馮 釗, 譚成仟, 韓建偉

1. 西安石油大學 地球科學與工程學院 陜西省油氣成藏地質(zhì)學重點實驗室, 陜西 西安 710065; 2. 中國石油塔里木油田公司, 新疆 庫爾勒 841000

0 前言

近年來, 人們對非常規(guī)油氣資源越來越關(guān)注。 在非常規(guī)油氣中, 致密油資源量大, 且有很大的開發(fā)潛力, 因此成為當下炙手可熱的非常規(guī)油氣資源。 相較于常規(guī)油氣, 致密油有以下特點, 烴源巖熱演化程度在生油窗內(nèi), 源儲鄰近, 儲層較為致密, 空氣滲透率小于1 mD[1]。

烴源巖評價作為油氣資源評價的基礎(chǔ), 在油氣勘探中起著十分重要的作用, 對于致密油而言也不例外。 隨著研究的不斷深入, 學者們意識到, 原本的以部分巖心樣品化驗分析得到的有機地球化學數(shù)據(jù)的平均值來表征整個地區(qū)整個層位烴源巖的有機質(zhì)豐度值是不合適的, 從而得到的地質(zhì)資源量也是不準確的。因為測井數(shù)據(jù)具有縱向連續(xù)且清晰等特點, 測井信息可以間接反映地層信息, 所以國內(nèi)外學者根據(jù)測井信息建立了一系列的烴源巖評價模型分別對不同地區(qū)烴源巖或油頁巖進行評價研究, 如單變量計算模型,ΔLgR計算模型[2-4], 改進的ΔLgR計算模型[5-7], 多元線性回歸模型[8-9], 神經(jīng)網(wǎng)絡[10-12]等。 多參數(shù)法避免了因某一參數(shù)的偶然性而使有機質(zhì)含量計算結(jié)果出現(xiàn)較大誤差, 結(jié)合不同研究區(qū)的特點, 得出適合研究區(qū)的計算模型, 也保證了計算的準確度。 本文也采用多元線性回歸法進行測井解釋模型的建立, 并對模型的好壞做出驗證, 得出研究區(qū)的烴源巖展布特征。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地位于中國的中部, 四面環(huán)山, 內(nèi)部地形十分復雜。 西面為六盤山, 東面為晉西撓褶帶,南面是陜西的北部隆起和甘肅的黃土高原, 北面是內(nèi)蒙古的草原和沙漠, 橫跨陜、 甘、 寧、 晉、 蒙五個省區(qū), 是中國的大型盆地之一。 整體上為不規(guī)則的四邊形, 盆地內(nèi)部靠近天環(huán)凹陷和邊緣構(gòu)造帶, 西部地勢較低, 靠近晉西撓褶帶的東部地勢較高, 但整體上地勢較緩, 傾角很小, 小于1 °。 盆地內(nèi)部的構(gòu)造較簡單, 但在盆地四周邊緣地帶發(fā)育相對較發(fā)達的褶皺。通過對盆地演化研究, 將盆地分為六個一級構(gòu)造單元: 西緣沖斷帶、 天環(huán)坳陷、 伊陜斜坡、 晉西撓褶帶、 渭北隆起和伊盟隆起, 研究區(qū)位于伊陜斜坡的西南部和天環(huán)坳陷東部, 地理位置位于慶城—合水地區(qū)[13-16](圖1)。

圖1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造位置圖Fig.1 Structural location map of the Ordos Basin

2 烴源巖測井響應特征

由于烴源巖中含有有機質(zhì), 有機質(zhì)和普通巖層在成分性質(zhì)上有著明顯的不同, 所以烴源巖在測井曲線響應上也與非烴源巖有所不同。 通過測井, 可以得到很多電性參數(shù)曲線, 研究發(fā)現(xiàn), 在有機質(zhì)段有異常響應的測井曲線主要有: 聲波時差、 中子、 密度、 自然伽馬能譜、 電阻率等。 通常情況下, 巖層測井曲線偏離基線越遠, 也就是異常越明顯, 所對應的有機碳含量越高, 所以可以根據(jù)測井響應特征來識別烴源巖[17](表1), 也可建立模型來計算烴源巖的參數(shù)。

表1 烴源巖的測井響應特征表[17]Table 1 Logging response characteristics of source rocks

2.1 自然伽馬測井

研究區(qū)屬于深湖—半深湖沉積環(huán)境[18], 沉積環(huán)境平靜穩(wěn)定, 烴源巖中有機質(zhì)粒度極細, 且有著較強的吸附能力, 對應的有機質(zhì)含量就很高, 自然伽馬值也就自然高。 如圖2 為研究區(qū)烴源巖有機碳含量與自然伽馬關(guān)系圖, 二者有較強的相關(guān)性, 因此可利用自然伽馬能譜識別評價研究區(qū)烴源巖, 將其作為本文烴源巖測井評價模型的一個參數(shù)。

圖2 有機碳含量與自然伽馬關(guān)系圖Fig.2 The relationship between TOC and GR

2.2 電阻率測井

不含有機質(zhì)的泥巖是導電的, 但有機質(zhì)是不導電的, 當泥巖中存在有機質(zhì)時, 明顯導電性會變小, 電阻率會變大, 電阻率測井曲線表現(xiàn)異常; 隨著有機質(zhì)的熱演化程度的升高, 有機質(zhì)會轉(zhuǎn)化為烴類, 電阻率進一步升高, 電阻率測井曲線異常會表現(xiàn)的更加明顯。 但是導電性對巖層電阻率曲線影響過大, 不能僅僅依靠電阻率曲線來識別烴源巖, 需要結(jié)合其他測井曲線。 如圖3 所示, 樣品有機碳含量和電阻率基本不成線性關(guān)系, 二者之間的相關(guān)性較差。

圖3 有機碳含量與電阻率關(guān)系圖Fig.3 The relationship between TOC and RT

2.3 聲波時差測井

通常情況下, 泥巖較其他巖層更為致密, 孔隙較少, 所以其聲波時差值較大, 當泥巖中存在有機質(zhì)時, 會更加致密, 因此聲波時差值會進一步升高。 但聲波時差值的大小與很多因素有關(guān), 如: 巖層中水、有機質(zhì)含量、 礦物成分、 巖層化學性質(zhì)、 黏土含量等。 所以也不能僅僅依靠聲波時差曲線來識別烴源巖和計算有機質(zhì)含量。 如圖4, 樣品有機質(zhì)含量和聲波基本不成線性關(guān)系, 有較多的點變化幅度較大, 偏離趨勢線較遠, 所以二者之間的相關(guān)性較差。

圖4 有機碳含量與聲波時差關(guān)系圖Fig.4 The relationship between TOC and AC

2.4 密度測井

一般情況下, 烴源巖中固體有機質(zhì)的密度和水相當, 約為 1.0 g/cm3, 而圍巖巖層的密度大于1 g/cm3, 所以可以用密度測井曲線來識別烴源巖。 同時當巖層中有機質(zhì)含量發(fā)生變化時, 對應的密度也會隨之規(guī)律性變化, 所以, 烴源巖有機質(zhì)含量必然與密度之間存在一定的函數(shù)關(guān)系, 因此, 可以根據(jù)密度變化曲線進行烴源巖的識別。 但井壁和巖層中的重金屬礦物會使密度發(fā)生變化, 這時就要結(jié)合聲波時差曲線來進行烴源巖的識別。 如圖5, 樣品有機碳含量與密度關(guān)系圖顯示二者之間有較高的相關(guān)性, 故在下文中也將其作為烴源巖測井評價模型建立的一個參數(shù)。

圖5 有機碳含量與密度關(guān)系圖Fig.5 The relationship between TOC and DEN

3 烴源巖測井定量計算

巖性不同, 測得的電性參數(shù)會有所不同; 同種巖性, 物理化學性質(zhì)不同, 組分特征不同, 測井響應特征也會不同。 研究區(qū)富有機質(zhì)烴源巖測井響應特征為: 高自然伽馬測井、 高聲波時差測井、 高電阻率測井、 低密度測井, 簡稱為“三高一低”。 上文中分析得到, TOC 含量與自然伽馬、 密度等這些電測參數(shù)具有良好的相關(guān)性, 與聲波時差和電阻率相關(guān)性較差。因此本次研究利用多元(自然伽馬和密度) 線性回歸法來預測該地區(qū)烴源巖的有機碳含量。

利用數(shù)學分析 SPSS 軟件對其進行線性回歸分析,對多井樣品數(shù)據(jù)進行多元線性回歸分析得出回歸方程:

TOC=38.704-14.346×DEN+0.036×GR

其中, TOC, 總有機碳含量,%; DEN, 密度,g·m-3; GR, 自然伽馬, API。

通過上述計算模型來計算研究區(qū)長 7 段的有機碳含量, 如圖6, 從L12 井上來看, 預測有機碳含量曲線與實測有機碳含量吻合度較高, 誤差較小。 證實了該模型計算 TOC 值可靠性較強。

圖6 L12 井有機碳計算綜合柱狀圖Fig.6 Integrated histogram of organic carbon calculation in Well L12

4 烴源巖展布特征

4.1 有效烴源巖下限的確定

烴源巖隨著演化程度的升高, 會不斷生烴, 烴源巖中有機碳含量越高, 生烴量就越大, 存在明顯的正比例關(guān)系。 烴源巖內(nèi)空間有限, 但生烴量不斷增大,當烴源巖層不再能吸附更多的烴類時, 就開始排烴,烴源巖層內(nèi)烴類開始減少。 我們將這個拐點稱為有效烴源巖下限。 如圖7, 研究區(qū)有效烴源巖下限為2.5%。

圖7 長7 烴源巖S1/TOC 與TOC 交會圖Fig.7 Intersection diagram of S1/TOC and TOC of Chang 7 source rock

4.2 烴源巖分類

長慶研究院根據(jù)有機碳含量、 自然伽馬、 密度、聲波時差等特征將烴源巖分為優(yōu)質(zhì)烴源巖、 中等烴源巖和差烴源巖(表2)。 依據(jù)長7 烴源巖分類評價標準, 結(jié)合測井曲線上烴源巖的測井響應特征, 將盆地長7 烴源巖劃分為三種類型 (圖8): 2 093 m ～2 105 m 為差烴源巖, 2 105 m ～2 112 m 為中等烴源巖, 2 112 m～2 123 m 為優(yōu)質(zhì)烴源巖。

圖8 X34 井烴源巖評價測井成果圖Fig.8 Source rock evaluation log results of Well X34

表2 長7 烴源巖分類評價標準(長慶研究院)Table 2 Classification and Evaluation Criteria for Chang 7 Source Rocks

4.3 烴源巖展布特征

根據(jù)烴源巖分類標準, 繪制研究區(qū)的烴源巖總厚度圖(圖9), 鎮(zhèn)北Z 區(qū)烴源巖整體發(fā)育, 平均總厚度24.7 m, 中部偏北區(qū)域高達40 m。 進一步結(jié)合前面烴源巖的分類情況, 繪制出不同類型烴源巖厚度圖, 主要分析優(yōu)質(zhì)烴源巖分布情況(圖10)。 優(yōu)質(zhì)烴源巖較發(fā)育, 占總厚度的49%, 主要集中在西北區(qū)域。

圖9 長7 烴源巖總厚度圖Fig.9 The total thickness of Chang 7 source rock

圖10 優(yōu)質(zhì)烴源巖厚度圖Fig.10 Thickness map of high-quality source rock

5 結(jié)論

(1) 鎮(zhèn)北Z 區(qū)長7 有機質(zhì)含量和測井曲線有著明顯的相關(guān)性, 主要表現(xiàn)特征為高值自然伽馬測井、 高值聲波時差測井、 高值電阻率測井、 低值密度測井,簡稱為“三高一低”。

(2) 鎮(zhèn)北Z 區(qū)有機碳含量與烴源巖的自然伽馬、密度等測井曲線特征具有較好的相關(guān)性, 利用多元統(tǒng)計回歸法擬合單井TOC 含量公式, 建立烴源巖測井評價模型。

(3) 根據(jù)生排烴基本規(guī)律判定有效烴源巖下限,得到優(yōu)質(zhì)烴源巖展布特征。 鎮(zhèn)北Z 區(qū)烴源巖整體發(fā)育, 平均總厚度24.7 m, 中部偏北區(qū)域高達40 m; 優(yōu)質(zhì)烴源巖較發(fā)育, 占總厚度的49%, 主要集中在西北區(qū)域。