么春雨 苑仁國(guó) 魏雪蓮
(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司)
2017年渤海油田在渤中區(qū)域太古界潛山中發(fā)現(xiàn)了千億方凝析油氣田[1],由此引發(fā)這兩年諸多探井將古潛山作為勘探目標(biāo)。由于古潛山地層與上覆新生代地層屬于不同壓力系統(tǒng),如果鉆井作業(yè)過程中使用高密度鉆井液鉆進(jìn)潛山的進(jìn)尺過多,則容易導(dǎo)致井漏、井眼垮塌等工程事故,故亟需井場(chǎng)地質(zhì)技術(shù)人員準(zhǔn)確識(shí)別潛山界面,控制進(jìn)山進(jìn)尺,以減少這種工程作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。渤海油田一般通過對(duì)錄井巖屑中特殊巖性的發(fā)現(xiàn)及識(shí)別來判斷是否進(jìn)入古潛山。但由于PDC鉆頭切削的巖屑細(xì)碎,單憑技術(shù)人員主觀判斷很難及時(shí)卡準(zhǔn)潛山界面。近些年隨著X射線元素錄井技術(shù)在渤海油田的廣泛應(yīng)用,也給井場(chǎng)識(shí)別潛山界面帶來了新的技術(shù)手段。
元素錄井技術(shù)是通過對(duì)樣品中的Mg、Al、Si、P、S、Cl、K、Ca、Ba、Ti、Mn、Fe等十多種元素的檢測(cè)分析,依據(jù)元素構(gòu)成礦物、礦物組成巖石、巖石組合成地層的關(guān)系,來識(shí)別巖性和進(jìn)行地層層位判斷[2]。渤海油田使用的元素錄井,一般間隔5 m取一份10 g巖屑混樣,并提供與取樣深度對(duì)應(yīng)的17種元素的譜圖和曲線圖兩項(xiàng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。由于檢測(cè)到的元素種類繁多及受測(cè)量環(huán)境和混有舊巖屑的影響,實(shí)際應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)并不能直觀清晰地識(shí)別出潛山界面。目前國(guó)內(nèi)對(duì)元素錄井的研究方法主要有譜圖法、曲線法、數(shù)值法及數(shù)學(xué)地質(zhì)法等[3],由于研究區(qū)之間沉積環(huán)境的差異性及樣品代表性不同,這些用于特定研究區(qū)的解釋方法在渤海油田并不適用。在渤海油田細(xì)分構(gòu)造帶研究成果[4]的基礎(chǔ)上,筆者通過歸納總結(jié)渤中凹陷某區(qū)塊元素特征,篩選主要相關(guān)元素,建立了新型的曲線和潛山巖性投點(diǎn)解釋圖板。
元素錄井檢測(cè)得到的地層元素種類繁多,對(duì)研究區(qū)渤中某區(qū)塊統(tǒng)計(jì)分析,可將元素的含量按10的對(duì)數(shù)數(shù)量級(jí)分為4個(gè)等級(jí):主要元素(含量1%以上)、次要元素(含量0.1%~1%)、微量元素(含量0.01%~0.1%)和極少量元素(含量0.001%~0.01%)。例如研究區(qū)BZXX-1井沙河街組井深4 480 m砂巖中5種主要元素分布順序?yàn)镾i、Al、K、Fe、Ca;4種次要元素分布順序?yàn)镸g、Ti、S、Na;4種微量元素分布順序?yàn)锽a、Mn、Cl、Sr;4種極少量元素分布順序?yàn)閂、Zr、P、Ni(圖1)。巖性變化時(shí),主要和次要等級(jí)各元素的分布位置關(guān)系及數(shù)量級(jí)會(huì)發(fā)生改變,其他等級(jí)的元素分布位置關(guān)系也可能發(fā)生變化,但極少跳出既定的數(shù)量級(jí),故在編制新的曲線圖板時(shí),可以除去一些含量極少、變化小及易受測(cè)量環(huán)境影響的極少量元素,并減少微量元素個(gè)數(shù),達(dá)到“以主要元素為主,次要元素為輔,兼顧微量元素”的元素篩選原則,既可增強(qiáng)橫向可對(duì)比性,同時(shí)也不失各構(gòu)造帶的一些細(xì)微特征。
圖1 BZXX-1井沙河街組井深4 480 m砂巖元素含量分布
統(tǒng)計(jì)渤中凹陷某區(qū)塊不同巖性各元素含量曲線變化時(shí)發(fā)現(xiàn),一方面某些元素變化具有相關(guān)性,如研究區(qū)BZXX-7井在東三段井深4 400 m附近鉆遇玄武巖時(shí),相關(guān)元素Si、Al、Ca等同時(shí)下降,相關(guān)元素Mg、Fe、Ti等同時(shí)上升;另一方面,單獨(dú)分析一條元素含量曲線變化時(shí)還具有多解性,如該井在沙河街組4 430 m附近鉆遇白云質(zhì)灰?guī)r,元素Ca、Mg含量曲線同時(shí)突然上升,鉆遇玄武巖和白云質(zhì)灰?guī)r,Mg元素都呈現(xiàn)上升變化(圖2)。為使曲線圖板更加清晰簡(jiǎn)潔指示潛山界面,可以減少相關(guān)元素個(gè)數(shù),同時(shí)由于多解性存在,應(yīng)該找出兩種以上的元素曲線特征,來證實(shí)潛山界面。
圖2 BZXX-7井沙河街組4 390~4 440 m井段砂巖部分元素含量曲線
研究區(qū)進(jìn)山模式一般為泥巖進(jìn)山,太古界潛山巖性為斜長(zhǎng)片麻巖,顏色較淺,石英和長(zhǎng)石含量較高,暗色礦物含量較少。結(jié)合元素代表的地質(zhì)意義,并考量元素的含量、相關(guān)性及多解性,將檢測(cè)到的17種元素優(yōu)化縮減至6條特征曲線,將其組成3對(duì)元素曲線道:第一道Na、Fe曲線組合代表火成巖特征,指示火成巖斜長(zhǎng)石和暗色礦物含量變化;第二道S、Si曲線組合代表沉積巖特征,指示泥質(zhì)和石英含量變化;第三道Ca、Mn曲線組合代表沉積間斷,依據(jù)研究區(qū)統(tǒng)計(jì)規(guī)律可知,Ca、Mn與風(fēng)化殼和不整合面關(guān)系密切(圖3)。
利用已建立的新型元素錄井曲線解釋圖板發(fā)現(xiàn):首先,能清晰指示潛山界面,第一道和第二道曲線交會(huì)處共同指示潛山界面,與測(cè)井自然伽馬和電阻率曲線解釋界面一致;Na元素曲線升高代表斜長(zhǎng)石含量增多,F(xiàn)e元素下降代表暗色礦物含量降低,S元素降低代表烴源巖泥質(zhì)含量較少,Si元素升高代表石英含量增多,與研究區(qū)泥巖進(jìn)山的礦物含量變化特征一致。其次,統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)研究區(qū)潛山之上普遍存在一個(gè)富集Ca元素的風(fēng)化殼,且厚度不等,這是進(jìn)山的預(yù)兆。最后,由于潛山界面不整合面有錳結(jié)核等礦物富集,其附近Mn元素存在一個(gè)峰值。
圖3 BZXX-12井元素錄井曲線解釋圖板
由厚層砂泥巖鉆進(jìn)潛山時(shí),井底返出的巖屑常?;煊猩澳鄮r,為使元素錄井檢測(cè)分析到的潛山巖性各項(xiàng)元素含量準(zhǔn)確,盡量挑取成形且具有代表性的巖屑。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),研究區(qū)潛山片麻巖的Na和K元素含量普遍高于砂泥巖(表1)。為建立研究區(qū)潛山片麻巖投點(diǎn)解釋圖板,采用地層中普遍存在的元素Si+Al含量為縱坐標(biāo),以潛山特征元素Na+K含量為橫坐標(biāo)(圖4)。在潛山片麻巖投點(diǎn)解釋圖板上,可以清晰區(qū)分片麻巖區(qū)域和砂泥巖區(qū)域,片麻巖區(qū)域元素Si+Al的含量與Na+K含量正相關(guān)性較強(qiáng),砂泥巖區(qū)域元素Si+Al的含量與Na+K含量則不相關(guān)。
表1 BZXX-12井部分井段巖屑的主要元素含量
圖4 BZXX-12、BZXX-15井潛山片麻巖投點(diǎn)解釋圖板
渤中某區(qū)塊BZXX-15井預(yù)測(cè)潛山深度為4 661 m,鉆進(jìn)至井深4 621 m處 ,元素錄井 Na 元素突升、Fe元素下降、S元素下降、Si元素上升、Ca元素突降、Mn元素在其附近有個(gè)抬升小隆起,之后下降(圖5);新型元素曲線解釋圖板在4 621 m處指示鉆遇太古界潛山界面,與鄰井BZXX-12井對(duì)比曲線變化特征一致;之后繼續(xù)鉆進(jìn)3 m建立地質(zhì)循環(huán),加密取樣分析。
依據(jù)加密樣的元素?cái)?shù)據(jù),使用投點(diǎn)解釋圖板識(shí)別潛山巖性時(shí),由于受儀器刻度、測(cè)量環(huán)境等因素的影響,不同井同類元素?cái)?shù)據(jù)之間必然存在一定程度的系統(tǒng)誤差[5]??梢酝ㄟ^厚層泥巖標(biāo)志層同種元素之間均差,來消除此類誤差。經(jīng)校正后,在研究區(qū)片麻巖圖板上,準(zhǔn)確識(shí)別出井底4 621 m之后巖屑屬于片麻巖巖性(圖4)。結(jié)合巖屑實(shí)際情況,綜合判斷進(jìn)入太古界潛山,與后續(xù)電測(cè)結(jié)果一致。
使用元素錄井的新型解釋圖板,并進(jìn)行井間橫向?qū)Ρ?,在預(yù)測(cè)誤差60 m左右的情況下,使研究區(qū)太古界潛山界面卡取準(zhǔn)確率達(dá)到90%(表2),在確保井上安全的同時(shí),完成了該區(qū)塊潛山內(nèi)幕的油氣勘探。
圖5 BZXX-12井與BZXX-15井的元素錄井曲線對(duì)比
表2 渤中某區(qū)塊10口井潛山界面深度統(tǒng)計(jì) m
井名預(yù)測(cè)深度實(shí)際深度預(yù)測(cè)誤差(實(shí)際-預(yù)測(cè))元素錄井深度是否準(zhǔn)確BZXX-74 5234 525+24 525√BZXX-84 5184 565+474 485×BZXX-94 7534 798+454 798√BZXX-104 4534 417-364 417√BZXX-114 5814 574-74 574√BZXX-124 7904 828+384 828√BZXX-134 4734 518+454 518√BZXX-144 2664 341+754 341√BZXX-154 6614 621-404 621√BZXX-164 8394 903+644 903√
注:“+”表示深,“-”表示淺,“√”表示準(zhǔn)確,“×”表示不準(zhǔn)確
在“細(xì)分構(gòu)造帶”研究成果的基礎(chǔ)上,建立了渤中凹陷元素錄井識(shí)別潛山界面的新圖板,解釋符合率較高,能夠?yàn)榫畧?chǎng)技術(shù)人員快速準(zhǔn)確地識(shí)別潛山界面提供可靠依據(jù),對(duì)渤海油田其他構(gòu)造帶元素解釋新圖板的建立有著指導(dǎo)意義。但研究也發(fā)現(xiàn)了元素錄井解釋的瓶頸:不能區(qū)分潛山之上的“近物源”坡積砂巖與潛山母巖,尚需從母巖中不穩(wěn)定元素淋濾流失的角度繼續(xù)探索。