鄂博梁地區(qū)測(cè)井孔隙度解釋模型及對(duì)壓實(shí)特征的影響

陳　萌，王奕松，聞金華，李陽(yáng)陽(yáng)，王　軍

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系 /大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710069)

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鄂博梁地區(qū)測(cè)井孔隙度解釋模型及對(duì)壓實(shí)特征的影響

陳萌，王奕松，聞金華，李陽(yáng)陽(yáng)，王軍

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系 /大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710069)

[摘要]研究地層巖石壓實(shí)特征為了進(jìn)一步了解地層孔隙度隨深度變化的關(guān)系，正常壓實(shí)段的趨勢(shì)直接反映地層的壓實(shí)速率特征，并影響最大埋深時(shí)期異常段過(guò)剩壓力計(jì)算、盆地埋藏歷史及異常壓力演化恢復(fù)結(jié)果。通過(guò)一系列測(cè)井方法對(duì)青海省柴達(dá)木盆地西北緣鄂博梁地區(qū)鄂博梁三號(hào)構(gòu)造帶正常壓實(shí)段地層巖石物理性質(zhì)中的孔隙度進(jìn)行解釋。運(yùn)用地球物理測(cè)井方法中的密度測(cè)井，補(bǔ)償中子孔隙度測(cè)井以及中子-密度交匯圖版法建立對(duì)柴西北緣鄂博梁地區(qū)巖石孔隙度解釋模型。通過(guò)孔隙度擬合壓實(shí)曲線與傳統(tǒng)的聲波時(shí)差壓實(shí)曲線對(duì)比，取得了較為相似的解釋結(jié)論，證明了密度、中子測(cè)井計(jì)算孔隙度擬合壓實(shí)曲線的方法可靠性。通過(guò)解釋模型對(duì)研究區(qū)正常壓實(shí)段壓實(shí)特征有較為具體的解釋。

[關(guān)鍵詞]孔隙度；密度測(cè)井；中子測(cè)井；測(cè)井解釋模型；壓實(shí)特征

柴達(dá)木盆地西北臨阿爾金山，東北臨南祁連山脈，西南毗鄰昆侖山脈，東為日月山，東西長(zhǎng)約800 km，南北最寬處約350 km，面積約257 768 km2，地勢(shì)由西北向東南傾。盆地內(nèi)沉積巖廣泛分布，最大厚度17.2 km，厚度大于1 000 m的沉積巖分布面積96 000 km2[1]。

鄂博梁構(gòu)造帶主體部位于伊北凹陷中部(圖1)，而伊北凹陷位于柴北緣西端。在下侏羅統(tǒng)凹陷盆地基礎(chǔ)上，第三系以來(lái)形成三排大型構(gòu)造帶：北部第一排構(gòu)造為冷湖五號(hào)四高點(diǎn)-冷湖七號(hào)-馬海古凸起；第二排構(gòu)造為鄂博梁Ⅰ號(hào)-葫蘆山-鄂博梁Ⅱ號(hào)-鄂博梁Ⅲ號(hào)-南陵丘，處于伊北凹陷中央；第三排構(gòu)造為堿山-紅三旱三號(hào)構(gòu)造帶。除了北部冷湖五號(hào)-冷湖七號(hào)-馬北凸起勘探程度較高以外，另外兩排構(gòu)造勘探程度都非常低。

圖1　研究區(qū)構(gòu)造圖

鄂博梁構(gòu)造帶由鄂博梁Ⅰ號(hào)、鄂博梁Ⅱ號(hào)、葫蘆山、鄂博梁Ⅲ號(hào)和鴨湖五個(gè)構(gòu)造組成。多年來(lái)的勘探經(jīng)驗(yàn)及綜合研究認(rèn)為，本構(gòu)造帶位于生烴中心附近，具有較好的源巖條件，同時(shí)各局部構(gòu)造圈閉面積巨大，具有良好的勘探潛力。

柴達(dá)木盆地由中生界到新生界依次分布著侏羅系、白堊系、古近系、新近系和第四系的地層(圖2)。

圖2　鄂博梁一號(hào)構(gòu)造帶綜合巖性柱狀圖

1測(cè)井孔隙度解釋模型

在計(jì)算地層巖石孔隙度時(shí)，最常用的是三種測(cè)井方法，即聲波時(shí)差測(cè)井、中子孔隙度測(cè)井和密度測(cè)井。因?yàn)槁暡〞r(shí)差測(cè)井受到巖石孔隙幾何形狀影響，即地層孔隙度與巖石骨架巖性指數(shù)的大小[5]，所測(cè)定出來(lái)的孔隙度往往存在誤差。

1.1研究區(qū)泥巖壓實(shí)規(guī)律

一般情況而言，沉積微相、巖性組合、最大泥巖層厚度、泥地比、構(gòu)造和沉積速率等因素都會(huì)影響到泥巖壓實(shí)特征。然而對(duì)于鄂博梁地區(qū)而言，影響泥巖壓實(shí)特征的主控因素為沉積速率。由于研究深度段為正常壓實(shí)段，沉積速率一般較低，隨著埋藏深度的增大，泥巖會(huì)逐漸的將水分排出、顆粒排列規(guī)則，從而使泥巖孔隙度隨著深度的增大而逐漸有規(guī)律的降低(圖3)。

圖3　研究區(qū)泥巖壓實(shí)特征

1.2密度法孔隙度解釋

對(duì)于正常壓實(shí)段，其壓實(shí)特征往往符合壓實(shí)規(guī)律，而且深度淺，據(jù)泥巖壓實(shí)規(guī)律，鄂7井正常壓實(shí)段到下油砂山組截止，鄂深1井、鄂深2井正常壓實(shí)段到上油砂山組截止，根據(jù)研究區(qū)勘探現(xiàn)狀，這些層位的泥巖不具生烴能力，也不是儲(chǔ)層，因此油氣含量少，可以視為含水純地層，因此使用公式:

來(lái)計(jì)算巖石孔隙度；式中Φ為地層孔隙度；ρma、ρb、ρf分別為骨架密度、巖石密度和孔隙流體密度，g/cm3。

其中，由于巖心資料極少，無(wú)法運(yùn)用ρma-Ф交會(huì)圖求取骨架密度值，所以取各井巖心實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中骨架密度的最大值作為ρma值；ρf取對(duì)應(yīng)井孔隙水密度測(cè)試值(表1)。

表1　密度法測(cè)井孔隙度解釋參數(shù)數(shù)值表

在研究區(qū)內(nèi)，采用密度法建立Φ-DEN交匯圖(圖4)，對(duì)鄂7井、鄂深1井、鄂深2井進(jìn)行回歸分析，結(jié)合青海油田巖心分析數(shù)據(jù)，獲得如下結(jié)果：

鄂深1井由于巖心取樣測(cè)試對(duì)應(yīng)深度處密度曲線缺失，無(wú)法判定其實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與擬合曲線的相關(guān)關(guān)系，故其巖心分析數(shù)據(jù)沒(méi)有列出。

隨著地層巖石密度的增大，其孔隙度相應(yīng)的減小，通過(guò)上圖可以了解經(jīng)過(guò)計(jì)算所獲得的Φ-DEN曲線與實(shí)測(cè)巖石孔隙度相比偏大。其原因在于，對(duì)于密度測(cè)井法計(jì)算巖石孔隙度而言，由于測(cè)井曲線測(cè)定的是地層中巖石的密度值，而處于地層條件下的巖石所受圍壓往往大于巖心實(shí)測(cè)時(shí)巖石所受的壓力，造成測(cè)井密度值大于實(shí)測(cè)密度值，所以在交會(huì)圖上，處于相同深度的巖石，巖心實(shí)測(cè)的巖石孔隙度偏高，密度偏小。其次，密度測(cè)井所測(cè)定的是巖石的總孔隙度，而巖心實(shí)測(cè)的孔隙度往往是巖石的有效孔隙度，這就造成了巖心中的死孔隙和無(wú)法允許流體通過(guò)的孔隙無(wú)法測(cè)定的情況，因而實(shí)測(cè)孔隙度偏低。除此之外，密度測(cè)井探測(cè)范圍很淺，通常僅多十幾厘米，受井眼擴(kuò)大或井壁不規(guī)則等因素的影響較大，對(duì)于井壁規(guī)則的底層，測(cè)得的曲線也較好[5]。最后，密度測(cè)井容易受到鉆井泥漿的影響，這些都會(huì)造成密度測(cè)井值擬合而成的曲線與實(shí)測(cè)巖心數(shù)據(jù)的差異。

圖4　鄂7井、鄂深1井、鄂深2井Φ-DEN交匯圖

1.3中子法孔隙度解釋

同理，對(duì)于正常壓實(shí)層段，深度淺，沒(méi)有油氣影響，可以視為含水純地層，因此使用公式:

來(lái)計(jì)算地層巖石孔隙度；式中Φ為地層孔隙度；(Φn)ma、Φn、(Φn)f分別為骨架孔隙度、巖石孔隙度和孔隙流體孔隙度，%。

其中，對(duì)于巖心分析數(shù)據(jù)建立Ф-Фn交會(huì)圖，回歸成一條曲線，當(dāng)Фn=0時(shí)取得的Ф值令其為(Фn)ma；(Φn)f=100(表2)。

表2　中子法測(cè)井孔隙度解釋參數(shù)數(shù)值表

在研究區(qū)內(nèi)，采用密度法建立Φ-CNL交匯圖，對(duì)鄂7井、鄂深1井、鄂深2井進(jìn)行回歸分析，結(jié)合油田實(shí)測(cè)巖心數(shù)據(jù)，獲得如圖5的結(jié)果。

在Φ-CNL交匯圖中可以看到，對(duì)于鄂7井，曲線與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相關(guān)度較好，實(shí)測(cè)點(diǎn)基本平均分布在曲線的左右兩側(cè)。

圖5　鄂7井、鄂深1井、鄂深2井Φ-CNL交匯圖

由以上結(jié)果可知，隨著中子孔隙度的增大，地層巖石孔隙度也隨之而增大，二者呈現(xiàn)較好的正相關(guān)性?？傮w而言，中子孔隙度測(cè)井與實(shí)測(cè)巖心孔隙度較密度測(cè)井法所計(jì)算出的孔隙度值與巖心實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相關(guān)度較密度測(cè)井好，所計(jì)算出來(lái)的孔隙度公式呈現(xiàn)高度的一致性。

但是，對(duì)于中子測(cè)井而言，其測(cè)井值易受到井孔，地層元素的影響，造成測(cè)量結(jié)果偏差，與巖心數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤差[6]。

圖6　鄂7、鄂深1、鄂深2井中子-密度交會(huì)圖

1.4密度—中子交匯圖法孔隙度解釋

在運(yùn)用交匯圖法解釋地層巖石孔隙度時(shí)，還有一種常用的辦法即建立中子-密度交匯圖，用以同時(shí)確定孔隙度和泥質(zhì)含量，由于研究區(qū)地層巖性復(fù)雜，以含砂泥巖居多，因此運(yùn)用這種圖版可以較好的解釋該區(qū)地層巖石泥質(zhì)含量以及孔隙度大小，而且結(jié)果清晰、一目了然。

在此，假定三個(gè)點(diǎn)，即純水點(diǎn)、純泥點(diǎn)和純砂點(diǎn)：

純泥巖點(diǎn)，ρsh=2.65g/cm3，(Φn)sh=50%。

純砂巖骨架點(diǎn)，ρma=2.65g/cm3，(Φn)ma=0。

水點(diǎn)，ρf=1g/cm3，(Φn)f=100。

再按照線性分割的方法，在繪制的三角形上繪制刻度，將得到的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)投入該圖。

在圖6中可以清楚地看到，鄂7、鄂深1、鄂深2井正常壓實(shí)段泥巖泥含量基本在20%～80%之間，屬含砂泥巖；孔隙度不高，約在0～20%。

2新模型對(duì)泥巖壓實(shí)特征的影響

2.1泥巖、砂巖壓實(shí)系數(shù)對(duì)比

結(jié)合前人資料，將鄂7、鄂深1、鄂深2井的聲波時(shí)差—深度、密度—深度和通過(guò)上文中公式所計(jì)算出的該深度段的孔隙度值，繪制出來(lái)的孔隙度—深度圖(圖7、圖8、圖9)三者進(jìn)行比較。

Y = exp(-0.000288×X) ×440.497

Y = exp(-0.000294×X)×496.722

Y=exp(-0.000234×X)×397.487

R2=0.818064

Y=exp(8.72E-005×X)×2.201

R2=0.772328

Y=exp(-0.000482×X)×32.564

R2=0.763587

圖9鄂深2井壓實(shí)特征圖

縱觀研究區(qū)三口井的數(shù)據(jù)，結(jié)合井位關(guān)系，鄂7井、鄂深2井、鄂深1井成西北-東南走向分布，鄂深1井壓實(shí)系數(shù)最大，而鄂深1井位于研究區(qū)東南方，說(shuō)明對(duì)于鄂7井、鄂深2井其沉積速率最大，泥巖排出水分和顆粒緊密的排列的程度不如鄂7井和鄂深2井，這樣才會(huì)使鄂深1井孔隙度隨著深度減小的速度小于鄂7、鄂深2井；在研究區(qū)西北部沉積速率較慢、東南方沉積速率較快。雖然壓實(shí)系數(shù)計(jì)算所獲得的壓實(shí)斜率與聲波時(shí)差壓實(shí)斜率差異較大，這其中的原因既有兩種解釋方法本身所帶來(lái)的差距，也有兩種解釋方法各自的誤差，但是他們都反映了這三口井沉積速率的不同，具有共同的解釋結(jié)果，由此可見(jiàn)利用計(jì)算得到的孔隙度壓實(shí)曲線和聲波時(shí)差壓實(shí)曲線具有一致性。

2.2特征變化的原因討論

綜合以上各圖分析，表明在鄂博梁三號(hào)構(gòu)造帶上的三口井運(yùn)用密度測(cè)井方法計(jì)算孔隙度所回歸的曲線斜率相近、公式相似，而使用中子孔隙度測(cè)井?dāng)?shù)值計(jì)算孔隙度所回歸的曲線公式完全相同，但是由于巖心實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)有限，無(wú)法使用大量正常壓實(shí)段巖心數(shù)據(jù)驗(yàn)證兩種方法計(jì)算的孔隙度值的準(zhǔn)確性；在運(yùn)用中子-密度交會(huì)圖法解釋鄂博梁三號(hào)構(gòu)造帶上的三口井，使得該區(qū)正常壓實(shí)段上巖石孔隙度和泥質(zhì)含量區(qū)間一目了然，便于大體了解該區(qū)巖石大概物性狀況；使用密度、中子測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)繪制泥巖壓實(shí)曲線，所計(jì)算出來(lái)的壓實(shí)曲線斜率要高于聲波時(shí)差壓實(shí)曲線斜率，但是總體而言，這種方法回歸出來(lái)的孔隙度-深度曲線趨勢(shì)與聲波時(shí)差-深度曲線趨勢(shì)相同，由于橫坐標(biāo)值差異造成的斜率差異在所難免(表3)。

除此之外，造成其他差異的原因可能有以下幾點(diǎn)：(1)聲波時(shí)差測(cè)井其測(cè)量值的大小不僅僅取決于巖石總孔隙度的大小，而且取決于孔隙的形狀，巖石中泥質(zhì)含量的大小[7]，從而造成聲波時(shí)差所計(jì)算出的壓實(shí)曲線斜率發(fā)生變化；(2)密度測(cè)井、中子測(cè)井和聲波測(cè)井均會(huì)受井眼擴(kuò)大或井壁不規(guī)則等因素的影響較大，容易造成測(cè)井曲線數(shù)值產(chǎn)生誤差；(3)本文中討論的模型僅僅只是將研究層段視為純含水地層，從而忽略了地層中油氣、泥漿以及泥質(zhì)含量大小的影響，因而會(huì)造成一些偏差；(4)鉆井過(guò)程中鉆機(jī)對(duì)周圍地層產(chǎn)生了破壞，造成測(cè)井儀無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量；(5)測(cè)井操作人員在進(jìn)行測(cè)井過(guò)程中操作失誤產(chǎn)生誤差，對(duì)測(cè)井?dāng)?shù)值產(chǎn)生影響；(6)測(cè)井儀本身的誤差。

表3 　鄂7、鄂深1、鄂深2井?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

3結(jié)語(yǔ)

對(duì)于研究區(qū)，在正常壓實(shí)段，運(yùn)用密度，中子測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算孔隙度，擬合孔隙度壓實(shí)曲線與傳統(tǒng)的聲波時(shí)差測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)擬合壓實(shí)曲線得到的結(jié)果雖然壓實(shí)斜率不同，但是能夠反映該區(qū)正常段壓實(shí)特征，即隨著深度的增大，地層巖石孔隙度逐漸變小。聲波測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)雖然是用聲波時(shí)差數(shù)值來(lái)反映巖石的總孔隙度大小隨著深度的變化，但是它會(huì)受到孔隙形態(tài)的影響，難以做到精確反映；利用本文中的密度、中子測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算孔隙度再用孔隙度擬合壓實(shí)曲線具有直觀方便的特點(diǎn)，根據(jù)趨勢(shì)線，可以方便的查到該深度段對(duì)應(yīng)的孔隙度，這是聲波時(shí)差擬合壓實(shí)曲線所不具有的，但它同時(shí)也具有不可避免的諸如井眼擴(kuò)大、鉆井泥漿或井壁不規(guī)則等因素的影響。在具體分析一個(gè)地區(qū)巖石壓實(shí)特征時(shí)候，將二者結(jié)合，能夠盡可能的排除彼此本身特點(diǎn)決定的誤差，得到最好的分析效果。

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[收稿日期]2015-09-13

[作者簡(jiǎn)介]陳萌(1991-)，男，甘肅定西人，在讀碩士研究生，主攻方向：沉積儲(chǔ)層。

[中圖分類號(hào)]P584

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B

[文章編號(hào)]1004-1184(2016)01-0097-04