中拐凸起石炭系低自然伽馬火山巖巖性測(cè)井識(shí)別

李靜

(中國(guó)石油新疆油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院地球物理研究所, 新疆 烏魯木齊 830013)

0 引 言

隨著JL10井在石炭系火山巖獲得突破,火山巖儲(chǔ)層已成為準(zhǔn)噶爾盆地西北緣中拐凸起油氣勘探的重要目標(biāo)?；鹕綆r儲(chǔ)層具有巖性、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣,非均質(zhì)性強(qiáng)的特點(diǎn),運(yùn)用測(cè)井資料識(shí)別油氣層非常困難[1-2]。準(zhǔn)噶爾盆地西北緣中拐凸起巖石類型主要為火山巖,從基性、中性到酸性均有分布,主要為玄武安山巖、火山角礫巖、凝灰?guī)r、花崗巖及閃長(zhǎng)巖等。儲(chǔ)層以中基性火山碎屑巖和火山熔巖為主,縱、橫向變化快,具有多期次噴發(fā)的特點(diǎn)[3-4]。測(cè)井曲線響應(yīng)特征受火山巖的致密程度、化學(xué)成分以及后期蝕變作用等因素的影響,單純依靠常規(guī)測(cè)井9條曲線劃分巖性比較困難。通過(guò)對(duì)該區(qū)火山巖的巖石物理特征與巖石學(xué)特征的相關(guān)關(guān)系分析表明,研究區(qū)火山巖的伽馬值普遍偏低,補(bǔ)償中子、密度、電阻率等測(cè)井曲線對(duì)火山巖化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)及蝕變程度反應(yīng)較為敏感。在巖心分析的基礎(chǔ)上結(jié)合常規(guī)及特殊測(cè)井資料能夠較好地區(qū)分火山巖巖性。

針對(duì)研究區(qū)巖性識(shí)別存在的難點(diǎn),通過(guò)詳細(xì)的巖心觀察及鏡下鑒定,準(zhǔn)確確定各類火山巖巖性定名及歸類;在巖心標(biāo)定的基礎(chǔ)上,利用ECS測(cè)井開(kāi)展不同巖性成因、成分分析,選取敏感礦物建立交會(huì)圖進(jìn)行火山巖化學(xué)成分劃分,結(jié)合電成像測(cè)井反映的結(jié)構(gòu)構(gòu)造信息建立成像模式圖版,進(jìn)一步從結(jié)構(gòu)上對(duì)巖性進(jìn)行識(shí)別。在特殊測(cè)井識(shí)別巖性的基礎(chǔ)上,分析不同巖性其礦物成分及結(jié)構(gòu)構(gòu)造在常規(guī)測(cè)井上的響應(yīng)特征,將特殊測(cè)井識(shí)別結(jié)果推廣到常規(guī)測(cè)井中,進(jìn)行常規(guī)曲線敏感性分析,建立中子—密度交會(huì)圖,實(shí)現(xiàn)利用常規(guī)測(cè)井曲線劃分火山巖巖性。

1 中拐凸起火山巖巖性識(shí)別

圖1 中拐凸起火山巖自然伽馬分布特征

工區(qū)發(fā)育的幾種火山巖測(cè)井響應(yīng)特征。玄武安山巖自然伽馬(GR)數(shù)值低,10～50 API,形態(tài)較平穩(wěn);電阻率值中等到高值,30～1 000 Ω·m;密度值高,2.55～2.86 g/cm3;聲波時(shí)差較低,低于60 μs/ft*非法定計(jì)量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同;成像測(cè)井圖像表現(xiàn)為高電阻率塊狀特征,巖石薄片有間隱結(jié)構(gòu)?；鹕浇堑[巖電阻率值明顯低于熔巖;密度值降低;聲波時(shí)差升高,60～70 μs/ft;自然伽馬數(shù)值降低;巖心及成像測(cè)井中見(jiàn)明顯角礫。花崗巖自然伽馬數(shù)值低,20～40 API,形態(tài)較平穩(wěn);電阻率值高,100～10 000 Ω·m;密度值高,2.60～2.70 g/cm3;聲波時(shí)差低于60 μs/ft;成像測(cè)井表現(xiàn)為高電阻率塊狀特征。英安巖自然伽馬數(shù)值30～65 API,形態(tài)較平穩(wěn);電阻率值高,50～4 000 Ω·m;密度值相對(duì)低,2.5～2.62 g/cm3;聲波時(shí)差低于66 μs/ft;成像測(cè)井圖像上表現(xiàn)為高電阻率塊狀特征。

自然伽馬測(cè)井反映巖石所放射出自然伽馬射線的總強(qiáng)度。從基性巖、中性巖到酸性巖,其鉀的含量逐漸增高,而酸性巖的鈾、釷含量最高,因而放射性響應(yīng)增強(qiáng),自然伽馬值最大。根據(jù)自然伽馬值的變化規(guī)律可以區(qū)分火山巖的酸堿性[5]。在研究區(qū)火山巖中,基性巖到酸性巖整體放射性都比較低,GR值在15～62 API之間變化(見(jiàn)圖1),從基性巖到酸性巖自然伽馬值沒(méi)有明顯增大的趨勢(shì),自然伽馬測(cè)井的數(shù)值變化基本不反映火山巖的巖性的變化。針對(duì)這個(gè)特點(diǎn),利用ECS測(cè)井進(jìn)行研究區(qū)的低自然伽馬成因成分分析,選取敏感礦物進(jìn)行火山巖化學(xué)成分劃分。

1.1 利用元素俘獲能譜測(cè)井(ECS)資料識(shí)別火山巖

元素俘獲能譜測(cè)井(ECS)利用快中子與地層中的原子核發(fā)生非彈性散射碰撞及熱中子被俘獲的原理,通過(guò)解譜和氧化物閉合模型得到地層中主要造巖元素的相對(duì)百分含量,可直接應(yīng)用于識(shí)別火山巖巖性[6]。

火山巖中各主要氧化物之間關(guān)系很密切,其變化有規(guī)律[7]。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)該區(qū)GR值低是由于K2O含量低造成的。K2O的變化與SiO2含量沒(méi)有明顯的規(guī)律。但是,隨著SiO2含量的增加,Fe2O3、TiO2呈規(guī)律性變化,明顯降低。以SiO2為橫軸分別作鐵、鈦的氧化物含量交會(huì)圖(見(jiàn)圖2)。利用交會(huì)圖對(duì)該區(qū)火山巖進(jìn)行了單井巖性成分劃分,花崗巖具有明顯的高硅與低鐵、鈦含量的特點(diǎn);玄武安山巖具有明顯的低硅與高鐵、鈦含量的特點(diǎn);英安巖的ECS測(cè)井響應(yīng)特征與玄武安山巖相比,硅、鐵、鈦元素的含量界于玄武安山巖與花崗巖之間。識(shí)別結(jié)果與巖心分析相對(duì)比,二者吻合良好,證明利用ECS測(cè)井從化學(xué)成分識(shí)別火山巖較可靠。

圖2 ECS測(cè)井識(shí)別火山巖

1.2 利用電成像測(cè)井識(shí)別火山巖

ECS測(cè)井僅反映了地層化學(xué)元素成分,沒(méi)有反映巖石結(jié)構(gòu)信息,雖然可以準(zhǔn)確進(jìn)行巖石的化學(xué)定名,但無(wú)法判斷巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)。電成像測(cè)井資料能夠提供環(huán)井壁地層電阻率隨深度變化的圖像,可以清楚直觀地反映巖石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等特征。火山巖不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)造在成像測(cè)井圖像上表現(xiàn)為不同的電阻率,反映在成像測(cè)井圖像上是不同的圖像紋理類型。通過(guò)提取成像測(cè)井資料的圖像紋理作為巖性識(shí)別時(shí)反映巖石結(jié)構(gòu)與構(gòu)造的特征[8-9]。火山巖結(jié)構(gòu)往往是巖相重要的標(biāo)志。常見(jiàn)的火山巖結(jié)構(gòu)包括熔巖結(jié)構(gòu)、熔結(jié)結(jié)構(gòu)、碎屑結(jié)構(gòu)、隱爆角礫結(jié)構(gòu)。測(cè)井能夠識(shí)別的火山巖構(gòu)造主要有塊狀構(gòu)造、氣孔杏仁構(gòu)造、流紋構(gòu)造、變形流紋構(gòu)造、堆砌構(gòu)造等類型。

將鉆井取心資料刻度到FMI圖像上,參考錄井資料,結(jié)合常規(guī)曲線特征,根據(jù)FMI圖像特征劃分不同結(jié)構(gòu)的火山巖。利用電成像資料建立該區(qū)的成像模式圖版,對(duì)中拐凸起火山巖進(jìn)一步從結(jié)構(gòu)上對(duì)巖性進(jìn)行識(shí)別。

熔巖呈高電阻率塊狀結(jié)構(gòu),巖性較為均一,無(wú)粒狀特征,通常有裂縫發(fā)育。測(cè)井圖像中通常為塊狀模式,FMI圖像上為高電阻率亮色分布,常被裂縫切割,呈現(xiàn)出高電阻率背景下的暗色條紋,整體較均一[見(jiàn)圖3(a)、(b)]。

火山角礫巖為亮色斑點(diǎn)模式,火山碎屑結(jié)構(gòu)是火山爆發(fā)相的重要指示標(biāo)志。火山角礫之間充填物的礦物成分不同,造成FMI圖像上顏色明暗相間,可見(jiàn)顆粒間相互支撐,混雜堆積,不具磨圓特征。在FMI圖像上可以清晰地顯示出顆粒大小、形狀。根據(jù)顆粒大小,其碎屑結(jié)構(gòu)特征可以細(xì)分為集塊結(jié)構(gòu)、角礫結(jié)構(gòu)和凝灰結(jié)構(gòu)。典型的結(jié)構(gòu)特征是具有火山碎屑結(jié)構(gòu)的火山碎屑巖,不規(guī)則組合亮斑模式[見(jiàn)圖3(c)]。

沉凝灰?guī)r為暗色條帶與亮色條帶相間模式,呈現(xiàn)沉積巖的成像特征[見(jiàn)圖3(d)]。

在巖心標(biāo)定的基礎(chǔ)上,通過(guò)ECS測(cè)井進(jìn)行火山巖成分劃分,識(shí)別出酸性花崗巖、中酸性英安巖、中基性玄武安山巖;結(jié)合成像測(cè)井進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)造劃分,識(shí)別出熔巖與火山角礫巖及火山沉積巖,這樣可以利用特殊測(cè)井識(shí)別出各類火山巖。

1.3 利用常規(guī)測(cè)井交會(huì)圖識(shí)別火山巖

在沒(méi)有特殊測(cè)井資料的情況下,利用常規(guī)測(cè)井資料建立圖版進(jìn)行識(shí)別。通常使用自然伽馬曲線與密度曲線識(shí)別火山巖,但其很難將低伽馬酸性火山巖與中基性火山巖區(qū)分開(kāi)。根據(jù)特殊測(cè)井巖性識(shí)別的成果,分析低GR值成因機(jī)理,建立ECS敏感礦物、FMI成像結(jié)構(gòu)與常規(guī)測(cè)井曲線響應(yīng)特征之間的關(guān)系,進(jìn)行常規(guī)曲線敏感性分析,建立中子—密度測(cè)井交會(huì)圖版。

該區(qū)火山巖的聲波時(shí)差和電阻率曲線對(duì)火山巖巖性的敏感性較差,從酸性巖到基性巖并沒(méi)有明顯的規(guī)律性。中子和密度曲線在劃分火山巖巖性時(shí)具有較高的敏感性。

圖3 FMI成像測(cè)井識(shí)別火山巖

中子測(cè)井受地層巖性、流體性質(zhì)影響較大,并隨孔隙、裂隙流體的含量的變化而發(fā)生變化。當(dāng)巖石發(fā)生蝕變時(shí),次生的綠泥石、沸石、絹云母等含有大量的結(jié)晶水和結(jié)構(gòu)水,這時(shí)常表現(xiàn)出很高的中子孔隙度值,特別是在蝕變嚴(yán)重時(shí),中子測(cè)井值反映敏感。研究區(qū)的火山巖巖性從基性到酸性變化的過(guò)程中,中子孔隙度是逐漸減小的。因此,中子孔隙度值在劃分火山巖巖性時(shí)具有較高的敏感性[10]。

密度測(cè)井受巖石的礦物成分、孔隙、裂隙、井眼尺寸和泥餅的影響,在火山巖中,隨著巖性從基性到酸性變化,巖石中鐵、鋁等重礦物含量逐漸減少,密度值逐漸降低?？紫栋l(fā)育的地層其密度值會(huì)相應(yīng)減小。在同類巖石中火山碎屑巖的密度低于熔巖。

電阻率值是火山巖巖性和其中流體的綜合反映,相對(duì)巖性,流體對(duì)電阻率大小的影響較小。該區(qū)火山巖各種巖性電阻率值的跨度較大,對(duì)于區(qū)分熔巖和火山角礫較敏感。

針對(duì)中拐凸起火山巖測(cè)井曲線敏感性特征,提取有準(zhǔn)確巖心薄片定名資料的火山巖井段信息,讀取密度和中子常規(guī)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行交會(huì)。圖4為該區(qū)的中子—密度測(cè)井交會(huì)圖。圖4中,玄武安山巖具有高中子、高密度的特點(diǎn);火山角礫巖具有高中子、低密度的特點(diǎn);英安巖具有中中子、中密度的特點(diǎn);花崗巖具有低中子、高密度的特點(diǎn)。應(yīng)用中子—密度測(cè)井交會(huì)圖有效解決了低伽馬酸性火山巖的巖性識(shí)別問(wèn)題。

綜合運(yùn)用上述巖性識(shí)別方法,對(duì)中拐凸起30口探井進(jìn)行火山巖性劃分,如圖5所示,侵入巖以JL5井的巨厚花崗巖為代表,僅在局部發(fā)育;其西北發(fā)育火山沉積相,以K021井為代表;英安巖以JL14井為代表,主要發(fā)育在研究區(qū)北部;其他井以中基性火山角礫巖及熔巖為主,在研究區(qū)內(nèi)普遍發(fā)育,識(shí)別結(jié)果與巖心分析較吻合。

巖性識(shí)別為單井巖相劃分、連井對(duì)比、平面優(yōu)勢(shì)巖相劃分奠定基礎(chǔ)。電阻率曲線對(duì)區(qū)分熔巖和火山角礫巖較敏感,結(jié)合地震,運(yùn)用多屬性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬技術(shù)對(duì)電阻率測(cè)井曲線進(jìn)行了非線性模擬,有效預(yù)測(cè)出爆發(fā)相的火山角礫巖及溢流相的熔巖分布范圍(見(jiàn)圖6)。

圖5 中拐凸起主要探井石炭系綜合柱狀圖(測(cè)井解釋巖性)

圖6 中拐凸起石炭系火山巖儲(chǔ)層頂面優(yōu)勢(shì)巖相分布圖

2 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1) 中拐凸起石炭系火山巖巖性復(fù)雜,基性巖、中性巖到酸性巖均有發(fā)育,且從酸性到基性均呈低伽馬的特征,巖性識(shí)別難度大。

(2) 利用ECS元素俘獲能譜測(cè)井,從化學(xué)成分角度解決巖性識(shí)別問(wèn)題。利用SiO2與暗色礦物鐵和鈦的含量交會(huì)圖將該區(qū)火山巖分為中基性巖、中性巖、中酸性巖。

(3) 利用FMI電成像測(cè)井,從巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征方面識(shí)別巖性,能夠?qū)⒛規(guī)r、火山角礫巖和熔巖區(qū)分開(kāi)。

(4) 在巖心薄片刻度下,利用特殊測(cè)井進(jìn)行成因成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造分析,確定常規(guī)測(cè)井曲線敏感性響應(yīng)特征,應(yīng)用中子—密度測(cè)井交會(huì)圖有效解決了低伽馬酸性火山巖的巖性識(shí)別問(wèn)題,提高了該區(qū)火山巖巖性識(shí)別的符合率。

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