自然伽馬能譜測井輔助識別礫巖儲層方法研究

李冬梅,于興河,李勝利

(中國地質大學能源學院,北京100083)

0 引 言

束鹿凹陷古近系大量發育礫巖沉積巖,鉆井取心分析證實礫巖的成分以礫石及碳酸鹽巖填隙物為主,多數礫巖為角礫巖。由于礫巖油藏儲層性能差異巨大,孔隙結構復雜,導致礫巖儲層油氣產量差異很大,試油日產油量0～32 t,含水0～100%,準確識別和評價礫巖儲層性質,成為油田勘探開發的一個難題。本文探索一種新的利用多種測井信息,特別是利用自然伽馬能譜測井資料輔助進行礫巖儲層識別和評價的方法,較好地解決了研究區礫巖儲層識別與評價問題。

1 礫巖儲層測井識別與評價

研究區礫巖為灰質母巖,儲層多分布于深層(大于3 500 m),壓實強度高,巖石多呈塊狀體分布,原生孔隙度較低,儲層發育程度主要取決于裂縫和次生孔隙發育狀況。由于儲層多屬于低孔隙度、低滲透率、巖石致密,礫石含量在測井響應上的特征不明顯,特別是井周非均質性嚴重、鉆井井眼擴徑等造成測井響應不能真實反映儲層實際情況,給礫巖儲層識別和評價造成相當大的難度。

自然伽馬測井在砂泥巖剖面中能夠較好地反映巖性變化,而礫巖沉積物通常離母巖區較近,自然伽馬變化與母巖放射性特征直接相關。對低放射性灰巖角礫,自然伽馬響應變化對礫石含量的增加不敏感。研究區目的層礫巖測井響應為低孔隙度低滲透率特征,巖性、物性和電性測井整體上對礫石含量變化響應不明顯。

研究區泥灰巖、灰質角礫巖儲層響應的基本特征是巖性顯示低自然伽馬、自然電位幅度差較小和井徑變大趨勢;物性顯示為巖性密度值偏高、聲波時差和補償中子值偏低;電性顯示為深、中、淺三電阻率值偏高特征。補償聲波測井主要反映地層原生孔隙度,補償密度和補償中子測井主要反映地層總孔隙度,對于裂縫發育的儲層,常常顯示聲波測井計算的孔隙度偏低特征。

研究區礫巖儲層的識別與評價主要采用常規測井資料,借鑒砂-泥巖常規測井儲層評價模式或者碳酸鹽巖測井解釋方法,結合鉆井取心、錄井、試油和生產動態等資料進行儲層參數綜合計算和定性評價分析,受到資料響應的限制,有時僅給出有利的裂縫層段評級結果,很難達到準確識別與評價儲層的目的。由于研究區礫巖儲層取心資料較少,特別是鉆井全直徑巖心分析數據更少,巖心實驗數據的代表性較差,難以滿足建立測井定量解釋模型需要。

2 自然伽馬能譜測井礫巖儲層評價方法

自然伽馬能譜投入應用以來[1],在地層對比,泥質含量、沉積環境[2]、古水深[3]、碳酸鹽巖地層層序界面[4]、生油層有機質豐度評價等方面取得了較好的效果[5],已經成為復雜儲層的重要測井項目。但是,自然伽馬能譜測井只是對測量地層鈾釷鉀含量的觀測,是元素成分級別上的測量,必須與實際相結合,建立相應的相關關系才能加以更好地應用。

根據斯倫貝謝研究成果,巖石中的釷含量與鉀含量之比(Th/K)可以用于分析黏土礦物構成(見表1)。根據黏土礦物的含量對比關系可以進行沉積成巖階段的劃分。根據研究區自然伽馬能譜測井資料的Th、K含量,在斯倫貝謝黏土礦物分析圖板上的結果分析,研究區礫巖段巖石成巖階段應處于中晚期,以晚期成巖階段為主(見圖1)。

表1 黏土礦物的Th/K比值范圍

圖1 研究區目的層成巖階段Th-K交會圖分析

巖石地層所處的成巖環境、構造環境、流體環境等對鈾釷鉀的含量均有影響,不同程度地調整著三者的絕對含量及其三者之間的對比關系。因此,自然伽馬能譜測井資料分析能夠用于研究成巖、構造、流體等特征,同時也受到多種因素的限制。鈾與油氣活動具有較為密切的正相關關系,通常油氣儲層表現為鈾的相對富集,特別是在低放射性儲層中,明顯表現為富鈾虧鉀特征,這也是利用自然伽馬能譜輔助研究儲層的基本依據。

圖2 自然伽馬能譜測井可視化(以鈾、鉀為例)

為提高測井信息的可視化程度,特別是提高測井信息的綜合對比分析效果,研究使用了測井信息融合可視化技術[6]。信息融合可視化就是將反映研究對象相關的信息加以分組,利用刻度轉化方法分別轉化為RGB顏色指標,通過顏色組合繪制出組合測井信息的顏色譜,根據顏色及其明亮程度即可分析相關測井信息的絕對大小和相對比值關系。圖2是以自然伽馬能譜測井中的鈾和鉀為例,并結合自然伽馬測井繪制的可視化成果圖。圖2中能譜顏色值是以鈾為紅色(R)、鉀為藍色(B)、柱子的粗細以自然伽馬(GR)值進行刻度繪制。從顏色上分析,紅色代表富鈾虧鉀,藍色代表虧鈾富鉀,紫紅色代表二者相當,偏紅則鈾增加,偏藍則鉀增加,柱子越粗代表自然伽馬值越大,地層放射性越高。

利用自然伽馬能譜測井資料研究礫巖儲層時,首先要尋找相對鈾富、鉀虧損的層段,并且釷值不能偏高,也就是泥質少的層段;綜合常規測井資料的巖性、物性、和電阻率特征綜合分析;結合鉆井、錄井、試油、生產動態等資料進行礫巖儲層識別和評價。

3 應 用

J×7井的礫巖段錄井顯示以灰質角礫巖和泥灰巖為主(見圖3)。巖性測井曲線顯示該段角礫巖和泥灰巖交互出現,變化頻繁。自然伽馬測井統計顯示,自然伽馬平均值為35.186 API,75%以上的井段自然伽馬測井值小于42 API,整體表現為自然伽馬測井值處于較低水平,表明黏土性泥質在礫巖層不發育;自然電位整體上大于0(非泥巖顯示),可能與鉆井液電阻率和地層水電阻率對比關系有關,在一定程度上也可能反映裂縫的存在;雙井徑測井顯示3 995 m以上差異較大,變化頻繁,橢圓形井眼更加明顯,顯示了上部地層巖石應力場的變化,也在一定程度上促使了上部巖石裂縫的發育。自然伽馬能譜測井顯示,嚴重橢圓化井段內釷含量有增加趨勢,推測該段礫巖具有泥灰巖侵入特征。鉆井取心段顯示角礫粒徑可達5 mm,與錄井顯示的泥灰巖巖性不同,從測井巖性上分析,該井主要仍以角礫巖巖性為主,局部含有泥灰質成分。

三孔隙度測井其聲波測井主要反映基質原生孔隙度,對裂縫孔隙度的反映較差,并且受到裂縫產狀的影響,巖性密度和補償中子測井孔隙度,主要反映巖石體積孔隙度,中子測井對地層含氣具有挖掘效應的敏感性。該井上部橢圓井眼對貼井壁的中子測井和密度測井有一定影響,資料分析有困難。礫巖段三孔隙度統計顯示,聲波測井平均值189μs/m,中子測井平均值5.16 p.u.,密度測井平均值2.77 g/cm3,顯示了物性較差、巖性致密的特點。

深淺側向電阻率測井統計顯示,深側向電阻率平均值 1 120.03Ω·m,淺側向電阻率平均值1 100.18Ω·m,整體上電阻率偏高,75%以上井段電阻率高于560Ω·m,50%以上的井段電阻率高于1 100Ω·m;上部電阻率相對于下部有所降低,也證實上部裂縫的發育較好。

利用信息融合可視化技術,選擇相對富鈾、虧鉀、釷含量較小的層段,利用常規測井顯示的巖性、孔隙度和電阻率綜合分析,選擇孔隙性相對較好、電阻率略有下降(處于中等)的層段,確定為含油層段,物性較好,電阻率下降太多的層段可能含水,結合錄井和鉆井取心顯示,給出了自然伽馬能譜輔助解釋的油水層解釋結果(見圖3)。

圖3 J×7井自然伽馬能譜儲層劃分成果

與完井測井油氣層解釋結果對比分析,認為自然伽馬能譜輔助進行的礫巖儲層解釋結果更具有針對性,解釋的儲層厚度大為減少,這與該井段鉆井取心的油斑顯示、試油結果和生產動態特征一致。根據沉積巖性特征和測井曲線特征,劃分了礫巖儲層的沉積旋回。分析表明,灰質礫巖儲層主要發育在正旋回的頂部和逆(反)旋回的中部。

圖4 J×8井自然伽馬能譜輔助儲層劃分成果

J×8井礫巖段測井分析顯示,巖性測井曲線自然伽馬平均值28.36 API,自然電位平均值45.71 mV,井徑平均值23.77 cm,下部略有擴徑現象,測井巖性分析顯示下部為灰質角礫巖,上部逐漸發育泥灰質角礫巖和礫巖(見圖4)。與J×7井對比,該井礫巖段巖性更純,更穩定。

三孔隙度測井統計顯示聲波測井平均值185 μs/m,中子測井平均值6.41 p.u.,密度測井平均值2.47 g/cm3,與J×7井對比,該井礫巖段顯示了原生孔隙度略小,裂縫孔隙度有明顯增加,物性整體上好于J X7井。

深淺側向電阻率測井統計顯示,深側向電阻率平均值 1 497.95Ω·m,淺側向電阻率平均值1 398.37Ω·m,電阻率微球測井平均值154.34Ω·m。從電阻率分析,該井平均電阻率高于J×7井,說明該井巖性較純,裂縫發育段少于J×7井,裂縫寬度較J×7井好。

自然伽馬能譜輔助解釋的油水層解釋結果見圖4。經過在3 959.86～4 092.45 m酸壓試油,獲日產油21.57 t,成為研究區礫巖儲層中較好的生產井,自然伽馬能譜輔助解釋結果更為準確,與試油結論和生產動態符合很好。旋回分析發現,該井礫巖儲層發育與J X7井具有相同的特征。

4 結 論

(1)灰質礫巖儲層發育與裂縫密切相關,在自然伽馬能譜測井曲線上反映為鈾富集,鉀虧減,釷較低,整體上自然伽馬測井值偏低特征。

(2)灰質礫巖儲層在常規測井資料顯示為巖性較純,物性中等,密度中子孔隙度較聲波孔隙度好,電性相對圍巖高電阻略顯下降特征。

(3)充分結合信息融合可視化技術,分析各信息的絕對變化和相對關系,建立常規測井與自然伽馬能譜識別儲層的評價標準,迅速識別儲層,能夠較好地解決研究區礫巖儲層識別和評價問題。

[1] 黃隆基,首祥云,王瑞平.自然伽馬能譜測井原理及應用[M].北京:石油工業出版社,1995:48-61.

[2] 陳中紅,查 明,金 強.自然伽馬及自然伽馬能譜測井在沉積盆地古環境反演中的應用[J].地球物理學報,2004,47(6):1145-1150.

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[4] Ehrenberg S N,et al.Use of Spectral Gamma-Ray Signature to Interpret Stratigraphic Surfaces in Carbonate Strata:An Example from the Finnmark Carbonate Platform(Carboniferous-Permian),Barents Sea[J]. AAPGBulletin,2001,85(2):295-308.

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[6] 陳福利.井信息高分辨率層序地層表征[D].北京:中國地質大學,2009.