大慶油田中淺層寬能域中子伽馬能譜測(cè)井泥巖解釋模型

高艷芳，樊玉秀，仇加宇

（大慶鉆探工程公司測(cè)井公司，黑龍江 大慶163412）

0 引 言

沉積巖中較為常見的黏土礦物有高嶺石、蒙脫石、伊利石、綠泥石、云母等。不同的黏土礦物在油田開發(fā)的不同階段會(huì)引起不同的地質(zhì)問題，與之相對(duì)應(yīng)的解決方法也各不相同［1］，計(jì)算出泥巖中各種黏土礦物所占的比例就非常重要，也就是要建立接近地層真實(shí)狀況的泥巖模型。

本文針對(duì)大慶地區(qū)中淺層實(shí)際地質(zhì)條件，建立了以高嶺石和伊利石為主、蒙脫石和綠泥石為輔的泥巖模型，并對(duì)1口井的實(shí)測(cè)資料進(jìn)行了初步處理解釋，為保證寬能域中子伽馬能譜測(cè)井方法和氯能譜測(cè)井方法在大慶油田的順利推廣奠定了基礎(chǔ)。

1 大慶地區(qū)中淺層泥巖概況

松遼盆地泥巖成分以高嶺石和伊利石為主，平均各占40%左右；另有少量蒙脫石和綠泥石及蒙－綠混層等，不同區(qū)域不同沉積時(shí)期黏土礦物所占比例會(huì)有所變化。在大慶油田北部，薩、葡、高油層組的黏土礦物以伊利石、高嶺石、蒙脫石－綠泥石混層為主，其他黏土礦物含量極少。太北地區(qū)以伊利石為主，其次為高嶺石。太南地區(qū)及高臺(tái)子油田的伊利石含量增高。葡萄花油田以高嶺石為主，其次為伊利石?？v向變化方面，薩爾圖和葡萄花油層屬于早成巖階段晚期，伊利石和高嶺石含量較多，并出現(xiàn)蒙脫石－綠泥石混層，但數(shù)量不多；高臺(tái)子油田屬于中成巖階段早期，蒙脫石－綠泥石混層大量出現(xiàn)，伊利石含量減少［2］（見表1）。

表1 大慶油田油層黏土礦物組成統(tǒng)計(jì)表

由于寬能域中子伽馬能譜測(cè)井處理解釋軟件PRIME是以高嶺石、蒙脫石、綠泥石和云母等4種黏土礦物為基礎(chǔ)建立泥巖模型，而云母并不是大慶油田中淺層地區(qū)的主要泥巖成分，所以PRIME平臺(tái)計(jì)算的泥巖模型不符合大慶油田中淺層的地質(zhì)特點(diǎn)，需要針對(duì)大慶中淺層的實(shí)際地質(zhì)情況建立新的泥巖模型，以滿足生產(chǎn)的需要。

2 PRIME軟件中泥巖模型算法

寬能域中子伽馬能譜測(cè)井儀和氯能譜測(cè)井儀上都帶有的自然伽馬能譜測(cè)井短節(jié)，可以進(jìn)行自然伽馬能譜測(cè)井，以確定天然放射性元素（鈾、釷、鉀）的含量［3］；寬能域中子伽馬能譜測(cè)井方法可以評(píng)價(jià)地層元素H、Ca、Si、Fe等的含量。這些元素含量和完井曲線相結(jié)合，利用PRIME處理解釋軟件可以建立細(xì)致的巖石物理模型。

PRIME軟件建立的巖石物理模型由6種組分構(gòu)成：泥巖、砂巖、石灰?guī)r、有效孔隙、束縛水孔隙和鉀長(zhǎng)石。其中，泥巖的含量等于各黏土礦物相對(duì)含量之和。根據(jù)巖石物理模型中計(jì)算的泥巖相對(duì)含量和校正后的鈾、釷、鉀曲線，PRIME解釋軟件可以進(jìn)一步得到泥巖模型［4］，具體計(jì)算方法見表2。由表2中的4個(gè)方程建立方程組，解方程組求得蒙脫石、綠泥石、云母和高嶺石4個(gè)未知量，求得的這4種黏土礦物的含量就是泥巖模型的組成成分。再根據(jù)計(jì)算出的4個(gè)未知量反演出參與計(jì)算的4條曲線。將4條反演出的曲線與原相應(yīng)曲線進(jìn)行比較，若二者相差較大，則微調(diào)各個(gè)方程組中的相應(yīng)權(quán)數(shù)，使反演出的曲線與原相應(yīng)曲線擬合情況達(dá)到最好，此時(shí)認(rèn)為建立的泥巖模型最為合理。

表2 建立泥巖模型的算法簡(jiǎn)表

表2中各個(gè)方程中的Pi含義相同，均指方程組中所要求得的4個(gè)未知量，當(dāng)i＝1～4時(shí)，Pi分別帶表未知量Mm、Chl、Mica和Kao。表2方程中的ji、li、mi分別代表該方程中未知量在所在組分中所占的權(quán)數(shù)。

杏××井是大慶油田杏樹崗構(gòu)造上的1口調(diào)整井，2011年9月26日進(jìn)行了寬能域中子伽馬能譜測(cè)井，測(cè)量井段1 009～1 060m（屬于葡I組），利用PRIME系統(tǒng)中的泥巖模型進(jìn)行了泥巖黏土礦物成分的識(shí)別，具體處理成果圖見圖1。

圖1 杏××井改進(jìn)前的建模成果圖

由圖1可見，計(jì)算得出的泥巖模型中不含伊利石，且綠泥石和蒙脫石含量偏高，與表1中巖心分析結(jié)果對(duì)比有較大偏差，不符合大慶油田中淺層的實(shí)際地質(zhì)情況。

3 PRIME軟件中泥巖模型的算法改進(jìn)

3.1 泥巖模型改進(jìn)

該井段位于杏樹崗油田葡I油層組，該油層組泥巖礦物組成基本為伊利石30.2%、高嶺石33.7%、綠泥石5.9%、蒙脫石0.7%、伊－蒙混層0.8%、蒙－綠混層28.7%（見表1）。其中不含云母成分，而伊利石占了很大比重，因此在計(jì)算該地區(qū)的黏土礦物成分時(shí)，應(yīng)簡(jiǎn)化為高嶺石、伊利石、蒙脫石和綠泥石4種，且泥巖相對(duì)含量為這4種礦物成分之和。

PRIME軟件在開發(fā)時(shí)并未考慮伊利石的組成，所以在軟件建模的操作界面中并沒有伊利石這個(gè)選項(xiàng)。由于每種放射性元素所對(duì)應(yīng)的方程形式是一致的，只是未知量在各個(gè)方程組中的相應(yīng)權(quán)數(shù)不同，因此改進(jìn)泥巖模型的計(jì)算步驟如下。

（1）模仿放射性元素計(jì)算高嶺石、綠泥石等方程形式，給出含伊利石的計(jì)算方程，并添加到泥巖模型中，同時(shí)取消含云母的計(jì)算方程，使其不參與巖石建模。

圖2 黏土成分交會(huì)圖

（2）依據(jù)圖2，查找到伊利石所對(duì)應(yīng)的鈾、釷、鉀的方程中的權(quán)數(shù)，分別為12、17、8，將這些權(quán)數(shù)添加到方程中則得到改進(jìn)以后的計(jì)算黏土礦物成分的新方程組

式中，Clay為泥巖相對(duì)含量；Kcor、Ucor和Thcor分別為校正后鉀、鈾和釷的相對(duì)含量；Kao、Mm、Chl和Illit分別為高嶺石、蒙脫石、綠泥石和伊利石的相對(duì)含量。

（3）結(jié)合大慶油田中淺層的地層情況和反演曲線的擬合情況，微調(diào)各方程中的權(quán)數(shù)，使計(jì)算出的各種黏土礦物含量更加合理。

（4）泥巖模型計(jì)算完畢，輸出伊利石相對(duì)含量參數(shù)，并對(duì)伊利石含量曲線進(jìn)行相應(yīng)圖例的填充。

圖3 杏××井改進(jìn)后的建模成果圖

表3 杏××井（1 020～1 024m段）改進(jìn)前后的黏土礦物含量對(duì)比表

3.2 泥巖模型改進(jìn)前后效果對(duì)比

利用改進(jìn)后的泥巖模型對(duì)杏××井進(jìn)行重新處理（見圖3），并與改進(jìn)前處理得到的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析（見表3）。

改進(jìn)后計(jì)算的高嶺石、伊利石和云母的含量與該區(qū)塊的巖心分析結(jié)論比較一致。但是巖心分析中很難區(qū)分出混層中每種成分所占的比例，改進(jìn)后蒙脫石、綠泥石含量的和為31.0%，而巖心分析中蒙脫石、綠泥石與蒙－綠混層三者的和為35.3%，所以改進(jìn)后蒙脫石和綠泥石的含量也可以看作與巖心分析吻合得較好。

總體看，改進(jìn)后計(jì)算的泥巖模型中黏土礦物含量與改進(jìn)前相比，與該區(qū)塊巖心資料吻合得更好，提高了對(duì)大慶油田中淺層的適用性。

4 結(jié) 論

（1）針對(duì)寬能域中子伽馬能譜測(cè)井泥巖解釋模型在大慶油田地區(qū)的不適應(yīng)性進(jìn)行了改進(jìn)，建立了更符合大慶地區(qū)地質(zhì)情況的以伊利石和高嶺石為主，蒙脫石和綠泥石為輔的泥巖模型。

（2）對(duì)大慶油田第1口寬能域中子伽馬能譜測(cè)井資料（杏××井）進(jìn)行了處理，經(jīng)與該區(qū)塊巖心分析的黏土礦物成分對(duì)比，認(rèn)為改進(jìn)后的泥巖模型更接近地層的真實(shí)情況。

（3）通過對(duì)這種泥巖模型改進(jìn)方法的研究，可以實(shí)現(xiàn)在任意地區(qū)，配合當(dāng)?shù)氐酿ね恋V物含量分析資料，建立了任意黏土礦物類型組合的泥巖模型。

［1］ 羅蟄潭，崔秉荃，黃思靜，等.黏土礦物對(duì)碎屑巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的控制理論探討及應(yīng)用實(shí)例 ［J］.成都地質(zhì)學(xué)院報(bào)，1991，18（3）：5－9.

［2］ 大慶油田石油地質(zhì)志編寫組.中國(guó)石油地質(zhì)志卷二：上 ［J］.石油工業(yè)出版社，1991：465－466.

［3］ 劉菁華，王祝文，易清平.利用自然γ能譜測(cè)井資料確定黏土礦物的含量及其應(yīng)用 ［J］.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)：地球科學(xué)版，2010，40（1）：215－216.

［4］ Gaifullin Jackia.Rock and Clay Volume Model Building for Well Log［J］.Oktyabrsky OJSC，SPE VNIGIS，2011：31－60.