三塘湖盆地石炭系水下火山巖蝕變特征及測井定量表征方法

顧定娜,孫萬明,楊波,范宜仁,葛新民,劉俊華

(1.中國石油集團測井有限公司吐哈分公司,新疆哈密839009;2.中國石油塔里木油田分公司,新疆庫爾勒841000;3.中國石油大學(華東)地球科學與技術學院,山東青島266580;4.海洋國家實驗室海洋礦產資源評價與探測技術功能實驗室,山東青島266071)

0 引 言

三塘湖盆地石炭系哈爾加烏組火山巖儲層為水下沉積,巖性以中性和基性為主,有火山熔巖、火山碎屑巖、沉火山碎屑巖等結構類型,具有廣闊的油氣勘探前景[1-3]。火山巖儲層測井響應特征異常復雜,采用常規(guī)的骨架參數(shù)和解釋模型難以準確計算儲層物性參數(shù)[4-7]。受蝕變影響,總孔隙度無法表征儲層的有效物性,甚至出現(xiàn)總孔隙度與產能呈反比的現(xiàn)象。

本文基于巖心資料和測井數(shù)據,分析火山巖蝕變特征及其對物性的影響,通過巖心刻度測井建立火山巖蝕變指數(shù)的定量表征方法,實現(xiàn)火山巖儲層蝕變程度的測井識別,為深入認識火山巖蝕變規(guī)律和提升測井解釋精度奠定基礎。

1 火山巖蝕變類型及特征

1.1 火山巖地質特征及其蝕變類型

哈爾加烏組火山巖以水下沉積為主,水下噴發(fā)沉積的火山巖由于深水靜水壓力大,揮發(fā)組分不易逃逸且難以形成氣孔,巖石十分致密,整體呈塊狀特征。因此,其儲集空間主要為層間縫,同時具有少量的原生孔、溶蝕孔及后期形成的構造縫。這種類型的儲集空間限制了儲層發(fā)育的規(guī)模和有效性,所形成的油藏規(guī)模較小,而裂縫的發(fā)育程度決定了其儲層物性的好壞[8-10]。通過薄片資料分析可知,該區(qū)的蝕變類型以黏土化蝕變?yōu)橹?主要包含綠泥石化、絹云母化等,含少量的伊丁石化等非黏土化蝕變(見圖1)?；鹕饺蹘r因暗色礦物含量高,蝕變十分明顯;火山碎屑巖的整體蝕變程度較弱,本文不討論。

圖1 各種蝕變類型火山巖薄片圖像

1.2 火山巖蝕變作用的影響

因流體活動而發(fā)生蝕變作用的成巖類型主要包括充填作用和溶蝕作用。充填作用產生的次生黏土礦物(綠泥石、絹云母)堵塞孔隙空間,大大降低火山巖儲層的儲集性能,次生黏土礦物含有大量的結構水和吸附水,使用測井資料計算的總孔隙度偏大,但是其中包含大量的非有效孔隙,整體上對儲層物性起破壞作用[11];溶蝕作用主要表現(xiàn)為斑晶和基質在液態(tài)流體的水解和溶蝕作用下形成新的孔隙[12],這對儲層物性起建設作用。因此,蝕變對物性的影響大小,取決于蝕變后充填作用和溶蝕作用的強弱[13]。

1.3 火山巖蝕變特征

根據薄片描述可知,弱蝕變火山熔巖含有少量的綠泥石化玻質和伊丁石化橄欖石;中等蝕變火山熔巖的黝簾-綠泥石化玻質約占30%,伊丁石化橄欖巖約占5%;強蝕變火山熔巖的綠泥石-絹云母化長石約占70%,綠泥石化玻質約占20%。同時薄片顯示哈爾加烏組火山熔巖總體以填充作用為主,次生孔隙不發(fā)育,但是中等蝕變相比弱蝕變和中等蝕變次生孔隙(基質溶孔、斑晶溶孔)略微發(fā)育。全巖X射線黏土礦物含量顯示,弱蝕變的黏土礦物含量小于15%,中等蝕變的黏土礦物含量15%～30%,強蝕變的黏土礦物含量大于30%(見圖2)。

圖2 不同蝕變程度火山巖的全巖X射線黏土礦物含量

聲波時差和密度測井與蝕變程度缺乏明顯的對應關系,但補償中子測井和電阻率測井受蝕變影響明顯(見圖3)。通常蝕變程度增高,補償中子測井值增大、電阻率值減小,主要是因為水下沉積火山巖蝕變產生的次生黏土礦物(綠泥石)以充填作用為主,溶蝕作用非常弱,綠泥石與骨架的密度值、聲波時差值相差不大,隨著蝕變程度的變化,聲波時差和密度基本不變。由于綠泥石含有大量的束縛水,具有較強的附加導電性,因此,隨著蝕變程度的增加,測井響應呈現(xiàn)高補償中子、低電阻率的特征。

圖3 不同蝕變程度火山巖的常規(guī)測井特征

2 蝕變程度定量表征及其對物性的影響

2.1 蝕變程度定量表征方法

如圖4所示,分別利用補償中子值、電阻率值與實驗室黏土礦物含量進行相關性分析。研究發(fā)現(xiàn),補償中子與實驗室黏土礦物含量成正比,電阻率與實驗室黏土礦物含量成反比。因此,可以根據補償中子和電阻率與實驗室黏土礦物含量的關系,定義黏土礦物含量指數(shù)Cl來反映蝕變的強弱,其為電阻率和補償中子的非線性擬合。

圖4 黏土礦物含量與補償中子、電阻率的相關性

(1)

式中,Cl為黏土礦物含量指數(shù);CNL為補充中子測井值,%;Rd為深探測電阻率值,Ω·m。

將黏土礦物含量指數(shù)Cl轉換為蝕變指數(shù)Al,利用實驗測得的黏土礦物含量確定其系數(shù)

Al=6.1Cl+5.15

(2)

式中,Al為蝕變指數(shù)。

依據不同蝕變程度對應的實驗室黏土礦物含量,利用計算得到的蝕變指數(shù)把火山巖蝕變程度劃分為弱蝕變、中等蝕變和強蝕變:弱蝕變Al<15,中等蝕變15≤Al≤30,強蝕變30

2.2 蝕變程度對物性的影響

圖5為不同蝕變火山巖的電成像測井響應特征和核磁共振測井響應特征。由圖5可知,當蝕變程度降低時,電成像測井圖像顯示出較多的溶蝕孔隙,與薄片分析資料基本一致。隨著蝕變程度的降低,核磁共振測井的譜峰向右移動,孔隙半徑呈增大趨勢,物性變好。

圖5 不同蝕變程度火山巖的電成像和核磁共振測井響應特征

圖6為不同蝕變程度的總孔隙度和有效孔隙度分布直方圖,弱蝕變火山巖的總孔隙度為4.32%～6.42%,其平均值為5.24%,有效孔隙度為0.07%～1.52%,其平均值為0.69%;中等蝕變火山巖的總孔隙度為3.38%～12.38%,其平均值為7.11%,有效孔隙度為0.43%～5.9%,其平均值為2.56%;強蝕變火山巖的總孔隙度為4.68%～12.87%,其平均值為8.44%,有效孔隙度為0.37%～2.78%,其平均值為1.37%。這表明隨著蝕變程度的增強,儲層的總孔隙度逐漸增大,但有效孔隙度先增大后減小。這主要是由于火山巖的原生孔隙度較小,不能為溶蝕作用提供太多的通道。當蝕變程度較弱時,溶蝕作用要強于次生黏土礦物的充填作用,物性變好;當蝕變程度較強時,溶蝕作用要弱于次生黏土礦物的充填作用,有效孔隙度降低,物性變差。

圖6 水下沉積火山巖不同蝕變程度孔隙度分布特征

3 實際應用效果

圖7為牛東201井哈爾加烏組測井解釋成果圖,對應深度段為3 140～3 200 m,計算得到的蝕變指數(shù)與實驗檢測得到的黏土礦物含量的誤差約為15%,總體計算效果較好。雖然該深度段的黏土礦物含量變化較大,蝕變程度有差距,但是總孔隙度和有效孔隙度均較小,同時綜合電成像和巖心資料發(fā)現(xiàn)裂縫不發(fā)育,故其2個試油層都未有工業(yè)化油氣流產出。

圖7 牛東201井測井解釋成果圖

通過試油發(fā)現(xiàn)該深度段的2個試油層，不僅不產油，甚至連地層水都不產出，與理論分析結論一致，說明通過測井數(shù)據建立火山巖蝕變程度的定量表征方法，分析蝕變與物性的關系，從而提升測井解釋精度是可行的。

4 結 論

(1)水下沉積火山巖原生孔隙度低。隨著蝕變程度的增強,總孔隙度增大,有效孔隙度呈現(xiàn)先增后降的趨勢,這是由于強蝕變段的充填作用占主導。

(2)隨著蝕變程度的增強,測井響應呈現(xiàn)高補償中子、低電阻率的特征,這主要是由于蝕變產生的綠泥石所帶來的較高含量束縛水導致。

(3)基于電阻率和補償中子的二元非線性擬合,得到合理有效的蝕變指數(shù)定量表征方法,有效刻畫儲層的蝕變特征,為提升測井解釋精度奠定基礎。