中拐凸起黏土化蝕變火山巖孔隙度評(píng)價(jià)方法

高衍武,胡婷婷,陳國軍,程亮,楊帆,肖華

(1.中國石油集團(tuán)測(cè)井有限公司測(cè)井應(yīng)用研究院, 陜西 西安 710077;2.中國石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院, 新疆 烏魯木齊 836413)

0 引 言

隨著巖性油氣藏勘探的不斷深入,各種大規(guī)?；鹕綆r油氣藏相繼被發(fā)現(xiàn),火山巖油氣藏勘探開發(fā)的巨大潛力使得火山巖儲(chǔ)集層的測(cè)井解釋技術(shù)成了各大油田關(guān)注的重點(diǎn)。與碎屑巖油氣藏相比,火山巖儲(chǔ)集層一般埋藏深度大,巖石類型變化多樣,非均質(zhì)性強(qiáng),孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜,前人在火山巖巖性識(shí)別、物性評(píng)價(jià)及流體識(shí)別方面做了大量工作,但研究對(duì)象多為未蝕變的火山巖。目前針對(duì)發(fā)生蝕變的火山巖測(cè)井解釋研究還相對(duì)較少,2012年申波等[1]利用主成分分析技術(shù)對(duì)蝕變砂巖儲(chǔ)層進(jìn)行孔隙度計(jì)算;2013年王春燕等[2]經(jīng)過分析火山巖X線衍射資料得出,火山巖蝕變產(chǎn)生的綠泥石、伊利石、高嶺石等黏土礦物對(duì)測(cè)井響應(yīng)特征影響較大,并建立了基于中子-電阻率的蝕變指數(shù)和基于密度-中子巖性指數(shù),通過對(duì)電阻率進(jìn)行蝕變校正,建立了蝕變火山巖流體識(shí)別方法;2016年楊雪[3]研究了不同原巖發(fā)生的蝕變類型,建立了三組分體積模型,在此基礎(chǔ)上結(jié)合不同巖性的變骨架中子-密度交會(huì)圖,計(jì)算出了不同巖性火山熔巖的黏土含量和孔隙度。2016年楊曉輝[4]利用常規(guī)測(cè)井資料多元線性回歸和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法計(jì)算泥質(zhì)含量完成了火成巖孔隙度計(jì)算。2017年孫茹雪[5]研究發(fā)現(xiàn),中基性火山巖發(fā)生蝕變后,隨著蝕變程度的加大,儲(chǔ)層的中子孔隙度逐漸變大以及電阻率逐漸減小,通過五組分ABC優(yōu)化算法計(jì)算儲(chǔ)層的黏土含量和孔隙度。2018年王敏等[6]利用中子曲線對(duì)中基性火成巖的蝕變層段進(jìn)行識(shí)別,并利用MOSTAFA模型計(jì)算蝕變層段的孔隙度。

圖1 X-20井蝕變英安巖黏土礦物微觀存在形式

前人研究多集中在蝕變的中基性火山熔巖方面,對(duì)發(fā)生黏土化蝕變的火山熔巖和火山碎屑巖的孔隙度定量計(jì)算研究較少。中拐凸起JL20井區(qū)石炭系發(fā)生蝕變的火山巖儲(chǔ)層與相鄰井區(qū)未發(fā)生蝕變火山巖儲(chǔ)層相比,前者的取心分析孔隙度與后者利用常規(guī)模型和變骨架模型計(jì)算得到的孔隙度有較大差異。通過對(duì)研究區(qū)25口井的薄片分析發(fā)現(xiàn),JL20井區(qū)中基性、中酸性火山熔巖和火山碎屑巖均存在不同程度的黏土化蝕變現(xiàn)象。而黏土含量對(duì)評(píng)價(jià)儲(chǔ)集層來說是一個(gè)十分重要的參數(shù),幾乎所有的測(cè)井方法都會(huì)受黏土含量的影響。地質(zhì)研究認(rèn)為,火山巖蝕變會(huì)使儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,產(chǎn)生的黏土礦物對(duì)測(cè)井響應(yīng)影響較大,如果忽略蝕變對(duì)儲(chǔ)層帶來的影響,將會(huì)給火山巖儲(chǔ)層物性評(píng)價(jià)帶來錯(cuò)誤認(rèn)識(shí),對(duì)測(cè)井解釋結(jié)果產(chǎn)生直接影響,進(jìn)而導(dǎo)致試油選層不準(zhǔn)而造成較大經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)這一難題,本文在分析黏土蝕變作用對(duì)常規(guī)、核磁共振測(cè)井響應(yīng)特征和儲(chǔ)層巖性物性影響的基礎(chǔ)上,優(yōu)選了敏感測(cè)井曲線;在測(cè)井系列分析的基礎(chǔ)上優(yōu)化了黏土蝕變程度指示因子,建立了研究區(qū)火山巖黏土蝕變程度指數(shù)模型,通過黏土蝕變程度指數(shù)刻度黏土含量,利用體積模型對(duì)發(fā)生黏土化蝕變火山巖熔巖和火山碎屑巖孔隙度進(jìn)行校正,解決了不同巖性、不同黏土化蝕變程度的火山巖孔隙度定量計(jì)算問題,為火山巖儲(chǔ)層試油選層、儲(chǔ)量計(jì)算及后期的勘探、開發(fā)提供一定的技術(shù)支持。

1 黏土化蝕變火山巖測(cè)井響應(yīng)特征

蝕變作用主要分非黏土化蝕變和黏土化蝕變2種。碳酸鹽化、鈉長(zhǎng)石化和脫?；划a(chǎn)生黏土礦物,屬于非黏土化蝕變,這些蝕變礦物可以發(fā)生水解和溶解,形成溶蝕孔隙,容易形成有利儲(chǔ)層,可以改善火山巖儲(chǔ)層的物性和孔隙結(jié)構(gòu)。黏土化蝕變?nèi)菀桩a(chǎn)生綠泥石、絹云母、伊利石、高嶺石等黏土礦物,不僅不能改善儲(chǔ)層物性,而且蝕變形成的黏土礦物會(huì)降低儲(chǔ)層孔隙的有效性[7-8]。

由研究區(qū)內(nèi)的薄片、掃描電鏡等資料分析可知(見圖1、圖2),研究區(qū)內(nèi)中基性、中酸性的火山巖熔巖和火山碎屑巖均發(fā)生黏土化蝕變。裂縫中半充填的為綠泥石,部分礦物已泥化、綠泥石化,滲透性差?？紫抖啾火ね恋V物填充,從而儲(chǔ)集能力弱,即使部分分析孔隙度較大,其孔隙有效性也較差。因此,有必要研究蝕變作用對(duì)測(cè)井響應(yīng)特征的影響。

圖2 X-20井蝕變玄武安山巖黏土礦物微觀存在形式

測(cè)井響應(yīng)是巖性、孔隙度、孔隙結(jié)構(gòu)和流體性質(zhì)的綜合反映,依據(jù)薄片分析及全巖礦物資料,當(dāng)火山巖中出現(xiàn)黏土化蝕變時(shí),各種曲線特征會(huì)發(fā)生變化。

(1)電阻率測(cè)井:蝕變產(chǎn)生的各種黏土礦物具有較高的陽離子交換能力[9],會(huì)導(dǎo)致電阻率降低,且黏土化程度越高,電阻率值越低,所以根據(jù)電阻率的變化可以反映黏土化蝕變程度[10]。

(2)中子測(cè)井:中子測(cè)井主要與巖石礦物成分和孔隙度有關(guān)。巖石蝕變產(chǎn)生的綠泥石、伊利石、高嶺石等黏土礦物含有大量的結(jié)晶水或結(jié)構(gòu)水,會(huì)導(dǎo)致中子孔隙度偏高,尤其是黏土化蝕變嚴(yán)重時(shí),中子測(cè)井值明顯高于未蝕變的同類巖石,所以中子測(cè)井可以有效地識(shí)別火山巖黏土化蝕變程度。

(3)密度測(cè)井:巖石黏土蝕變產(chǎn)生的綠泥石、伊利石、蒙脫石、沸石等細(xì)粒組分會(huì)造成密度測(cè)井值下降[11]。

(4)聲波測(cè)井:同類巖石黏土化蝕變產(chǎn)生的黏土礦物會(huì)使聲波時(shí)差值稍有增大,火山巖為致密儲(chǔ)層,黏土對(duì)聲波值的影響大于孔隙度對(duì)聲波值的影響[11-12]。

(5)核磁共振測(cè)井:常規(guī)儲(chǔ)層中核磁共振總孔隙度減去核磁共振有效孔隙度為泥質(zhì)束縛孔隙度,火山巖黏土化蝕變產(chǎn)生的黏土?xí)沟煤舜殴舱裼行Э紫抖冉档?從而泥質(zhì)束縛孔隙度增加[13]。

根據(jù)薄片分析資料,選取發(fā)生黏土化蝕變的火山巖熔巖和火山碎屑巖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室孔隙度分析,由于黏土化蝕變對(duì)常規(guī)測(cè)井資料影響較大,利用常規(guī)測(cè)井曲線建立的物性模型所計(jì)算的孔隙度明顯大于分析孔隙度(見圖3),同時(shí)黏土蝕變程度越重,兩者誤差越大。因此必須對(duì)發(fā)生黏土蝕變火山巖熔巖和火山碎屑巖的計(jì)算孔隙度進(jìn)行校正,而在對(duì)黏土化蝕變的火山巖物性進(jìn)行校正之前,首先需要研究火山巖的黏土化蝕變程度情況。

圖3 地區(qū)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)計(jì)算孔隙度與分析孔隙度對(duì)比

2 黏土蝕變程度指數(shù)建模

火山巖儲(chǔ)層屬于低孔隙度低滲透率致密儲(chǔ)層,通過分析可知黏土化蝕變作用對(duì)測(cè)井曲線響應(yīng)特征的影響較大,而流體對(duì)火山巖測(cè)井曲線響應(yīng)特征的影響不明顯,所以本文不考慮流體對(duì)各測(cè)井曲線響應(yīng)特征的影響。經(jīng)過文獻(xiàn)調(diào)研,按照不同測(cè)井系列建立了蝕變程度的不同指示因子。

(1)中子-密度放射性測(cè)井系列

由于火山巖巖性復(fù)雜,每種巖性礦物組分多樣,利用常規(guī)的中子-密度差值法可指示常規(guī)砂泥巖泥質(zhì)含量[14]和火山巖巖性變化情況[2],但由于火山巖巖性復(fù)雜多變,簡(jiǎn)單的差值法無法反映各巖性的黏土化蝕變程度,因而需要采用中子-密度比值法。由于黏土化蝕變會(huì)引起中子值增大和密度值減小,因此中子-密度比值法不僅可以反映黏土化蝕變程度,而且消除了不同巖性的影響,因此建立了黏土化蝕變指示因子ISh1=CNL/DENa。在實(shí)際應(yīng)用中,火山巖儲(chǔ)層隨著蝕變程度的加強(qiáng),黏土含量的增加會(huì)造成中子值增大和密度值減小,通常密度減小幅度在0～10%之間,中子的增大幅度在0～50%之間,因此需要增加密度曲線值的權(quán)重,依據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn),確定a=2。

(2)聲波-電阻率聲電測(cè)井系列

(3)核磁共振測(cè)井系列

結(jié)合研究區(qū)的實(shí)際地質(zhì)情況,為了更好地指示黏土化蝕變程度,定義了火山巖黏土蝕變程度指數(shù)IAL的數(shù)學(xué)表達(dá)式

(1)

式中,AC為聲波測(cè)井值,μs/ft[注]非法定計(jì)量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同;CNL為中子測(cè)井值,%;DEN為密度測(cè)井值,g/cm3;Rt為深側(cè)向電阻率,Ω·m;φe為核磁共振有效孔隙度,%;φt為核磁共振總孔隙度,%。

根據(jù)研究區(qū)的巖石薄片分析資料來標(biāo)定測(cè)井參數(shù),結(jié)合計(jì)算的黏土蝕變程度指數(shù)IAL曲線(見圖4、圖5)可知,中基性火山熔巖、中酸性火山熔巖和火山角礫巖均發(fā)生了黏土化蝕變。計(jì)算的黏土蝕變程度指數(shù)IAL越大,表明黏土化蝕變程度越高;黏土蝕變程度指數(shù)IAL越小,則說明巖性蝕變程度越低;黏土蝕變程度指數(shù)IAL趨于零(不等于零),表明巖石沒有發(fā)生黏土化蝕變。同時(shí),針對(duì)凝灰?guī)r層段,如圖4中2 787～2 804 m層段和圖5的2 922～2 929 m層段的凝灰?guī)r,計(jì)算的黏土蝕變程度指數(shù)IAL最大,表明為非儲(chǔ)層段,近似為常規(guī)泥巖段,與傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)一致。

圖4 X-20井英安巖與玄武安山巖蝕變程度指數(shù)計(jì)算與薄片鑒定對(duì)比圖

3 黏土化蝕變火山巖孔隙度校正

根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)和巖石物理統(tǒng)計(jì)分析,可發(fā)現(xiàn)黏土蝕變程度指數(shù)與黏土含量呈正相關(guān)關(guān)系,因此理論上可以把黏土蝕變程度指數(shù)曲線轉(zhuǎn)換成黏土含量曲線。首先對(duì)黏土蝕變程度指數(shù)進(jìn)行歸一化處理,使其刻度在0～100范圍內(nèi),然后再與黏土含量分析數(shù)據(jù)建立相關(guān)關(guān)系。

(2)

Vsh=aIAL*+b

(3)

式中,IAL*為歸一化后的黏土蝕變程度指數(shù);IAL,min為計(jì)算的黏土蝕變程度指數(shù)最小值;IAL,max為計(jì)算的黏土蝕變程度指數(shù)最大值;Vsh為黏土含量,%;a、b為常數(shù)。

以X-15井為例,先對(duì)黏土蝕變程度指數(shù)進(jìn)行歸一化處理,再與黏土含量建立相關(guān)關(guān)系(見圖6),得到黏土含量曲線。

(4)

Vsh=0.671IAL*+11.273

(5)

(6)

再利用常規(guī)孔隙度模型[見式(6)]加入泥質(zhì)校正后計(jì)算儲(chǔ)層孔隙度。通過對(duì)25口取心分析井的物性分析資料進(jìn)行驗(yàn)證(見圖7),可知原參數(shù)計(jì)算孔隙度與巖心分析孔隙度相關(guān)性較差,而經(jīng)校正過的孔隙度與巖心分析孔隙度相關(guān)性較好,吻合度較高,兩者相關(guān)系數(shù)R為0.926。因此,該方法很好地解決了黏土化蝕變火山巖孔隙度計(jì)算不準(zhǔn)確的問題,計(jì)算結(jié)果更符合生產(chǎn)要求。

圖6 X-15井黏土含量與歸一化蝕變程度指數(shù)關(guān)系圖

圖7 X-15井孔隙度校正成果圖

4 結(jié) 論

(1)通過對(duì)測(cè)井、巖石物理等相關(guān)資料進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)火山巖黏土化蝕變產(chǎn)生的黏土礦物會(huì)使儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)變差,降低儲(chǔ)層有效性。在測(cè)井響應(yīng)特征方面,黏土化蝕變會(huì)導(dǎo)致中子孔隙度變大,聲波時(shí)差增大,電阻率低值,測(cè)井密度值減小,核磁共振泥質(zhì)束縛孔隙度增大,大大的降低了儲(chǔ)層孔隙度評(píng)價(jià)的精確性。

(2)通過分析黏土化蝕變作用對(duì)測(cè)井資料的影響,在測(cè)井系列分析的基礎(chǔ)上建立了黏土化蝕變程度指數(shù)模型。利用該模型能有效區(qū)分火山巖儲(chǔ)層是否發(fā)生黏土化蝕變以及黏土化蝕變程度的高低。黏土蝕變程度指數(shù)IAL越大,表明黏土化蝕變程度越高;黏土蝕變程度指數(shù)IAL越小,則說明巖性蝕變程度越低;黏土蝕變程度指數(shù)IAL趨于零(不等于零),表明巖石沒有發(fā)生黏土化蝕變。

(3)利用黏土蝕變程度指數(shù)計(jì)算了黏土含量曲線,最終實(shí)現(xiàn)了火山巖儲(chǔ)層孔隙度定量評(píng)價(jià),提高了黏土化蝕變火山巖儲(chǔ)層孔隙度評(píng)價(jià)精度,較好解決了黏土化蝕變火山巖儲(chǔ)層物性定量評(píng)價(jià)的難題。

(4)該方法在中拐凸起和克拉美麗石炭系火山巖儲(chǔ)層中進(jìn)行了推廣應(yīng)用,取得了顯著效果。同時(shí)該方法對(duì)黏土化蝕變火山巖試油選層和儲(chǔ)量提交意義重大,也為后期火山巖油氣田的勘探開發(fā)提供了一定的技術(shù)支持。