張文雅 張春陽 劉治恒 朱更更 胡 洋 李 楠

(①中國石油渤海鉆探第二錄井公司；②中國石油長慶油田公司勘探開發(fā)研究院；③低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室)

0 引 言

鋁土巖是一種富含鋁質(zhì)礦物的化學(xué)沉積巖，在華北地臺廣泛分布于上、下古生界間的古風(fēng)化殼內(nèi)，巖石中Al2O3∶SiO2>1，主要礦物成分為一水硬鋁石、一水軟鋁石、三水鋁礦。鋁土巖外貌與黏土巖相似，但巖性致密，硬度、密度較大，沒有可塑性，常具鮞狀、豆?fàn)?、塊狀構(gòu)造。其成因不一，主要是由鋁硅酸鹽類礦物受強烈化學(xué)風(fēng)化、半風(fēng)化帶出溶解的氧化鋁、高嶺石等搬運到巖溶洼地、湖泊、海灣、潟湖盆地，直接沉積或經(jīng)陸解作用而成的[1-2]。

鄂爾多斯盆地太原組鋁土巖屬于沉積型鋁土巖，形成于盆地邊緣的濱海潮間帶，沿古陸周邊的坳陷內(nèi)分布，位于下古生界碳酸鹽巖古風(fēng)化剝蝕面之上，中上石炭統(tǒng)海侵巖系下部[3]。以往認(rèn)為上古生界二疊-石炭系的太原組鋁土巖儲層黏土含量高、密度較大、物性差，是地層下部下古生界氣藏的封蓋層，或為生氣層，故一直未受到重視。近年來，經(jīng)過深入研究和攻關(guān)試驗，隴東地區(qū)太原組鋁土巖天然氣勘探獲得重大發(fā)現(xiàn)，并首次實現(xiàn)鋁土巖新領(lǐng)域新突破，經(jīng)初步評估該類型氣藏有利區(qū)勘探面積約8 500 km2，展示出良好的勘探前景[4]。但鋁土巖作為一種新型的非常規(guī)天然氣儲層，與常規(guī)儲層不同，針對該類儲層的錄井評價方法尚未建立，使該類儲層流體性質(zhì)評價及優(yōu)化試氣選層方面存在一定困難。本文以隴東地區(qū)一系列新老鉆井太原組鋁土巖鉆井取心錄井?dāng)?shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)，從巖性、物性、含水性、含氣性4方面進(jìn)行綜合評價，形成了綜合評價鋁土巖儲層的錄井方法，為下步該類天然氣儲層的勘探開發(fā)提供依據(jù)。

1 區(qū)域概況

隴東地區(qū)位于鄂爾多斯盆地西南部，面積約5×104km2，區(qū)域構(gòu)造上位于伊陜斜坡的西南部，天環(huán)坳陷的南部，西至西緣沖斷帶，南至渭北隆起，受這4個構(gòu)造單元控制，除局部發(fā)育規(guī)模較小的鼻狀隆起外，內(nèi)部無明顯斷裂構(gòu)造，整體表現(xiàn)為南高北低，西低東高，地層傾角小于1°的大型單斜構(gòu)造。區(qū)內(nèi)沉積相對穩(wěn)定，地層比較完整[5]，自下至上可劃分為下古生界寒武系張夏組、徐莊組、毛莊組，奧陶系馬家溝組；上古生界二疊-石炭系石千峰組、石盒子組、山西組、太原組、本溪組；中生界侏羅系安定組、直羅組、延安組、富縣組，三疊系延長組、紙坊組、和尚溝組、劉家溝組。其中產(chǎn)油層系多集中在中生界的延安組、延長組等，產(chǎn)氣層系在古生界上下地層均有發(fā)現(xiàn)。

自2014年以來，隴東地區(qū)上古生界二疊-石炭系太原組已有50口井鉆遇鋁土巖，其中29口井見明顯含氣顯示，試氣12口井，其中7口井試氣產(chǎn)量大于1×104m3/d，初步落實勘探面積約14 000 km2。2021年鉆探新井又有多口井在太原組鋁土巖錄井見較好含氣顯示，其中僅L 47井獲產(chǎn)氣量15.72×104m3/d，無阻流量67.38×104m3/d的高產(chǎn)工業(yè)氣流，現(xiàn)場點火火焰高達(dá)10 m，持續(xù)時間6.23 h，油壓21.8 MPa，套壓23.4 MPa。目前未試氣的L 85井太原組鉆遇氣層6.5 m/1層，含氣層3.2 m/1層；HT 1井鉆遇氣層4.0 m/1層，含氣層5.0 m/1層；QT 15井鉆遇氣層4.0 m/1層，含氣層5.1 m/1層。充分證實了太原組鋁土巖巨大的勘探潛力。

2 鋁土巖儲層錄井評價

以區(qū)域一系列新老鉆井太原組鋁土巖鉆井取心數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)氣測、元素、核磁共振、離子色譜等錄井信息結(jié)合測井響應(yīng)特征，在其中優(yōu)選系列特征參數(shù)，從巖性、物性、含水性、含氣性4方面進(jìn)行綜合評價，并建立了標(biāo)準(zhǔn)，形成了綜合評價鋁土巖儲層的錄井方法，為下步隴東地區(qū)鋁土巖勘探開發(fā)提供可靠地質(zhì)依據(jù)。

2.1 巖性評價

近年來，錄井在識別巖性上，除現(xiàn)場的巖屑錄井外，元素錄井(XRF)技術(shù)在特殊巖性定名、層位劃分、輔助識別沉積環(huán)境上，在全國各大油氣田均取得了良好的應(yīng)用效果。尤其是2021年在隴東地區(qū)太原組鋁土巖勘探新領(lǐng)域的重大突破上，元素錄井在鋁土巖成分分析、巖性定名方面發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

在鋁土巖巖性識別上，以L 58井鉆井取心資料的XRF分析數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)，在34種元素成分中優(yōu)選5項敏感參數(shù)，可以清晰地識別鋁土巖，整體上表現(xiàn)為高Al、高Na、低Fe、低Si、低K特征，其中：鋁土巖表現(xiàn)為高Al(≥20%)、高Na(≥2%)、低Si(≤15%)、低Fe(≤1%)、低K(≤0.5%)；鋁土質(zhì)泥巖表現(xiàn)為高Al(15%～20%)、高K(≥4%)、高Fe(≥5%)、低Si(≤12%)、低Na(≤2%)；泥巖表現(xiàn)為高Al(10%～20%)、高Si(≥20%)、高K(≥0.5%)、高Fe(≥2%)、低Na(≤5%)(表1、圖1)。

測井曲線在鋁土巖識別上顯示特征也較為明顯，例如：L 58井井段4 046.5～4 053.8 m鋁土巖，表現(xiàn)為高GR、低AC的特征，GR、AC曲線包絡(luò)面明顯；井段4 039.0～4 040.0 m鋁土質(zhì)泥巖，雖同樣表現(xiàn)為中高GR、低AC特征，但GR、AC曲線接近重合，基本無包絡(luò)面；井段4 037.0～4 039.0 m泥巖，則表現(xiàn)為中高GR、高AC特征，GR、AC曲線無包絡(luò)面(表1、圖1)。

表1 太原組鋁土巖地層巖性特征

2.2 物性評價

物性定量評價一直是錄井行業(yè)的短板，但隨著錄井新技術(shù)的不斷推廣和實踐，核磁共振錄井技術(shù)以能夠檢測任意形狀的巖樣、提交結(jié)果快速，通過提供可動及束縛流體飽和度等參數(shù)，實現(xiàn)了常規(guī)巖石物性分析方法向地質(zhì)錄井行業(yè)的遷移[6]，為錄井儲層快速評價提供了準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，也進(jìn)一步提高了錄井評價油、氣、水層的解釋符合率。

核磁共振譜圖信號強度的高低主要反映巖樣內(nèi)孔隙大小的差異，信號強度越低孔隙度越小(圖2a)，信號強度越高孔隙度越大(圖2b)；T2弛豫時間則反映了巖石孔徑分布情況,在弛豫譜上存在一個界限,當(dāng)孔徑小到某一程度后,孔隙中的流體將被毛細(xì)管壓力所束縛無法流動, 流體為束縛流體, 當(dāng)弛豫時間大于某一弛豫時間時,流體為可動流體,這個弛豫時間界限稱為可動流體T2截止值[7]。通過對隴東地區(qū)鋁土巖儲層322塊巖心樣品的室內(nèi)統(tǒng)計分析可知，鋁土巖儲層的核磁共振譜圖形態(tài)均以對稱的單峰型為主，經(jīng)統(tǒng)計將T2截止值確定在10 ms，可以發(fā)現(xiàn)其與譜圖信號強度有很好的規(guī)律(圖2)：當(dāng)核磁共振譜圖主峰位置小于10 ms時，信號強度低，巖樣發(fā)育小孔隙，即單峰小孔型(圖2a)；當(dāng)核磁共振譜圖主峰位置大于10 ms時，信號強度高，巖樣發(fā)育中-大孔隙，即單峰中-大孔型(圖2b)。

大量鑄體薄片分析結(jié)果表明，鋁土巖儲層儲集空間主要以粒內(nèi)溶孔、基質(zhì)溶孔為主，偶見白云石晶間孔、半充填微裂縫等。通過孔隙結(jié)構(gòu)結(jié)合核磁共振譜圖可以進(jìn)一步判斷其儲層物性的好壞。對L 58井太原組鋁土巖取心井段4 044.99～4 050.93 m巖心鑄體薄片分析可知：儲層空間以溶蝕孔為主，大孔隙較發(fā)育；在核磁共振譜圖上主峰位置大于T2截止值10 ms，同樣顯示大孔隙發(fā)育，物性較好(圖2b)；核磁計算孔隙度最大28.7%，最小5.57%，平均17.16%；滲透率最大38.55 mD，最小0.004 1 mD，平均9.05 mD，屬中孔中低滲型儲層。兩項資料均判識L 58井鋁土巖段物性較好(圖1)。

圖1 L 58井綜合錄井圖

圖2 鋁土巖儲層核磁共振譜圖

2.3 含水性評價

含水性評價是鋁土巖儲層評價中的重點，提高儲層含水識別準(zhǔn)確率，對試氣選層、規(guī)避含水層、優(yōu)化壓裂措施等具有重要意義。通過巖心觀察、離子色譜、核磁共振等錄井技術(shù)綜合分析，結(jié)合表征含氣豐度的氣測全烴大小，可以有效識別儲層含水性。巖心觀察主要是通過巖心出筒時斷面有無潮感、咸味及塑料袋密閉試驗直觀判斷含水性。

2.3.1 離子色譜評價儲層含水性

離子色譜是利用色譜技術(shù)測定離子型物質(zhì)的方法，離子型物質(zhì)是指在水溶液中具有正電荷或負(fù)電荷的元素[8]。根據(jù)所測得的巖樣中各離子含量總和與研究區(qū)地層水總礦化度進(jìn)行比對，當(dāng)儲層鉆遇水層時，隨著地層水總礦化度增高，離子含量總和呈變大趨勢。這種錄井方法可以對儲層含水特征與分布規(guī)律、地層水的成因判別發(fā)揮重要作用，并實現(xiàn)儲層含水的定性判別。經(jīng)統(tǒng)計隴東地區(qū)上古生界地層已鉆井?dāng)?shù)據(jù)，當(dāng)離子色譜總礦化度小于15 000 mg/L時，儲層基本不含水，當(dāng)離子色譜總礦化度大于15 000 mg/L時，儲層含水。

2.3.2 核磁共振評價儲層含水性

T2截止值是核磁共振譜圖非常關(guān)鍵的參數(shù)，它是樣品中可動流體與束縛流體的分界線，在核磁共振譜圖上，小于T2截止值所對應(yīng)的是孔隙中束縛流體，大于T2截止值所對應(yīng)的是孔隙中可動流體(圖3)。

圖3 核磁共振譜圖

大量譜圖數(shù)據(jù)表明，鋁土巖儲層的核磁共振譜圖形態(tài)均以對稱的單峰型為主。當(dāng)核磁共振譜圖主峰位置小于10 ms時，信號強度低，巖樣發(fā)育小孔隙，孔隙內(nèi)的水為束縛水(圖2a)；當(dāng)核磁共振譜圖主峰位置大于10 ms時，信號強度高，巖樣發(fā)育中-大孔隙，孔隙內(nèi)的水為可動水(圖2b)。

觀察L 58井太原組4 046.50～4 052.40 m井段巖心發(fā)現(xiàn)：塑料袋密閉試驗呈霧狀；離子色譜總礦化度達(dá)30 712 mg/L(表2)，礦化程度高，地層含水跡象明顯；核磁共振錄井分析巖心樣品19 顆，含氣飽和度最大值45.73%、最小值13.28%、平均值34.91%，含水飽和度最大值86.72%、最小值54.27%、平均值65.09%，可動水飽和度最大值61.47%、最小值0、平均值32.30%。綜合分析各項錄井靜態(tài)資料可知：L 58井鋁土巖儲層物性好、離子色譜總礦化度高、核磁共振含氣飽和度低、可動水飽和度高(圖2b)，全烴最大值僅4.01%，儲層含氣豐度低(圖1)，綜合解釋為含氣水層。經(jīng)試氣本井日產(chǎn)水21.4 m3，與錄井分析結(jié)果一致。

表2 L 58井太原組井段4 046.50～4 052.40 m離子色譜數(shù)據(jù)

2.4 含氣性評價

氣測作為一種快速、經(jīng)濟(jì)的隨鉆連續(xù)檢測地層含氣性的錄井技術(shù)，在致密巖性氣藏勘探過程中發(fā)揮著不可替代的作用。經(jīng)過對2014年以來所有太原組鋁土巖試氣成果統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)錄井與測井信息均能反映鋁土巖儲層的含氣性，測井?dāng)?shù)據(jù)在單井縱向?qū)娱g對比效果較好，但在井間橫向?qū)Ρ茸兓^大(圖4)，對比效果不明顯。

圖4 L 68井-L 85井-L 48井-L 47井地層對比

試氣結(jié)果證實，氣測參數(shù)中全烴、組分及其衍生參數(shù)表征的含氣特征和試氣產(chǎn)量密切相關(guān)，全烴及組分值越高，則試氣產(chǎn)量越高，橫向?qū)Ρ刃Ч苍胶谩?/p>

氣層的氣測全烴顯示值較高，烴組分較齊全；而氣水同層、水層、干層氣測值較低，一般無重組分或C2后重組分含量較低。由于烴類氣體在石油中的溶解度是隨分子量的增大而增加的，油質(zhì)越重C2后的重組分含量越低，而油質(zhì)越輕重組分相對越高，在凝析氣藏一般表現(xiàn)為高氣測全烴、高C1、少量重組分，但組分較為齊全；另外烴類氣體是難溶于水的，因此在純水層或含少量溶解氣的水層中，全烴雖有一定異常顯示，但檢測值較低，重?zé)N基本無異常，有的含少量重?zé)N，但占比較低，因而可以應(yīng)用致密氣藏中全烴組分的相對含量特征，輔助判斷氣水層[9-10]。

經(jīng)統(tǒng)計分析，隴東地區(qū)太原組鋁土巖產(chǎn)層氣測一般具有以下特征：氣層氣測顯示值較高，全烴>20%，C1占比高，在95%～98%之間，C2>C3，少量重組分；氣水層氣測顯示值較低，C1占比高，一般大于98%，C2>C3，無重組分或C2后重組分含量較低。如表3所示。

2.5 圖板評價

通過統(tǒng)計隴東地區(qū)太原組鋁土巖產(chǎn)層77個氣樣的組分及其多項衍生參數(shù)對比發(fā)現(xiàn)，峰基比、濕度比、烴斜率等參數(shù)可較好地區(qū)分氣層、氣水同層、水層和干層，其中氣層的C1一般在95%～98%之間，C3在0.1%～1%之間(表3)，同時濕度比、烴斜率均大于氣水層。

表3 太原組鋁土巖試氣井氣測全烴及衍生數(shù)據(jù)與產(chǎn)量關(guān)系對比

據(jù)統(tǒng)計隴東地區(qū)鋁土巖13口試氣井試氣結(jié)果，選取最能表征儲層含氣性的氣測全烴為橫坐標(biāo)，C1、C3、濕度比和烴斜率等敏感參數(shù)為縱坐標(biāo)，建立太原組鋁土巖解釋圖板，如圖5所示。從圖板上可見各類產(chǎn)層分區(qū)明顯，規(guī)律性強，可以有效地識別鋁土巖儲層的流體性質(zhì)，可為建設(shè)方提供非常直觀可靠的試氣選層依據(jù)。

圖5 太原組鋁土巖解釋圖板

3 應(yīng)用實例

2021年隴東地區(qū)新鉆探鋁土巖地層7口井應(yīng)用本文錄井評價方法，巖性識別準(zhǔn)確率100%，流體性質(zhì)識別率78.6%，提供了有力的地質(zhì)勘探支撐，為建設(shè)方在鋁土巖新領(lǐng)域勘探增儲上產(chǎn)助力。

3.1 L 47井

L 47井是2021年5月完鉆的一口預(yù)探井，錄井在太原組28、29號層井段4 100～4 116 m見明顯氣測異常，累計顯示厚度12 m，巖性灰色含氣鋁土質(zhì)泥巖，全烴峰值86.81%，峰值高，峰型飽滿，儲層含氣豐度高。

通過測井GR與AC曲線交會的包絡(luò)面劃分，本井太原組發(fā)育厚層鋁土巖，綜合解釋為氣層(圖6)。將錄井氣測全烴數(shù)據(jù)及衍生數(shù)據(jù)(表4)投點在太原組鋁土巖解釋圖板上，均落于氣層區(qū)內(nèi)(圖5)。

表4 L 47井太原組氣測解釋數(shù)據(jù)

圖6 L 47井錄井綜合評價圖

28、29號解釋層合試，獲產(chǎn)氣153 176 m3/d，無阻流量673 832 m3/d的高產(chǎn)工業(yè)氣流。本井的成功使我國發(fā)現(xiàn)了首個鋁土巖天然氣藏規(guī)模有利區(qū)，落實含氣面積7 300 km2，資源量超5 000×108m3。

3.2 L 85井

L 85井是2021年8月完鉆的一口預(yù)探井，錄井在30號層井段4 294～4 298 m見明顯氣測異常，全烴峰值65.11%，峰值高，峰型飽滿，儲層含氣豐度高，錄井解釋為氣層?；谏鲜鲈u價方法，從XRF錄井?dāng)?shù)據(jù)和測井GR與AC曲線交會的包絡(luò)面劃分本層為鋁土巖(圖7)。

圖7 L 85井錄井綜合評價圖

將錄井解釋層數(shù)據(jù)(表5)投點在太原組鋁土巖解釋圖板上可見，30號解釋層落于氣層區(qū)(圖5)，其余各項錄測井靜態(tài)資料均與L 47井相近。本井2022年試氣，有望獲高產(chǎn)工業(yè)氣流，以進(jìn)一步擴大隴東地區(qū)太原組鋁土巖有利含氣區(qū)。

表5 L 85井太原組氣測解釋數(shù)據(jù)

4 結(jié) 論

鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)太原組鋁土巖天然氣藏，是我國發(fā)現(xiàn)的首個鋁土巖氣藏規(guī)模有利區(qū)，其發(fā)現(xiàn)對“氣化”隴東地區(qū)和長慶油田高質(zhì)量發(fā)展具有非常重要的現(xiàn)實意義。針對鋁土巖儲層，應(yīng)用多種錄井手段，從多角度開展巖性、物性、含水性、含氣性4方面的錄井綜合評價，為油氣顯示和價值儲層的發(fā)現(xiàn)提供了保障，也為下步鋁土巖的“落實含氣富集區(qū)、擴大勘探成果、水平井攻關(guān)提產(chǎn)”提供有利的地質(zhì)依據(jù)[1]。