井-震結(jié)合泥巖蓋層分級評價在乍得D盆地的應(yīng)用

馮國良，孫萬高，王一帆，白建峰，史艷麗，楊文輝

（1.中油國際（乍得）上游項目公司，乍得 恩賈梅納BP1102；2.中國石油 玉門油田分公司 勘探開發(fā)研究院，甘肅 酒泉 735019；3.中油國際海外研究中心，北京 100083）

乍得D 盆地位于非洲大陸中部，勘探面積約8 000 km2，是在中—新生代泛大陸解體背景下，受中非剪切帶控制的陸內(nèi)裂谷盆地[1-3]，研究區(qū)包括北部陡坡帶、洼槽帶、中部低隆帶、南部緩坡帶和東北部轉(zhuǎn)換帶5 個二級構(gòu)造單元（圖1）。D 盆地自下而上沉積了白堊系、古近系、新近系及第四系，其中下白堊統(tǒng)為主要勘探目的層，厚度1 700～5 000 m，自下而上可劃分為Mangara 組，Kedeni 組，Doba 組和Koumra 組。20 世紀70年代以來，先后部署4口探井，僅D4井在Kedeni組獲得低產(chǎn)油流，D1井、D2井和D5井均未獲得油氣，評價認為盆地內(nèi)不存在區(qū)域蓋層或蓋層質(zhì)量差，難以形成規(guī)模油藏。在北部陡坡帶部署的D3 井獲高產(chǎn)油流，在東北部轉(zhuǎn)換帶部署的D6井未獲得油氣，分析認為泥巖蓋層發(fā)育程度為主要影響因素。

圖1 乍得D盆地構(gòu)造單元（a）及下白堊統(tǒng)劃分（b）Fig.1.(a)Structural units and(b)stratigraphic division of the Lower Cretaceous in the D basin in Chad

筆者通過鉆井資料分析及成藏研究認為，中部低隆帶、南部緩坡帶Kedeni 組和Doba 組發(fā)育的辮狀河三角洲前緣砂體及北部陡坡帶Kedeni 組和Doba 組發(fā)育的扇三角洲前緣砂體與泥巖蓋層配置，形成良好的成藏組合[4]（圖1）。然而，受盆地內(nèi)有利沉積相帶窄，缺乏穩(wěn)定區(qū)域蓋層的影響，6口井中僅D3井在Kedeni組獲得高產(chǎn)油流，而前人工作主要集中于盆地構(gòu)造模式分析，鮮有開展系統(tǒng)的蓋層評價研究[4-7]。

作為油氣成藏要素之一，蓋層是保存條件研究的核心內(nèi)容。蓋層的性能及分布，直接影響著油氣在儲集層中的聚集和保存。泥巖蓋層封閉機理一般有3種：毛細管力封閉，泥巖由于其毛細管力大而具有物性封閉的能力；高壓異常封閉，厚層泥巖由于存在高壓異常而具有封閉能力；烴濃度封閉，暗色泥巖由于是烴源巖而具有烴濃度封閉的能力。D 盆地泥巖蓋層屬于毛細管力封閉，對毛細管力封閉機理而言，泥巖蓋層的突破壓力是評價的關(guān)鍵參數(shù)[8-10]。

D 盆地勘探程度低，對盆地蓋層條件的研究較薄弱，蓋層品質(zhì)和展布不清，制約了盆地的油氣勘探。本文在鉆井資料較少、缺乏泥巖實驗分析數(shù)據(jù)的情況下，從單井著手，充分利用錄井、測井和測試資料，計算出含砂量、孔隙度、厚度、突破壓力等反映泥巖封閉能力的重要參數(shù)[11-17]，對單井單層泥巖蓋層品質(zhì)進行評價；結(jié)合突破壓力與層速度的關(guān)系和泥地比與地震屬性的關(guān)系，對蓋層平面展布進行了分級評價。應(yīng)用評價結(jié)果，部署的D7 井和D8 井與鉆前蓋層評價結(jié)果一致，證實其評價結(jié)果能為D盆地的油氣勘探提供依據(jù)。

1 泥巖蓋層測井評價參數(shù)的計算方法

泥巖蓋層的質(zhì)量主要反映在微觀封閉能力和宏觀展布范圍2 個方面[18-21]，較強的微觀封閉能力和一定的宏觀展布范圍是形成有效、高質(zhì)量區(qū)域泥巖蓋層的必要條件。反映泥巖蓋層微觀封閉能力的參數(shù)包括突破壓力、泥巖含砂量、總孔隙度、有效孔隙度等，其中突破壓力是最直接的參數(shù)；宏觀展布范圍主要受單層泥巖厚度及其穩(wěn)定性的制約。鑒于D 盆地?zé)o蓋層巖石樣品實測數(shù)據(jù)，筆者利用測井資料計算得到上述關(guān)鍵參數(shù)，并嘗試開展了研究區(qū)泥巖蓋層定量評價。

泥巖可近似看成由含砂量、泥質(zhì)含量和孔隙度組成[9-12]，即：

式中Vsd——含砂量，%；

Vsh——泥質(zhì)含量，%；

?——孔隙度，%。

1.1 含砂量

含砂量是刻畫泥巖蓋層品質(zhì)的重要參數(shù)。一般認為，含砂量增大，有效孔隙相應(yīng)增大，泥質(zhì)含量降低，泥巖的滲流能力增強，脆性變好，易于產(chǎn)生裂縫，從而導(dǎo)致突破壓力降低，封閉能力變差。

本文利用自然伽馬測井曲線，結(jié)合中子—密度交會圖、電阻率測井曲線，計算出含砂量，盡可能提高測井?dāng)?shù)據(jù)處理巖性剖面的精度。

1.2 孔隙度

孔隙度包括總孔隙度和有效孔隙度，孔隙度是影響突破壓力的最直接因素，孔隙度越大，突破壓力越小。

總孔隙度反映泥巖的壓實程度，總孔隙度越小，壓實程度越高，孔喉半徑越小，泥巖孔隙毛細管力越大，封閉能力越強。分析總孔隙度同突破壓力的關(guān)系的前提條件，是把泥巖蓋層看成均一化的理想蓋層。實際上，泥巖結(jié)構(gòu)與孔隙在一定分布范圍內(nèi)差異較大，例如受各種成巖作用和構(gòu)造作用，常產(chǎn)生次生孔隙、微裂縫等。因此，除了考慮總孔隙度對泥巖蓋層封閉能力的影響之外，還應(yīng)充分考慮有效孔隙度的影響。

總孔隙度和有效孔隙度利用中子—密度交會技術(shù)來計算，其關(guān)鍵點是干黏土和濕黏土的體積密度以及中子測井值的確定。

1.3 厚度

厚度是決定蓋層封閉能力的宏觀因素。國內(nèi)外學(xué)者普遍認為，只要有幾米厚泥巖就能封閉油氣，但厚度的增加，空間展布面積的增大，能提高蓋層的質(zhì)量。單層泥巖厚度越大，分布越廣，封閉油氣的能力及范圍就越大；反之，封閉油氣的能力及范圍就越小。本文依據(jù)測井?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計單層泥巖厚度。

1.4 突破壓力

突破壓力是指巖石中最大連通孔隙的潤濕相流體被非潤濕相流體排替所需要的最低壓力，是反映蓋層微觀封閉能力的最直接、最根本的參數(shù)[22-26]。

大量的實驗數(shù)據(jù)表明，泥巖的突破壓力與其孔隙度之間存在明顯的反比關(guān)系[9-17]。根據(jù)文獻［17］的突破壓力與孔隙度關(guān)系圖版，泥巖的突破壓力與總孔隙度、有效孔隙度均呈非線性函數(shù)變化，但兩者的變化規(guī)律有所不同，當(dāng)有效孔隙度小于20%，總孔隙度小于30%時，突破壓力隨孔隙度的增加明顯降低；當(dāng)有效孔隙度大于20%，總孔隙度大于30%時，突破壓力保持不變，趨向于零。同時，有效孔隙度與突破壓力關(guān)系曲線的曲率明顯比總孔隙度與突破壓力關(guān)系曲線的曲率大，說明有效孔隙度較總孔隙度對突破壓力的影響更明顯，對蓋層封閉能力的作用更強。

鑒于D 盆地?zé)o泥巖樣品突破壓力實測數(shù)據(jù)，本文采用中子—密度交會技術(shù)計算總孔隙度和有效孔隙度，然后根據(jù)突破壓力與孔隙度關(guān)系圖版[17]，計算突破壓力。

用總孔隙度求取突破壓力：

式中pbt——由總孔隙度確定的突破壓力，MPa；

?t——總孔隙度，%。

用有效孔隙度求取突破壓力:

式中pbe——由有效孔隙度確定的突破壓力，MPa；

?e——有效孔隙度，%。

突破壓力取由總孔隙度和有效孔隙度所確定的突破壓力中的最小值：

式中pb——突破壓力，MPa。

D3 井在Kedeni 組鉆遇油層厚度為60.2 m，油氣藏油氣柱高度為75.0 m，對應(yīng)的油氣藏油氣柱壓力為0.74 MPa。該油氣藏的直接泥巖蓋層厚度為82.3 m，計算的泥巖蓋層突破壓力為3.46 MPa，油氣藏油氣柱壓力小于泥巖蓋層突破壓力，與鉆探結(jié)果相符，說明計算的突破壓力可以作為評價泥巖蓋層封閉能力的參數(shù)。

2 單井泥巖蓋層評價

利用上述計算方法，結(jié)合測井資料計算出研究區(qū)內(nèi)6 口井的泥巖含砂量、總孔隙度、有效孔隙度、泥巖厚度、突破壓力等參數(shù)，進行Kedeni 組和Doba 組2 套主要泥巖蓋層的定量評價。采用李國平等[8-9]泥巖物性封閉蓋層的分類標(biāo)準(zhǔn)，對研究區(qū)單井泥巖蓋層進行綜合評價（表1）。評價結(jié)果表明，洼槽帶和北部陡坡帶D1井、D2井、D3井和D4井的泥巖蓋層各項評價參數(shù)均好于中部低隆帶的D5 井，東北部轉(zhuǎn)換帶的D6 井最差；縱向上，Kedeni 組泥巖突破壓力大于Doba 組，Kedeni組泥巖蓋層封閉能力較好。

表1 D盆地6口井Doba組和Kedeni組泥巖蓋層參數(shù)統(tǒng)計及評價結(jié)果Table 1.Statistic and evaluation results of the parameters of the mudstone caprocks in Doba and Kedeni formations from 6 wells in the D basin

3 泥巖蓋層平面展布特征

在區(qū)域上要形成有效的高質(zhì)量泥巖蓋層，須同時具備較強的微觀封閉能力和較廣的宏觀展布范圍。突破壓力是反映泥巖蓋層微觀封閉能力的最直接參數(shù)，泥巖厚度可反映蓋層分布的穩(wěn)定性和宏觀展布范圍。

3.1 泥巖展布特征

鑒于D 盆地面積大、鉆井少且地震資料多為二維，已發(fā)現(xiàn)油藏多為砂泥巖互層，單層泥巖在地震上不好識別追蹤，泥地比盡管不代表單層泥巖的發(fā)育程度，但可間接反映地層中泥巖的總體發(fā)育程度，因此，本文用泥地比代替泥巖厚度評價泥巖蓋層的空間分布連續(xù)性。通過分析D 盆地泥地比與地震屬性的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，泥地比與地震多道相關(guān)屬性呈較好的線性關(guān)系，因此，利用測井處理得到的巖性剖面，統(tǒng)計出單井上Doba 組和Kedeni 組的泥地比，結(jié)合地震多道相關(guān)屬性進行外推，繪制出Doba 組和Kedeni 組泥地比平面分布圖（圖2）。

圖2 D盆地下白堊統(tǒng)Doba組和Kedeni組泥地比與地震多道相關(guān)屬性關(guān)系及泥地比平面分布Fig.2.Relationships between mud-to-formation ratio and multi-trace seismic attributes and the plane distribution of the mud-to-formation ratio in the Lower Cetaceous Doba and Kedeni formations in the D basin

Kedeni 組泥巖蓋層發(fā)育，有西厚東薄、中間厚向南向北變薄的趨勢，洼槽帶和北部陡坡帶泥地比高，最大可達100%；中部低隆帶和南部緩坡帶次之，最大泥地比為85%；東北部轉(zhuǎn)換帶泥地比最低，最大為55%。Doba 組泥巖蓋層發(fā)育，變化趨勢與Kedeni 組相似，洼槽帶和北部陡坡帶泥地比高，最大可達90%；中部低隆帶和南部緩坡帶次之，最大泥地比為80%；東北部轉(zhuǎn)換帶泥地比最低，最大為50%。

3.2 突破壓力展布特征

突破壓力與孔隙度呈負相關(guān)，孔隙度與聲波時差呈正相關(guān)[18]。D盆地井點處的突破壓力與層速度相關(guān)性好，因此，利用井點處的突破壓力與層速度進行相關(guān)擬合，繪制出D盆地泥巖突破壓力平面分布圖（圖3）。

圖3 D盆地下白堊統(tǒng)Doba組和Kedeni組突破壓力與層速度關(guān)系及突破壓力平面分布Fig.3.Relationship between break-out pressure and interval velocity and the plane distribution of the break-out pressure in the Lower Cretaceous Doba and Kedeni formations in the D basin

Kedeni組泥巖突破壓力平面分布顯示，洼槽帶和北部陡坡帶突破壓力大，最大可達20 MPa，中部低隆帶和南部緩坡帶次之，最大為12 MPa，東北部轉(zhuǎn)換帶突破壓力最低。Doba組泥巖突破壓力平面分布顯示，洼槽帶和北部陡坡帶突破壓力較大，最大為5 MPa，中部低隆帶和南部緩坡帶次之，最大為3 MPa，東北部轉(zhuǎn)換帶突破壓力最低。

3.3 泥巖蓋層綜合評價

將突破壓力和泥地比平面分布圖疊合，可直觀反映泥巖蓋層品質(zhì)的好壞。本文用突破壓力與泥地比的乘積作為權(quán)值，來綜合反映泥巖蓋層品質(zhì)，即突破壓力越大，泥地比越大，權(quán)值越大，泥巖蓋層品質(zhì)越好；突破壓力越小，泥地比越小，權(quán)值越小，蓋層品質(zhì)越差。

根據(jù)D盆地鉆井及油藏分析，結(jié)合權(quán)值平面分布特征，將泥巖蓋層分為4級，即權(quán)值大于6為Ⅰ類，2～6為Ⅱ類，1～2為Ⅲ類，小于1為Ⅳ類（圖4）。

圖4 D盆地下白堊統(tǒng)Doba組和Kedeni組泥巖蓋層綜合評價Fig.4.Comprehensive evaluation of the mudstone caprocks in the Lower Cretaceous Doba and Kedeni formations in the D basin

Kedeni 組在洼槽帶和北部陡坡帶處發(fā)育Ⅰ類和Ⅱ類泥巖蓋層，封閉能力強；中部低隆帶和南部緩坡帶主要發(fā)育Ⅱ類泥巖蓋層，Ⅲ類泥巖蓋層次之，封閉能力較強；東北部轉(zhuǎn)換帶鉆井資料少，泥巖蓋層不發(fā)育，為Ⅳ類泥巖蓋層。Doba 組在洼槽帶和北部陡坡帶處發(fā)育Ⅱ類泥巖蓋層，封閉能力較強；中部低隆帶和南部緩坡帶主要發(fā)育Ⅱ類和Ⅲ類泥巖蓋層；東北部轉(zhuǎn)換帶泥巖蓋層不發(fā)育，為Ⅳ類泥巖蓋層。

4 應(yīng)用效果

油氣勘探實踐表明，蓋層的發(fā)育程度對油氣成藏具有重要的控制作用。對D 盆地鉆探分析和油藏解剖認為，油氣成藏受構(gòu)造、儲集層及保存條件3 個因素控制，油氣富集程度及分布受控于蓋層發(fā)育及斷層兩盤巖性側(cè)向?qū)忧闆r。

通過對D 盆地下白堊統(tǒng)Kedeni 組和Doba 組2 套泥巖蓋層的評價，認為Kedeni組泥巖蓋層品質(zhì)整體上好于Doba 組，具有泥巖含砂量低、孔隙度低和突破壓力高的特征，從而進一步明確Kedeni組為D盆地主力成藏組合，Doba 組泥巖蓋層品質(zhì)較差，可作為兼探的次要成藏組合。

根據(jù)泥巖蓋層評價結(jié)果，結(jié)合油源、圈閉、沉積相、構(gòu)造演化等，優(yōu)選北部陡坡帶、中部低隆帶和南部緩坡帶為油氣聚集的有利區(qū)帶，也是泥巖蓋層發(fā)育且品質(zhì)好的區(qū)域。中部低隆帶新部署的D7井在Doba組和Kedeni 組試油均獲高產(chǎn)油流，D8 井僅在Kedeni 組試油獲高產(chǎn)油流，鉆井顯示泥巖蓋層評價結(jié)果與鉆前預(yù)測結(jié)果基本一致（圖2、圖3、表2）。

表2 D盆地D7井、D8井Doba組和Kedeni組泥巖蓋層參數(shù)統(tǒng)計及評價結(jié)果Table 2.Statistics and evaluation results of the parameters of the mudstone caprocks in Doba and Kedeni formations from D7 and D8 wells in the D basin

綜上所述，本文所得泥巖蓋層評價結(jié)果對D 盆地油氣勘探具有良好指導(dǎo)意義，該研究方法可為類似低勘探程度盆地，特別是缺少泥巖巖心實測資料或缺乏實測條件的境外勘探項目的泥巖蓋層評價提供一定借鑒。

5 結(jié)論

（1）測井、錄井資料是評價泥巖厚度、質(zhì)量的重要資料，利用中子—密度交會技術(shù)計算泥巖總孔隙度、有效孔隙度等參數(shù)，并求取泥巖突破壓力的方法在D盆地可行。

（2）D 盆地下白堊統(tǒng)發(fā)育Kedeni 組和Doba 組2 套泥巖蓋層，Kedeni 組泥巖蓋層整體上好于Doba 組，具泥巖含砂量低、孔隙度低和突破壓力高的特征，這也是Kedeni組油氣明顯較Doba組富集的主要原因。

（3）平面上，D 盆地Kedeni 組和Doba 組泥巖蓋層在洼槽帶和北部陡坡帶突破壓力和泥地比最高，泥巖蓋層封閉能力強，為Ⅰ類和Ⅱ類泥巖蓋層；中部低隆帶和南部緩坡帶次之，為Ⅱ類和Ⅲ類泥巖蓋層；東北部轉(zhuǎn)換帶鉆井資料少，初步評價為Ⅳ類泥巖蓋層，品質(zhì)較差，其認識有待驗證。

（4）中部低隆帶和北部陡坡帶蓋層、油源、圈閉及儲集層條件相對更有利，為具有規(guī)模發(fā)現(xiàn)潛力的區(qū)帶，已為近期鉆探試油所證實；南部緩坡帶部分區(qū)域位于蓋層和儲集層耦合有利區(qū)，是下步勘探的有利目標(biāo)區(qū)。