車排子凸起石炭系火山巖儲(chǔ)層測井綜合評(píng)價(jià)

汪 勇，向 奎，馬立群，楊少春，莊 圓

(1. 中國石油大學(xué)(華東)，山東 青島 266580；2. 中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257017；3. 山東科技大學(xué)，山東 青島 266590)

0 引 言

近年來，準(zhǔn)噶爾盆地車排子凸起石炭系火山巖油氣藏探明儲(chǔ)量可觀，展示出良好的勘探潛力，已成為油氣勘探開發(fā)的重要目標(biāo)[1-4]。受儲(chǔ)層資料精度及認(rèn)識(shí)程度的制約，研究區(qū)火山巖巖性識(shí)別、儲(chǔ)層物性表征及其有效性評(píng)價(jià)等問題尚未明確。前人主要通過巖石學(xué)研究進(jìn)行儲(chǔ)層巖性識(shí)別及其物性特征分析，較少引入測井綜合評(píng)價(jià)[3-6]。該文在巖石學(xué)研究的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)利用常規(guī)巖性識(shí)別圖版和ECS解釋對(duì)火成巖巖性進(jìn)行識(shí)別，確定了研究區(qū)石炭系火山巖地層孔隙度的ECS測井計(jì)算模型，基于電成像測井曲線對(duì)火山巖高導(dǎo)裂縫參數(shù)定量計(jì)算，綜合運(yùn)用成像測井和多極子陣列聲波測井評(píng)價(jià)了裂縫的有效性，并在測井約束的地震相分析基礎(chǔ)上，結(jié)合體融合技術(shù)、探井油氣顯示及試油情況，明確了研究區(qū)不同地震反射的平面分布規(guī)律和儲(chǔ)層發(fā)育有利區(qū)帶。

1 地質(zhì)概況

車排子凸起屬于準(zhǔn)噶爾盆地西部隆起的次一級(jí)構(gòu)造單元，平面上呈三角形，面積約為1.08×104km2，東以紅-車斷裂帶為界，與昌吉凹陷及中拐凸起相接，西及西北靠近扎伊爾山，南與北分別與四棵樹凹陷和克-夏斷褶帶相接[7-8]。車排子凸起石炭系頂面遭受強(qiáng)烈剝蝕，總體呈現(xiàn)西北高、東南低的單斜形態(tài)，內(nèi)部被多條斷裂切割，形成南北成帶、西高東低的斷階式構(gòu)造[9]。

研究區(qū)石炭系地層大多處于海相、海陸交互相的沉積環(huán)境，發(fā)育巨厚的火山巖巖層，在火山巖形成的漫長地質(zhì)歷史時(shí)期中，經(jīng)歷過多期次、多形式的地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致儲(chǔ)集空間復(fù)雜多樣[10]，如原生孔隙中的氣孔通常和縫、洞相連，而次生的構(gòu)造縫常為溶蝕-構(gòu)造復(fù)合縫。

2 火山巖巖性識(shí)別

巖性識(shí)別是儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的首要工作，準(zhǔn)確識(shí)別巖性是巖相劃分和儲(chǔ)層參數(shù)精確計(jì)算的前提，也是儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)與預(yù)測、地質(zhì)建模及油藏描述的基礎(chǔ)[7-11]。

2.1 常規(guī)方法識(shí)別巖性

研究區(qū)石炭系總體埋深較大，巖性識(shí)別較為困難。根據(jù)國際地質(zhì)科學(xué)聯(lián)合會(huì)推薦的TAS圖解[12]，準(zhǔn)噶爾盆地石炭系火山巖樣品主要位于中基性巖和基性巖區(qū)域(圖1a)及中—低鉀系列區(qū)域(圖1b)，表明車排子凸起石炭系火山巖的主要特征以中—低鉀的中基性巖為主。

基于研究區(qū)巖心的嚴(yán)格歸位，對(duì)測井響應(yīng)特征進(jìn)行標(biāo)定，統(tǒng)計(jì)確定巖性的測井響應(yīng)特征值范圍，進(jìn)而建立自然伽馬-密度交會(huì)圖和自然伽馬-電阻率交會(huì)圖，區(qū)分火山巖和沉積巖，解釋火山巖類型。根據(jù)研究區(qū)巖性數(shù)據(jù)在常規(guī)測井巖性識(shí)別圖版中的位置，將研究區(qū)石炭系巖性分為玄武巖、玄武質(zhì)火山角礫巖、安山巖、凝灰?guī)r和流紋巖5類巖性，并建立其對(duì)應(yīng)的識(shí)別圖版(圖1c)。

圖1 火山巖TAS、SiO2-K2O圖解及測井巖性綜合識(shí)別

2.2 ECS測井識(shí)別巖性

常規(guī)測井的中子、密度等數(shù)據(jù)易受巖石孔隙度、流體性質(zhì)的干擾，進(jìn)而影響巖性識(shí)別的精度[13]。ECS測井技術(shù)通過獲取俘獲伽馬能譜信息，推導(dǎo)地層元素的相對(duì)百分含量，并應(yīng)用聚類分析、因子分析等方法定量求解地層的礦物含量，是一種能從巖石化學(xué)成分角度解決巖性識(shí)別問題的測井方法[12-13]。ECS測井獲得的連續(xù)的鈉、鉀和硅等地層元素的含量，為TAS分類奠定了基礎(chǔ)[14]。

然而，ECS測井只能反映巖石的礦物成分，不能反映巖石的結(jié)構(gòu)特征，不易區(qū)分同酸度的不同種巖性。為彌補(bǔ)ECS測井的不足，結(jié)合巖礦鑒定結(jié)果，繪制了ECS解釋剖面(圖2)，綜合建立了研究區(qū)多個(gè)單井綜合柱狀剖面，提升了巖性識(shí)別的精確度。

圖2 排666井1004.0～1012.3m巖性綜合

3 儲(chǔ)層參數(shù)確定

3.1 基質(zhì)孔隙度計(jì)算

基質(zhì)孔隙度是指不包括宏觀裂縫在內(nèi)的儲(chǔ)集空間的孔隙度，主要由氣孔、溶蝕孔洞、微裂縫等組成。

考慮到巖石成分的復(fù)雜性，通常采用三孔隙度中的2條曲線進(jìn)行交會(huì)處理，該方法能夠克服單條孔隙度曲線非地層因素引起的異常，但解釋精度受控于骨架礦物參數(shù)的求取[15-26]。

ECS測井可以獲得火成巖主要造巖礦物元素的質(zhì)量百分含量，進(jìn)而準(zhǔn)確計(jì)算地層孔隙度。在利用實(shí)驗(yàn)室?guī)r心分析得到的巖石骨架密度和礦物元素統(tǒng)計(jì)關(guān)系的基礎(chǔ)上，利用ECS測井逐點(diǎn)求取地層骨架密度，進(jìn)而計(jì)算地層孔隙度。

基于巖心實(shí)驗(yàn)，建立了利用3種元素含量求解石炭系火山巖骨架密度的計(jì)算模型：

ρma=2.53553+0.10462Wsi+
0.40365WFe+13.61998WTi

(1)

式中：WSi、WFe、WTi分別為硅、鐵、鈦元素的質(zhì)量百分含量，%；ρma為石炭系火山巖骨架密度，g/cm3。

密度測井孔隙度計(jì)算模型：

(2)

式中：φ為地層孔隙度，%；ρb為地層密度測井值，g/cm3；ρf為地層流體密度，g/cm3，取1。

以排666井鉆井取心井段為例，分別利用上述2種方法計(jì)算了地層孔隙度(表1)。其中，雙孔隙度交會(huì)模型計(jì)算孔隙度結(jié)果相對(duì)誤差平均為7.8%，ESC測井計(jì)算孔隙度結(jié)果相對(duì)誤差平均為5.5%，具有較高精度。

3.2 裂縫參數(shù)計(jì)算

通過對(duì)電成像測井中高導(dǎo)縫特征值的描述，可以定量計(jì)算出高導(dǎo)縫的裂縫密度、裂縫寬度和裂縫長度等參數(shù)。通過實(shí)驗(yàn)及數(shù)學(xué)模擬得出裂縫寬度經(jīng)驗(yàn)公式：

w=cARmbRxo(1-b)

(3)

式中：w為裂縫寬度，mm；A為由裂縫造成的電導(dǎo)異常的面積，mm2；Rxo為地層的電導(dǎo)率(一般情況下為侵入帶電阻率)，Ω·m；Rm為泥漿的電阻率，Ω·m；c，b為與儀器有關(guān)的常數(shù)。

裂縫孔隙度為：

(4)

式中：φf為裂縫孔隙度，%；wi為第i條裂縫的平均寬度，mm；Li為第i條裂縫在統(tǒng)計(jì)窗長L內(nèi)(一般L選為1.000 0 m或者0.609 6 m)的長度，mm；D為井徑，mm。

對(duì)研究區(qū)5口重點(diǎn)井石炭系火山巖裂縫參數(shù)及裂縫產(chǎn)狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。石炭系火山巖高導(dǎo)縫傾角以中高角度縫為主，一般為20～80 °，走向受斷層影響，與附近大斷層方向一致，排60、排662井石炭系火山巖受多條斷層影響，走向雜亂。研究區(qū)石炭系火山巖裂縫的開口度為29～280 μm，裂縫的長度為0.028 6～8.938 0 m/m2，裂縫的孔隙度為0.000 000 828%～0.138 000 000%。其中，排66井裂縫孔隙度較小，裂縫長度小于8.938 0 m/m2，平均為2.927 0 m/m2；裂縫水動(dòng)力寬度小于284 μm，平均為90 μm；裂縫視孔隙度小于0.138 0%，平均為0.001 6%；裂縫發(fā)育主要集中于2 108.4 m以上。

表1 排666井計(jì)算孔隙度與巖心分析孔隙度誤差統(tǒng)計(jì)

4 儲(chǔ)層裂縫有效性評(píng)價(jià)及儲(chǔ)層質(zhì)量劃分

4.1 裂縫有效性評(píng)價(jià)

利用成像測井資料，可以有效識(shí)別出3類裂縫：①高導(dǎo)縫。在成像圖上表現(xiàn)為暗色正弦條紋，主要為開口縫和低阻礦物充填縫，其中，開口縫為有效裂縫，被低阻礦物充填的縫為無效裂縫。②高阻縫。在成像圖上表現(xiàn)為亮色正弦條紋，是被高阻礦物充填的裂縫，為無效裂縫。③鉆井誘導(dǎo)縫。在成像圖上表現(xiàn)為羽狀或垂直裂縫，是在鉆井過程中，由于應(yīng)力釋放產(chǎn)生的裂縫，延伸距離短，對(duì)油氣運(yùn)移和儲(chǔ)集無幫助，為無效裂縫。

成像測井能有效識(shí)別出裂縫，卻無法區(qū)分低阻充填縫和開口縫，也無法區(qū)分垂直裂縫和垂直的鉆井誘導(dǎo)縫。研究結(jié)果表明，根據(jù)多極子陣列聲波測井縱、橫波及斯通利波能量衰減幅度，能較好地判斷裂縫的有效性。圖3為排66井電成像和XMAC聲波幅度衰減圖，其中，1 275.0～1 285.0 m井段聲波幅度衰減圖上單極波形圖無變化，縱波、橫波和斯通利波幅度都無衰減，因此，該段裂縫應(yīng)為無效的充填裂縫；而1 327.0～1 345.0 m井段電成像圖上裂縫發(fā)育，聲波幅度衰減圖上橫波、斯通利波衰減幅度大，說明裂縫為角度較高的有效開口裂縫。

4.2 儲(chǔ)層質(zhì)量劃分

在測井約束和地震相分析的基礎(chǔ)上，利用融合技術(shù)，明確了不同地震反射的平面分布規(guī)律。在排1井三維區(qū)，呈現(xiàn)斜層狀地震反射特征，以安山巖、火山角礫巖和玄武巖為主，與石炭系希貝庫拉斯組主要發(fā)育火成巖吻合。在排60—排665井區(qū)，顯示弱—空白反射特征，為凝灰?guī)r分布區(qū)，與鉆井巖性一致。在排669—排67井區(qū)，呈雜亂反射特征，以沉積火山碎屑巖為主，與鉆井巖性以及石炭系包古圖組地層平面分布吻合(圖4)。

結(jié)合探井油氣顯示及試油情況，將研究區(qū)在平面上劃分為3類儲(chǔ)層：第1類儲(chǔ)層以火山角礫巖、安山巖和玄武巖為主，基質(zhì)物性較好，裂縫較發(fā)育，具有石炭系最有利的儲(chǔ)集空間；第2類儲(chǔ)層以凝灰?guī)r為主，較第1類儲(chǔ)層物性及裂縫等儲(chǔ)集空間發(fā)育差，制約了油氣富集程度；第3類儲(chǔ)層以凝灰質(zhì)泥巖為主，該類儲(chǔ)層基質(zhì)物性差，裂縫不發(fā)育，不利于油氣聚集成藏。

5 結(jié) 論

(1) 準(zhǔn)噶爾盆地車排子凸起石炭系火山巖巖性復(fù)雜，發(fā)育有玄武巖、玄武質(zhì)火山角礫巖、安山巖、凝灰?guī)r和流紋巖5類巖性。繪制了ECS解釋剖面，建立了研究區(qū)多個(gè)單井綜合柱狀剖面，提高了巖性識(shí)別精度。

圖3 排66井電成像和XMAC聲波幅度衰減

圖4 車排子地區(qū)石炭系地震反射特征

(2) 建立了研究區(qū)石炭系火山巖地層孔隙度的ECS測井計(jì)算模型，并與雙孔隙度交會(huì)模型、常規(guī)物性分析進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明，ECS計(jì)算模型具有較高的精度。

(3) 利用電成像測井曲線計(jì)算了研究區(qū)石炭系火山巖儲(chǔ)層裂縫寬度為29～280 μm，該儲(chǔ)層的裂縫長度為0.028 6～8.938 m/m2，該儲(chǔ)層的裂縫孔隙度為0.000 000 828%～0.138 000 000%。

(4) 綜合運(yùn)用成像測井和多極子陣列聲波測井判斷了裂縫的有效性，明確了研究區(qū)不同地震反射的平面分布規(guī)律，將研究區(qū)石炭系在平面上劃分了3類儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)，其中，以火山角礫巖、安山巖和玄武巖為主的儲(chǔ)層為有利儲(chǔ)集區(qū)。

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