黃驊坳陷南堡5號構造火山巖骨架參數(shù)確定方法

傅　棟，朱學娟，單沙沙（.中國石油吐哈油田分公司開發(fā)部，新疆吐魯番880；.中國石油大學勝利學院油氣工程學院，山東東營57000；.中國石油集團測井有限公司油氣評價中心，西安70077）

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黃驊坳陷南堡5號構造火山巖骨架參數(shù)確定方法

傅棟1，朱學娟2，單沙沙3
（1.中國石油吐哈油田分公司開發(fā)部，新疆吐魯番838202；2.中國石油大學勝利學院油氣工程學院，山東東營257000；3.中國石油集團測井有限公司油氣評價中心，西安710077）

摘要：針對南堡5號構造始新統(tǒng)沙河街組火山巖骨架參數(shù)難以確定的現(xiàn)狀，在準確劃分巖石類型的前提下，綜合巖心資料、常規(guī)測井曲線和元素俘獲譜測井數(shù)據(jù)，利用交會圖、多元回歸等方法，確定不同巖性的骨架參數(shù)，然后計算儲集層孔隙度，根據(jù)孔隙度計算值的準確性來檢驗骨架參數(shù)，最終得到南堡5號構造火山巖骨架參數(shù)，為研究區(qū)火山巖儲集層評價奠定了基礎。

關鍵詞：渤海灣盆地；黃驊坳陷；南堡5號構造；火山巖；骨架參數(shù)；確定方法

巖石骨架參數(shù)確定的準確性直接決定了儲集層物性參數(shù)計算的準確性，進而影響流體性質識別、儲量估算等結果的準確性[1]。由于受巖漿性質、火山噴發(fā)類型、后期構造作用和成巖作用的影響，火山巖地層的巖石組分復雜、巖石物理性質多變，導致巖石骨架參數(shù)難以確定，并且與已知的理論值相差較大[2]。南堡5號構造位于渤海灣盆地黃驊坳陷北部，屬于斷裂背斜構造，始新統(tǒng)沙河街組沉積時期火山活動比較強烈，發(fā)育的巖石類型多樣，且每種類型的火山巖巖性組分和結構類型復雜。文獻［3］—文獻［5］將研究區(qū)火山巖劃分為玄武巖、流紋巖、玄武質角礫巖、流紋質角礫巖、玄武質凝灰?guī)r和流紋質凝灰?guī)r6種類型。此外，研究區(qū)部分火山巖還遭受不同程度的蝕變，如泥化、綠泥石化、方解石化等，又增大了確定巖石骨架參數(shù)的難度。本文在大量巖心和測井數(shù)據(jù)分析的基礎上，對研究區(qū)火山巖巖石骨架參數(shù)進行了研究。

1　巖石骨架參數(shù)的確定方法

1.1巖心分析確定巖石骨架密度

由于研究區(qū)火山巖組分復雜，相同巖性的不同巖心測量得到的巖石骨架參數(shù)也不完全相同。已取得的局部巖心資料的骨架參數(shù)尚不能代表全井段巖石的骨架參數(shù)。因此，可以先根據(jù)巖心分析孔隙度和體積密度計算巖石的骨架密度，按巖性進行統(tǒng)計，得到不同巖性骨架密度的分布范圍和峰值（圖1，圖2）。對目的層的巖心資料進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)火山巖的骨架密度變化范圍大，即使同一巖性變化范圍也較大，如流紋巖的骨架密度為2.45～2.68 g/cm3（圖1），玄武巖的骨架密度為2.65～2.90 g/cm3（圖2）。

確定巖石骨架密度的變化范圍之后，把同一種巖性的巖心分析孔隙度和體積密度作交會圖，擬合得到巖心體積密度和孔隙度的線性關系，孔隙度為0時對應的體積密度即為這種巖性的骨架密度，一般情況下，確定出的骨架密度與直接統(tǒng)計的峰值基本一致[6]。以研究區(qū)的玄武巖為例（圖3），根據(jù)其巖心分析孔隙度和體積密度確定的玄武巖骨架密度為2.797 g/cm3.

圖2　巖心分析確定玄武巖骨架密度分布

圖3　巖心分析確定玄武巖骨架密度

1.2 元素俘獲譜測井確定巖石骨架參數(shù)

元素俘獲譜測井可以得到測井井段連續(xù)的元素含量，測量結果只反映巖石本身的性質，不受孔隙流體性質的影響[7]，對取心巖樣進行礦物成分及化學元素實驗室分析，可以得到巖樣的骨架密度、各種元素及氧化物的含量，根據(jù)專門的核物理參數(shù)計算軟件SNUPAR可以得到巖樣骨架中子孔隙度、骨架俘獲截面、骨架光電吸收截面等骨架參數(shù)[8]。由于巖石骨架參數(shù)與多種元素含量都具有較好的相關性，可選取相關性較好的元素，建立二者的擬合公式。巖石骨架密度的公式為

式中ρma——骨架密度，g/cm3；

ωFe——鐵元素的質量分數(shù)，%；

ωK——鉀元素的質量分數(shù)，%；

ωSi——硅元素的質量分數(shù)，%；

ωTi——鈦元素的質量分數(shù)，%；

ωS——硫元素的質量分數(shù)，%；

ωCa——鈣元素的質量分數(shù)，%.

根據(jù)（1）式，應用元素俘獲譜測井資料就可以計算連續(xù)井段的巖石骨架密度（圖4）。由圖4可知，利用元素俘獲譜測井資料確定的骨架密度與巖心分析的骨架密度相吻合。同理，可用此方法計算研究區(qū)6種火山巖骨架的中子孔隙度（表1）。

圖4　元素俘獲譜測井計算骨架密度與巖心分析骨架密度關系

表1　元素俘獲譜測井計算得到的骨架參數(shù)

1.3常規(guī)測井確定巖石骨架參數(shù)

基于各測井方法的原理，可以利用常規(guī)測井組合確定骨架參數(shù)，如選取電阻率趨于無窮大時對應的巖石物理參數(shù)作為骨架參數(shù)（圖5）。從圖5可看出，當電阻率增加到一定程度時，聲波時差、補償中子孔隙度和密度不再隨之變化，因為巖石骨架基本不導電，所以電阻率趨于無窮大時，可以認為巖石中不含孔隙和流體，只有巖石骨架本身，而此時測出的體積密度，就可以認為是巖石骨架的密度，聲波時差就是巖石骨架的聲波時差。研究區(qū)流紋巖的骨架聲波時差為187 μs/m，骨架中子孔隙度為2%，骨架密度為2.57 g/cm3（圖5）。

1.4常規(guī)測井與巖心分析結合確定巖石骨架參數(shù)

圖5　利用測井交會圖確定流紋巖骨架參數(shù)

測井中還經(jīng)常利用巖心分析孔隙度來驗證測井曲線計算的孔隙度，二者具有很好的線性相關性。但由于鉆井取心深度和測井深度之間，存在一定差異，因此在進行解釋時要先把巖心深度校正到測井深度上，將相同巖性的有效取心數(shù)據(jù)和與之對應的孔隙度測井數(shù)據(jù)進行交會，當巖心分析孔隙度為零時，所對應的縱坐標即為此類巖石的骨架參數(shù)[9]。從圖6可以確定流紋巖的骨架密度為2.58 g/cm3，玄武巖的骨架中子孔隙度為10.62%，凝灰?guī)r的骨架聲波時差為186.91 μs/m.

圖6　常規(guī)測井與巖心分析結合確定巖石骨架參數(shù)

2　巖石骨架參數(shù)的準確性驗證

2.1巖石骨架參數(shù)確定方法的有效性分析

即使是同一類火山巖，其巖石成分和結構也有較大變化，巖石骨架參數(shù)也會在一定范圍內變化（表1）。如研究區(qū)同一口井不同深度流紋巖巖性變化大，似球粒流紋巖，斑狀結構，基質似球粒結構，斑晶主要為石英和長石，含少量云母，基質為長英質，其孔隙度為6.2%，骨架密度為2.64 g/cm3；球粒流紋巖，斑晶主要為長石和石英，球粒結構，球粒間分布重結晶石英和方解石，不均勻交代，孔隙度為4.8%，骨架密度為2.57 g/cm3.

由于研究區(qū)的巖性較為復雜，進行物性參數(shù)建模時，同一深度點的模型內可能既有流紋巖、流紋質凝灰?guī)r和流紋質角礫巖，又有泥巖和砂巖，計算物性參數(shù)時要使用以上所有巖性的骨架參數(shù)已經(jīng)相當復雜，而如果同一種巖性還有不同的骨架參數(shù)，則更會使計算難度增加。從整體考慮，一般同一種巖性只取一個固定的骨架參數(shù)，即在得出的骨架參數(shù)范圍內選擇其峰值作為最終的骨架參數(shù)進行物性參數(shù)的計算。因此采用上述多種方法來計算骨架參數(shù)并得到一個相對準確的變化范圍，是進行物性參數(shù)計算的基礎。2.2實際資料處理驗證

在確定巖石骨架參數(shù)的基礎上，采用多礦物模型進行建模，計算巖石的礦物組分和流體的體積[10]。利用最優(yōu)化測井解釋方法，調節(jié)各種輸入?yún)?shù)（如巖石骨架參數(shù)、測井數(shù)據(jù)等），使方程矩陣的非相關性達到最小，最終得到地層礦物組分及其含量、流體體積、儲集層物性等參數(shù)。根據(jù)得到的孔隙度與巖心分析孔隙度的對比，反復迭代優(yōu)化，調節(jié)輸入?yún)?shù)，最終得到準確的孔隙度計算值（圖7）和一組相對準確的骨架參數(shù)（表2）。

圖7為南堡5-4井3 500—3 580 m井段根據(jù)多礦物模型計算的孔隙度，該井段巖性主要包括流紋質凝灰?guī)r和玄武巖。從圖7可看出，3 525—3 540 m井段由于含泥質較多，計算孔隙度時使用了火山巖的骨架參數(shù)，所以計算結果準確性較差；其他井段計算孔隙度時采用了文中確定的骨架參數(shù)，其結果與巖心分析和成像測井孔隙度吻合較好，與巖心分析孔隙度的相對誤差為7.8%.

3　結論

圖7　南堡5-4井流紋質凝灰?guī)r儲集層孔隙度計算結果

表2　南堡5號構造火山巖骨架參數(shù)

（1）綜合巖心分析和測井資料可確定復雜成分火山巖的骨架參數(shù)，其中元素俘獲譜測井可得到連續(xù)井段的巖石骨架參數(shù)，更適合巖性復雜的儲集層，但是元素俘獲譜測井無法得到骨架聲波時差；巖心分析可以得到某種巖性的骨架密度的分布范圍和峰值，一般取峰值作為計算時的骨架密度；常規(guī)測井確定骨架參數(shù)的方法在沒有元素俘獲譜測井的儲集層應用廣泛，但是容易受裂縫和火山巖蝕變的影響。

（2）研究區(qū)基性火山巖的骨架密度和骨架中子孔隙度明顯高于酸性火山巖，骨架聲波時差明顯低于酸性火山巖，即玄武巖的骨架密度和骨架中子孔隙度高于流紋巖，玄武質凝灰?guī)r的骨架密度和骨架中子孔隙度高于流紋質凝灰?guī)r，玄武質角礫巖的骨架密度和骨架中子孔隙度高于流紋質角礫巖；玄武巖的骨架聲波時差低于流紋巖，玄武質角礫巖的聲波時差低于流紋

質角礫巖，這主要是受巖石化學元素和礦物成分的影響；玄武質凝灰?guī)r與玄武巖相比，流紋質凝灰?guī)r與流紋巖相比，由于顆粒更細、孔喉更小，骨架中子孔隙度偏高、密度偏小、聲波時差偏大。

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（編輯曹元婷）

Volcanic Framework Parameter Determination in Nanpu 5th Structure, Huanghua Depression

FU Dong1, ZHU Xuehuan2, SHAN Shasha3
(1.Development Department, Tuha Oilfield Company, PetroChina, Turpan, Xinjiang 838202, China;
2.College of Petroleum Engineering, China University of Petroleum, Shenli College, Dongying, Shandong 257000, China; 3.Center of Oil?Gas Evaluation, Logging Co., LTD, CNPC, Xi’an, Shaanxi 710077, China)

Abstract:Focusing on the status of difficult determination of volcanic framework parameters of the Paleogene Shahejie formation in Nanpu 5th structure of Huanghua depression, on the premise of accurate division of the volcanic rock types, this paper offers the volcanic frame?work parameters of each lithology by means of core analysis data, conventional well logging curves and elemental capture spectroscopy (ECS) logs, as well as cross?plot and multiple regression analysis, and then calculates the reservoir’s porosity, based on the accuracy of the porosity, verifies and finally determines the volcanic framework parameters of Nanpu 5th structure, laying foundation for the volcanic reser?voir evaluation in this area.

Keywords:Bohai Bay basin; Huanghua depression; Nanpu 5th structure; volcanic rock; framework parameter; determination method

作者簡介：傅棟(1985-)，男，河南泌陽人，工程師，油藏地質，（Tel）13179953903（E-mail）407794413@qq.com.

基金項目：國家自然科學基金（41404086）

收稿日期：2015-07-22

修訂日期：2015-10-28

文章編號：1001-3873（2016）01-0088-04

DOI：10.7657/XJPG20160117

中圖分類號：TE112.222

文獻標識碼：A