基于元素錄井的擬合伽馬在地層卡取中的應用

沈柏坪 李志水 王丹丹 馬銘杰 孟祥文 史曉波

(中國石油長城鉆探工程有限公司錄井公司)

0 引 言

長慶油區(qū)淺層油氣的勘探已經(jīng)十分成熟，隨著勘探開發(fā)的不斷深入，尋找新勘探層系，增加地質(zhì)儲量，顯得十分緊迫。鄂爾多斯盆地西緣掩沖帶由于沉積環(huán)境演變的多期性，地層巖性相對復雜，主要發(fā)育大量碎屑巖、碳酸鹽巖及混積巖[1]，同時，盆地西部受區(qū)域構造影響發(fā)育大量斷層。

近年來，元素錄井技術在長慶油區(qū)探井中的廣泛應用，為現(xiàn)場隨鉆提供了更多巖石地球化學信息，通過特征元素組合可以較好地進行地層劃分[2-6]。但是，常規(guī)錄井手段提供的巖性資料在隨鉆地層劃分與對比中存在一定的局限性，迫切需要創(chuàng)新技術手段和方法，以提供更多的地層信息。本文以鄂爾多斯盆地西緣掩沖帶為主要研究工區(qū)，基于元素錄井參數(shù)擬合自然伽馬曲線，實現(xiàn)正鉆井隨鉆擬合伽馬與鄰井自然伽馬測井參數(shù)的對比，為正鉆井的地層劃分與層位卡取提供便利和參考。

1 元素錄井參數(shù)擬合測井自然伽馬方法

1.1 自然伽馬測井儀與元素錄井儀測量原理對比

自然伽馬測井儀測量地層的放射性強度，測井時獲得的是計數(shù)率，而地層的放射性強度取決于巖石中鈾(U238)、釷(Th232)、鉀(K40)等放射性元素的含量[7-8]，這些放射性元素在地層中的聚集與地層的沉積環(huán)境密切相關。

元素錄井儀主要采用X射線熒光光譜儀對巖石樣品進行分析，獲取巖石元素數(shù)據(jù)。在進行巖樣分析時，X射線光管產(chǎn)生的原級X射線照射在樣品表面激發(fā)出特征X射線；探測器中的NaI晶體在特征X射線照射下產(chǎn)生藍光，在光電倍增器作用下轉(zhuǎn)換成脈沖電壓；探測器中的多道分析器對脈沖電壓幅度進行分類，并按幅度大小排列和記錄數(shù)量，從而得到常見的以能量-計數(shù)關系表示的能量色散X射線光譜圖[9]。X射線熒光光譜儀能夠測量地層中鈾、釷、鉀含量，其含量分別與計數(shù)率呈正相關。

通過自然伽馬測井儀與元素錄井儀測量原理對比分析，X射線熒光光譜儀獲得的鈾、釷、鉀參數(shù)經(jīng)多元線性回歸擬合自然伽馬是可行的。

1.2 元素錄井參數(shù)擬合自然伽馬測井參數(shù)

對工區(qū)測井自然伽馬與元素錄井儀獲取的鈾、釷、鉀參數(shù)進行相關性分析，將元素錄井儀獲取的變量引入模型進行擬合伽馬回歸，每引入一個新的因變量都進行F檢驗，并對已經(jīng)選入的元素變量逐一進行t檢驗(預測)，確?；貧w方程的合理性。通過反復驗證、對比，最終選取鈾、釷、鉀作為伽馬的顯著影響變量，確定擬合伽馬公式。元素錄井參數(shù)擬合自然伽馬測井參數(shù)模型如下：

[GR]=[C][M]

[C]=[C1C2C3]

式中：[GR]為研究井段自然伽馬測井值矩陣；[C]為系數(shù)矩陣；[M]為元素錄井鈾、釷、鉀參數(shù)構成的矩陣。

在研究過程中，常借助數(shù)理分析軟件SPSS進行多元線性回歸分析，計算擬合系數(shù)。其方法如下：將研究井段的自然伽馬測井參數(shù)及元素錄井儀獲取的鈾、釷、鉀參數(shù)輸入SPSS軟件中，通過軟件中的“線性回歸”模塊，輸入因變量“自然伽馬”，自變量“鈾、釷、鉀”，然后點擊確定，就能得到擬合系數(shù)、擬合度及殘差分布特征等信息，進而通過擬合度和殘差分布特征判斷擬合系數(shù)是否合理。

由表1可以看出，該擬合伽馬模型判定系數(shù)r2為0.76，表明擬合優(yōu)度好(一般r2>0.6為好)。

表1 模型匯總

表2中標準誤差一般用來判定數(shù)據(jù)的可靠性，標準誤差小，數(shù)據(jù)的可靠性大。t值即對回歸系數(shù)的t檢驗結(jié)果，Sig代表t檢驗的顯著性，t的絕對值越大，Sig就越小。一般Sig<0.05被認為是系數(shù)檢驗顯著，表明自變量可以有效預測因變量的變異，系數(shù)表中自變量U、Th、K的顯著性Sig值均小于0.05，表明U、Th、K對自然伽馬的影響顯著，自變量可以有效預測因變量的變異(表1、表2)。

表2 系數(shù)值及t檢驗結(jié)果

根據(jù)線性回歸系數(shù)可以得到長慶油區(qū)的擬合伽馬公式如下：

擬合伽馬=11.355U+1.260Th+23.310K+122.466

式中：U、Th、K分別為元素錄井獲取的放射性參數(shù)。

依據(jù)該公式計算出擬合伽馬，并與自然伽馬測井參數(shù)進行比對，擬合伽馬的變化趨勢和形態(tài)與測井自然伽馬曲線形態(tài)吻合度在90%以上，說明在研究工區(qū)該線性回歸方程具有較好的適用性。

2 應用效果分析

鄂爾多斯盆地早古生代屬于陸表海沉積環(huán)境，晚古生代早期屬于濱海平原沉積環(huán)境，晚古生代中-晚期為內(nèi)陸坳陷沉積環(huán)境。鄂爾多斯盆地西緣古生界地層發(fā)育了大量碳酸鹽巖、碎屑巖及混積巖。擬合伽馬在研究工區(qū)具有較好的適用性，在E 103井鉆井施工過程中，通過擬合伽馬較好地進行了層位卡取。通過對比效果圖可以看出，擬合伽馬與自然伽馬測井曲線形態(tài)基本一致、峰型基本對應，說明基于元素錄井參數(shù)的擬合伽馬具有較優(yōu)的擬合度(圖1)。

圖1 E 103井擬合伽馬與自然伽馬對比圖

Y 2井位于鄂爾多斯盆地西緣西南部，主要勘探中奧陶統(tǒng)烏拉力克組頁巖氣。在該井鉆井施工中，現(xiàn)場地質(zhì)人員通過擬合自然伽馬測井參數(shù)進行了隨鉆地層劃分與對比，取得了較好效果(圖2)。

圖2 Y 2井隨鉆綜合錄井圖

該井在井深2 554.00 m，擬合伽馬由高值逐漸減小，SiO2由低值逐漸升高，根據(jù)鄰井自然伽馬測井曲線與巖性組合特征，判定進入羊虎溝組；井深2 626.00 m，擬合伽馬開始逐漸減小，CaO逐漸增大，SiO2、Al2O3逐漸減小，發(fā)育一套混積巖，判定進入車道組；井深3 180.00 m，擬合伽馬逐漸增大并為中-高值，CaO逐漸減小，SiO2、Al2O3逐漸增大，發(fā)育一套泥巖夾灰?guī)r，判定進入拉什仲組；井深3 840.00 m，擬合伽馬逐漸增大并為中-高值，CaO逐漸減小，SiO2、Al2O3逐漸增大，并且出現(xiàn)明顯分異，根據(jù)鄰井對比，判定進入烏拉力克組；井深3 935.00 m，擬合伽馬逐漸減小并為低值，CaO逐漸增大，SiO2、Al2O3逐漸減小，判定進入馬家溝組；井深4 362.00 m，擬合伽馬逐漸增大并為中-高值，CaO、MgO減小，SiO2、Al2O3增大，判定進入三山子組。

通過對鄂爾多斯盆地西緣20多口井古生界地層擬合伽馬與自然伽馬測井參數(shù)的分析對比及驗證，擬合伽馬與自然伽馬測井參數(shù)吻合度在90%以上。這表明基于元素錄井參數(shù)的擬合伽馬在風險探井及預探井施工中，能夠與鄰井自然伽馬測井曲線進行對比，從而為現(xiàn)場地質(zhì)人員在隨鉆中進行地層劃分與層位卡取提供便利和參考(圖3)。

圖3 鄂爾多斯盆地西緣古生界地層擬合伽馬與自然伽馬對比圖

3 結(jié) 論

通過對鄂爾多斯盆地西緣古生界地層元素錄井參數(shù)擬合伽馬方法的研究與應用，獲得以下認識：

(1)基于自然伽馬測井儀與元素錄井儀測量原理對比，依據(jù)元素錄井儀獲得的鈾、釷、鉀元素參數(shù)經(jīng)多元線性回歸及逐步線性回歸擬合自然伽馬理論上是可行的。

(2)經(jīng)過鄂爾多斯盆地古生界地層20多口井元素錄井參數(shù)擬合伽馬與自然伽馬測井參數(shù)的分析對比及驗證，擬合伽馬具有較好的適用性。

(3)基于元素錄井參數(shù)建立了隨鉆擬合伽馬與鄰井測井自然伽馬對比橋梁，在風險探井施工時，為地質(zhì)人員隨鉆地層劃分與層位卡取提供了便利和參考。