李冬梅,于兴河,李胜利

(中国地质大学能源学院,北京100083)

0 引 言

束鹿凹陷古近系大量发育砾岩沉积岩,钻井取心分析证实砾岩的成分以砾石及碳酸盐岩填隙物为主,多数砾岩为角砾岩。由于砾岩油藏储层性能差异巨大,孔隙结构复杂,导致砾岩储层油气产量差异很大,试油日产油量0～32 t,含水0～100%,准确识别和评价砾岩储层性质,成为油田勘探开发的一个难题。本文探索一种新的利用多种测井信息,特别是利用自然伽马能谱测井资料辅助进行砾岩储层识别和评价的方法,较好地解决了研究区砾岩储层识别与评价问题。

1 砾岩储层测井识别与评价

研究区砾岩为灰质母岩,储层多分布于深层(大于3 500 m),压实强度高,岩石多呈块状体分布,原生孔隙度较低,储层发育程度主要取决于裂缝和次生孔隙发育状况。由于储层多属于低孔隙度、低渗透率、岩石致密,砾石含量在测井响应上的特征不明显,特别是井周非均质性严重、钻井井眼扩径等造成测井响应不能真实反映储层实际情况,给砾岩储层识别和评价造成相当大的难度。

自然伽马测井在砂泥岩剖面中能够较好地反映岩性变化,而砾岩沉积物通常离母岩区较近,自然伽马变化与母岩放射性特征直接相关。对低放射性灰岩角砾,自然伽马响应变化对砾石含量的增加不敏感。研究区目的层砾岩测井响应为低孔隙度低渗透率特征,岩性、物性和电性测井整体上对砾石含量变化响应不明显。

研究区泥灰岩、灰质角砾岩储层响应的基本特征是岩性显示低自然伽马、自然电位幅度差较小和井径变大趋势;物性显示为岩性密度值偏高、声波时差和补偿中子值偏低;电性显示为深、中、浅三电阻率值偏高特征。补偿声波测井主要反映地层原生孔隙度,补偿密度和补偿中子测井主要反映地层总孔隙度,对于裂缝发育的储层,常常显示声波测井计算的孔隙度偏低特征。

研究区砾岩储层的识别与评价主要采用常规测井资料,借鉴砂-泥岩常规测井储层评价模式或者碳酸盐岩测井解释方法,结合钻井取心、录井、试油和生产动态等资料进行储层参数综合计算和定性评价分析,受到资料响应的限制,有时仅给出有利的裂缝层段评级结果,很难达到准确识别与评价储层的目的。由于研究区砾岩储层取心资料较少,特别是钻井全直径岩心分析数据更少,岩心实验数据的代表性较差,难以满足建立测井定量解释模型需要。

2 自然伽马能谱测井砾岩储层评价方法

自然伽马能谱投入应用以来[1],在地层对比,泥质含量、沉积环境[2]、古水深[3]、碳酸盐岩地层层序界面[4]、生油层有机质丰度评价等方面取得了较好的效果[5],已经成为复杂储层的重要测井项目。但是,自然伽马能谱测井只是对测量地层铀钍钾含量的观测,是元素成分级别上的测量,必须与实际相结合,建立相应的相关关系才能加以更好地应用。

根据斯伦贝谢研究成果,岩石中的钍含量与钾含量之比(Th/K)可以用于分析黏土矿物构成(见表1)。根据黏土矿物的含量对比关系可以进行沉积成岩阶段的划分。根据研究区自然伽马能谱测井资料的Th、K含量,在斯伦贝谢黏土矿物分析图板上的结果分析,研究区砾岩段岩石成岩阶段应处于中晚期,以晚期成岩阶段为主(见图1)。

表1 黏土矿物的Th/K比值范围

图1 研究区目的层成岩阶段Th-K交会图分析

岩石地层所处的成岩环境、构造环境、流体环境等对铀钍钾的含量均有影响,不同程度地调整着三者的绝对含量及其三者之间的对比关系。因此,自然伽马能谱测井资料分析能够用于研究成岩、构造、流体等特征,同时也受到多种因素的限制。铀与油气活动具有较为密切的正相关关系,通常油气储层表现为铀的相对富集,特别是在低放射性储层中,明显表现为富铀亏钾特征,这也是利用自然伽马能谱辅助研究储层的基本依据。

图2 自然伽马能谱测井可视化(以铀、钾为例)

为提高测井信息的可视化程度,特别是提高测井信息的综合对比分析效果,研究使用了测井信息融合可视化技术[6]。信息融合可视化就是将反映研究对象相关的信息加以分组,利用刻度转化方法分别转化为RGB颜色指标,通过颜色组合绘制出组合测井信息的颜色谱,根据颜色及其明亮程度即可分析相关测井信息的绝对大小和相对比值关系。图2是以自然伽马能谱测井中的铀和钾为例,并结合自然伽马测井绘制的可视化成果图。图2中能谱颜色值是以铀为红色(R)、钾为蓝色(B)、柱子的粗细以自然伽马(GR)值进行刻度绘制。从颜色上分析,红色代表富铀亏钾,蓝色代表亏铀富钾,紫红色代表二者相当,偏红则铀增加,偏蓝则钾增加,柱子越粗代表自然伽马值越大,地层放射性越高。

利用自然伽马能谱测井资料研究砾岩储层时,首先要寻找相对铀富、钾亏损的层段,并且钍值不能偏高,也就是泥质少的层段;综合常规测井资料的岩性、物性、和电阻率特征综合分析;结合钻井、录井、试油、生产动态等资料进行砾岩储层识别和评价。

3 应 用

J×7井的砾岩段录井显示以灰质角砾岩和泥灰岩为主(见图3)。岩性测井曲线显示该段角砾岩和泥灰岩交互出现,变化频繁。自然伽马测井统计显示,自然伽马平均值为35.186 API,75%以上的井段自然伽马测井值小于42 API,整体表现为自然伽马测井值处于较低水平,表明黏土性泥质在砾岩层不发育;自然电位整体上大于0(非泥岩显示),可能与钻井液电阻率和地层水电阻率对比关系有关,在一定程度上也可能反映裂缝的存在;双井径测井显示3 995 m以上差异较大,变化频繁,椭圆形井眼更加明显,显示了上部地层岩石应力场的变化,也在一定程度上促使了上部岩石裂缝的发育。自然伽马能谱测井显示,严重椭圆化井段内钍含量有增加趋势,推测该段砾岩具有泥灰岩侵入特征。钻井取心段显示角砾粒径可达5 mm,与录井显示的泥灰岩岩性不同,从测井岩性上分析,该井主要仍以角砾岩岩性为主,局部含有泥灰质成分。

三孔隙度测井其声波测井主要反映基质原生孔隙度,对裂缝孔隙度的反映较差,并且受到裂缝产状的影响,岩性密度和补偿中子测井孔隙度,主要反映岩石体积孔隙度,中子测井对地层含气具有挖掘效应的敏感性。该井上部椭圆井眼对贴井壁的中子测井和密度测井有一定影响,资料分析有困难。砾岩段三孔隙度统计显示,声波测井平均值189μs/m,中子测井平均值5.16 p.u.,密度测井平均值2.77 g/cm3,显示了物性较差、岩性致密的特点。

深浅侧向电阻率测井统计显示,深侧向电阻率平均值 1 120.03Ω·m,浅侧向电阻率平均值1 100.18Ω·m,整体上电阻率偏高,75%以上井段电阻率高于560Ω·m,50%以上的井段电阻率高于1 100Ω·m;上部电阻率相对于下部有所降低,也证实上部裂缝的发育较好。

利用信息融合可视化技术,选择相对富铀、亏钾、钍含量较小的层段,利用常规测井显示的岩性、孔隙度和电阻率综合分析,选择孔隙性相对较好、电阻率略有下降(处于中等)的层段,确定为含油层段,物性较好,电阻率下降太多的层段可能含水,结合录井和钻井取心显示,给出了自然伽马能谱辅助解释的油水层解释结果(见图3)。

图3 J×7井自然伽马能谱储层划分成果

与完井测井油气层解释结果对比分析,认为自然伽马能谱辅助进行的砾岩储层解释结果更具有针对性,解释的储层厚度大为减少,这与该井段钻井取心的油斑显示、试油结果和生产动态特征一致。根据沉积岩性特征和测井曲线特征,划分了砾岩储层的沉积旋回。分析表明,灰质砾岩储层主要发育在正旋回的顶部和逆(反)旋回的中部。

图4 J×8井自然伽马能谱辅助储层划分成果

J×8井砾岩段测井分析显示,岩性测井曲线自然伽马平均值28.36 API,自然电位平均值45.71 mV,井径平均值23.77 cm,下部略有扩径现象,测井岩性分析显示下部为灰质角砾岩,上部逐渐发育泥灰质角砾岩和砾岩(见图4)。与J×7井对比,该井砾岩段岩性更纯,更稳定。

三孔隙度测井统计显示声波测井平均值185 μs/m,中子测井平均值6.41 p.u.,密度测井平均值2.47 g/cm3,与J×7井对比,该井砾岩段显示了原生孔隙度略小,裂缝孔隙度有明显增加,物性整体上好于J X7井。

深浅侧向电阻率测井统计显示,深侧向电阻率平均值 1 497.95Ω·m,浅侧向电阻率平均值1 398.37Ω·m,电阻率微球测井平均值154.34Ω·m。从电阻率分析,该井平均电阻率高于J×7井,说明该井岩性较纯,裂缝发育段少于J×7井,裂缝宽度较J×7井好。

自然伽马能谱辅助解释的油水层解释结果见图4。经过在3 959.86～4 092.45 m酸压试油,获日产油21.57 t,成为研究区砾岩储层中较好的生产井,自然伽马能谱辅助解释结果更为准确,与试油结论和生产动态符合很好。旋回分析发现,该井砾岩储层发育与J X7井具有相同的特征。

4 结 论

(1)灰质砾岩储层发育与裂缝密切相关,在自然伽马能谱测井曲线上反映为铀富集,钾亏减,钍较低,整体上自然伽马测井值偏低特征。

(2)灰质砾岩储层在常规测井资料显示为岩性较纯,物性中等,密度中子孔隙度较声波孔隙度好,电性相对围岩高电阻略显下降特征。

(3)充分结合信息融合可视化技术,分析各信息的绝对变化和相对关系,建立常规测井与自然伽马能谱识别储层的评价标准,迅速识别储层,能够较好地解决研究区砾岩储层识别和评价问题。

[1] 黄隆基,首祥云,王瑞平.自然伽马能谱测井原理及应用[M].北京:石油工业出版社,1995:48-61.

[2] 陈中红,查 明,金 强.自然伽马及自然伽马能谱测井在沉积盆地古环境反演中的应用[J].地球物理学报,2004,47(6):1145-1150.

[3] 王学军,王志欣,刘显阳,等.利用铀的测井响应恢复鄂尔多斯盆地古水深[J].天然气工业,2008,28(7):46-48.

[4] Ehrenberg S N,et al.Use of Spectral Gamma-Ray Signature to Interpret Stratigraphic Surfaces in Carbonate Strata:An Example from the Finnmark Carbonate Platform(Carboniferous-Permian),Barents Sea[J]. AAPGBulletin,2001,85(2):295-308.

[5] 李凤琴,秦菲莉,陈汉林,等.自然伽马能谱资料在油田勘探中的应用[J].石油天然气学报,2005,27(6): 874-876.

[6] 陈福利.井信息高分辨率层序地层表征[D].北京:中国地质大学,2009.