基于層次分解思想的火成巖巖性識別

2010-02-27 00:33:06譚伏霖王志章董彥喜王洪亮

測井技術 2010年2期

譚伏霖,王志章,隆山,董彥喜,王洪亮,趙遠

(1.中國石油大學資源與信息學院,北京102249;2.油氣資源與探測國家重點實驗室中國石油大學,北京102249; 3.中國石油西部鉆探工程有限公司測井公司,新疆克拉瑪依834000)

0 引言

火成巖作為一種特殊的油氣藏類型正在引起人們越來越多的關注[1-2]。目前已探明的火成巖油氣藏儲量雖占世界探明油氣儲量的份額較小,但在某些地區(qū)已形成較大的產能。火成巖儲層測井評價研究是繼砂巖、碳酸鹽巖等儲層之后的另一重要領域。前人在火成巖儲層評價方面提出了許多巖性識別方法,諸如測井交會圖識別法、成像測井識別法、巖石強度參數識別法、元素測井識別法、橫波識別法、神經網絡法、模糊數學法、主成分識別法等。在這眾多方法中,測井交會圖識別法最為簡單實用、價格低廉,基本不需要什么特殊測井項目,因此在國內外油田得到了廣泛的應用。如在升平氣田利用常規(guī)測井曲線識別出了安山巖、玄武巖、流紋巖、凝灰?guī)r等4種火成巖[3]。

但是,由于火成巖巖性和孔隙結構的復雜性,利用測井交會圖識別巖性時區(qū)域性強,巖性種類多及巖性復雜時效果較差。有不少人提出用多張巖性識別圖版進行組合識別[4-7]。遺憾的是,這些方法未能解決具體該如何組合使用多張交會圖的問題,他們大都沿用了巖性種類較少的沉積巖巖性識別研究的思路,即利用1張圖版或多張圖版,綜合確定各種巖性之間的識別界限,然后一次性將所有巖性識別出來;而利用其他數學識別方法識別火成巖時也存在一次性識別出所有巖性的問題。基于此,作者提出采用層次分解法分解的思想,以巖性種類較多、巖性復雜的準噶爾盆地滴西地區(qū)火成巖為例,利用測井交會圖建立研究區(qū)火成巖巖性識別層次,然后基于該層次所建立起來的巖性識別順序逐級逐次地進行巖性識別。

1 火成巖巖性識別

層次分解的基本思想就是將所有的對象置于1個簇中,然后按照一定規(guī)則將其逐步細分為越來越小的簇,直到每個對象在單獨的1個簇中,或者達到某一個事先設定的終止條件。該方法的優(yōu)點就在于能逐級、逐次地將一些分類的復雜問題分解為多個相對簡單的次級分類問題,逐個擊破。基于層次分解思想識別火成巖主要分為2大步,第1步是將所有已知巖性樣品當作一類巖性,然后選擇交會圖將其逐步進行細分,細分的原則是同一種巖性的樣品盡量不被分開,盡量將巖性差別大的率先區(qū)分開,直到將所有能識別出的巖性被分開為止,從而建立火成巖巖性識別層次;第2步就是依照建立的巖性識別層次,選擇合適的識別方法逐級逐次進行識別,直到得出待識別樣品的巖性為止。

1.1 巖性識別預處理

建立火成巖巖性識別樣本庫。將所有收集到的研究區(qū)265塊薄片資料全部在鏡下觀察,并按照地質學的火成巖巖性成分分類標準統(tǒng)一重新定名。將所有巖心在孔隙度解釋的基礎上結合成像資料和元素測井資料進行巖心的整體深度歸位,剔除不易歸位和井況不好的巖心薄片,提取各巖心的測井曲線值,建立火成巖巖性識別樣本庫。

為了突出巖性,消除孔隙度的影響,研究中構建了4個測井參數 N、M、P、E輔助識別巖性。在中子-密度交會圖上,如果把某一單礦物骨架點(φ= 0)和水點(φ=100%)引一直線,則有這種礦物組成的各種孔隙度的巖石按照體積模型的概念,都將落在這條線上;將這條直線的斜率定義為 N,不同礦物其斜率不同,不同巖性由于礦物成分不同斜率也不盡相同。

在聲波-密度交會圖上,類似的斜率定義為

在中子-聲波交會圖上,P定義為

式中,Δtf、φNf、ρf分別為流體的聲波時差、視中子孔隙度和密度測井值,分別取195μs/ft＊＊非法定計量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同、100 p.u.、1.0 g/m3;Δt、φN、ρb分別為巖心樣本的聲波時差測井值、中子測井值和密度測井值。

楊氏模量是表征在彈性限度內物質材料抗拉或抗壓的物理量,它是沿縱向的彈性模量。它與材料的密度成正比,與聲波縱波速度的平方成反比,故可定義假楊氏模量

1.2 建立火成巖巖性識別層次

根據研究區(qū)火成巖巖性特征,將巖性分類分為4個層次。第1層次為沉積巖與火成巖之間的分類;第2層次主要基于火成巖的酸堿性細分;第3層次為各基性、中性、酸性火成巖內部火山碎屑巖、熔巖類和侵入巖之間的細分;第4層次為火山碎屑巖、熔巖類和侵入巖內部的細分。

在實際的研究過程中,由于各種巖性之間往往不存在明顯的界限,進行層次分解時不能完全按照上述方法進行,但其分解的思想與其基本一致?；诖?研究中建立巖性識別層次的分解原則為利用測井交會圖進行分解,巖性差別大的最先分別開,各巖性之間的界限簡單,同一巖性一般不由多張交會圖版分開識別,同時還要有利于下一級混合巖性的細分;在細分的過程中,若某類巖石能直接與其他巖石分解開來則直接分解,不用拘泥于事先所確定的層次劃分。

首先建立各種測井信息之間的交會圖,然后基于層次分解原則挑選交會圖進行逐級細分。第1步將火成巖與沉積巖區(qū)分開(見圖1);緊接著是利用圖2將所有火成巖樣本分為安山巖、霏細巖、基性火成巖、中性與酸性火成巖1;用圖3將基性火成巖進一步細分為基性火山碎屑巖和基性熔巖;用圖4和圖5將其再進一步細分為沉火山角礫巖、沉凝灰?guī)r、玄武質凝灰?guī)r、玄武巖、閃長玢巖;對于中性與酸性火成巖1,圖6將其劃分為花崗斑巖、熔結凝灰?guī)r和中性與酸性火成巖2;用圖7將中性與酸性火成巖2分為珍珠巖、流紋巖、中性與酸性火山碎屑巖;用圖8將中性與酸性火山碎屑巖劃分為玻屑凝灰?guī)r、安山質凝灰?guī)r、流紋質火山角礫巖、安山質火山角礫巖。至此達到了逐級、逐次對該庫中所有巖性像庖丁解牛般地進行逐步剝離的目的,實現用多個有序的二維圖版的組合對復雜火成巖巖性在多維空間的表征,建立了研究區(qū)火成巖巖性識別層次(見圖9)。

圖1 區(qū)分火成巖與沉積巖

圖3 基性火成巖

圖5 基性熔巖

1.3 火成巖巖性識別

圖2 火成巖巖心樣本

圖4 基性火山碎屑巖

圖6 中性與酸性火成巖1

依照建立起來的巖性識別層次,首先將待識別樣品投到圖1上,識別出是火成巖還是沉積巖,如果是火成巖則選用圖2進一步識別;若識別為某一種混合巖性,則再選取該混合巖性圖版進一步細分,直到不能細分為止。該待識別樣品的巖性就為最終與它在一起的樣品的巖性。

圖7 中性與酸性火成巖2

圖8 中性與酸性火山碎屑巖

圖9 火成巖巖性識別層次(紅色為最終識別出的火成巖巖性)

利用該方法共識別出火成巖巖性15種,分別為霏細巖、珍珠巖、流紋巖、花崗斑巖、安山巖、玄武巖、閃長玢巖、熔結凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r、玄武質凝灰?guī)r、玻屑凝灰?guī)r、安山質凝灰?guī)r、沉火山角礫巖、流紋質火山角礫巖、安山質火山角礫巖;沉積巖2種,分別為砂巖和泥巖。

2 應用效果

為了檢查巖性識別符合率,挑選了研究區(qū)267塊未用于樣本庫的巖心樣品進行巖性識別檢查。表1為巖性識別結果檢驗。從表1可以看出,主要儲集層花崗斑巖、玄武巖、流紋巖的識別率均在85%以上;平均解釋符合率為80.15%。誤識的火成巖絕大多數是凝灰?guī)r和火山角礫巖。對于霏細巖,由于只有4個樣品,2個用于建庫,2個用于檢查,其識別率不具備統(tǒng)計檢查的意義,同時,由于流紋巖和霏細巖同屬于酸性火成巖,這種誤識也在情理之中。閃長玢巖和珍珠巖巖性樣品少,全部參與了建庫,它們自我識別時均未發(fā)生誤識。

由于凝灰?guī)r和火山角礫巖與其他火成巖在結構上有很大差別,熔巖類和侵入巖電成像圖像為典型的高電阻率塊狀模式,凝灰?guī)r的一般為暗色斑點模式,火山角礫巖的一般為亮色斑點模式;利用較好反應巖石結構特征的電成像測井資料可以很好地校正常規(guī)測井曲線不能揭示巖石結構而帶來的誤識,從而達到進一步提高解釋符合率的目的。