沈柏坪 李志水 王丹丹 馬銘杰 孟祥文 史曉波

(中國(guó)石油長(zhǎng)城鉆探工程有限公司錄井公司)

0 引 言

長(zhǎng)慶油區(qū)淺層油氣的勘探已經(jīng)十分成熟，隨著勘探開(kāi)發(fā)的不斷深入，尋找新勘探層系，增加地質(zhì)儲(chǔ)量，顯得十分緊迫。鄂爾多斯盆地西緣掩沖帶由于沉積環(huán)境演變的多期性，地層巖性相對(duì)復(fù)雜，主要發(fā)育大量碎屑巖、碳酸鹽巖及混積巖[1]，同時(shí)，盆地西部受區(qū)域構(gòu)造影響發(fā)育大量斷層。

近年來(lái)，元素錄井技術(shù)在長(zhǎng)慶油區(qū)探井中的廣泛應(yīng)用，為現(xiàn)場(chǎng)隨鉆提供了更多巖石地球化學(xué)信息，通過(guò)特征元素組合可以較好地進(jìn)行地層劃分[2-6]。但是，常規(guī)錄井手段提供的巖性資料在隨鉆地層劃分與對(duì)比中存在一定的局限性，迫切需要?jiǎng)?chuàng)新技術(shù)手段和方法，以提供更多的地層信息。本文以鄂爾多斯盆地西緣掩沖帶為主要研究工區(qū)，基于元素錄井參數(shù)擬合自然伽馬曲線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)正鉆井隨鉆擬合伽馬與鄰井自然伽馬測(cè)井參數(shù)的對(duì)比，為正鉆井的地層劃分與層位卡取提供便利和參考。

1 元素錄井參數(shù)擬合測(cè)井自然伽馬方法

1.1 自然伽馬測(cè)井儀與元素錄井儀測(cè)量原理對(duì)比

自然伽馬測(cè)井儀測(cè)量地層的放射性強(qiáng)度，測(cè)井時(shí)獲得的是計(jì)數(shù)率，而地層的放射性強(qiáng)度取決于巖石中鈾(U238)、釷(Th232)、鉀(K40)等放射性元素的含量[7-8]，這些放射性元素在地層中的聚集與地層的沉積環(huán)境密切相關(guān)。

元素錄井儀主要采用X射線(xiàn)熒光光譜儀對(duì)巖石樣品進(jìn)行分析，獲取巖石元素?cái)?shù)據(jù)。在進(jìn)行巖樣分析時(shí)，X射線(xiàn)光管產(chǎn)生的原級(jí)X射線(xiàn)照射在樣品表面激發(fā)出特征X射線(xiàn)；探測(cè)器中的NaI晶體在特征X射線(xiàn)照射下產(chǎn)生藍(lán)光，在光電倍增器作用下轉(zhuǎn)換成脈沖電壓；探測(cè)器中的多道分析器對(duì)脈沖電壓幅度進(jìn)行分類(lèi)，并按幅度大小排列和記錄數(shù)量，從而得到常見(jiàn)的以能量-計(jì)數(shù)關(guān)系表示的能量色散X射線(xiàn)光譜圖[9]。X射線(xiàn)熒光光譜儀能夠測(cè)量地層中鈾、釷、鉀含量，其含量分別與計(jì)數(shù)率呈正相關(guān)。

通過(guò)自然伽馬測(cè)井儀與元素錄井儀測(cè)量原理對(duì)比分析，X射線(xiàn)熒光光譜儀獲得的鈾、釷、鉀參數(shù)經(jīng)多元線(xiàn)性回歸擬合自然伽馬是可行的。

1.2 元素錄井參數(shù)擬合自然伽馬測(cè)井參數(shù)

對(duì)工區(qū)測(cè)井自然伽馬與元素錄井儀獲取的鈾、釷、鉀參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，將元素錄井儀獲取的變量引入模型進(jìn)行擬合伽馬回歸，每引入一個(gè)新的因變量都進(jìn)行F檢驗(yàn)，并對(duì)已經(jīng)選入的元素變量逐一進(jìn)行t檢驗(yàn)(預(yù)測(cè))，確保回歸方程的合理性。通過(guò)反復(fù)驗(yàn)證、對(duì)比，最終選取鈾、釷、鉀作為伽馬的顯著影響變量，確定擬合伽馬公式。元素錄井參數(shù)擬合自然伽馬測(cè)井參數(shù)模型如下：

[GR]=[C][M]

[C]=[C1C2C3]

式中：[GR]為研究井段自然伽馬測(cè)井值矩陣；[C]為系數(shù)矩陣；[M]為元素錄井鈾、釷、鉀參數(shù)構(gòu)成的矩陣。

在研究過(guò)程中，常借助數(shù)理分析軟件SPSS進(jìn)行多元線(xiàn)性回歸分析，計(jì)算擬合系數(shù)。其方法如下：將研究井段的自然伽馬測(cè)井參數(shù)及元素錄井儀獲取的鈾、釷、鉀參數(shù)輸入SPSS軟件中，通過(guò)軟件中的“線(xiàn)性回歸”模塊，輸入因變量“自然伽馬”，自變量“鈾、釷、鉀”，然后點(diǎn)擊確定，就能得到擬合系數(shù)、擬合度及殘差分布特征等信息，進(jìn)而通過(guò)擬合度和殘差分布特征判斷擬合系數(shù)是否合理。

由表1可以看出，該擬合伽馬模型判定系數(shù)r2為0.76，表明擬合優(yōu)度好(一般r2>0.6為好)。

表1 模型匯總

表2中標(biāo)準(zhǔn)誤差一般用來(lái)判定數(shù)據(jù)的可靠性，標(biāo)準(zhǔn)誤差小，數(shù)據(jù)的可靠性大。t值即對(duì)回歸系數(shù)的t檢驗(yàn)結(jié)果，Sig代表t檢驗(yàn)的顯著性，t的絕對(duì)值越大，Sig就越小。一般Sig<0.05被認(rèn)為是系數(shù)檢驗(yàn)顯著，表明自變量可以有效預(yù)測(cè)因變量的變異，系數(shù)表中自變量U、Th、K的顯著性Sig值均小于0.05，表明U、Th、K對(duì)自然伽馬的影響顯著，自變量可以有效預(yù)測(cè)因變量的變異(表1、表2)。

表2 系數(shù)值及t檢驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)線(xiàn)性回歸系數(shù)可以得到長(zhǎng)慶油區(qū)的擬合伽馬公式如下：

擬合伽馬=11.355U+1.260Th+23.310K+122.466

式中：U、Th、K分別為元素錄井獲取的放射性參數(shù)。

依據(jù)該公式計(jì)算出擬合伽馬，并與自然伽馬測(cè)井參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，擬合伽馬的變化趨勢(shì)和形態(tài)與測(cè)井自然伽馬曲線(xiàn)形態(tài)吻合度在90%以上，說(shuō)明在研究工區(qū)該線(xiàn)性回歸方程具有較好的適用性。

2 應(yīng)用效果分析

鄂爾多斯盆地早古生代屬于陸表海沉積環(huán)境，晚古生代早期屬于濱海平原沉積環(huán)境，晚古生代中-晚期為內(nèi)陸坳陷沉積環(huán)境。鄂爾多斯盆地西緣古生界地層發(fā)育了大量碳酸鹽巖、碎屑巖及混積巖。擬合伽馬在研究工區(qū)具有較好的適用性，在E 103井鉆井施工過(guò)程中，通過(guò)擬合伽馬較好地進(jìn)行了層位卡取。通過(guò)對(duì)比效果圖可以看出，擬合伽馬與自然伽馬測(cè)井曲線(xiàn)形態(tài)基本一致、峰型基本對(duì)應(yīng)，說(shuō)明基于元素錄井參數(shù)的擬合伽馬具有較優(yōu)的擬合度(圖1)。

圖1 E 103井?dāng)M合伽馬與自然伽馬對(duì)比圖

Y 2井位于鄂爾多斯盆地西緣西南部，主要勘探中奧陶統(tǒng)烏拉力克組頁(yè)巖氣。在該井鉆井施工中，現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)人員通過(guò)擬合自然伽馬測(cè)井參數(shù)進(jìn)行了隨鉆地層劃分與對(duì)比，取得了較好效果(圖2)。

圖2 Y 2井隨鉆綜合錄井圖

該井在井深2 554.00 m，擬合伽馬由高值逐漸減小，SiO2由低值逐漸升高，根據(jù)鄰井自然伽馬測(cè)井曲線(xiàn)與巖性組合特征，判定進(jìn)入羊虎溝組；井深2 626.00 m，擬合伽馬開(kāi)始逐漸減小，CaO逐漸增大，SiO2、Al2O3逐漸減小，發(fā)育一套混積巖，判定進(jìn)入車(chē)道組；井深3 180.00 m，擬合伽馬逐漸增大并為中-高值，CaO逐漸減小，SiO2、Al2O3逐漸增大，發(fā)育一套泥巖夾灰?guī)r，判定進(jìn)入拉什仲組；井深3 840.00 m，擬合伽馬逐漸增大并為中-高值，CaO逐漸減小，SiO2、Al2O3逐漸增大，并且出現(xiàn)明顯分異，根據(jù)鄰井對(duì)比，判定進(jìn)入烏拉力克組；井深3 935.00 m，擬合伽馬逐漸減小并為低值，CaO逐漸增大，SiO2、Al2O3逐漸減小，判定進(jìn)入馬家溝組；井深4 362.00 m，擬合伽馬逐漸增大并為中-高值，CaO、MgO減小，SiO2、Al2O3增大，判定進(jìn)入三山子組。

通過(guò)對(duì)鄂爾多斯盆地西緣20多口井古生界地層擬合伽馬與自然伽馬測(cè)井參數(shù)的分析對(duì)比及驗(yàn)證，擬合伽馬與自然伽馬測(cè)井參數(shù)吻合度在90%以上。這表明基于元素錄井參數(shù)的擬合伽馬在風(fēng)險(xiǎn)探井及預(yù)探井施工中，能夠與鄰井自然伽馬測(cè)井曲線(xiàn)進(jìn)行對(duì)比，從而為現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)人員在隨鉆中進(jìn)行地層劃分與層位卡取提供便利和參考(圖3)。

圖3 鄂爾多斯盆地西緣古生界地層擬合伽馬與自然伽馬對(duì)比圖

3 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)鄂爾多斯盆地西緣古生界地層元素錄井參數(shù)擬合伽馬方法的研究與應(yīng)用，獲得以下認(rèn)識(shí)：

(1)基于自然伽馬測(cè)井儀與元素錄井儀測(cè)量原理對(duì)比，依據(jù)元素錄井儀獲得的鈾、釷、鉀元素參數(shù)經(jīng)多元線(xiàn)性回歸及逐步線(xiàn)性回歸擬合自然伽馬理論上是可行的。

(2)經(jīng)過(guò)鄂爾多斯盆地古生界地層20多口井元素錄井參數(shù)擬合伽馬與自然伽馬測(cè)井參數(shù)的分析對(duì)比及驗(yàn)證，擬合伽馬具有較好的適用性。

(3)基于元素錄井參數(shù)建立了隨鉆擬合伽馬與鄰井測(cè)井自然伽馬對(duì)比橋梁，在風(fēng)險(xiǎn)探井施工時(shí)，為地質(zhì)人員隨鉆地層劃分與層位卡取提供了便利和參考。