曲線呈小的“負(fù)差異”或“絞合狀”特征,由于片麻巖類巖石中的黑云母和堿性長石具有高放射性,但在巖石中分布不均勻,自然伽馬高值140～160 API、去鈾自然伽馬80～100 API,呈高低起伏的“鋸齒”狀。電阻率分布在100～1 000 Ω·m,聲波時(shí)差為180～190 μs/m,密度為2.55～2.65 g/cm3,中子孔隙度2%～6%,Pe2 b/eV,“高阻背景下的低阻”、“三孔隙度增大”,釷含量較高,核磁孔隙度譜表現(xiàn)為泥質(zhì)束縛峰不發(fā)育、可動(dòng)峰發(fā)育,成像為淺棕色、呈塊層狀結(jié)構(gòu),有裂縫發(fā)育,圖像上片麻構(gòu)造發(fā)育。

(3)片巖。其片理構(gòu)造十分發(fā)育,原巖已全部重新結(jié)晶,由片狀、柱狀、粒狀礦物組成,具鱗片、纖維、斑狀變晶結(jié)構(gòu),片巖是區(qū)域變質(zhì)巖系中最多的一類變質(zhì)巖。在測井曲線上表現(xiàn)為自然伽馬高值100～140 API,去鈾自然伽馬60～80 API,電阻率低值40～2 000 Ω·m,三孔隙度較大,聲波時(shí)差160～180 μs/m,密度2.6～2.8 g/cm3,中子孔隙度4%～20%,Pe3～4 b/eV,釷較高10%～15%左右,核磁共振孔隙度譜表現(xiàn)為泥質(zhì)束縛峰發(fā)育,可動(dòng)峰較發(fā)育,成像為棕黃色、呈塊層狀結(jié)構(gòu),有裂縫發(fā)育。

圖1 變質(zhì)巖的巖性測井曲線交會(huì)圖

1.4 混合變質(zhì)巖類

(1)混合花崗巖。其主要巖性有斜長混合花崗巖、二長混合花崗巖。這類巖石混合巖化程度最強(qiáng),堿性長石、斜長石、石英等淺色礦物含量高,黑云母等暗色礦物含量低于5%。在測井曲線上表現(xiàn)為低密度、低中子、低光電吸收截面指數(shù)特征。密度曲線與補(bǔ)償中子曲線往往表現(xiàn)為“正差異”或“絞合狀”特征,自然伽馬一般在75 API以上,混合巖化作用使巖石成分均勻分布,自然伽馬表現(xiàn)為“小鋸齒”狀,密度<2.66 g/cm3,中子孔隙度6 p.u.,中子密度交會(huì)重合,地層元素上表現(xiàn)為高硅,低鐵、低鈦、低鈣,電成像圖像上裂縫發(fā)育,塊狀構(gòu)造為主,少量片麻構(gòu)造。

(2)混合片麻巖。自然伽馬中等、密度約為2.66～2.73 g/cm3,中子孔隙度約為3～8 p.u.,中子密度交會(huì)中等;地層元素表現(xiàn)為中高硅(0.294～0.323),較低鐵(0.014～0.03);電成像圖像上裂縫發(fā)育,片麻構(gòu)造、條帶構(gòu)造發(fā)育。

(3)注入混合巖。由注入作用形成的各種混合巖的統(tǒng)稱,巖石中以變質(zhì)巖的基體為主,長石質(zhì)或長英質(zhì)脈體的含量占次要地位。在測井曲線上表現(xiàn)為自然伽馬中等—高,中高密度>2.7 g/cm3,較大中子孔隙度6～10 p.u.,地層元素表現(xiàn)為中等硅(0.243～0.293),較高鐵、低鈦、中高鈣,FMI圖像上注入特征明顯,巖性非均質(zhì)性強(qiáng)。脈體厚大,巖脈相互穿插,強(qiáng)非均質(zhì)性,見冷凝收縮縫。

2 變質(zhì)巖巖性識(shí)別

由于測井資料的多解性和變質(zhì)巖巖性類型的復(fù)雜性,任一巖性與任一類別測井曲線之間都不存在簡單的一一對應(yīng)關(guān)系,為了將各類巖性區(qū)分開,需要同時(shí)采用2種或多種測井響應(yīng)參數(shù)[5]。另外,所區(qū)分的具體巖性不同,需要采用的測井曲線也有差別。在選擇巖性敏感的測井曲線,不同礦物受其化學(xué)成分的影響測井響應(yīng)井類別基礎(chǔ)上,交會(huì)圖技術(shù)有助于同時(shí)采用2種測井參數(shù)進(jìn)行巖性識(shí)別,該技術(shù)可直觀地展示出各類巖石的關(guān)鍵測井參數(shù)的變化情況,給出不同巖性的測井響應(yīng)分區(qū),進(jìn)而區(qū)分出不同的巖性。

分析可知,混合花崗巖、大理巖、片麻巖在各類圖版上容易識(shí)別,AC—GR圖版可以識(shí)別出大理巖,DEN—Pe圖版可識(shí)別出片麻巖、混合花崗巖、角閃巖、糜棱巖,CNL—DEN圖版可識(shí)別出矽卡巖,Pe—GR圖版可識(shí)別出注入混合巖,K—Th交會(huì)圖版可識(shí)別出混合片麻巖,U—Pe圖版可以識(shí)別片巖。巖性識(shí)別效果最好的為K—Th圖版(見圖1)。

3 變質(zhì)巖裂縫識(shí)別及有效性分析

變質(zhì)巖潛山油藏中的勘探開發(fā)結(jié)果表明,裂縫在儲(chǔ)層中不但是流體滲流通道,還是主要的儲(chǔ)集空間,而且裂縫的類型十分復(fù)雜(發(fā)育有晶間縫、次生構(gòu)造縫、溶蝕縫等)。已有研究表明,受變質(zhì)程度的影響,變質(zhì)巖儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間通常分為變余粒間孔隙、變晶間縫隙和裂縫等類型,但一般以裂縫為主[6]。根據(jù)裂縫的產(chǎn)狀又分為高角度縫、網(wǎng)狀縫和水平縫等,這些不同成因、不同產(chǎn)狀、不同充填特征的裂縫在不同測井曲線上的響應(yīng)存在差別。

基巖的儲(chǔ)集空間具有孔隙-裂縫雙重介質(zhì)的特點(diǎn),具有非均質(zhì)性強(qiáng),很難用定量參數(shù)來描述,成像測井成果圖上能夠清晰、直觀反映出井眼周圍裂縫的形態(tài)、方位和孔洞情況,裂縫性儲(chǔ)層在電成像測井圖上均表現(xiàn)為連續(xù)或間斷的深色條帶,其形狀取決于裂縫的產(chǎn)狀[7]。垂直縫和水平縫分別為豎直和水平暗色條帶,斜交縫為明顯的正弦波狀條帶,傾向不同的裂縫相交形成的網(wǎng)狀縫為交叉混亂的暗色條帶,孔洞表現(xiàn)為塊狀暗斑結(jié)構(gòu)(見圖2)。

圖2 變質(zhì)巖成像裂縫特征圖

在變質(zhì)巖儲(chǔ)層定性識(shí)別的基礎(chǔ)上,對變質(zhì)巖儲(chǔ)層的描述進(jìn)一步通過引入基巖孔隙度、裂縫孔隙度、裂縫開度等參數(shù)而加以定量化[8-9]。通過分析,該地區(qū)優(yōu)勢巖性序列表現(xiàn)為暗色礦物含量由低到高,形成儲(chǔ)層由易而難,其裂縫參數(shù)也表現(xiàn)為明顯的聚類關(guān)系(見表1)。

表1 研究區(qū)優(yōu)勢巖性序列

4 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

在該地區(qū)Y18-3井進(jìn)行巖性識(shí)別及優(yōu)勢巖性相分析,該井主要以接觸變質(zhì)巖類和區(qū)域變質(zhì)巖類為主,具體表現(xiàn)為片麻巖、大理巖為主,部分層段存在矽卡巖。針對錄井無顯示、氣測值低等難題,利用“常規(guī)+成像+核磁共振”測井方式確定優(yōu)勢巖石相為片麻巖。圖3為該井的124-126號(hào)層,解釋巖性為片麻巖,常規(guī)測井表現(xiàn)為高自然伽馬、低電阻率、低Pe值,三孔隙度曲線呈包絡(luò)特征,釷含量高,核磁共振譜表現(xiàn)為泥質(zhì)束縛孔隙不發(fā)育,可動(dòng)孔隙發(fā)育,有效孔隙度較大,成像圖像上層狀特征明顯,裂縫發(fā)育,綜合評(píng)價(jià)為II類儲(chǔ)層,含油性評(píng)價(jià)為差油層。依據(jù)儲(chǔ)層優(yōu)勢巖性相評(píng)價(jià)成果,優(yōu)選壓裂層段,建立巖性、流體性質(zhì)、儲(chǔ)層類別支撐工程措施改造,建議對3 113～3 139 m段片麻巖儲(chǔ)層試油,獲得日產(chǎn)量為7.97 t的工業(yè)油流。

圖3 Y18-3井變質(zhì)巖壓裂優(yōu)選綜合評(píng)價(jià)圖(片麻巖)

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)針對變質(zhì)巖巖性復(fù)雜,通過系統(tǒng)總結(jié)變質(zhì)巖4大類成因的“常規(guī)+成像+核磁共振”測井響應(yīng)特征,為中國其他區(qū)塊基于“常規(guī)+成像+核磁共振”變質(zhì)巖巖性識(shí)別及優(yōu)勢巖性相提供一定的參考和借鑒。

(2)受巖性特殊性的影響,常規(guī)測井中核測井系列(密度、自然伽馬、中子測井)對變質(zhì)巖巖性的識(shí)別相對更為有效,同時(shí)成像測井具有井筒高分辨率特征能夠較好對巖性進(jìn)行圖像表達(dá),在變質(zhì)巖巖性直觀識(shí)別及聚類分析具有獨(dú)特優(yōu)勢,在有關(guān)變質(zhì)巖探區(qū)測井作業(yè)中值得推廣。

(3)在巖性識(shí)別的基礎(chǔ)上,通過核磁共振測井對孔隙度、孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,結(jié)合成像對裂縫的定量評(píng)價(jià),能夠在變質(zhì)巖儲(chǔ)層裂縫識(shí)別中發(fā)揮重要的作用,為研究區(qū)優(yōu)勢巖性相評(píng)價(jià)提供重要依據(jù)。