元素組合解釋圖板在潛山界面識(shí)別中的應(yīng)用

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)

0 引 言

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。

1 篩選主要相關(guān)元素

1.1 元素含量分布特征

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

1.2 元素相關(guān)性和多解性

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

2 建立研究區(qū)新型元素錄井解釋圖板

2.1 建立潛山界面的曲線解釋圖板

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

2.2 建立潛山巖性投點(diǎn)解釋圖板

由厚層砂泥巖鉆進(jìn)潛山時(shí)，井底返出的巖屑常常混有砂泥巖，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

3 應(yīng)用效果

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

4 結(jié)束語

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。