烴源巖TOC 測井反演技術(shù)在南海西部油田的應(yīng)用

秦圓明，劉 婕，高弘毅，楊 堅，程寶慶，楊寶偉

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)湛江分公司，廣東湛江 524057）

南海西部海域已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了大套的優(yōu)質(zhì)烴源巖，烴源巖的豐度、品質(zhì)及厚度是油氣勘探過程中烴源巖評價所涉及到的一項(xiàng)重要指標(biāo)。這項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)一般是采用地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)分析的方法來評價有機(jī)質(zhì)獲得的，但該方法受樣品采集、樣品質(zhì)量和分析化驗(yàn)工作量的限制，通常是用有限樣品的均值來代表整套烴源巖層的有機(jī)質(zhì)特征，由于地球化學(xué)參數(shù)數(shù)值分布不連續(xù)，導(dǎo)致其不能準(zhǔn)確揭示烴源巖的厚度，特別是容易遺漏優(yōu)質(zhì)烴源巖，從而對目標(biāo)區(qū)域油氣資源量評價造成一定偏差。

一口井的測井資料中蘊(yùn)含著豐富的地質(zhì)信息，其深度的準(zhǔn)確性、資料的連續(xù)性都是其他資料無法比擬的[1]。烴源巖有機(jī)質(zhì)在放射性、電化學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)方面都有獨(dú)特的測井響應(yīng)，運(yùn)用測井曲線中的信息可以實(shí)現(xiàn)烴源巖總有機(jī)碳（TOC）含量連續(xù)分布情況的有效評價，特別是海洋勘探過程中存在某些井無法取樣的困難，這時利用一口井的地球化學(xué)資料和測井資料建立相應(yīng)模型去模擬另一口井的烴源巖地球化學(xué)特征，從而可以為資源量估算和油氣勘探?jīng)Q策提供更準(zhǔn)確的地質(zhì)依據(jù)，這也是海上油氣勘探中非常有必要的一個流程。

1 烴源巖TOC 測井反演技術(shù)簡介

1.1 技術(shù)優(yōu)勢

烴源巖由三部分組成：巖石骨架、固體有機(jī)質(zhì)、孔隙流體，其中成熟的烴源巖中的孔隙流體包括烴類和水。隨著有機(jī)質(zhì)的成熟，烴源巖的巖石骨架和孔隙流體組成比例發(fā)生變化，而骨架部分組成上的差異則是利用測井曲線求取TOC 的基礎(chǔ)。

傳統(tǒng)測井反演方法是用砂巖的認(rèn)識延伸至泥巖，然而砂巖測井往往忽略了微弱的有機(jī)質(zhì)測井響應(yīng)部分，導(dǎo)致預(yù)測結(jié)果存在一定誤差。特別是在應(yīng)用真實(shí)巖心反映泥巖有機(jī)質(zhì)的測井響應(yīng)時如果繼續(xù)采用傳統(tǒng)測井反演方法更是出現(xiàn)了較大誤差。

而烴源巖TOC 測井反演技術(shù)則是通過利用測錄井資料來計算反演TOC 含量的方式獲得垂向上連續(xù)分布的數(shù)據(jù)，從而有效克服了巖心/巖屑分析樣品數(shù)量的有限性和離散性缺陷，并徹底解決了由于烴源巖分布非均質(zhì)性帶來的計算結(jié)果準(zhǔn)確度低問題，是一種經(jīng)濟(jì)簡便且行之有效的烴源巖評價方法。

1.2 實(shí)現(xiàn)方法

根據(jù)前人提的一些理論模型[2]，創(chuàng)新提出了基于烴源巖TOC 評價的多元線性回歸方法和BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，使烴源巖TOC 反演符合率達(dá)到了95%以上。

1.2.1 多元線性回歸方法 在多對一數(shù)值擬合的多元線性回歸時應(yīng)用了Cholesky 分解算法。這個分解將原始矩陣A 用一個下三角矩陣和它的轉(zhuǎn)置乘積來表示，即A=LLT，因?yàn)檫@個矩陣是對稱的，本算法只訪問下矩陣的三角部分。將每一列除以對角元的平方根，從余下的列中減去經(jīng)縮放列的某個倍數(shù)，這種方法是基于以下三個方面考慮：（1）全局TOC 含量與測井值之間的準(zhǔn)確關(guān)系實(shí)際上并不存在。（2）測井值與TOC 含量之間存在復(fù)雜的非線性關(guān)系。（3）這個擬合TOC含量的方法應(yīng)當(dāng)有盡可能少的限制條件。

1.2.2 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法 使用S 型激活函數(shù)時BP 網(wǎng)絡(luò)輸入與輸出關(guān)系，輸入層有“網(wǎng)絡(luò)輸入端維數(shù)”個輸入節(jié)點(diǎn)，輸出層有“網(wǎng)絡(luò)輸出層維數(shù)”個輸出節(jié)點(diǎn)，隱含層有“網(wǎng)絡(luò)輸入端維數(shù)”個節(jié)點(diǎn)[3]。

基于實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析可以得到測井曲線對地化參數(shù)敏感性區(qū)別。并通過測井曲線、巖心分析數(shù)據(jù)、地層分層信息、巖性數(shù)據(jù)、沉積相等測井資料，經(jīng)過計算得到TOC。反演算法流程見圖1。

圖1 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法反演流程圖

2 烴源巖TOC 測井反演技術(shù)應(yīng)用

2.1 崖城A 井簡況

崖城A 井位于崖北凹陷崖城9 洼北部陡坡帶五號斷層下降盤，目的層為陵水組二段、陵水組三段、崖城組一段（表1）。

表1 崖城A 井地層劃分表

圈閉落實(shí)采用2019 年采集處理的三維地震資料，目標(biāo)區(qū)發(fā)育斷背斜、斷鼻構(gòu)造圈閉，崖城組、陵水組構(gòu)造繼承性發(fā)育，縱向疊合性好，圈閉總面積91.8 km2。崖城9-1 構(gòu)造是崖城9 洼北部陡坡帶前排大型斷鼻，緊鄰崖北凹陷始新統(tǒng)湖相源巖生烴中心，具有近源供烴、斷砂輸導(dǎo)、鼻狀構(gòu)造匯聚、高部位聚集成藏優(yōu)勢。崖城9-1 構(gòu)造原油總潛在資源量4 134×104t。崖城A 井設(shè)計井位于海南島三亞市東南方向。崖城9 洼遠(yuǎn)離大型砂質(zhì)碎屑注入點(diǎn)，且沉降速率高，中深湖相烴源厚度大、面積廣。生烴模擬結(jié)果表明，崖城9 洼中深湖相烴源巖面積175.0 km2，碾平厚度300 m、總資源1.87×108t。崖城9-1 構(gòu)造緊鄰崖北凹陷始新統(tǒng)湖相源巖生烴中心，油氣主要鼻狀構(gòu)造脊匯聚，沿5 號斷裂及溝源斷裂垂向輸導(dǎo)、砂體側(cè)向運(yùn)移成藏，具有近源供烴、斷砂輸導(dǎo)、鼻狀構(gòu)造匯聚、高部位聚集成藏優(yōu)勢。目標(biāo)發(fā)育前排溝源斷裂有利于油氣高效運(yùn)移，一旦發(fā)現(xiàn)將迅速打開崖北凹陷勘探新局面。因此，烴源巖TOC 的評價對于該區(qū)塊成藏至關(guān)重要。

2.2 實(shí)現(xiàn)過程

2.2.1 井資料收集

參與反演測井資料：自然伽馬、深電阻率、密度、中子、氣測、井徑。

現(xiàn)場巖屑錄井：包含泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、含礫中砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)細(xì)砂巖、細(xì)砂巖和中砂巖[4]。

巖屑實(shí)驗(yàn)分析資料：地化參數(shù)TOC 共19 個樣品，見表2。

表2 崖城A 井TOC 地化參數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

2.2.2 烴源巖TOC 反演 為確保TOC 值通過線性回歸和BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)兩種算法反演出2 條連續(xù)的TOC 曲線，將這2 條曲線的平均值作為最終的反演TOC 值，見圖2。

圖2 崖城A 井烴源巖TOC 反演結(jié)果圖

2.3 結(jié)果評價

將全井段反演“TOC 平”結(jié)果（記作“反演TOC”）和離散數(shù)據(jù)點(diǎn)（記作“實(shí)驗(yàn)TOC”）進(jìn)行對比，見圖3、表3，反演曲線的變化形狀與離散實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)點(diǎn)的趨勢一致，誤差較小。

圖3 崖城A 井反演結(jié)果對比圖

表3 崖城A 井反演結(jié)果對比分析表

將崖城A 井《現(xiàn)場巖心巖屑錄井原始數(shù)據(jù)表》中的泥巖、粉砂質(zhì)泥巖等拾取出來，讀取所對應(yīng)井段的反演TOC 曲線的平均值，再根據(jù)表4 中的標(biāo)準(zhǔn)，評價該井各層組的烴源巖TOC 豐度，其結(jié)果見表5。

表4 烴源巖TOC 豐度評價標(biāo)準(zhǔn)

表5 崖城A 井烴源巖TOC 豐度評價

2.3.1 陵水組一段（2 288～2 619 m）泥巖合計147 m。其中非烴源巖（TOC 豐度小于0.4%）：泥巖厚度12 m，占8.2%，TOC 值平均0.28；差烴源巖（TOC 豐度0.4%～0.6%）：泥巖厚度20 m，占13.6%，TOC 平均值0.54；中等烴源巖（TOC 豐度0.6%～1.0%）：泥巖厚度107 m，占72.8%，TOC 平均值0.78；好烴源巖（TOC 豐度1.0%～2.0%）：泥巖厚度8 m，占5.4%，TOC 平均值1.08。

2.3.2 陵水組二段（2 619～3 840 m）泥巖和粉砂質(zhì)泥巖共計1 015 m。其中非烴源巖（TOC 豐度小于0.4%）：泥巖厚度66 m，占6.5%，TOC 平均值0.35；差烴源巖（TOC 豐度0.4%～0.6%）：泥巖厚度367 m，占31.2%，TOC 平均值0.51；中等烴源巖（TOC 豐度0.6%～1.0%）：泥巖厚度502 m，占49.5%，TOC 平均值0.85；好烴源巖（TOC 豐度1.0%～2.0%）：泥巖厚度80 m，占7.9%，TOC 平均值1.07。

（1）通過崖城A 井烴源巖TOC 測錄井資料反演技術(shù)研究，反演TOC 與實(shí)驗(yàn)TOC 結(jié)果對比，符合率的擬合誤差取±0.1，符合率為100%，相關(guān)性為95.16%。

（2）通過崖城A 井反演，計算出了該井陵水組一段、陵水組二段的泥巖及粉砂質(zhì)泥巖的有機(jī)碳含量TOC 值，累計1 162 m，按照烴源巖類型評價標(biāo)準(zhǔn)，其中：好烴源巖厚度有88 m，中等烴源巖厚度有609 m，差烴源巖厚度有387 m，非烴源巖厚度有78 m。

3 結(jié)論

（1）針對海上油氣勘探中烴源巖評價存在某些井無法取樣的困難，利用測錄井資料來計算反演烴源巖TOC 含量具有獨(dú)特優(yōu)勢，其可以獲得烴源巖垂向上連續(xù)分布的數(shù)據(jù)，克服了巖心/巖屑分析樣品數(shù)量的有限性和離散性的缺陷，較好地解決了由于烴源巖分布非均質(zhì)性帶來的計算結(jié)果準(zhǔn)確度低的問題。

（2）通過崖城A 井的實(shí)際應(yīng)用表明，采用烴源巖TOC 測井反演技術(shù)獲得的反演結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合率高，平均吻合度能達(dá)到95%以上，并結(jié)合其他井反演結(jié)果統(tǒng)計反演吻合率最好的達(dá)到了99.32%。

（3）該技術(shù)有效解決了海上油氣勘探無實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)反演TOC 的問題，可信度高，具有良好的推廣應(yīng)用價值。