皮偉, 陳敬軼

(1. 河南省地球物理空間信息研究院, 鄭州 450000; 2. 河南省地質(zhì)物探工程技術(shù)研究中心, 鄭州 450000; 3. 華北水利水電大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院, 鄭州 450046)

鄂爾多斯盆地北部十里加汗地區(qū)與盆地內(nèi)部大牛地氣田、蘇里格氣田相比,上古生界致密砂巖氣藏普遍發(fā)育,成藏條件類(lèi)似,具有形成大型氣田的成藏要素[1]。該地區(qū)上古生界沉積物源主要來(lái)自陰山古陸母巖區(qū)[2-4],受區(qū)域多期構(gòu)造演化控制和古地貌控制,上古生界不同層系沉積環(huán)境差別較大,造成了砂巖成分縱向上的差異性[5]。為了進(jìn)一步明確該地區(qū)致密砂巖氣富集規(guī)律,優(yōu)化鉆井部署方案,有效識(shí)別不同類(lèi)型致密砂巖儲(chǔ)層具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

在勘探實(shí)踐中,鉆井的主要目的層段基于經(jīng)濟(jì)成本,不可能進(jìn)行大量取心,對(duì)于儲(chǔ)層特征的認(rèn)識(shí),測(cè)井資料評(píng)價(jià)是最有效的方法。測(cè)井資料已廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型、地質(zhì)流體、巖石力學(xué)參數(shù)等評(píng)價(jià)[6-10],不同巖性?xún)?chǔ)層特征識(shí)別前人也做了大量研究。南澤宇等[11]針對(duì)致密含鈣砂礫巖地層巖石類(lèi)型多樣性,利用多級(jí)交會(huì)圖為手段,分析各巖石類(lèi)型測(cè)井響應(yīng)特征。司馬立強(qiáng)等[12]分析了鈣屑砂巖測(cè)井曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)關(guān)系,明確了不同測(cè)井曲線(xiàn)的變化特征。袁子龍等[13]利用地層微電阻率成像測(cè)井資料,建立各種巖性識(shí)別模式。張響響等[14]將廣安地區(qū)須家河組四段劃分為五種成巖相類(lèi)型建立了不同類(lèi)型成巖相的測(cè)井曲線(xiàn)特征。靳軍等[15]在巖石分類(lèi)及命名的基礎(chǔ)上,通過(guò)常規(guī)側(cè)井系列構(gòu)建參數(shù),進(jìn)行交匯圖分析,有效識(shí)別了火山巖巖性。儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng),不同地區(qū)相同巖性?xún)?chǔ)層測(cè)井響應(yīng)特征往往具有較大差異性。

通過(guò)對(duì)研究區(qū)上古生界主要含氣層位下石盒子組盒1段、山西組山2段、山1段致密砂巖儲(chǔ)層巖石學(xué)特征、物性特征分析,明確了致密砂巖儲(chǔ)層的成分特征、物性特征,在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行不同類(lèi)型儲(chǔ)層測(cè)井響應(yīng)評(píng)價(jià),優(yōu)選敏感性測(cè)井參數(shù),結(jié)合交匯圖版分析,建立了研究區(qū)不同類(lèi)型儲(chǔ)層定量測(cè)井識(shí)別標(biāo)準(zhǔn),這為致密砂巖氣富集規(guī)律研究提供了基礎(chǔ)資料。

1 地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地北部十里加汗地區(qū),構(gòu)造上屬于伊陜斜坡的北端,為一南西向傾斜的單斜構(gòu)造,構(gòu)造簡(jiǎn)單,局部發(fā)育小型隆起,面積約2.86×103km2,北部發(fā)育3條大斷裂,自西向東分別為三眼井?dāng)嗔?、烏蘭吉林廟斷裂、泊爾江海子斷裂,走向近EW向(圖1)[16]。

該地區(qū)地層發(fā)育特征與盆地內(nèi)部相似,上古生界地層主要分為石千峰組、上石盒子組、下石盒子組、山西組、太原組,本溪組地層局部發(fā)育,主要含氣層位為下石盒子組盒1段、山西組山1段、山2段。從晚石炭世太原期至早二疊世晚期下石盒子期經(jīng)歷了由海到陸的古地埋演化過(guò)程,與此相應(yīng)地發(fā)育了三套不同的沉積體系,太原組發(fā)育扇三角洲沉積體系、山西組發(fā)育三角洲沉積體系、下石盒子組盒1段發(fā)育沖積平原-沖積扇沉積體系(圖2)。太原組和山西組發(fā)育的暗色泥巖、煤層是主要的烴源巖,山西組、石盒子組發(fā)育的河道砂體是主要的儲(chǔ)層,上石盒子組、石千峰組厚層泥巖區(qū)域性封蓋層,生儲(chǔ)蓋組合關(guān)系較好,具備形成大型致密砂巖氣藏的條件[17]。

圖1 研究區(qū)位置示意圖(據(jù)參考文獻(xiàn)[16]修改)Fig.1 The location and structure of study area (modified by ref. [16])

圖2 研究區(qū)綜合柱狀圖Fig.2 The comprehensive histogram of the study area

2 致密砂巖儲(chǔ)層特征

文獻(xiàn)[18-20]對(duì)杭錦旗地區(qū)儲(chǔ)層特征進(jìn)行了單層或局部區(qū)域分析,限于當(dāng)時(shí)勘探程度較低,儲(chǔ)層樣品資料較少,沒(méi)有針對(duì)鄂爾多斯盆地北部各層系儲(chǔ)層系統(tǒng)對(duì)比分析。

2.1 巖石學(xué)特征

對(duì)鄂爾多斯盆地北部主要含氣層系下石盒子組盒1段、山西組山1段、山2段儲(chǔ)層砂巖成分進(jìn)行系統(tǒng)對(duì)比分析,采用砂巖成分三角分類(lèi)方案,按石英、長(zhǎng)石、巖屑相對(duì)含量在三角分類(lèi)圖中劃分不同類(lèi)型砂巖。

下石盒子組盒1段、山西組山2段砂巖類(lèi)型以巖屑砂巖為主,含有少量巖屑石英砂巖(圖3),石英含量平均為71%,巖屑含量平均為24%,成分成熟度較低,顆粒以次圓-次棱角為主,磨圓度中等,孔隙類(lèi)型以殘余原生粒間孔、次生粒間孔、粒內(nèi)溶孔為主,膠結(jié)類(lèi)型為孔隙式膠結(jié)[圖4(a)]。

圖3 主要含氣層位砂巖成分三角分類(lèi)Fig.3 The triangular classification of sandstone composition in main gas bearing formation

山西組上部山1段砂巖類(lèi)型主要石英砂巖[圖3(b)],含少量巖屑石英砂巖,石英含量較高,平均為92%,最高達(dá)到99%,石英含量明顯高于山2、盒1段。巖屑含量平均為7%,成分成熟度較高,顆粒以次圓-次棱角為主,磨圓度中等,孔隙類(lèi)型主要有剩余原生粒間孔、次生粒間孔、粒內(nèi)溶孔,孔喉分選程度中等,孔喉連通程度中等,膠結(jié)類(lèi)型為孔隙式膠結(jié)[圖4(b)]。

圖4 上古生界致密砂巖薄片鑒定特征Fig.4 Thin section identification of tight sandstone in upper Paleozoic

2.2 儲(chǔ)層物性特征

通過(guò)對(duì)下石盒子組、山西組300余個(gè)孔滲樣品分析,按砂巖成分分類(lèi)進(jìn)行儲(chǔ)層孔滲統(tǒng)計(jì)分析,中、粗粒的石英砂巖孔隙度主體分布在8%～14%區(qū)間,占樣品數(shù)量的73.96%,孔隙度平均值為10.42%;中、粗粒的巖屑砂巖孔隙度主體分布在6%～12%范圍,占樣品數(shù)量的78.11%,孔隙度平均值為9.06%[圖5(a)]。石英砂巖巖心基質(zhì)滲透率主體分布在0.25～4.00 mD,占樣品數(shù)量的89.73%,滲透率平均值1.31 mD;巖屑砂巖巖心基質(zhì)滲透率主體分布區(qū)間相對(duì)較小,主要分布在0.25～2.00 mD范圍,占樣品數(shù)量的89.08%,滲透率平均值僅0.64 mD[圖5(b)]。結(jié)合壓汞資料證實(shí),致密砂巖隨著長(zhǎng)石、巖屑含量增加,孔隙分布不均,小孔-小喉組合關(guān)系增多,儲(chǔ)層滲透能力降低。綜上可以看出,石英砂巖儲(chǔ)層物性明顯優(yōu)于巖屑砂巖儲(chǔ)層,這與文獻(xiàn)[21]研究成果一致,石英含量與物性有很大關(guān)系,一般認(rèn)為石英含量越高,對(duì)應(yīng)的物性越好。

圖5 儲(chǔ)層孔隙度和滲透率統(tǒng)計(jì)分布特征圖Fig.5 The statistical distribution characteristic map of reservoir porosity and permeability

3 儲(chǔ)層測(cè)井響應(yīng)特征

3.1 測(cè)井曲線(xiàn)特征

砂巖儲(chǔ)層在礦物成分、物性上的差異,使得不同類(lèi)型儲(chǔ)層測(cè)井資料響應(yīng)特征也存在不同,可根據(jù)多條測(cè)井曲線(xiàn)的形態(tài)特征和測(cè)井曲線(xiàn)值劃分巖性[22-24]。通過(guò)巖心觀察和測(cè)井曲線(xiàn)的綜合分析,明確了主要巖屑砂巖儲(chǔ)層和石英砂巖儲(chǔ)層測(cè)井響應(yīng)特征。

巖屑砂巖儲(chǔ)層對(duì)應(yīng)測(cè)井曲線(xiàn)特征為低自然伽馬數(shù)(GR)、自然電位(SP)負(fù)異常、中低深側(cè)向電阻率(LLD)、中低聲波時(shí)差(AC)、中等補(bǔ)償密度(DEN)、低補(bǔ)償中子(CNL)、中高光電吸收截面指數(shù)(Pe),其中GR為43～71 API,LLD為15～30 Ω·m, AC為220～261 μs/m,DEN為2.45～2.58 g/cm3,CNL為11%～22%,Pe為2.10～3.00 b/e(圖6)。石英砂巖儲(chǔ)層對(duì)應(yīng)測(cè)井曲線(xiàn)特征為低GR、中低LLD、低AC、中等DEN、低CNL、中低Pe,SP負(fù)異常幅度明顯,反映滲透性較好;GR為21～62 API,曲線(xiàn)比較平直,呈“箱型”,巖性較純;LLD為20 ～ 40 Ω·m, AC為220～261 μs/m,聲波時(shí)差曲線(xiàn)變化相對(duì)平緩,DEN為2.42～2.55 g/cm3,CNL為4%～12%,反映孔隙性較好(圖7)。

圖6 巖屑砂巖測(cè)井響應(yīng)特征Fig.6 Logging response characteristics of cuttings sandstone

3.2 測(cè)井敏感性參數(shù)特征

通過(guò)儲(chǔ)層測(cè)井響應(yīng)特征分析,CNL、Pe、GR、AC常規(guī)測(cè)井曲線(xiàn)差異明顯,巖屑砂巖儲(chǔ)層總體具有相對(duì)高CNL、高Pe、高GR、高AC“四高”特征,石英砂巖儲(chǔ)層總體具有相對(duì)低CNL、低Pe、低GR、低AC“四低”特征。巖屑砂巖儲(chǔ)層黏土礦物含量相對(duì)較多,更易吸附鈾、釷、鉀等放射性元素,GR較高;巖屑砂巖儲(chǔ)層孔隙度相對(duì)較小,毛管半徑相應(yīng)較小,毛管水含量高,親水巖石顆粒表面薄膜水含量高,CNL較高。

利用交匯圖法對(duì)測(cè)井敏感性參數(shù)分析(圖8),巖屑砂巖儲(chǔ)層和石英砂巖儲(chǔ)層GR、AC雖然主體具有異常反映,但交叉數(shù)值點(diǎn)范圍較大[圖8(a)、表1],不能有效區(qū)分;CNL、Pe敏感性較大,交叉數(shù)值點(diǎn)范圍較小,僅5%左右,能夠有效區(qū)分巖屑砂巖儲(chǔ)層和石英砂巖儲(chǔ)層[圖8(b)、表1]。巖屑砂巖儲(chǔ)層CNL、Pe分別大于11%、2.10 b/e,石英砂巖儲(chǔ)層CNL、Pe分別小于12%、2.30 b/e, 數(shù)值交叉點(diǎn)部分對(duì)應(yīng)儲(chǔ)層特征可以結(jié)合GR、AC交匯圖進(jìn)行解釋。

圖8 不同類(lèi)型砂巖儲(chǔ)層測(cè)井響應(yīng)特征Fig.8 Logging response characteristics of different types of sandstone reservoirs

表1 儲(chǔ)層測(cè)井響應(yīng)敏感性參數(shù)特征Table 1 Characteristics of reservoir logging response sensitivity parameters

4 結(jié)論

(1)鄂爾多斯盆地北部十里加汗地區(qū),主要含氣層位下石盒子組盒1段、山西組山2段儲(chǔ)層以巖屑砂巖為主,山西組山1段儲(chǔ)層主要為石英砂巖,石英砂巖儲(chǔ)層孔滲性?xún)?yōu)于巖屑砂巖儲(chǔ)層。

(2)儲(chǔ)層測(cè)井響應(yīng)特征分析表明,巖屑砂巖儲(chǔ)層總體具有相對(duì)高CNL、高Pe、高GR、高AC“四高”特征,石英砂巖儲(chǔ)層總體具有相對(duì)低CNL、低Pe、低GR、低AC“四低”特征。

(3)通過(guò)交匯圖分析,巖屑砂巖儲(chǔ)層CNL值、Pe值分別大于11%、2.10 b/e,石英砂巖儲(chǔ)層CNL值、Pe值分別小于12%、2.30 b/e,結(jié)合GR、AC值測(cè)井響應(yīng)特征,可以有效識(shí)別巖屑砂巖儲(chǔ)層和石英砂巖儲(chǔ)層。

(4)研究區(qū)致密砂巖儲(chǔ)層非均質(zhì)性不僅體現(xiàn)在巖石物理特征上,不同層位儲(chǔ)層內(nèi)流體性質(zhì)差別也較大,對(duì)于局部發(fā)育的巖屑石英砂巖儲(chǔ)層,常規(guī)測(cè)井資料還不能精確有效識(shí)別。