基于廣義ΔlgR技術(shù)的致密氣源巖有機(jī)碳測(cè)井評(píng)價(jià)

李思，代紅霞，胡燕婷，楊曉東

(中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司華北分公司，河北 任丘 062552)

程峰

(中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司生產(chǎn)測(cè)井中心，陜西 西安 710077)

松遼盆地X地區(qū)是深層致密砂礫巖氣勘探的主戰(zhàn)場(chǎng)，在烴源巖評(píng)價(jià)方面，前人[1,2]依據(jù)地震資料預(yù)測(cè)了研究區(qū)主力氣源巖層——下白堊統(tǒng)沙河子組的分布，并利用巖心(巖屑)測(cè)試資料開(kāi)展了烴源巖生烴品質(zhì)評(píng)價(jià)?？傆袡C(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)(w(TOC))是評(píng)價(jià)烴源巖生烴能力最可靠的指標(biāo)之一，前人[3]對(duì)研究區(qū)烴源巖w(TOC)的評(píng)價(jià)主要通過(guò)樣品采集、測(cè)試的方法開(kāi)展，受烴源巖非均質(zhì)性和巖心(屑)測(cè)試樣品有限的雙重制約，通過(guò)巖心(屑)測(cè)試w(TOC)平均值粗略表征烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度的方法無(wú)法揭示w(TOC)在層序格架內(nèi)和平面上的發(fā)育特征，不能滿足研究區(qū)致密砂礫巖氣勘探及烴源巖評(píng)價(jià)的精細(xì)需求。

利用烴源巖測(cè)井評(píng)價(jià)方法可以快速計(jì)算得到井剖面上連續(xù)分布的w(TOC)[4]，不僅可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)取樣分析方法樣品離散、分辨率低的不足，還可以直觀剖析w(TOC)的垂向變化特征[5～7]，進(jìn)而明確優(yōu)質(zhì)烴源巖在空間上的分布特征[8～10]。目前，利用測(cè)井資料評(píng)價(jià)烴源巖w(TOC)的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，常見(jiàn)的評(píng)價(jià)技術(shù)包括ΔlgR技術(shù)及其改進(jìn)技術(shù)[11～14]，多元回歸技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。其中ΔlgR技術(shù)中的模型參數(shù)具有明確的地質(zhì)意義，可操作性較強(qiáng)，在實(shí)踐中應(yīng)用最廣泛。有學(xué)者[14,15]針對(duì)ΔlgR技術(shù)采用經(jīng)驗(yàn)參數(shù)預(yù)測(cè)w(TOC)導(dǎo)致預(yù)測(cè)誤差過(guò)大，以及人工確定“基線”的繁瑣和不確定性，提出并建立了變系數(shù)ΔlgR技術(shù)。還有學(xué)者[16]針對(duì)壓實(shí)作用和較高導(dǎo)電組分導(dǎo)致的陸相深層烴源巖在孔隙度和電阻率曲線上響應(yīng)不敏感的問(wèn)題，在保留ΔlgR技術(shù)具有削弱孔隙度干擾優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，利用對(duì)深層烴源巖響應(yīng)相對(duì)敏感的自然伽馬曲線替代傳統(tǒng)模型中的成熟度參數(shù)，建立了利用自然伽馬、聲波時(shí)差和電阻率測(cè)井曲線預(yù)測(cè)w(TOC)的廣義ΔlgR技術(shù)。

筆者利用廣義ΔlgR技術(shù)評(píng)價(jià)松遼盆地X地區(qū)致密氣源巖，依據(jù)測(cè)井評(píng)價(jià)結(jié)果，結(jié)合層序格架的劃分，落實(shí)烴源巖有機(jī)質(zhì)在垂向和平面上的分布特征，為該區(qū)致密砂礫巖氣的勘探選區(qū)奠定了基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)概況

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置和層序地層特征

X地區(qū)位于松遼盆地北部，勘探面積約1000km3，呈一凹兩凸的構(gòu)造格局，由侏羅紀(jì)晚期-白堊紀(jì)早期的NNW、NNE向左旋張扭作用形成。目的層沙河子組以不整合的方式超覆在下白堊統(tǒng)火石嶺組之上，地層厚度最大超過(guò)1200m，呈西厚東薄的楔狀特征，垂向上可劃分為2個(gè)二級(jí)層序、4個(gè)三級(jí)層序(圖1)。沙河子組的沉積類型多樣，包括扇三角洲、辮狀河三角洲、近岸水下扇、湖底扇等，整體上具有物源近、相變快的特征。沙河子組發(fā)育多種巖性，包括泥巖、粉砂巖、砂巖、砂質(zhì)礫巖、礫巖和煤層，其中暗色泥巖最發(fā)育，厚度一般400～800m，暗色泥巖與砂礫巖儲(chǔ)層疊置發(fā)育，為致密砂礫巖氣藏的形成奠定了基礎(chǔ)。

2 研究區(qū)烴源巖特征

2.1 烴源巖發(fā)育特征

沙河子組沉積于斷陷擴(kuò)張的鼎盛時(shí)期，隨著水體加深和可容納空間的急劇增大，沉積了一套厚度大、分布廣的烴源巖層，形成了斷陷內(nèi)的主力氣源巖[2]?；钴S的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致沙河子組沉積期間的水體震蕩頻繁，烴源巖的巖性、厚度、所含有機(jī)質(zhì)的多少均存在差異，烴源巖表現(xiàn)出較強(qiáng)的非均質(zhì)性。烴源巖的巖性包括黑色泥巖、灰黑色泥巖、灰色泥巖、灰綠色泥巖等，泥巖含砂或炭屑的現(xiàn)象比較普遍。烴源巖的單層厚度向靠近物源區(qū)方向變薄，最薄不足1m；向水體相對(duì)穩(wěn)定的深凹中心呈增厚趨勢(shì)，單層厚度最厚超過(guò)百米。烴源巖的鏡質(zhì)體反射率Ro一般為1.3%～2.4%，處于成熟-過(guò)成熟演化階段；烴源巖有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源于陸源高等植物，有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅲ型，局部湖相低等浮游生物形成Ⅱ型有機(jī)質(zhì)。烴源巖巖心實(shí)測(cè)w(TOC)介于0.12%～9.98%之間，不同樣品之間w(TOC)相差較大，表現(xiàn)出很強(qiáng)的非均質(zhì)性。

圖2 沙河子組烴源巖測(cè)井響應(yīng)特征

2.2 烴源巖測(cè)井響應(yīng)特征

傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，成熟烴源巖層具有“三高”的測(cè)井響應(yīng)特征，即高自然伽馬、高聲波時(shí)差和高電阻率。而研究區(qū)烴源巖的測(cè)井響應(yīng)特征具有“一高、兩平”的獨(dú)特性(圖2)，具體表現(xiàn)為：烴源巖層對(duì)應(yīng)的自然伽馬曲線較高，呈正異常特征；受強(qiáng)烈壓實(shí)作用的影響，烴源巖層對(duì)應(yīng)的孔隙度曲線相對(duì)平直，不能很好地反映有機(jī)質(zhì)豐度的波動(dòng)；此外，陸相烴源巖相對(duì)富含泥質(zhì)、束縛水、毛細(xì)管水等導(dǎo)電組分，含量較高的導(dǎo)電組分導(dǎo)致烴源巖層對(duì)應(yīng)的電阻率曲線平緩，整體呈中-低值，電阻率曲線也不能很好地反映有機(jī)質(zhì)豐度的波動(dòng)。

3 研究區(qū)烴源巖測(cè)井評(píng)價(jià)

3.1 烴源巖測(cè)井評(píng)價(jià)模型的選取

從前文分析可知，研究區(qū)烴源巖不僅非均質(zhì)性明顯，而且埋深大、導(dǎo)電組分含量高，因此烴源巖測(cè)井特征也比較特殊，不適合利用傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)技術(shù)預(yù)測(cè)烴源巖w(TOC)。廣義ΔlgR技術(shù)[7]利用“疊合法”有利于削弱孔隙度干擾的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，引入了對(duì)深層烴源巖測(cè)井響應(yīng)相對(duì)敏感的自然伽馬曲線，克服了聲波時(shí)差和電阻率曲線對(duì)深層烴源巖響應(yīng)不敏感的問(wèn)題，而且多條測(cè)井曲線蘊(yùn)含的烴源巖w(TOC)信息更豐富，預(yù)測(cè)結(jié)果的穩(wěn)定性也較好。為此，選用廣義ΔlgR技術(shù)評(píng)價(jià)烴源巖w(TOC) ，其擬合公式為：

ΔlgR=log(ρt/ρb)+0.02(Δt/Δtb)

(1)

w(TOC)=(a×qAPI+b) ×ΔlgR+Δw(TOC)

(2)

式中：ρt為電阻率；ρb為電阻率曲線的基線值；Δtb為聲波時(shí)差曲線的基線值；a和b為擬合公式的系數(shù)；Δw(TOC)為w(TOC)的背景值。

3.2 測(cè)井解釋模型的建立

優(yōu)選研究區(qū)3口烴源巖系統(tǒng)取樣井(WZ1井、WZ2井和WZ3井)的241個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)標(biāo)定模型內(nèi)關(guān)鍵系數(shù)a和b的值：首先，根據(jù)基線的概念，分別將3口井的聲波時(shí)差曲線和對(duì)數(shù)電阻率曲線疊合在細(xì)粒非烴源巖處重合，分別讀取Δtb和ρb，計(jì)算ΔlgR；然后，在上述操作的基礎(chǔ)上，結(jié)合巖心實(shí)測(cè)w(TOC)數(shù)據(jù)，得到“基線”處對(duì)應(yīng)的w(TOC)約為0.3%，因此，令Δw(TOC)=0.3%；最后，以3口井的實(shí)測(cè)w(TOC)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以式(2)計(jì)算w(TOC)和實(shí)測(cè)w(TOC)的誤差最小為目標(biāo)，求取a、b的最優(yōu)解。

按照上述操作方法得到研究區(qū)w(TOC)的預(yù)測(cè)公式為：

w(TOC)=(0.018×qAPI+0.15)×ΔlgR+0.3

(3)

利用式(1)和式(3)計(jì)算上述3口井的w(TOC)與實(shí)測(cè)w(TOC)的平均相對(duì)誤為17.4%(圖3)，計(jì)算值與實(shí)測(cè)值符合較好；將式(1)和式(3)用于研究區(qū)WZ5等5口具有實(shí)測(cè)w(TOC)數(shù)據(jù)的井以驗(yàn)證模型的效果，結(jié)果表明，模型預(yù)測(cè)w(TOC)與實(shí)測(cè)w(TOC)的平均相對(duì)誤差為20.1%(圖3(b))，證明筆者所建立的模型可靠。

圖3 廣義ΔLgR技術(shù)w(TOC)預(yù)測(cè)效果(a)及效果驗(yàn)證(b)

圖4 研究區(qū)沙河子組暗色泥巖w(TOC)等值線圖

3.3 研究區(qū)w(TOC)測(cè)井評(píng)價(jià)結(jié)果

利用所建立并經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的模型，完成了研究區(qū)35口井烴源巖層的w(TOC)預(yù)測(cè)，得到了井剖面上連續(xù)分布的w(TOC)。在該基礎(chǔ)上，剖析了烴源巖w(TOC)在平面上的分布特征和高w(TOC)烴源巖在層序格架內(nèi)的分布規(guī)律。

從平面上看，由單井暗色泥巖層計(jì)算w(TOC)的加權(quán)平均值繪制的等值線圖(圖4)可知，沙河子組不同沉積位置w(TOC)存在明顯差異，發(fā)育有2個(gè)w(TOC)高值中心：一個(gè)位于斷陷中心DS16井區(qū)，該井區(qū)沉積水體相對(duì)穩(wěn)定，暗色泥巖比較發(fā)育，泥地比接近90%，主要對(duì)應(yīng)有利于有機(jī)質(zhì)沉積和保存的深湖-半深湖環(huán)境，暗色泥巖w(TOC)平均值為3.57%；另一個(gè)位于斷陷東側(cè)近洼斜坡帶的SS4井區(qū)，該井區(qū)的泥地比達(dá)為82%，對(duì)應(yīng)相對(duì)有利于有機(jī)質(zhì)沉積和保存的淺湖-半深湖環(huán)境，暗色泥巖w(TOC)平均值達(dá)到2.54%。其他井區(qū)的暗色泥巖w(TOC)平均值一般在2.0%以下，斷陷邊部的暗色泥巖w(TOC)多數(shù)在1.0%以下，原因是斷陷邊部主要發(fā)育扇三角洲平原或辮狀河三角洲平原沉積，其較強(qiáng)的水動(dòng)力條件和偏氧化的沉積環(huán)境不利于有機(jī)質(zhì)的沉積和保存。

對(duì)于常規(guī)的“下生上儲(chǔ)”型油氣藏勘探而言，只要落實(shí)烴源巖宏觀展布和地球化學(xué)指標(biāo)的整體特征，即可對(duì)油氣勘探起到重要的指示作用。而對(duì)于頁(yè)巖油氣、致密砂巖油氣等近源成藏的非常規(guī)油氣勘探而言，鄰近烴源巖的致密儲(chǔ)存具有優(yōu)選成藏和形成“甜點(diǎn)”的優(yōu)勢(shì)，因此，烴源巖層內(nèi)局部發(fā)育的富集w(TOC)優(yōu)質(zhì)層段對(duì)油氣富集的控制意義更大，烴源巖內(nèi)部非均質(zhì)性刻畫(huà)顯得尤為重要。研究區(qū)砂礫巖層儲(chǔ)層與暗色泥巖互層發(fā)育并且普遍含氣，具有明顯近源成藏的特征，同時(shí)砂礫巖儲(chǔ)層壓裂后的產(chǎn)能差別很大。因此，落實(shí)研究區(qū)富集w(TOC)烴源巖在空間上的分布，對(duì)該區(qū)致密砂礫巖氣勘探區(qū)域的選取和探井部署都具有重要的指導(dǎo)意義。

高分辨率的烴源巖w(TOC)測(cè)井評(píng)價(jià)結(jié)果和層序地層格架研究成果，為落實(shí)富集w(TOC)優(yōu)質(zhì)層在凹陷內(nèi)的空間分布特征提供了有效手段。分析表明，同一層序內(nèi)部和不同層序之間烴源巖w(TOC)均存差異，以南北方向的連井剖面為例(圖5)，由層序發(fā)育相對(duì)較全的DS16井可知，該井 SQ4層序的計(jì)算w(TOC)曲線呈漏斗形，SQ3層序的計(jì)算w(TOC)曲線的上半部呈鐘形、下半部呈漏斗形，表明同一層序內(nèi)和不同層序之間均存在波動(dòng)，證明了烴源巖w(TOC)在層內(nèi)和層間均存在非均質(zhì)性。此外，對(duì)比不同層序烴源巖發(fā)育水平可知，除了SQ1沒(méi)有井鉆遇外，SQ4中上部和SQ3中部烴源巖的w(TOC)相對(duì)較高，w(TOC)多數(shù)可達(dá)到2.0%以上，平均值分別達(dá)到3.1%和2.4%，SQ2對(duì)應(yīng)的w(TOC)平均值為1.8%，相對(duì)偏低。可見(jiàn)，研究區(qū)富集w(TOC)的烴源巖主要發(fā)育在SQ4中上部和SQ3中部。

圖5 研究區(qū)烴源巖測(cè)井評(píng)價(jià)結(jié)果連井圖

4 結(jié)論

1)優(yōu)選廣義ΔlgR技術(shù)，通過(guò)利用研究區(qū)實(shí)測(cè)w(TOC)數(shù)據(jù)重新厘定模型內(nèi)關(guān)鍵參數(shù)，建立并驗(yàn)證了了適合研究區(qū)的烴源巖w(TOC)測(cè)井評(píng)價(jià)模型，實(shí)現(xiàn)了研究區(qū)35口井暗色泥巖w(TOC)的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，平均相對(duì)誤差不超過(guò)20.1%。

2)測(cè)井評(píng)價(jià)結(jié)果表明，松遼盆地X地區(qū)暗色泥巖w(TOC)多數(shù)在2.0%以下，部分超過(guò)3.0%。平面上w(TOC)存在2個(gè)高值區(qū)——DS16井區(qū)和SS4井區(qū)?？v向上w(TOC)相對(duì)較高的暗色泥巖主要發(fā)育在SQ4中上部和SQ3中部，w(TOC)均值分別達(dá)到3.1%和2.4%。