遼中富烴凹陷烴源巖測井定量評價

李 鵬 徐 猛 尹詩琪 吳慶勛

（油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室·成都理工大學，四川 成都 610059）

0 引言

遼中凹陷位于遼西凸起和遼東凸起之間，是遼東灣坳陷主要的供油區。前人已對凹陷做了很多研究工作［1-5］，但是受鉆井取樣數量影響，并未對凹陷內優質烴源巖展開深入研究，因此，極大地限制了對優質烴源巖的資源量貢獻及其對油氣藏控制作用的研究。

有機碳含量是評價優質烴源巖的重要參數之一，在以往的評價中主要依靠地球化學分析，而測井資料具有縱向連續的優勢，故利用測井資料進行烴源巖的定量識別及評價。這樣既可以克服烴源巖的非均質性［6-7］，同時又能夠較容易地得到區域范圍的烴源巖資料，為烴源巖的評價提供更加合理的參數。筆者從Δlg R方法入手，提出利用多元回歸方法，定量計算烴源巖TOC連續分布曲線。結果表明測井資料計算有機碳質量分數與實測結果吻合較好，多元回歸方法在烴源巖評價中是有效而準確的，具有較好的推廣性。

1 區域地質概況

遼東灣地區位于渤海灣盆地東北部，盆地劃分為3凹2凸共5個次級構造單元，目前在該區已發現多個油田及含油氣構造，為一油氣富集區，其中遼中凹陷是3個凹陷中規模最大的沉積地區。遼東灣地區古近紀沉積的地層自下而上劃分為沙河街組和東營組，其中鉆井揭露的沙河街組被劃分為沙三、沙二和沙一3個巖性段，東營組被劃分為東三、東二下、東二上、東一4個巖性段。凹陷普遍發育烴源巖，為油氣藏的形成提供了必備的條件。通過鉆井資料可知，遼中凹陷主要發育沙三段、沙一段和東三段3套烴源巖，沙三段的沉積環境是以湖泊為主，在邊部發育水下扇或者扇三角洲，巖性以油頁巖或暗色泥巖為主，是遼中凹陷的主力烴源巖層段；沙一段是以油頁巖和暗色泥巖廣泛發育，其底部為碳酸鹽生物灘和湖泊沉積環境，發育碎屑云巖、生物碎屑灰巖；東三段是以湖泊沉積環境為主，發育有深灰色泥巖夾砂巖透鏡體，可以作為區域性蓋層，在遼中凹陷的深洼部位亦可成熟供烴。

2 烴源巖的基本測井響應特征

通過測井曲線來識別烴源巖，是評價烴源巖的首要任務。在正常情況下，測井曲線對烴源巖的響應主要有：① 因烴源巖層吸附放射性元素U等，在自然伽馬曲線及能譜測井曲線上表現高異常。② 因干酪根的密度小于巖石骨架密度，密度曲線上烴源巖層位通常為低密度異常，在聲波時差曲線上為高時差異常。③ 成熟烴源巖層在電阻率曲線上表現為高異常，原因是其孔隙流體中含有不易導電的液態烴［8］。綜上所述，測井曲線上烴源巖與其他非烴源巖地層相比具有高自然伽馬、高聲波時差、高電阻率和低密度的特征。

為了找出富含有機質泥巖與有機質含量低的泥巖的測井差異，在烴源巖層找了具有代表性的一段（2 700 m），又在非烴源巖層找了具有代表性的層段（2 350 m），其結果列于表1。由表1可知，烴源巖的電阻率、自然伽馬、自然電位、聲波時差均大于正常泥巖。因此在遼中凹陷，烴源巖一般都有自然伽馬、自然電位、電阻率、聲波時差增大的現象，其中電阻率和聲波時差變化最為顯著。

表1 烴源巖與正常泥巖測井響應差異表

3 烴源巖的測井識別

3.1 測井識別方法

1945年，Beers等首先利用鈾含量與有機碳的關系來研究烴源巖的有機質豐度［9］。之后，眾多學者根據不同盆地烴源巖的特征，提出了定性識別烴源巖TOC的測井識別標準，而未指出定量計算模型［9］。1990年Passey等提出了一項可以用于碳酸鹽巖和碎屑巖烴源巖的測井評價方法，能夠計算出不同成熟度條件下的有機碳含量［10］。該方法是利用電阻率曲線、聲波時差曲線的研究分析，用電阻率—聲波時差重疊法（Δlg R法）可以實現定量分析判別優質烴源巖。具體公式如下：

式中，R為測井儀實測電阻率，Ω·m；R基線為基線對應的電阻率，Ω·m；Δt為實測的聲波時差，μs／m；Δt基線為基線對應的聲波時差，μs／m。

但是，采用這種方法需要考慮成熟度參數及人為劃定泥巖基線，可能導致較大的誤差，也使工作更加繁瑣。鑒于上述缺陷，考慮遼中凹陷主力烴源巖層集中在三段地層中，受沉積環境影響，相應的基礎地質數據相似，可以將Δlg R公式簡化為：

式中， a、b、c系數均可通過對研究區實測樣品的TOC分析值，采用最小二乘法擬合獲得。

從式（2）可以看出，改進后的模型只需2個基本參數，不需要成熟度參數，也無需人為確定泥巖基線等，提高了模型的便捷性。但其仍有不足之處，如模型并沒有考慮其他測井參數，而大量的研究表明，源巖中有機碳含量與自然伽馬、密度、中子等測井響應密切相關。為了克服這一缺點，下面介紹多元回歸模型。

該模型將自然伽馬、密度、中子等測井參數全部考慮在內，從多個測井參數中篩選出對有機碳含量變化顯著的參數，然后建立回歸方程，從而建立更加精確的擬合方程。由此可見，選用多元回歸模型來建立遼中凹陷優質烴源巖的測井響應方程，更能準確地預測優質烴源巖。

3.2 數據的選取及預處理

有機碳分析樣品的深度與其實際深度存在一定誤差，此外，有機碳的發育存在強烈的非均質性，這兩個因素加大了建立可信度較高的解釋模型的難度［11］。為了減小分析樣品深度與其實際深度的誤差以提高所建模型的可信度，應保證有機碳分析數據來源于取心較好的層段。測井曲線應保證其盡量不受鉆井液等外界因素干擾，盡可能地反映原狀地層特征。由于無法得知分析樣品的精確深度，將分析樣品所在深度范圍內的測井參數取平均值，把求得的均值當作分析有機碳對應的測井值。

在模型應用過程中，注意與有機碳無關的測井曲線異常，包括差的井眼條件、欠壓實地層、低孔隙度層、超壓實帶、含水孔隙等，利用測井資料計算有機碳含量時應首先排除這樣的井段；測井數據要盡量避免鉆井液的干擾，盡量反映原狀地層的特征。同時應注意，聲波時差、體積密度等測井參數受巖性、壓實（深度）等因素作用的影響較大，可考慮以分層段、分巖性建立模型，必要時需對這些測井參數進行壓實校正及標準化處理，盡量減少外界因素對有機碳測井響應的影響。

為了獲得最佳的烴源巖TOC定量預測模型，運用多元統計分析軟件（SPSS）擬合曲線方程。首先對TOC數值與其對應深度的聲波時差、電阻率（取對數后數值）、自然伽馬等參數進行統計計算。然后再對各項參數進行回歸分析，從而獲得了方程系數數值。

3.3 單井定量預測模型

為了驗證遼中凹陷烴源巖測井參數之間的相關性，選取了資料較好的遼中凹陷JZ31-2-1井，對該井資料進行了細致分析。考慮到單井之間可能存在相關系數差異，為了對比單井之間的預測模型差異，又收集了遼中凹陷不同層位、不同次凹以及不同沉積相帶烴源巖的測井響應曲線及相關的熱解分析資料。

以JZ31-2-1井為例，以TOC為因變量，以對應的R、Δt、GR和 測井參數為自變量，進行了多種模型的試驗、比較。結果表明，TOC與單測井參數擬合明顯不如多參數擬合的效果好，擬合效果總體上隨著測井參數種數的增加而逐漸變好。JZ31-2-1井回歸方程模型的相關系數最高為0.979，屬于多元回歸模型。圖1展示了JZ16-2-1井有機碳分析值與計算值的符合程度關系。圖2則為JZ16-2-1井有機碳含量剖面圖。

3.4 分區分層定量預測模型

從單井預測模型可以看出，受地層埋深的影響，即使同一口單井也難以使用相同的模型來解釋。對整個區域來說，由于影響因素的差異，大的區域范圍難以建立起形式統一的代表方程。針對這一問題，進行區域性有機碳含量評價時，借助地質資料（如沉積相）進行分區帶評價，因為區帶內影響有機碳測井響應的因素相近，各井間相似的影響因素會起到一定的抵消作用。為了使建立的關系式具有代表性，首先，每個區塊內選擇具有代表性的井，建立有機碳測井響應關系式。其次，將測井響應方程帶入所在區帶其他井中進行分析、對比、驗證，從而找出最優的響應方程，使有機碳含量計算值更符合實際地層現狀。

為了獲得遼中凹陷具有普遍性的公式，經過回歸分析，發現按照遼中凹陷地層層序及沉積相帶進行分類與模型擬合，相關性及誤差最小。將遼中凹陷按照沉積相并結合區域分區，最后成功獲得遼中凹陷烴源巖層TOC的普遍公式，其中相關系數普遍為r2大于0.8，相關性較好。

這樣，很容易將TOC大于2%的優質烴源巖識別出來，以達到優質烴源巖識別和評價的目的。

圖1 JZ16-2-1井有機碳分析值與計算值散點圖

圖2 JZ16-2-1井有機碳含量剖面圖

4 結論

1）遼中凹陷烴源巖與正常泥巖相比，在測井曲線上存在明顯的差別，可以利用測井資料來預測烴源巖TOC值。

2）分析結果表明，利用測井資料對遼中凹陷烴源巖進行評價是可信的，可以彌補分析化驗資料不足造成的烴源巖評價局限，為優質烴源巖劃分提供更可靠的依據。

3）應用多元回歸方法時要注意排除欠壓實地層、低孔隙度層、超壓實帶、含水孔隙等井段；測井數據要盡量避免鉆井液的干擾，盡量反映原狀地層的特征。

4）測井評價烴源巖層具有較好的推廣性，可以用于遼東灣盆地相似凹陷的烴源巖評價中。

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