呂俏鳳，鐘家良，唐 建，吳土榮，安東嶺，曹孟賢，高云龍，何登連，秦圓明，王 鋒

1中海石油能源發(fā)展工程技術分公司實驗中心（湛江）；2中海石油（中國）有限公司湛江分公司；3深圳市億能杰石油設備有限公司

0 前 言

化學元素廣泛應用于地質研究的多個領域：元素應用于地球化學環(huán)境［1-10］和沉積物源方面研究的實例［11-15］較多；也有學者利用元素研究地層界面［16］、儲層含油氣性和礦床特征［17-20］，利用元素測井資料確定儲層黏土含量［21］，利用ECS元素測井技術對非常規(guī)儲層進行評價［22］、對巖性進行識別與劃分。筆者也曾利用親陸元素和陸源化合物對沉積物源和隱蔽儲層進行了一些研究［23］，但尚未深入到碎屑巖有利儲層識別這個層面。

南海西部的北部灣盆地、鶯歌海盆地、瓊東南盆地（鶯歌海盆地和瓊東南盆地合稱鶯瓊盆地）、珠江口盆地西部分別位于海南島的西北部、西南部、東南部和東北部（圖1），各盆地主要沉積古近系—新近系湖相、海相地層。在南海西部4個盆地10個區(qū)塊（位置見圖1）共67口井中選取了2 300多個樣品，選擇有代表性的碎屑巖進行儲層預測、驗證和應用。在北部灣盆地WX6-8油田選取古近系始新統湖相地層進行取樣，樣品沉積相帶為三角洲相；在WX-8W油田選取新近系中中新統海相地層進行取樣，樣品沉積相為濱海相、三角洲相。在鶯歌海盆地選取了LZ區(qū)塊、LP區(qū)塊、DX區(qū)塊、LX區(qū)塊、HX區(qū)塊、LY區(qū)塊等6個區(qū)塊的新近系上新統、上中新統、中中新統海相地層進行取樣，樣品沉積相帶為三角洲相、濱海相、淺海相。在瓊東南盆地BX區(qū)塊選取了新近系中新統海相地層進行取樣，樣品沉積相帶為三角洲相、淺海相。在珠江口盆地西部WY油田區(qū)塊古近系漸新統—新近系中新統海相地層進行元素取樣，樣品沉積相帶為三角洲相和濱海相。

圖1 南海西部主要盆地鋁釩元素取樣點分布Fig.1 Distribution of Al and V sampling points in main basins in the west of South China Sea

7年多的反復實驗和驗證表明：鋁、釩元素的含量（簡稱鋁釩含量）可以識別碎屑巖有利儲層的規(guī)律性變化，可優(yōu)選為識別碎屑巖儲層的參數，并據此建立適用于油氣勘探開發(fā)的識別碎屑巖有利儲層的新技術。限于篇幅，本文以鶯瓊盆地DX、BX區(qū)為例，對利用鋁釩含量識別碎屑巖有利儲層的原理、方法及實際應用進行系統介紹。

1 數據的獲取

鋁釩含量數據的獲取主要有2種途徑：一種是通過鋁元素測井（ECS）［24］，如DX-1S-1井、WY-3-2井進行了鋁元素測井，這就省去了取樣的過程，可直接利用鋁元素測井數據；但現在進行鋁元素測井的井比較少，大部分仍依賴鉆后對巖心、巖屑進行取樣再送實驗室測試元素含量［25-26］。本次測試的每個樣品約為10g，均由電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）測試以獲取鋁釩含量數據。

取樣數量根據單井層段和目的層厚度設計而定：勘探井取樣間隔5~20m，主要目的層段間隔2~5m，單層一般取樣15~25個；開發(fā)井油氣組取樣間隔2~5 m，單層油氣組取樣15個左右。地層較厚的一口井取樣可達100多個。

取樣點的質量和代表性是非常關鍵的。首先是選取樣點，應避免在巖性界線處選樣。還要重點解決取樣中巖屑的污染問題，經過核查、比對，采用3步校正：①取樣時應用目篩剔選、磁鐵吸雜等去偽存真挑樣；②對于同一物源區(qū)的樣品，如果偏離鋁釩含量交會圖的趨勢，且呈無序發(fā)散形狀，則視為混樣、偽樣予以剔除（圖2，紅色圈所示）；③根據巖心標樣和鋁釩含量交會圖判斷樣品真?zhèn)巍?/p>

圖2 鶯歌海盆地DX區(qū)塊單井鋁釩含量交會圖及巖屑中的混樣判識Fig.2 Cross plot of Al and V content of single well in DX block of Yinggehai Basin and discrimination of mixed samples

常溫常壓井巖屑污染相對較小，一般采用第①步措施可基本達到取樣要求，如瓊東南盆地BX區(qū)梅山組的取樣就屬這種情況。利用鋁釩含量普遍具有正相關性的特點，同一物源的樣品在鋁釩含量交會圖上應在同一趨勢上（圖2），如果表現為有序的、以不同趨勢呈現的點群，則屬于不同物源。對于偽樣、混樣，由于污染的發(fā)生，其鋁釩元素含量的比率常發(fā)生無序偏離，反映出這樣的樣品不合格，可采用第②步措施予以剔除，如圖2a所示，紅圈內點群為污染混樣。

高溫高壓復雜氣田中，會面臨鉆井中添加重晶石等泥漿材料而嚴重污染樣品的情況，這就需要增加第③步校正。如鶯歌海盆地DX-4井黃流組一段Ⅱ氣組（簡記為H1Ⅱ）2 862~2 868 m巖心段實測鋁含量為3.96%~4.09%（圖2b），而相應的巖屑樣品檢測的鋁含量為0.32%~3.1%，對比巖心分析數據則大大偏低，且偏離巖心樣品點群的趨勢。結合巖屑樣品中Ba含量超過6 000×10-6，并且密度較砂巖大的特征，經分析認為造成這種現象的原因是，在本段的鉆進過程中添加了重晶石，對相應的巖屑樣品污染嚴重，故視為污染混樣予以剔除（圖2b，紅圈內點群）。

2 基本原理

2.1 鋁釩含量與泥質（黏土礦物）含量相關，具有識別有利儲層的意義

沉積巖中鋁釩元素的豐度［27］（表1）表明：富含黏土礦物的泥巖和頁巖中鋁釩含量較高，砂巖、石灰?guī)r中則較低。 鋁含量與黏土礦物含量密切相關［21，28］，黏土礦物中的高嶺石、伊利石、蒙脫石及綠泥石，均含有豐富的鋁元素。

表1 主要類型沉積巖中鋁、釩元素的豐度Table 1 Abundance of Al and V in main types of sedimentary rocks

南海西部4個盆地典型井的巖心測試資料表明：砂巖具有相對低的鋁釩含量，泥巖具有相對高的鋁釩含量；鋁釩含量較低，對應的砂巖孔隙度、滲透率相對較好。在碎屑巖發(fā)育區(qū)，低鋁低釩含量區(qū)對應的儲層相對較好，反之則儲層較差或為泥質巖分布區(qū)。

2.2 利用鋁釩含量識別碎屑巖儲層，具有不受放射性影響的優(yōu)勢

在較少受放射性影響的地層，鋁含量曲線具有與自然伽馬曲線類似的變化趨勢，如圖3a所示，鶯歌海盆地DX-1S-1井低伽馬、低鋁含量段對應砂巖儲層段，高伽馬、高鋁含量段對應泥巖段。鶯瓊盆地巖屑樣品測試獲得的鋁釩含量，與伽馬曲線具有相似的變化趨勢（圖4a）：低鋁低釩含量段對應砂巖儲層段，高鋁高釩含量段對應泥巖段。注意到，LY20-1-1井2 770~2 845m井段巖屑取樣檢測的鋁釩含量（圖4a，半圓形段），較直觀地顯示砂巖具有低鋁低釩含量、泥巖具有高鋁高釩含量的特征，而對應的自然伽馬曲線則較平直，這反映出利用鋁釩含量識別碎屑巖有利儲層或泥質巖層相比自然伽馬更突出更穩(wěn)定。

在受放射性影響的地層，如圖3b的WY-3-2井1 232 m井段對應的高伽馬段，曾解釋為泥巖（圖3b，巖性解釋剖面），但錄井顯示這段是細砂巖段，經查實1 232~1 248 m井段的鉀長石含量較高（10%~12%），故判斷1 232 m井段對應的高伽馬為受放射性影響的結果。該段砂巖對應的鋁含量曲線則不受放射性影響（圖3b），顯示為低鋁含量，解釋為砂巖，這與錄井結果一致。這種現象在WY-3-2井的其他井段（包括1 242~1 250 m、1 262 m、1 270 m、1 282 m）也存在。

2.3 鋁釩含量呈正相關

如圖4所示，低鋁低釩含量共同指示砂巖儲層，高鋁高釩含量共同指示泥巖，兩者呈現正相關。對南海西部4個盆地67口井多種元素含量的分析表明，鋁釩含量的相關性較好。

2.4 定量識別有利儲層帶及其上下限值

基于前述，把鋁釩含量作為識別砂巖儲層的參數，并且以釩含量為橫坐標、鋁含量為縱坐標建立儲層識別圖版，即鋁釩含量交會圖。如圖5、圖6所示，基于圖版，結合錄井巖性可以進行有利儲層帶、次要儲層帶、過渡帶、欠儲層帶及其上、下限值的界定。

圖3 鋁元素測井（ECS）與自然伽馬測井對比Fig.3 Comparison between ECSand natural gamma logging

圖4 鋁釩含量（巖屑取樣檢測）與自然伽馬對比Fig.4 Comparison of Al and V content(rock debris sampling and testing)with natural gamma

圖5 瓊東南盆地BX區(qū)梅山組鋁釩含量儲層識別圖版Fig.5 Reservoir identification chart with Al and V content of Meishan Formation in BX block of Qiongdongnan Basin

圖6 鶯歌海盆地DX氣田黃流組一段Ⅱ氣組鋁釩含量儲層識別圖版Fig.6 Reservoir identification chart with Al and V content of gas reservoirⅡof Huangliu Formation Member 1 in DX gas field,Yinggehai Basin

如圖6所示，鶯歌海盆地DX氣田區(qū)9口井的鋁釩含量數據集中在具有相似斜率的一個帶上，鋁釩含量具有正相關性。其中，低鋁、低釩含量（Al含量<4.47%，V含量<60.6×10-6），對應錄井巖性為砂巖（中—細砂巖和細砂巖為主）的層段，界定為有利儲層段，相應地劃分出有利儲層帶（圖6），有利儲層帶下限值（過渡帶上限值）為Al含量=4.47%、V含量=60.6×10-6；高鋁高釩含量（Al含量>6.67%，V含量>99.0×10-6），對應錄井巖性為泥質巖（粉砂質泥巖/泥巖）的層段，則界定為欠儲層段，相應地劃分出欠儲層帶，欠儲層帶上限值（過渡帶下限值）為Al含量=6.67%、V含量=99.0×10-6；兩種元素含量介于這兩者之間（4.47%

需要說明的是，根據資料情況，可以利用單獨的鋁或釩含量編制多井的鋁或釩含量疊合圖，結合錄井巖性界定砂巖有利儲層帶、砂泥巖過渡帶（包括次要儲層）、泥質巖欠儲層帶及其上下限值。

3 “由點推面”識別有利儲層帶

在碎屑巖發(fā)育區(qū)，依據鋁釩含量交會圖，獲取井點（控制點）優(yōu)勢數據點群所在儲層帶的鋁釩含量平均值，以單獨的鋁釩含量或鋁與釩含量的乘積（記為Al·V）編制平面圖，則鋁釩含量較低的區(qū)域，對應有利儲層發(fā)育區(qū)。

3.1 點數據的計算方法

繪制鋁釩含量平面圖，至少需要確定3口井的數據（控制點）。應用鋁釩含量交會圖所確定的儲層帶及其上下限，把單井同一層段的巖心、巖屑樣品鋁釩含量數據按照鋁含量由低到高排列（表2，以BX3-1井為例），可定量劃分出各個儲層帶。

表2 瓊東南盆地BX3-1井梅山組鋁釩含量、儲層分帶及其點數據（部分）Table 2 Content of Al and V,reservoir zoning and point data of Meishan Formation of well BX3-1 in Qiongdongnan Basin(part)

由于各單井的鋁釩含量可能對應有利儲層帶、過渡帶、欠儲層帶三者中的不同部分，因此為了突出儲層信息，按照突出優(yōu)勢點群、突出優(yōu)勢儲層的原則進行數據處理：①對于有利儲層帶、過渡帶、欠儲層帶3類數據點群均有分布的井段，統計時僅選擇有利儲層帶點群并統計其鋁釩含量的平均值，例如，BX3-1井3個儲層帶均存在（圖5），則對有利儲層帶點群進行統計（表2），鋁釩含量平均值分別為5.26%、67.34×10-6，Al·V平均值為355.0×10-8。②對于過渡帶和欠儲層帶點群占優(yōu)勢的，則選擇過渡帶點群并統計其相關數據，如BX-3S-1井；如果過渡帶和欠儲層帶中還伴有少量有利儲層帶數據，例如，SX24-1井主要點群對應過渡帶（圖5），只有2個點處于有利儲層帶，這種情況可優(yōu)選過渡帶點群和這2個處于儲層帶的點一起作為統計數據，Al·V平均值為478.8×10-8。 ③對于欠儲層帶點群占優(yōu)勢的，如BX20-1井僅有1個樣點處于有利儲層帶，2個樣點處于過渡帶，大部分樣點處于欠儲層帶（圖5），則統計欠儲層優(yōu)勢帶時可把儲層帶與過渡帶樣點一并統計，Al·V平均值為574.9×10-8；如BX19-1井、BX19-2井這2口井只存在欠儲層帶，則選擇欠儲層帶點群統計，得到Al·V平均值分別為787.5×10-8、739.5×10-8。需要說明的是，對于水平井，元素分析數據可直接在平面上采用，不必統計其平均含量。

3.2 “由點推面”預測有利儲層的應用與效果

3.2.1 瓊東南盆地BX區(qū)塊勘探案例

筆者采用鋁釩含量平面圖對BX區(qū)塊梅山組儲層發(fā)育情況進行了預測。首先，把求得的BX3-1井、SX24-1井、BX20-1井、BX19-1井和BX19-2井等5口井的梅山組Al·V平均值作為點數據，通過內插繪制出平面圖（圖7a）。然后，依據同一層段的鋁釩含量交會圖（圖5）識別出有利儲層帶下限值、過渡帶下限值，在鋁釩含量平面圖中繪出儲層分帶界線，即可圈出有利儲層帶、過渡帶、欠儲層帶（圖7a）。由圖可見：部署井BX1-1井與已鉆的BX3-1井均位于低鋁低釩含量區(qū)，對應有利儲層分布區(qū)；BX-3S-1井處于過渡帶。

圖7 瓊東南盆地BX區(qū)梅山組鋁釩含量（均值）分布與儲層預測及沉積相圖（沉積相據文獻［29］）Fig.7 Distribution of Al and V content(mean value),reservoir prediction and sedimentary facies map of Meishan Formation in BX block of Qiongdongnan Basin(sedimentary facies data cited from literature［29］)

后經鉆井證實：BX1-1井梅山組發(fā)育較好的砂巖儲層（34.8 m厚的粉砂巖/3層），井深1 694.3 m處的粉砂巖，孔隙度為 25.32%，滲透率為17.05×10-3μm2；BX-3S-1井梅山組僅有3.8 m厚的泥質粉砂巖，儲層滲透性較差，井深1 964 m處的粉砂巖，孔隙度為21.56%，滲透率為1.27×10-3μm2?；阡X釩含量交會圖、鋁釩含量平面圖所預測的有利儲層，與實鉆情況相符，這驗證了該項技術的可靠性。

對BX1-1井和BX-3S-1井分別選取梅山組樣品作鋁釩含量分析，并添加在鋁釩含量交會圖上（圖5），可以看到：BX1-1井點群有部分處于有利儲層帶，BX-3S-1井點群主要處于過渡帶和欠儲層帶。需要說明的是，在圖5的有利儲層帶內，BX1-1井比BX3-1井鋁釩含量更低，反映存在更好的有利儲層。這與根據地震解釋的沉積相認識相一致：BX1-1井區(qū)相對BX3-1井更靠近物源（圖7b），梅山組發(fā)育更好的三角洲砂巖儲層。一定程度上，把鋁釩含量平面圖和沉積相圖結合起來，更有助于刻畫有利儲層的平面分布。

3.2.2 鶯歌海盆地DX區(qū)塊開發(fā)案例

圖8 鶯歌海盆地DX氣田黃流組一段Ⅱ氣組鋁釩含量(均值)分布與儲層預測圖Fig.8 Distribution of Al and V content(mean value)and reservoir prediction of gas reservoirⅡof the Huangliu Formation Member 1 in DX gas field,Yinggehai Basin

利用9口探井的點數據通過內插繪制DX氣田鋁釩含量等值線圖（圖8），依據鋁釩含量交會圖（圖6）所識別的黃流組一段Ⅱ氣組各儲層帶的上限、下限值，即可劃分出有利儲層帶、過渡帶、欠儲層帶分布范圍。如圖8所示，F1井、F2井、F4井、F5井等調整井均處于有利儲層帶內，F6井、F7H井等調整井處于過渡帶內。實鉆結果與預測相符：F1井鉆遇細砂巖18.8 m、泥巖5.2 m；F4井鉆遇細砂巖17.3 m、泥巖3.1 m；F5井鉆遇細砂巖17.3 m、泥巖7.8 m；F6井鉆遇細砂巖7.6 m、泥巖0.9 m；F7H調整井鉆進中，除在Ⅱ氣組頂部鉆遇垂厚5.1 m的細砂巖外，中下部為泥巖、粉砂質泥巖。

對鋁釩含量平面圖和地震屬性解釋的儲層進行綜合對比分析，能夠提高有利儲層識別的精度。圖8中，黃色實線是根據地震屬性解釋的Ⅱ氣組砂巖分布范圍，調整井F6井、F7H井處于其內；根據鋁釩含量平面圖，F6井、F7H井處于過渡帶，可能鉆遇砂巖（次要儲層）與泥巖互層，這個認識在鉆后得到證實。

3.2.3 地球物理方面的擴展應用

利用鋁釩含量變化進行地震分頻反演，可以識別有利儲層。鋁釩含量具有不受放射性影響的穩(wěn)定性優(yōu)勢。鋁釩含量隨鉆井深度變化曲線（圖3，圖4），可以作為基礎反演數據?；邡L歌海盆地DX區(qū)的鋁釩含量交會圖（圖6），確定黃流組一段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ氣組的有利儲層帶下限值分別為309×10-8、271×10-8、290×10-8，據此建立綜合的反演圖標（圖9a，右上角)，3個氣組的有利儲層對應于黃色—紅色—紫色，過渡帶為綠色—淺藍色，欠儲層帶為深藍色。鉆前針對F7H調整井，利用鋁釩含量反演進行井軌跡儲層預測：Ⅱ氣組的頂部見低鋁低釩含量儲層帶，預示存在較好的儲層（實際鉆遇細砂巖）；Ⅱ氣組中下部為綠色過渡帶，預示儲層較差（實際鉆遇粉砂質泥巖）。這項反演的結果，在常規(guī)地震剖面上難以得出（圖9b）。

圖9 鶯歌海盆地DX氣田過F7H調整井鋁釩含量分頻反演剖面與地震剖面對比Fig.9 Comparison between frequency division seismic inversion profile of Al and V content(a)and seismic profile(b)through the F7H adjustment well in DX gas field,Yinggehai Basin

4 結 論

（1）在碎屑巖發(fā)育區(qū)，依據鋁釩含量交會圖可以界定有利儲層帶、過渡帶、欠儲層帶及其下限值或上限值，通過鋁釩含量平面圖的繪制，可以“由點推面”預測儲蓋層分布：處于有利儲層帶的低鋁低釩含量區(qū)指示砂巖儲層發(fā)育區(qū)，處于過渡帶的指示砂泥巖互層分布區(qū)，處于欠儲層帶的高鋁高釩含量區(qū)指示泥巖蓋層或泥巖隔夾層發(fā)育區(qū)。

（2）利用鋁釩含量隨深度變化曲線和鋁釩含量交會圖界定的有利儲層帶、過渡帶、欠儲層帶的下限值或上限值，開展地震分頻反演，可以識別有利儲層和泥質巖隔夾層，該方法克服了利用自然伽馬反演可能受到放射性影響的不足，適用于開發(fā)油氣田的挖潛。

（3）利用鋁釩含量識別碎屑巖有利儲層這項技術，已在南海西部4個盆地10個區(qū)塊中得到驗證，預測結果在勘探區(qū)塊和開發(fā)區(qū)塊均與實鉆結果較吻合（符合率達85%）。存在誤差主要是由于受取樣密度不夠的影響。

（4）采用鋁釩含量識別有利儲層和泥質巖層時，需考慮鈣含量的影響，把含鈣、含灰質高的差儲層（致密、低孔低滲儲層）加以剔除。該項技術不適用于碳酸鹽巖有利儲層的識別，煤層的鋁含量較低，在應用時亦需加以甄別。

致謝：這項技術經過近8年的持續(xù)研究、驗證和應用，在這一過程中得到中國石油勘探開發(fā)研究院顧家裕教授、趙杏媛專家的指導，得到中海油研究總院呂明項目經理，中海油湛江分公司勘探開發(fā)部馬勇新經理，湛江分公司研究院張迎朝、裴健翔、成濤、尤麗、鐘澤紅、張道軍等領導和專家的指導，尤其是得到中海油實驗中心麥文、蘇文輝、吳土榮、陳金定、稅蕾蕾、高弘毅和張賀舉等專家的大力支持與鼓勵，在此一并表示感謝！