北部灣盆地高放射性儲層地質(zhì)成因分析與評價

吳 健，胡向陽，梁玉楠，吳一雄，湯 翟

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057)

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北部灣盆地高放射性儲層地質(zhì)成因分析與評價

吳 健，胡向陽，梁玉楠，吳一雄，湯 翟

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057)

針對北部灣盆地高放射性儲層測井評價中存在的困難，基于自然伽馬能譜和成像測井，參考各種巖心分析資料，分析了儲層的宏觀、微觀特征以及礦物組分與測井曲線之間的關(guān)系。分析表明：地層具有高放射性的主要原因是富含鉀長石，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造和沉積特征，進一步指出這是近物源、短距離搬運和快速沉積的結(jié)果；針對高放射性儲層的測井響應(yīng)特征，根據(jù)電阻率、孔隙度曲線以及錄井資料對其進行綜合識別；在定量評價方面，采用多礦物最優(yōu)化模型與中子—密度交會相結(jié)合的方法，計算出地層的泥質(zhì)含量和孔隙度；也可得到地層中主要礦物組分的體積含量。最終的解釋成果經(jīng)過巖心資料的標(biāo)定和取樣的證實，表明所用的方法是有效和可靠的。

高放射性儲層；泥質(zhì)含量；孔隙度；自然伽馬能譜測井；鉀長石；多礦物最優(yōu)化模型

引 言

北部灣盆地目前已發(fā)現(xiàn)在多個構(gòu)造都存在高放射性儲層，其值甚至高于泥巖[1-2]；典型的泥巖往往具有較強的放射性，而對于砂巖來說，其放射性的強弱除與黏土礦物有關(guān)以外，還與骨架和一些特殊礦物的種類和含量密切相關(guān)[3-5]，如正長石中就含有放射性元素鉀，此時利用自然伽馬所計算的泥質(zhì)含量明顯偏高，不能用來劃分儲層[6-7]。因此，需要仔細(xì)研究區(qū)域高放射性儲層的宏觀和微觀特征，分析儲層高放射性的地質(zhì)成因；在此基礎(chǔ)上，利用中子—密度交會法并結(jié)合區(qū)域多礦物最優(yōu)化模型來綜合識別和評價高放射性儲層。

1 高放射性儲層的分布特征

北部灣盆地的高放射性儲層主要分布在南部隆起帶(潿12-3、12-8)、斜陽斜坡帶(烏1-4、1-5)以及北部陡坡帶(6-1等構(gòu)造)。這些區(qū)域均位于凹陷的邊緣，巖性以含礫中—細(xì)砂巖為主，夾有礫巖、砂礫巖、粗砂巖和泥質(zhì)粉砂巖等。

2 高放射性儲層的地質(zhì)特征

根據(jù)微電阻率掃描成像測井，在1 251.3～1 252.7 m砂礫巖地層可見大小不一的高電阻率亮色團塊，而在1 235.0～1 237.0 m層段可以看到亮暗條帶分布不均，未見明顯礫巖團塊，表現(xiàn)為細(xì)砂巖且局部夾泥巖的特征， 巖性較均一，且由巖心斷面可以看到有明顯的小型砂紋交錯層理，這些層理成組排列，構(gòu)成交錯的束狀層系，層系界面為緩波狀起伏，但規(guī)模較小，無明顯韻律，在中—淺湖相的沉積背景下，認(rèn)為儲層位于湖盆邊緣淺水區(qū)，靠近濱岸，水動力作用相對較強，由于波浪向岸或離岸運動的速度不同以及流水疊加才造成了這種砂紋交錯層理，而中—深湖相沉積的地層則基本不會出現(xiàn)這種現(xiàn)象；在1 237.0～1 238.0 m地層為含礫細(xì)砂巖，局部泥質(zhì)含量較高，可見白色灰質(zhì)，礫石含量較多且大小不一；在1 238.0～1 239.0 m地層為灰色砂礫巖，膠結(jié)較致密，礫石排列無序，下部可見分布較集中的黑色黃鐵礦顆粒。從微觀特征來看，膠結(jié)物主要為方解石和自生礦物，此外還有少量鐵白云石、黃鐵礦，成分成熟度低，地層中長石含量較高，圖1為砂礫巖地層的掃描電鏡圖，可見粒間孔隙充填石英(Q)、鉀長石(r)、片狀伊利石(I)等礦物，泥質(zhì)呈雜基狀在局部產(chǎn)出，且鉀長石有輕微溶蝕現(xiàn)象。

圖1 高放射性儲層掃描電鏡圖

根據(jù)巖心壓汞實驗的結(jié)果(圖2)，細(xì)砂巖的孔喉呈單峰分布，分布頻帶寬且形成明顯峰值，儲層以中、大孔徑為主，有效孔喉分選性較好，從而保證了儲層的有效儲集空間和滲流能力；砂礫巖的孔喉呈雙峰型分布，大小顆?；祀s，分選性稍差，但仍可作為有效儲層。從滲透率貢獻值累積曲線來看，大孔喉區(qū)域?qū)訚B透率的貢獻很大，而當(dāng)孔喉半徑小于2 μm時，其對滲透率基本上沒有任何貢獻和作用，屬于無效的微小孔喉。

圖2 高放射性細(xì)砂巖、砂礫巖孔徑分布直方圖

3 高放射性儲層的地質(zhì)成因

儲層的高放射性特征往往是由于局部富集某種放射性元素，以烏1-5油田為例，由圖3、4中自然伽馬能譜曲線可見，在高自然伽馬儲層段，釷和鈾的含量均呈減小的趨勢，而鉀含量則有顯著的增加，表明本段應(yīng)存在富含鉀元素的礦物。表1為巖心薄片分析資料，可見本段地層的鉀長石含量很高，平均達(dá)30%～40%。

圖3 1井高放射性儲層測井綜合解釋成果

樣品類型巖性井深/m石英/%花崗巖/%鉀長石/%白云母/%噴出巖/%黃鐵礦/%巖心砂礫巖122503401037少量0015巖心砂礫巖124153251039少量00微量巖心中細(xì)砂巖12352400微量32少量00少量巖心中細(xì)砂巖123573400034少量0005巖心含礫細(xì)砂巖123694000030少量00少量巖心含礫細(xì)砂巖12377320253600少量05

圖4 2井高放射性儲層測井綜合解釋成果

利用鉀能譜曲線值以及巖心鉀長石含量分別與自然伽馬作交會圖(圖5)。由圖5可知，鉀含量越高，自然伽馬值越大，二者呈較好的正相關(guān)關(guān)系，說明在高放射性儲層段，大量鉀長石的存在是導(dǎo)致自然伽馬升高的主導(dǎo)因素。

本區(qū)高放射性地層以淺—深湖相沉積為主，且位于凹陷的邊緣地帶，構(gòu)造坡度大，水動力較強，物源充足，沉積物搬運距離較短。隨著沉積的進行，沿著湖盆邊緣沉積了一系列高放射性的砂壩砂體。由于地層中長石含量很高，且普遍存在黃鐵礦等性質(zhì)不穩(wěn)定的重礦物，總體上成熟度低，說明地層是斷陷內(nèi)近物源、經(jīng)短距離搬運在山前盆地快速堆積的產(chǎn)物。理論上講，在地形起伏較大、地殼活動劇烈的地區(qū)有利于巖石的快速剝蝕以及物源的快速搬運和沉積，導(dǎo)致長石的風(fēng)化水解作用未能充分進行，這樣才使得不穩(wěn)定的長石在地層中得以保存。

圖5 地層中鉀含量與自然伽馬曲線交會圖

對整個區(qū)域來說，從湖盆邊緣的烏1-5構(gòu)造向遠(yuǎn)離物源的湖盆中心延伸，地層巖性有逐漸變細(xì)的趨勢，從濱淺湖相的中細(xì)砂巖、粗砂巖和砂礫巖逐漸過渡到中—深湖相以泥質(zhì)粉細(xì)砂巖為主的地層，且長石含量顯著降低。其次，黏土的種類和含量對地層的放射性也有貢獻[8-9]。根據(jù)巖心實驗結(jié)果，本區(qū)地層黏土礦物主要以伊利石和伊蒙混層為主，但由于總體含量較少，巖性相對單一，因此其影響也是有限的。

4 高放射性儲層的定性識別

由圖3、4可見，儲層的自然伽馬值比泥巖還要高，但中子和密度曲線卻有明顯的交會特征，巖屑錄井顯示為油浸細(xì)砂巖，氣測異常明顯且組分齊全，電阻率有顯著升高的趨勢，各種特征均顯示本段為砂巖有效儲層。

5 高放射性儲層的定量評價

5.1 高含鈾儲層的評價

參考自然伽馬能譜測井，并結(jié)合巖心資料，可較好地解釋高放射性儲層的成因，當(dāng)結(jié)果顯示地層的高放射性是由于存在高含鈾礦物時，可通過去鈾伽馬曲線來有效計算地層的泥質(zhì)含量。

5.2 高含鉀或釷儲層的評價

當(dāng)?shù)貙拥母叻派湫允怯捎诘V物中含釷和鉀元素造成的，此時利用自然伽馬能譜測井難以有效地確定泥質(zhì)含量。由于本區(qū)地層存在大量的鉀長石而表現(xiàn)為高放射性，因此，可利用中子—密度交會法來計算地層的泥質(zhì)含量和孔隙度[10](圖6)。首先確定純泥巖、砂巖骨架以及地層流體的中子和密度值，將測點投到圖版上可以看到，儲層的泥質(zhì)含量較小，巖性較純，地層孔隙度平均在30%以上，屬于中、高孔隙且物性較好的優(yōu)質(zhì)儲層。

圖6 利用中子—密度交會法確定地層泥質(zhì)含量和孔隙度

利用中子—密度交會法確定地層泥質(zhì)含量和孔隙度，其理論公式如下：

Vsh=(φN-φD)/(φNsh-φDsh)

(1)

式中：Vsh為地層的泥質(zhì)含量；φN、φD為地層的中子孔隙度和地層的密度孔隙度，兩者均不作泥質(zhì)校正處理；φNsh、φDsh為泥巖的密度孔隙度和中子孔隙度。

φDsh=(ρma-ρsh)/(ρma-ρmf)

(2)

φNsh=(φNma-φNsh)/(φNma-φNmf)

(3)

(4)

(5)

(6)

式中：φNma、φNsh、φNmf、φN、φCNC分別為純砂巖骨架、泥質(zhì)、泥漿濾液、計算以及實測的中子孔隙度；φDen、φCN、φN-D為密度孔隙度、中子孔隙度和中子—密度交會孔隙度；ρma、ρsh、ρmf、ρb分別為純砂巖骨架、純泥巖、泥漿濾液以及實測的地層密度。

5.3 高放射性儲層的多礦物最優(yōu)化分析

為了對地層進行更為精細(xì)的評價，參考薄片、黏土礦物和重礦物等巖心資料，選取了石英、正長石、伊利石、高嶺石、黃鐵礦以及皓石作為輸入的地層礦物，將沖洗帶和原狀地層的水和油，以及黏土束縛水作為輸入的地層流體，將自然伽馬、深淺電阻率、密度、中子、聲波、釷以及鉀作為輸入的測井曲線，以所有礦物和流體體積之和為1作為限制條件，組成一個9×9方程組，利用多礦物最優(yōu)化方法可得到這些礦物和流體的含量。

5.4 處理結(jié)果

對高放射性層段進行處理，圖3、4中質(zhì)量控制曲線的值小于1，表明最優(yōu)化反演的各條測井曲線與實測曲線吻合率在90%以上，即建立的多礦物模型與實際地層比較符合；處理結(jié)果顯示在高放射性儲層有30%～40%含量不等的正長石以及少量黃鐵礦，與薄片分析的結(jié)果一致(表1)；利用中子—密度交會法計算的泥質(zhì)含量和孔隙度經(jīng)巖心標(biāo)定，發(fā)現(xiàn)二者基本一致；為驗證圖3、4中所示2口井高放射性儲層的流體性質(zhì)，利用MDT測壓取樣工具分別在1 231.5、1 222.5 m處取到油樣，未見水，從而也證實了測井解釋結(jié)果的正確性。

6 結(jié) 論

(1) 北部灣盆地高放射性儲層的巖性以含礫中細(xì)砂巖為主，夾有礫巖、砂礫巖、粗砂巖和泥質(zhì)粉砂巖等，整體上泥質(zhì)較少，物性較好，為有效儲層。

(2) 研究區(qū)儲層的高放射性特征主要是由于巖石骨架中鉀長石含量較高造成的，并指出由于地層接受沉積時位于湖盆邊緣，靠近物源，巖屑經(jīng)短距離快速搬運并在山前盆地快速沉積而使鉀長石在地層中得以保存。

(3) 在儲層評價方面，利用中子—密度交會法并結(jié)合區(qū)域多礦物最優(yōu)化模型能夠有效地識別和評價高放射性儲層，所用方法可其他油田高放射性儲層的解釋和評價中推廣應(yīng)用。

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編輯 黃華彪

20140503；改回日期：20140916

國家科技重大專項“南海西部海域已證實的富生烴凹陷再評價及新領(lǐng)域勘探方向”(2011ZX05023-001-007)

吳健(1983-)，男，工程師，2006年畢業(yè)于長安大學(xué)勘查技術(shù)與工程專業(yè)，2009年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)地球探測與信息技術(shù)專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)主要從事測井和巖石物理等相關(guān)工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.01.017

TE121

A

1006-6535(2014)06-0079-05