鄂尔多斯盆地东部马家沟组岩盐测井响应特征研究

2014-06-27石芳惠马芳侠陕西延长石油集团有限责任公司研究院陕西西安710069

长江大学学报(自科版) 2014年26期

关键词：井径伽马声波

石芳惠,马芳侠 (陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院,陕西西安 710069)

陈立军,何文忠 (延长油田股份有限公司勘探开发技术研究中心,陕西延安 716000)

鄂尔多斯盆地东部马家沟组岩盐测井响应特征研究

石芳惠,马芳侠 (陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院,陕西西安 710069)

陈立军,何文忠 (延长油田股份有限公司勘探开发技术研究中心,陕西延安 716000)

针对鄂尔多斯盆地东部马家沟组碳酸盐岩型含盐地层的特征,选取了自然伽马、声波时差、密度、电阻率、井径等测井曲线,以数理统计为主要研究方法,以定性描述和定量分析为研究思路,在Y291井区实例应用中,综合岩心分析化验资料和录井数据,通过声波时差-自然伽马交会图、声波时差-密度交会图建立岩性与电性关系图,研究成果能较好的将石盐同石膏、石灰岩、白云岩区分开来,并建立了该区马家沟组石盐识别界限标准:声波时差210～255μs/m、自然伽马6～31APⅠ、密度1.8～2.2g/cm3,该标准能够初步识别石盐埋藏深度并预测盐层厚度。

鄂尔多斯盆地;马家沟组;岩盐;测井响应

Y291井区近几年的气盐兼探,已经在y214等井发现了较好的石盐显示,证明了研究区有一定的岩盐资源量。但是长期以来,受勘探程度较低和取心不足的制约,目前探区内盐层的纵、横向分布情况不甚清楚,计算资源量(储量)所需的关键参数不全面,难以满足开发部署和实际生产的需要。针对该情况,笔者对Y291井区马家沟组(O1m)碳酸盐岩型含盐地层进行了研究,达到利用测井资料将石盐同其他岩性区别开来的目的,为石盐地质评价和储量计算以及岩盐开发奠定基础。

1 区域概况

Y291井区从1955年延深1井首次钻遇到盐层[1],经过几十年盐矿勘探,在鄂尔多斯盆地米脂坳陷(陕北盆地)奥陶系马家沟组发现了资源潜量为6×1012t规模巨大的盐矿。超过目前国内已发现的岩盐储量总和,成为我国石盐资源潜在价值最大地区[2]。马家沟组自下而上划分为6段,即马一段至马六段,其中马一段、马三段、马五段为主要的含盐系地层,而马二段在局部地区发现有薄层的石盐层。陕北盆地的盐岩为碳酸盐岩型含盐岩系,主要的岩性为石盐、硬石膏、灰岩、白云质灰岩和白云岩等,均为海相化学沉积岩类[3-4]。

2 测井序列的选择

不同的岩性在测井曲线上的响应有一定的差别,通过合理的选取测井组合,以各岩石特征及所对应的测井响应特征为基础,对盐层可进行有效的识别。不同岩类具有不同的岩石学特征,其测井响应特征也不尽相同。

1)自然伽马测井不同的岩石所含有的自然放射性元素的种类和含量不同,因此放射性强弱也不同。自然伽马测井是在井内测量岩层中自然存在的放射性核衰变过程中放射出来的γ射线的强度,来研究地质问题的一种测井方法[5]。石盐基本不含有放射性元素,因此自然伽马值较低,品位越高的石盐其自然伽马值越低。由于泥岩对放射性物质具有较强的吸附能力,放射性元素含量高,因此自然伽马值较高。一般来说,盐岩的自然伽马值明显低于泥岩,一般小于泥岩的1/3[6],石盐中自然伽马值含量的增加,说明其泥质含量增大[7]。碳酸盐岩的自然伽马值也相对较低,但是同石盐相比略高,总的来说石盐、碳酸盐岩、泥岩的自然伽马值依次增高[5]。当盐层中含有钾盐时,自然伽马值会呈现出异常高值。因此自然伽马测井曲线异常可作为寻找钾盐的重要特征[8]。

2)电阻率测井地壳中的3大岩石中以沉积岩的电阻率最低,且组成岩石的颗粒大小、结构形式和岩石孔隙中所含流体的性质均影响其电阻率的大小[9]。泥岩由于含有大量的吸附水,其电阻率一般较低,因此,当膏盐和盐岩中含有泥质时,电阻率也会降低[10]。研究区内石灰岩、白云岩颗粒极细,岩石结构极为致密,孔隙度一般在7%以下,几乎不含水,电阻率高达(5～6)×103Ω·m。石膏和石盐的孔隙度极低约1%,因此电阻率较高,可达104～106Ω·m,但盐岩易溶于水,当贴近井壁测井时,盐岩由于吸收地层水,形成可以导电的离子,因而电阻率变得很低。

3)声波测井声波测井是测量声音在不同岩性的地层中传播的时差,主要与岩石传播速度有关。影响岩石速度的主要因素为弹性模量和密度。由于不同矿物的弹性模量大小不同,且介质弹性模量的大小又是影响介质声速的主要原因,所以由不同矿物构成的岩石,其声速大小也不同。声波速度是随着弹性模量的增大而增大。一般来说白云岩、石灰岩、石膏、盐岩、泥岩的声波时差依次增大[5]。

4)密度测井密度测井是通过密度测井仪器所接收到的伽马光子计数率N而求得地层密度的测井方法。对于不同岩性的地层,伽马光子的散射和吸收的能力不同,因而探测器接收到的伽马光子的计数率N也就不同[5]。石盐的密度往往小于围岩,约2.1g/cm3。白云岩的密度值一般介于2.5～2.85g/cm3;石灰岩的密度在2.4～2.7g/cm3之间;硬石膏的密度较大约为3g/cm3;石膏也在2.3g/cm3以上;泥岩的密度值一般大于石盐,在2.2～2.63g/cm3[7]。所以密度曲线上,石盐岩幅值明显低于其围岩[11]。

5)井径测井井径测井是记录井径随井深变化的一种测井方法,井径变化不仅反映了不同岩性在不同深度的变化特征,也反映了钻井工程的部分特征。由于石盐极易溶于水,因此在含盐地层中井径往往大于钻头直径,即在井径测井曲线上出现扩径现象。如果使用饱和盐水泥浆钻井时井径扩大不明显,而石灰岩、白云岩、石膏井径小于或接近钻头直径。因此,在用井径曲线识别岩性时,还要考虑钻井液对其影响[5,10]。

综上,单一的测井曲线很难将岩性准确识别,各种地球物理测井只能在一定的条件下反映地层的某些地球物理特性。如石盐、石膏、白云岩和石灰岩均具有高电阻的特征,从电阻率上无法区分。电测值的大小除受多种地质因素的影响,工程作业也可能对其值产生误差,在岩性识别过程中,一定要选取正确的测井组合,通过多条曲线同时验证,才可能将岩性正确识别。

3 测井响应特征及解释

岩性的电性解释是利用测井曲线的形态差异和测井值的相对大小划分岩性的方法。将测井资料与岩屑录井、钻井取心资料相结合,建立岩性与电性之间的模型,利用各岩石的电性差异定性的识别含盐层,划分盐层的顶底界面以确定盐层的埋藏深度和厚度。

在岩心归位的基础上,选取Y291井区多口井的82个分析化验数据,建立声波时差-密度、声波时差-自然伽马的交会图(见图1～图2)。

图1 声波时差-自然伽马交会图

图2 声波时差-密度交会图

从图1可以看出,通过自然伽马、声波时差可以很好的将盐层识别出来。石盐同石膏、石灰岩和白云岩相比具有高声波时差、低自然伽马的特征,基本位于自然伽马6～31APⅠ、声波时差210～255μs/m的范围内;由图2可知,通过声波时差和密度的交会图也能将石盐识别,与该区围岩相比,石盐具有低密度、高时差的特征,基本位于声波时差210～255μs/m、密度1.8～2.2g/cm3的范围内。石膏的声波时差的分布范围相对较大从150～230μs/m均有分布,这与石膏中石盐含量有关,当石膏中石盐含量增加时声波时差也会相应的增加,石膏的密度普遍大于2.3g/cm3,自然伽马比石盐略高但普遍小于4.0g/cm3。石灰岩和白云岩在电性特征上的差别不大,难以区分,但其密度均大于2.6g/cm3,声波时差小于200μs/m,具有高密度、低声波时差的特征,且自然伽马均大于石膏和石盐。

通过对Y291井区内多井的测井数据进行对比,主要的岩性测井响应特征如表1所示。

表1 研究区各岩性的测井响应特征

4 实例应用

由于其盐系为碳酸盐岩型含盐地层,发育的岩性主要为石盐、硬石膏、石灰岩、白云质灰岩和白云岩,期间含有少量的泥或夹有薄层的泥岩[3]。通过上面的岩性-电性分析可以看出石盐同石膏、石灰岩、白云岩相比在测井曲线上具有高声波时差、低自然伽马、低密度、高电阻率且具有明显扩径现象的电性特征,依此可以很好的将盐层同其他岩性区别开来。

图3 y451井2840～2890m井段综合曲线图

图4 y213井2595～2648m井段综合曲线图

5 结论

1)对于陕北盆地的碳酸盐岩型含盐地层,选取自然伽马、声波时差、密度、电阻率和井径的测井组合能很好地将石盐从石膏、石灰岩、白云岩和泥岩中区分开来。

2)石盐同石膏、石灰岩、白云岩相比在测井曲线上具有高声波时差、低自然伽马、低密度、高电阻率,且扩径现象明显的电性特征。据岩性-电性特征交会图拟合,建立了该区马家沟组石盐识别界限标准:声波时差210～255μs/m、自然伽马6～31APⅠ、密度1.8～2.2g/cm3,该标准能够初步识别石盐并预测盐层厚度。

3)该界限标准基于目前的勘探认识,其精度受制于资料的丰富程度,随着研究区勘探开发程度的提高,石盐的测井识别模型精度会得到进一步提高。

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