基于變系數(shù)Δlg R技術(shù)的陸相烴源巖總有機碳含量測井評價

黃勝,劉文華,代紅霞,王緒,孫連志,劉大勇

(中國石油集團測井有限公司華北分公司,河北任丘062552)

0 引 言

目前評價烴源巖有機質(zhì)(總有機碳含量,TOC)豐度的方法有2種:①通過實驗測試烴源巖TOC數(shù)值,優(yōu)點是數(shù)據(jù)可信度高,不足是縱向分辨率低,在測試樣品有限的情況下,難以客觀地表征地下烴源巖段TOC的縱向分布。②建立TOC數(shù)值與測井曲線的定量關(guān)系,利用測井資料計算TOC[1-3],具有周期短、費用低、分辨率高的優(yōu)點,評價結(jié)果可服務(wù)于優(yōu)質(zhì)烴源巖的識別[4]、不同豐度級別烴源巖油氣貢獻量的計算[5]、致密油氣資源甜點區(qū)的預(yù)測[6]。

烴源巖TOC測井評價已發(fā)展出多元回歸、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、ΔlgR技術(shù)等方法[3]。其中,ΔlgR技術(shù)所需資料容易獲取、操作便捷,在貧泥質(zhì)、富含TOC烴源巖測井評價方面,取得了較好的應(yīng)用效果[5-7],但對富泥質(zhì)、貧有機質(zhì)的陸相烴源巖層,應(yīng)用效果不佳。為此,有學(xué)者對ΔlgR技術(shù)進行了修改。如在研究層段內(nèi)基線和成熟度值基本不變的情況下,將ΔlgR技術(shù)轉(zhuǎn)化為多元回歸方程[7-8];針對基線讀取過程的繁瑣和人為誤差的問題,提出利用計算機確定基線的方法[9-11];指出TOC預(yù)測誤差對模型參數(shù)變化敏感[12],將模型關(guān)鍵參數(shù)作為待定系數(shù)[13],建立變系數(shù)ΔlgR技術(shù)。

以松遼盆地C地區(qū)XI組烴源巖為例,針對烴源巖層富含泥巖、貧有機組分、非均質(zhì)強的特點,以及模型參數(shù)不唯一、TOC預(yù)測公式通用性差的問題,采用變系數(shù)ΔlgR技術(shù)預(yù)測TOC,依據(jù)研究區(qū)具體地質(zhì)資料并針對單井厘定模型參數(shù)。通過與其他技術(shù)方法對比,證實變系數(shù)ΔlgR技術(shù)預(yù)測TOC的優(yōu)越性。

1 模型方法與原理

1.1 變系數(shù)Δlg R方法

變系數(shù)ΔlgR技術(shù)[12-13]的預(yù)測公式為

ΔlgR=k(lgR-Lb)+(1-k)(Δt-Lb)

(1)

TOC=aΔlgR+b

(2)

式中,R為電阻率,Ω·m;Δt為聲波時差,μs/ft(1)非法定計量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同;Lb為聲波時差和電阻率曲線的基線值;k和a為待定系數(shù);b為經(jīng)驗值,相當(dāng)于有機碳含量的背景值。

變系數(shù)ΔlgR技術(shù)對傳統(tǒng)ΔlgR技術(shù)進行了3點改進。①比例系數(shù)。傳統(tǒng)ΔlgR技術(shù)認為比例系數(shù)為定值,變系數(shù)ΔlgR技術(shù)將其視為具有地質(zhì)意義的待定系數(shù)。②成熟度參數(shù)。變系數(shù)ΔlgR技術(shù)將包含成熟度(LOM)一項整體視為變量(a),認為該變量與烴源巖沉積環(huán)境、熱演化程度相關(guān)。③基線值。變系數(shù)ΔlgR技術(shù)采用相對基線值(Lb),即對聲波時差曲線和電阻率曲線進行標(biāo)準(zhǔn)化處理,使得兩者的數(shù)量級相當(dāng),避免不同測井儀器造成的系統(tǒng)性誤差,利用計算機計算基線值。

1.2 待定系數(shù)的預(yù)測

變系數(shù)ΔlgR技術(shù)[6-8]的核心是將模型內(nèi)的關(guān)鍵參數(shù)視為待定系數(shù),待定系數(shù)具有地質(zhì)意義,并直接影響TOC預(yù)測效果。

(1)待定系數(shù)k。該參數(shù)的預(yù)測基于ΔlgR技術(shù)的疊合法思想,即認為干擾TOC測井響應(yīng)的因素(包括巖性、孔隙度、流體性質(zhì)等)在聲波時差和電阻率曲線上的響應(yīng)遵循一定規(guī)律,將這種規(guī)律定量化(即待定系數(shù)k),按該比例將聲波時差曲線和電阻率曲線反方向疊合,則可削弱干擾因素[13]。由于不同盆地、地區(qū)、單井的干擾因素可能存在差異,因此,待定系數(shù)k不是定值。

(2)待定系數(shù)a。ΔlgR技術(shù)認為待定系數(shù)a僅與烴源巖的成熟度有關(guān)不同,變系數(shù)ΔlgR技術(shù)認為a還與烴源巖沉積環(huán)境和熱演化程度相關(guān)。原因是式(2)中烴源巖TOC含量與沉積環(huán)境和熱演化程度密切相關(guān),ΔlgR反映烴源巖測井特征,據(jù)此推斷,a應(yīng)該與烴源巖沉積環(huán)境存在關(guān)系[13]。

1.3 待定系數(shù)的厘定原則

為便于論述,記最小TOC預(yù)測誤差為最小誤差,最小誤差對應(yīng)的k、a分別為最優(yōu)k值和最優(yōu)a值,上述3個值均通過實測TOC數(shù)據(jù)標(biāo)定得到[12]。即通過典型井計算最優(yōu)待定系數(shù)并應(yīng)用于周邊井得到的TOC預(yù)測誤差為外推誤差(見圖1)。若同一盆地或區(qū)塊內(nèi)兩者變化不大,外推誤差能夠滿足勘探需要,則可從盆地或區(qū)塊尺度確定待定系數(shù);反之,則需要針對單井厘定待定系數(shù)。

圖1 待定系數(shù)與TOC預(yù)測誤差關(guān)系示意圖[14]

2 實例應(yīng)用

2.1 烴源巖非均質(zhì)性及測井響應(yīng)

研究區(qū)位于松遼盆地的中部,斷陷層序中的XI組發(fā)育厚層的泥質(zhì)烴源巖,顏色呈灰色、灰黑色和黑色,局部發(fā)育煤層。烴源巖單層厚度從不足1 m到幾十米,巖心(屑)實測TOC介于0.12%～9.98%之間,處于成熟—高成熟的演化階段。井剖面上TOC頻繁波動,離散的取心資料不足以反映TOC的垂向變化。烴源巖層具有高自然伽馬、中高聲波時差、低密度的特征,受高泥質(zhì)含量的影響,電阻率響應(yīng)偏低,具有一定的特殊性(見圖2)。

圖2 XI組烴源巖測井響應(yīng)特征

2.2 待定系數(shù)的厘定

2.2.1針對單井厘定待定系數(shù)

從全區(qū)優(yōu)選出TOC和測井曲線齊全的38口井,分別計算單井最優(yōu)k值、最優(yōu)a值和最小誤差,通過選取的典型井外推到周邊其他井得到外推誤差。從外推誤差與最小誤差對比關(guān)系可知(見圖3),外推誤差與最小誤差的差值(誤差增量)多數(shù)超過10%,接近一半井的外推誤差超過30%,誤差較大。由此,從區(qū)塊尺度建立TOC預(yù)測公式,無法準(zhǔn)確評價所有單井TOC,有必要針對單井厘定待定系數(shù)。

圖3 待定系數(shù)k和a對TOC預(yù)測誤差的影響

2.2.2厘定待定系數(shù)的方法

根據(jù)待定系數(shù)k的地質(zhì)意義,粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖與烴源巖的性質(zhì)最接近,而且基本不含TOC,更能反映干擾因素的測井特征[13],為此,利用粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖測井特征確定k值。從目的層中篩選出粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖,針對它們分別以lgR和Δt為橫、縱坐標(biāo),建立lgR-Δt交會圖,交會圖的斜率的絕對值即為待定系數(shù)k值。

研究區(qū)XI組厚層烴源巖段比砂、泥頻繁互層段的TOC高,且烴源巖TOC隨著演化程度的增高而降低。如XI組38口單井的最優(yōu)a值隨H(烴源巖總厚度/烴源巖層數(shù))增大呈增大趨勢,表明待定系數(shù)a與H呈正相關(guān);H值相同時,a值隨Ro的降低呈增大趨勢,如Ro小于2.0部分比大于2.0部分a值偏大,表明待定系數(shù)a與Ro呈負相關(guān)趨勢。據(jù)此,建立了預(yù)測公式為

A=α×H/Ro+β

(3)

式中,α和β為擬合公式的系數(shù),通過最小二乘法計算求取;H為平均單層烴源巖厚度;Ro為烴源巖鏡質(zhì)體反射率,取目標(biāo)層段實測Ro的平均值,單井缺少實測數(shù)據(jù)時依據(jù)Ro與埋深關(guān)系推算(見圖4)。

圖4 待定系數(shù)a與烴源巖厚度、Ro的關(guān)系

2.2.3待定系數(shù)預(yù)測結(jié)果可靠性驗證

圖5為研究區(qū)典型井待定系數(shù)k、a的預(yù)測結(jié)果。從圖5(a)可以看出,預(yù)測k值與最優(yōu)k值比較接近,預(yù)測k值對應(yīng)的TOC預(yù)測誤差接近最小誤差,38口井預(yù)測誤差與最小誤差平均差值為4.5%。從圖5(b)可以看出,預(yù)測a值與最優(yōu)a值以及兩者對應(yīng)的TOC誤差也比較接近,38口井外推誤差與最小誤差平均相差4.9%。由此可知,待定系數(shù)的預(yù)測方法是可靠的。

圖5 待定系數(shù)k、a預(yù)測效果檢驗

2.3 效果及分析

2.3.1應(yīng)用效果及對比

圖6 變系數(shù)Δlg R技術(shù)預(yù)測TOC與實測TOC對比

將變系數(shù)ΔlgR技術(shù)應(yīng)用于全區(qū)所有單井烴源巖TOC評價,統(tǒng)計模型預(yù)測TOC值與實測TOC值得到兩者的平均相對誤差為16.6%(見圖6),滿足研究區(qū)勘探需求。從單井上看,測井計算TOC與實測TOC值變化趨勢吻合,表明測井評價結(jié)果能夠準(zhǔn)確地反映烴源巖TOC的垂向變化(見圖7),可以用于烴源巖非均質(zhì)性精細刻畫。

圖7 Cx11井XI組TOC測井評價結(jié)果

將ΔlgR技術(shù)和多元回歸分析方法應(yīng)用在研究區(qū)。表1中列出了測井模型、模型參數(shù)預(yù)測方法和TOC預(yù)測誤差?？梢钥闯?ΔlgR技術(shù)和多元回歸分析方法預(yù)測TOC平均相對誤差分別為32.2%、29.8%,變系數(shù)ΔlgR技術(shù)比上述2種方法的誤差平均降低15.6%、13.2%。顯然,變系數(shù)ΔlgR技術(shù)的TOC預(yù)測效果更可靠,更適合研究區(qū)烴源巖TOC評價。

2.3.2誤差分析

結(jié)合單井TOC預(yù)測誤差的分布規(guī)律(見圖8),剖析不同方法的誤差原因。①研究區(qū)烴源巖非均質(zhì)強,無法建立統(tǒng)一的TOC預(yù)測公式(模型待定系數(shù)通用性差),因此,3種方法TOC預(yù)測誤差均偏高。②變系數(shù)ΔlgR技術(shù)針對單井確定待定系數(shù),改善了模型對單井的適用性,單井TOC預(yù)測誤差主要分布在10%～20%之間,因而平均誤差不超過20%。③ΔlgR技術(shù)采用經(jīng)驗公式預(yù)測TOC,受經(jīng)驗參數(shù)的通用性差的影響,單井TOC誤差多數(shù)分布在20%～40%之間,所以平均誤差超過30%。④多元回歸分析是純數(shù)學(xué)方法,多條測井曲線中蘊含豐富的TOC測井信息,對部分井的應(yīng)用效果較好,TOC誤差不超過20%;然而,測井曲線越多也引入冗贅信息,越會導(dǎo)致相當(dāng)一部分井TOC誤差超過30%,這種兩級分化最終使得多元回歸分析方法TOC誤差接近30%。

表1 不同方法預(yù)測TOC誤差對比

圖8 不同方法預(yù)測TOC誤差分布區(qū)間

3 結(jié) 論

(1)變系數(shù)ΔlgR技術(shù)將ΔlgR技術(shù)的經(jīng)驗參數(shù)作為待定系數(shù),針對盆地、區(qū)塊或單井厘定待定系數(shù),模型所需資料容易獲取,能夠?qū)崿F(xiàn)低有機質(zhì)豐度、強非均質(zhì)烴源巖TOC準(zhǔn)確預(yù)測。

(2)研究區(qū)單井之間測井評價模型參數(shù)的通用性差,采用依據(jù)單井厘定待定系數(shù)的方法,變系數(shù)ΔlgR技術(shù)預(yù)測TOC預(yù)測誤差比ΔlgR技術(shù)和多元回歸方法分別降低15.6%和13.2%。

(3)針對泥質(zhì)烴源巖層確定待定系數(shù)k和a,預(yù)測方法具有一定的適用范圍,在其他盆地或地區(qū)應(yīng)用過程中,建議結(jié)合實際資料驗證方法的可行性,必要時也可按照本文中的方法思路,進一步完善待定系數(shù)的預(yù)測方法。