高衍武,胡婷婷,陈国军,程亮,杨帆,肖华

(1.中国石油集团测井有限公司测井应用研究院, 陕西 西安 710077;2.中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院, 新疆 乌鲁木齐 836413)

0 引 言

随着岩性油气藏勘探的不断深入,各种大规模火山岩油气藏相继被发现,火山岩油气藏勘探开发的巨大潜力使得火山岩储集层的测井解释技术成了各大油田关注的重点。与碎屑岩油气藏相比,火山岩储集层一般埋藏深度大,岩石类型变化多样,非均质性强,孔隙结构复杂,前人在火山岩岩性识别、物性评价及流体识别方面做了大量工作,但研究对象多为未蚀变的火山岩。目前针对发生蚀变的火山岩测井解释研究还相对较少,2012年申波等[1]利用主成分分析技术对蚀变砂岩储层进行孔隙度计算;2013年王春燕等[2]经过分析火山岩X线衍射资料得出,火山岩蚀变产生的绿泥石、伊利石、高岭石等黏土矿物对测井响应特征影响较大,并建立了基于中子-电阻率的蚀变指数和基于密度-中子岩性指数,通过对电阻率进行蚀变校正,建立了蚀变火山岩流体识别方法;2016年杨雪[3]研究了不同原岩发生的蚀变类型,建立了三组分体积模型,在此基础上结合不同岩性的变骨架中子-密度交会图,计算出了不同岩性火山熔岩的黏土含量和孔隙度。2016年杨晓辉[4]利用常规测井资料多元线性回归和BP神经网络法计算泥质含量完成了火成岩孔隙度计算。2017年孙茹雪[5]研究发现,中基性火山岩发生蚀变后,随着蚀变程度的加大,储层的中子孔隙度逐渐变大以及电阻率逐渐减小,通过五组分ABC优化算法计算储层的黏土含量和孔隙度。2018年王敏等[6]利用中子曲线对中基性火成岩的蚀变层段进行识别,并利用MOSTAFA模型计算蚀变层段的孔隙度。

图1 X-20井蚀变英安岩黏土矿物微观存在形式

前人研究多集中在蚀变的中基性火山熔岩方面,对发生黏土化蚀变的火山熔岩和火山碎屑岩的孔隙度定量计算研究较少。中拐凸起JL20井区石炭系发生蚀变的火山岩储层与相邻井区未发生蚀变火山岩储层相比,前者的取心分析孔隙度与后者利用常规模型和变骨架模型计算得到的孔隙度有较大差异。通过对研究区25口井的薄片分析发现,JL20井区中基性、中酸性火山熔岩和火山碎屑岩均存在不同程度的黏土化蚀变现象。而黏土含量对评价储集层来说是一个十分重要的参数,几乎所有的测井方法都会受黏土含量的影响。地质研究认为,火山岩蚀变会使储集层孔隙结构发生变化,产生的黏土矿物对测井响应影响较大,如果忽略蚀变对储层带来的影响,将会给火山岩储层物性评价带来错误认识,对测井解释结果产生直接影响,进而导致试油选层不准而造成较大经济损失。针对这一难题,本文在分析黏土蚀变作用对常规、核磁共振测井响应特征和储层岩性物性影响的基础上,优选了敏感测井曲线;在测井系列分析的基础上优化了黏土蚀变程度指示因子,建立了研究区火山岩黏土蚀变程度指数模型,通过黏土蚀变程度指数刻度黏土含量,利用体积模型对发生黏土化蚀变火山岩熔岩和火山碎屑岩孔隙度进行校正,解决了不同岩性、不同黏土化蚀变程度的火山岩孔隙度定量计算问题,为火山岩储层试油选层、储量计算及后期的勘探、开发提供一定的技术支持。

1 黏土化蚀变火山岩测井响应特征

蚀变作用主要分非黏土化蚀变和黏土化蚀变2种。碳酸盐化、钠长石化和脱玻化不产生黏土矿物,属于非黏土化蚀变,这些蚀变矿物可以发生水解和溶解,形成溶蚀孔隙,容易形成有利储层,可以改善火山岩储层的物性和孔隙结构。黏土化蚀变容易产生绿泥石、绢云母、伊利石、高岭石等黏土矿物,不仅不能改善储层物性,而且蚀变形成的黏土矿物会降低储层孔隙的有效性[7-8]。

由研究区内的薄片、扫描电镜等资料分析可知(见图1、图2),研究区内中基性、中酸性的火山岩熔岩和火山碎屑岩均发生黏土化蚀变。裂缝中半充填的为绿泥石,部分矿物已泥化、绿泥石化,渗透性差。孔隙多被黏土矿物填充,从而储集能力弱,即使部分分析孔隙度较大,其孔隙有效性也较差。因此,有必要研究蚀变作用对测井响应特征的影响。

图2 X-20井蚀变玄武安山岩黏土矿物微观存在形式

测井响应是岩性、孔隙度、孔隙结构和流体性质的综合反映,依据薄片分析及全岩矿物资料,当火山岩中出现黏土化蚀变时,各种曲线特征会发生变化。

(1)电阻率测井:蚀变产生的各种黏土矿物具有较高的阳离子交换能力[9],会导致电阻率降低,且黏土化程度越高,电阻率值越低,所以根据电阻率的变化可以反映黏土化蚀变程度[10]。

(2)中子测井:中子测井主要与岩石矿物成分和孔隙度有关。岩石蚀变产生的绿泥石、伊利石、高岭石等黏土矿物含有大量的结晶水或结构水,会导致中子孔隙度偏高,尤其是黏土化蚀变严重时,中子测井值明显高于未蚀变的同类岩石,所以中子测井可以有效地识别火山岩黏土化蚀变程度。

(3)密度测井:岩石黏土蚀变产生的绿泥石、伊利石、蒙脱石、沸石等细粒组分会造成密度测井值下降[11]。

(4)声波测井:同类岩石黏土化蚀变产生的黏土矿物会使声波时差值稍有增大,火山岩为致密储层,黏土对声波值的影响大于孔隙度对声波值的影响[11-12]。

(5)核磁共振测井:常规储层中核磁共振总孔隙度减去核磁共振有效孔隙度为泥质束缚孔隙度,火山岩黏土化蚀变产生的黏土会使得核磁共振有效孔隙度降低,从而泥质束缚孔隙度增加[13]。

根据薄片分析资料,选取发生黏土化蚀变的火山岩熔岩和火山碎屑岩进行实验室孔隙度分析,由于黏土化蚀变对常规测井资料影响较大,利用常规测井曲线建立的物性模型所计算的孔隙度明显大于分析孔隙度(见图3),同时黏土蚀变程度越重,两者误差越大。因此必须对发生黏土蚀变火山岩熔岩和火山碎屑岩的计算孔隙度进行校正,而在对黏土化蚀变的火山岩物性进行校正之前,首先需要研究火山岩的黏土化蚀变程度情况。

图3 地区经验参数计算孔隙度与分析孔隙度对比

2 黏土蚀变程度指数建模

火山岩储层属于低孔隙度低渗透率致密储层,通过分析可知黏土化蚀变作用对测井曲线响应特征的影响较大,而流体对火山岩测井曲线响应特征的影响不明显,所以本文不考虑流体对各测井曲线响应特征的影响。经过文献调研,按照不同测井系列建立了蚀变程度的不同指示因子。

(1)中子-密度放射性测井系列

由于火山岩岩性复杂,每种岩性矿物组分多样,利用常规的中子-密度差值法可指示常规砂泥岩泥质含量[14]和火山岩岩性变化情况[2],但由于火山岩岩性复杂多变,简单的差值法无法反映各岩性的黏土化蚀变程度,因而需要采用中子-密度比值法。由于黏土化蚀变会引起中子值增大和密度值减小,因此中子-密度比值法不仅可以反映黏土化蚀变程度,而且消除了不同岩性的影响,因此建立了黏土化蚀变指示因子ISh1=CNL/DENa。在实际应用中,火山岩储层随着蚀变程度的加强,黏土含量的增加会造成中子值增大和密度值减小,通常密度减小幅度在0～10%之间,中子的增大幅度在0～50%之间,因此需要增加密度曲线值的权重,依据地区经验,确定a=2。

(2)声波-电阻率声电测井系列

(3)核磁共振测井系列

结合研究区的实际地质情况,为了更好地指示黏土化蚀变程度,定义了火山岩黏土蚀变程度指数IAL的数学表达式

(1)

式中,AC为声波测井值,μs/ft[注]非法定计量单位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同;CNL为中子测井值,%;DEN为密度测井值,g/cm3;Rt为深侧向电阻率,Ω·m;φe为核磁共振有效孔隙度,%;φt为核磁共振总孔隙度,%。

根据研究区的岩石薄片分析资料来标定测井参数,结合计算的黏土蚀变程度指数IAL曲线(见图4、图5)可知,中基性火山熔岩、中酸性火山熔岩和火山角砾岩均发生了黏土化蚀变。计算的黏土蚀变程度指数IAL越大,表明黏土化蚀变程度越高;黏土蚀变程度指数IAL越小,则说明岩性蚀变程度越低;黏土蚀变程度指数IAL趋于零(不等于零),表明岩石没有发生黏土化蚀变。同时,针对凝灰岩层段,如图4中2 787～2 804 m层段和图5的2 922～2 929 m层段的凝灰岩,计算的黏土蚀变程度指数IAL最大,表明为非储层段,近似为常规泥岩段,与传统认识一致。

图4 X-20井英安岩与玄武安山岩蚀变程度指数计算与薄片鉴定对比图

3 黏土化蚀变火山岩孔隙度校正

根据地区经验和岩石物理统计分析,可发现黏土蚀变程度指数与黏土含量呈正相关关系,因此理论上可以把黏土蚀变程度指数曲线转换成黏土含量曲线。首先对黏土蚀变程度指数进行归一化处理,使其刻度在0～100范围内,然后再与黏土含量分析数据建立相关关系。

(2)

Vsh=aIAL*+b

(3)

式中,IAL*为归一化后的黏土蚀变程度指数;IAL,min为计算的黏土蚀变程度指数最小值;IAL,max为计算的黏土蚀变程度指数最大值;Vsh为黏土含量,%;a、b为常数。

以X-15井为例,先对黏土蚀变程度指数进行归一化处理,再与黏土含量建立相关关系(见图6),得到黏土含量曲线。

(4)

Vsh=0.671IAL*+11.273

(5)

(6)

再利用常规孔隙度模型[见式(6)]加入泥质校正后计算储层孔隙度。通过对25口取心分析井的物性分析资料进行验证(见图7),可知原参数计算孔隙度与岩心分析孔隙度相关性较差,而经校正过的孔隙度与岩心分析孔隙度相关性较好,吻合度较高,两者相关系数R为0.926。因此,该方法很好地解决了黏土化蚀变火山岩孔隙度计算不准确的问题,计算结果更符合生产要求。

图6 X-15井黏土含量与归一化蚀变程度指数关系图

图7 X-15井孔隙度校正成果图

4 结 论

(1)通过对测井、岩石物理等相关资料进行分析,发现火山岩黏土化蚀变产生的黏土矿物会使储层孔隙结构变差,降低储层有效性。在测井响应特征方面,黏土化蚀变会导致中子孔隙度变大,声波时差增大,电阻率低值,测井密度值减小,核磁共振泥质束缚孔隙度增大,大大的降低了储层孔隙度评价的精确性。

(2)通过分析黏土化蚀变作用对测井资料的影响,在测井系列分析的基础上建立了黏土化蚀变程度指数模型。利用该模型能有效区分火山岩储层是否发生黏土化蚀变以及黏土化蚀变程度的高低。黏土蚀变程度指数IAL越大,表明黏土化蚀变程度越高;黏土蚀变程度指数IAL越小,则说明岩性蚀变程度越低;黏土蚀变程度指数IAL趋于零(不等于零),表明岩石没有发生黏土化蚀变。

(3)利用黏土蚀变程度指数计算了黏土含量曲线,最终实现了火山岩储层孔隙度定量评价,提高了黏土化蚀变火山岩储层孔隙度评价精度,较好解决了黏土化蚀变火山岩储层物性定量评价的难题。

(4)该方法在中拐凸起和克拉美丽石炭系火山岩储层中进行了推广应用,取得了显著效果。同时该方法对黏土化蚀变火山岩试油选层和储量提交意义重大,也为后期火山岩油气田的勘探开发提供了一定的技术支持。