鄂尔多斯盆地北部致密砂岩储层特征及测井识别

2023-12-09皮伟陈敬轶

科学技术与工程 2023年31期

皮伟, 陈敬轶

(1. 河南省地球物理空间信息研究院, 郑州 450000; 2. 河南省地质物探工程技术研究中心, 郑州 450000; 3. 华北水利水电大学地球科学与工程学院, 郑州 450046)

鄂尔多斯盆地北部十里加汗地区与盆地内部大牛地气田、苏里格气田相比,上古生界致密砂岩气藏普遍发育,成藏条件类似,具有形成大型气田的成藏要素[1]。该地区上古生界沉积物源主要来自阴山古陆母岩区[2-4],受区域多期构造演化控制和古地貌控制,上古生界不同层系沉积环境差别较大,造成了砂岩成分纵向上的差异性[5]。为了进一步明确该地区致密砂岩气富集规律,优化钻井部署方案,有效识别不同类型致密砂岩储层具有重要的现实意义。

在勘探实践中,钻井的主要目的层段基于经济成本,不可能进行大量取心,对于储层特征的认识,测井资料评价是最有效的方法。测井资料已广泛应用于储层孔隙类型、地质流体、岩石力学参数等评价[6-10],不同岩性储层特征识别前人也做了大量研究。南泽宇等[11]针对致密含钙砂砾岩地层岩石类型多样性,利用多级交会图为手段,分析各岩石类型测井响应特征。司马立强等[12]分析了钙屑砂岩测井曲线对应关系,明确了不同测井曲线的变化特征。袁子龙等[13]利用地层微电阻率成像测井资料,建立各种岩性识别模式。张响响等[14]将广安地区须家河组四段划分为五种成岩相类型建立了不同类型成岩相的测井曲线特征。靳军等[15]在岩石分类及命名的基础上,通过常规侧井系列构建参数,进行交汇图分析,有效识别了火山岩岩性。储层非均质性较强,不同地区相同岩性储层测井响应特征往往具有较大差异性。

通过对研究区上古生界主要含气层位下石盒子组盒1段、山西组山2段、山1段致密砂岩储层岩石学特征、物性特征分析,明确了致密砂岩储层的成分特征、物性特征,在此基础上,进行不同类型储层测井响应评价,优选敏感性测井参数,结合交汇图版分析,建立了研究区不同类型储层定量测井识别标准,这为致密砂岩气富集规律研究提供了基础资料。

1 地质概况

鄂尔多斯盆地北部十里加汗地区,构造上属于伊陕斜坡的北端,为一南西向倾斜的单斜构造,构造简单,局部发育小型隆起,面积约2.86×103km2,北部发育3条大断裂,自西向东分别为三眼井断裂、乌兰吉林庙断裂、泊尔江海子断裂,走向近EW向(图1)[16]。

该地区地层发育特征与盆地内部相似,上古生界地层主要分为石千峰组、上石盒子组、下石盒子组、山西组、太原组,本溪组地层局部发育,主要含气层位为下石盒子组盒1段、山西组山1段、山2段。从晚石炭世太原期至早二叠世晚期下石盒子期经历了由海到陆的古地埋演化过程,与此相应地发育了三套不同的沉积体系,太原组发育扇三角洲沉积体系、山西组发育三角洲沉积体系、下石盒子组盒1段发育冲积平原-冲积扇沉积体系(图2)。太原组和山西组发育的暗色泥岩、煤层是主要的烃源岩,山西组、石盒子组发育的河道砂体是主要的储层,上石盒子组、石千峰组厚层泥岩区域性封盖层,生储盖组合关系较好,具备形成大型致密砂岩气藏的条件[17]。

图1 研究区位置示意图(据参考文献[16]修改)Fig.1 The location and structure of study area (modified by ref. [16])

图2 研究区综合柱状图Fig.2 The comprehensive histogram of the study area

2 致密砂岩储层特征

文献[18-20]对杭锦旗地区储层特征进行了单层或局部区域分析,限于当时勘探程度较低,储层样品资料较少,没有针对鄂尔多斯盆地北部各层系储层系统对比分析。

2.1 岩石学特征

对鄂尔多斯盆地北部主要含气层系下石盒子组盒1段、山西组山1段、山2段储层砂岩成分进行系统对比分析,采用砂岩成分三角分类方案,按石英、长石、岩屑相对含量在三角分类图中划分不同类型砂岩。

下石盒子组盒1段、山西组山2段砂岩类型以岩屑砂岩为主,含有少量岩屑石英砂岩(图3),石英含量平均为71%,岩屑含量平均为24%,成分成熟度较低,颗粒以次圆-次棱角为主,磨圆度中等,孔隙类型以残余原生粒间孔、次生粒间孔、粒内溶孔为主,胶结类型为孔隙式胶结[图4(a)]。

图3 主要含气层位砂岩成分三角分类Fig.3 The triangular classification of sandstone composition in main gas bearing formation

山西组上部山1段砂岩类型主要石英砂岩[图3(b)],含少量岩屑石英砂岩,石英含量较高,平均为92%,最高达到99%,石英含量明显高于山2、盒1段。岩屑含量平均为7%,成分成熟度较高,颗粒以次圆-次棱角为主,磨圆度中等,孔隙类型主要有剩余原生粒间孔、次生粒间孔、粒内溶孔,孔喉分选程度中等,孔喉连通程度中等,胶结类型为孔隙式胶结[图4(b)]。

图4 上古生界致密砂岩薄片鉴定特征Fig.4 Thin section identification of tight sandstone in upper Paleozoic

2.2 储层物性特征

通过对下石盒子组、山西组300余个孔渗样品分析,按砂岩成分分类进行储层孔渗统计分析,中、粗粒的石英砂岩孔隙度主体分布在8%～14%区间,占样品数量的73.96%,孔隙度平均值为10.42%;中、粗粒的岩屑砂岩孔隙度主体分布在6%～12%范围,占样品数量的78.11%,孔隙度平均值为9.06%[图5(a)]。石英砂岩岩心基质渗透率主体分布在0.25～4.00 mD,占样品数量的89.73%,渗透率平均值1.31 mD;岩屑砂岩岩心基质渗透率主体分布区间相对较小,主要分布在0.25～2.00 mD范围,占样品数量的89.08%,渗透率平均值仅0.64 mD[图5(b)]。结合压汞资料证实,致密砂岩随着长石、岩屑含量增加,孔隙分布不均,小孔-小喉组合关系增多,储层渗透能力降低。综上可以看出,石英砂岩储层物性明显优于岩屑砂岩储层,这与文献[21]研究成果一致,石英含量与物性有很大关系,一般认为石英含量越高,对应的物性越好。

图5 储层孔隙度和渗透率统计分布特征图Fig.5 The statistical distribution characteristic map of reservoir porosity and permeability

3 储层测井响应特征

3.1 测井曲线特征

砂岩储层在矿物成分、物性上的差异,使得不同类型储层测井资料响应特征也存在不同,可根据多条测井曲线的形态特征和测井曲线值划分岩性[22-24]。通过岩心观察和测井曲线的综合分析,明确了主要岩屑砂岩储层和石英砂岩储层测井响应特征。

岩屑砂岩储层对应测井曲线特征为低自然伽马数(GR)、自然电位(SP)负异常、中低深侧向电阻率(LLD)、中低声波时差(AC)、中等补偿密度(DEN)、低补偿中子(CNL)、中高光电吸收截面指数(Pe),其中GR为43～71 API,LLD为15～30 Ω·m, AC为220～261 μs/m,DEN为2.45～2.58 g/cm3,CNL为11%～22%,Pe为2.10～3.00 b/e(图6)。石英砂岩储层对应测井曲线特征为低GR、中低LLD、低AC、中等DEN、低CNL、中低Pe,SP负异常幅度明显,反映渗透性较好;GR为21～62 API,曲线比较平直,呈“箱型”,岩性较纯;LLD为20 ～ 40 Ω·m, AC为220～261 μs/m,声波时差曲线变化相对平缓,DEN为2.42～2.55 g/cm3,CNL为4%～12%,反映孔隙性较好(图7)。

图6 岩屑砂岩测井响应特征Fig.6 Logging response characteristics of cuttings sandstone

3.2 测井敏感性参数特征

通过储层测井响应特征分析,CNL、Pe、GR、AC常规测井曲线差异明显,岩屑砂岩储层总体具有相对高CNL、高Pe、高GR、高AC“四高”特征,石英砂岩储层总体具有相对低CNL、低Pe、低GR、低AC“四低”特征。岩屑砂岩储层黏土矿物含量相对较多,更易吸附铀、钍、钾等放射性元素,GR较高;岩屑砂岩储层孔隙度相对较小,毛管半径相应较小,毛管水含量高,亲水岩石颗粒表面薄膜水含量高,CNL较高。

利用交汇图法对测井敏感性参数分析(图8),岩屑砂岩储层和石英砂岩储层GR、AC虽然主体具有异常反映,但交叉数值点范围较大[图8(a)、表1],不能有效区分;CNL、Pe敏感性较大,交叉数值点范围较小,仅5%左右,能够有效区分岩屑砂岩储层和石英砂岩储层[图8(b)、表1]。岩屑砂岩储层CNL、Pe分别大于11%、2.10 b/e,石英砂岩储层CNL、Pe分别小于12%、2.30 b/e, 数值交叉点部分对应储层特征可以结合GR、AC交汇图进行解释。