偶極子聲波測井在羅家地區沙三段泥頁巖儲層評價中的應用

關麗

（中國石化勝利油田分公司地質科學研究院，山東 東營 257015）

0 引 言

偶極子聲波測井采用偶極聲源和定向接收技術，結合單極技術，在硬和軟地層中都可采集到縱波、橫波、斯通利波時差等豐富資料，依據不同巖層的聲波傳播速度以及縱橫波的傳播特性，可以判別儲層巖性、物性、識別流體性質和裂縫、指示滲透性等。將偶極子聲波測井資料應用于濟陽坳陷渤南凹陷的羅家地區泥頁巖油藏評價中，取得了良好效果。

1 羅家地區泥頁巖沉積環境與成藏特征

富含有機質的泥頁巖常呈深灰、灰黑、黑色，多形成于低能還原環境，如湖灣、半深湖－深湖和半深海－深海盆地、臺地邊緣緩坡、半閉塞－閉塞的欠補償海灣等[1]。泥頁巖油氣藏的形成和富集有其自身獨特的特點，自生自儲，既是烴源巖也是儲集層。儲存于泥頁巖中的油氣一部分以游離狀態賦存于孔隙和裂縫中；另一部分則吸附于有機質和巖石顆粒表面[2－3]。泥頁巖油氣藏沒有油水、氣水等流體界面概念，屬于連續型油氣聚集單元[4]。

羅家地區沙三段地層屬于深湖－半深湖沉積，主要巖相為暗色的泥巖、油泥巖、油頁巖等，大部分地區地層厚度達到100～600m。該套地層中砂巖儲層不發育，泥頁巖發育穩定，是羅家地區乃至渤南凹陷最有利的一套烴源巖，也是泥頁巖油氣最為發育的層系。

2 聲波速度結合常規測井確定泥頁巖礦物組分

盡管含油氣泥頁巖通常被稱作黑色頁巖，但并不僅是指單純的頁巖，成分也包括細粒的粉砂、細砂、粉砂質泥及各種灰質組分[5－6]。泥頁巖油氣藏一般需要壓裂甚至大型壓裂才能有效開采。對于這類油氣藏，首先必須考慮其地層的可壓裂性，巖石的礦物組分是決定可壓裂性的關鍵指標之一，巖石脆性越大，可壓裂性越強。頁巖中的鈣質、硅質成分增加了頁巖本身的脆性，有利于裂縫體系的形成，評價這些脆性礦物在泥頁巖中的比例對儲層的壓裂具有指導意義。

聲波速度中含有反映巖石特性的信息[7]，在羅家地區泥頁巖礦物組分分析中，可利用地層中不同礦物聲波速度的特征定性判斷主要的礦物成分，劃分巖相類型（見圖1）。羅家地區羅A井的縱波測井曲線在井深3068m左右存在明顯變化，對應的密度和中子測井曲線也有相應的變化，依據這種變化特征，結合地質巖礦綜合分析，將3068m上下分成2種不同的巖相類型。針對不同巖相，利用偶極子聲波測井，結合常規測井資料和巖心分析資料，建立數學模型解釋泥頁巖儲層中各種礦物含量，常用模型有線性、指數和冪函數等數學模型，經相關性對比，采用線性模型進行建模

式中，Y為各種礦物含量百分比；Xi為測井曲線值。將模型計算得到的礦物百分含量與巖心全巖礦物X衍射分析數據對比，精度較高，說明依據縱波資料劃分測井巖相，利用數學模型的方法定量解釋泥頁巖儲層的各種礦物含量是可行的。

3 縱橫波速度比指示泥頁巖層理、物性及含油性特征

3.1 縱橫波速度比指示泥頁巖層理特征

弱水動力環境下的沉積物具有極薄的微層理構造，厚度不超過1mm，這種微層理構造被稱為紋層[1]。羅家地區泥頁巖儲層的這種微層理非常發育，據巖心薄片觀察，1mm內可見到幾十條紋層（見圖2）。在研究中將巖心薄片在光學顯微鏡下所能識別出的單位距離內微小層理構造的數量定義為紋層數。巖石層理能引起地層徑向電阻率的變化，反映在FMI動態圖像上是明顯的層界面。從圖2可見，紋層與FMI動態圖像上的層界面有較好的對應關系，巖石紋層多的地方，FMI圖像的層界面也相對較多，反之亦然。受縱向分辨率的影響，FMI測井不能完全反映所有的紋層，但它能間接反映一定深度內紋層的相對數量。受諸多因素限制，不能得到紋層數隨深度的連續變化值，但依據巖石紋層與FMI動態圖像層界面的對應關系，可采用單位深度段內的FMI動態圖像所能識別的層界面數量間接反映巖石紋層數。采用0.10m的深度間隔，用計算機對FMI動態成像圖上的層界面進行拾取，并計數累積，得到深度與層界面數的關系曲線（見圖3第2道）。

圖1 礦物成分解釋模型精度分析

根據縱橫波傳播原理，橫波質點的位移方向與井軸垂直。在層理和低角度裂縫中，橫波的部分能量沿著層理和低角度裂縫傳播，從而造成儀器采集到的橫波傳播速度減小；而縱波的傳播方向及質點位移方向與井軸平行，層理和低角度裂縫對其速度影響不大，在層理和低角度裂縫發育的地方，縱橫波速比vp／vs增大。從對羅A井的分析可得，vp／vs增大的井段，如3040～3050m和3060～3070m井段FMI層界面數增加（見圖3），這說明縱橫波速度比能較好地指示泥頁巖層理特征。

3.2 縱橫波速度比指示孔隙特征

泥頁巖儲層具有低孔隙度、特低滲透率和致密的物性特征。美國主要產氣頁巖儲層巖心分析總孔隙度分布在2.0%～14.0%，平均為4.22%～6.51%；滲透率一般小于0.1mD，平均喉道半徑不到0.005μm[8]。油氣存儲于殘余粒間孔、有機質生烴形成的微孔隙以及各種微裂縫中。綜合分析巖心鑄體薄片、FMI動態圖像，羅A井在3040～3050 m和3060～3070m井段紋層非常發育，對應井段巖心分析的孔隙度和水平滲透率較高（見圖3），說明該地區泥頁巖儲層中巖石的紋層層理與儲層物性成正比。依據vp／vs與紋層數的正比例關系，可以得到vp／vs與泥質巖儲層物性也成正相關關系，所以vp／vs可以較好地指示泥頁巖孔隙發育帶。

3.3 縱橫波速度比指示含油性特征

陸相沉積的泥頁巖厚度一般都較大，但并不是所有井段都具有良好的含油性。烴源巖生烴消耗水以及排烴時帶走了大量水，使得泥頁巖油藏內含水較低。圖4是羅A井實驗室巖心分析數據，隨著孔隙度的增大，單位體積內的巖石含水量基本不變，而含油量隨著孔隙度的增大而增大，說明根據泥頁巖油藏自身獨特的成藏的特點，未能運移出去、殘留的烴類物質就近在物性較好的地方儲集下來，泥頁巖儲層中物性好的地方含油性就好。泥頁巖油氣勘探的目的就是要尋找物性良好的儲集層。依據vp／vs與泥頁巖儲層物性的正比例關系，vp／vs大的地方就是所要尋找的含油性良好的儲集層。

圖4 孔隙度與每立方米巖石含水、含油體積關系圖

4 效果分析

將建立的模型應用于羅家地區的巖石礦物分析，分析結果表明該地區泥頁巖鈣質含量相對較高，說明該地區巖層的脆性較強，酸化可壓裂性好。該地區羅D井，對2869.80～2880.00m井段進行射孔試油，上措施前日產油2.3t，不含水，上措施后日產油9.2t，不含水，累計產油60.6t。

羅A井、羅B井、羅C井均為羅家地區探井，構造位置相近，羅A井3042～3070m、羅B井2916～2964m和羅C井2766m以下井段（由于工程原因，測井資料在2845m以下缺失）具有相似的測井響應特征，與上下鄰井段相比，SP均有負異常，R4m呈高值，AC高值（見圖5），說明它們屬于同一套沉積地層。這3口井只有羅A井有偶極子聲波測井資料，羅A井在3042～3070m井段vp／vs明顯增大，同一套地層的羅B井在2881～3048m井段常規泵抽日產油1.52t，水0.2m3，累計產油62t；羅C井在2828.13～2861.0m井段自噴日產油79.9 t，不含水，累計產油13465t；羅B和羅C井泥質巖段的出油證明了縱橫波速度比，可以指示物性的好壞，從而確定泥頁巖儲層良好含油性集中段，為勘探決策提供參考依據。

圖5 羅A井、羅B井、羅C井測井曲線對比

5 結 論

（1）泥頁巖儲層是多種礦物組分的混合巖性體，其鈣質、硅質含量能增加巖石脆性，有利于裂縫形成。利用偶極子聲波測井資料、結合常規測井資料對泥頁巖儲層進行了巖相分類，并分巖相類型建立了礦物組分含量計算模型，利用實際巖心分析數據檢驗，精度較高。

（2）泥頁巖地層中紋層層理和低角度裂縫較為發育，儲層孔隙結構復雜。研究表明，縱橫波速度比與巖石紋層層理數和儲層物性成正比，能較好地指示泥頁巖的含油性。

[1]姜在興.沉積學[M].北京：石油工業出版社，2003：133－141.

[2]Curtis J B.Fractured Shale－gas System[C]∥AAPG Bull.，2002，86（11）：1921－1938.

[3]Matt Mavor.Barnett Shale Gas－in Place Volume Including Sorbed and Free Gas Volume[C]∥AAPG Southwest Section Meeting，Fort Wortg，Texas：2003.

[4]鄒才能，陶士振，袁選俊，等.“連續型”油氣藏及其在全球的重要性：成藏、分布于評價[J].石油勘探與開發，2009，36（6）：669－682.

[5]Daniel M Jarvie，Ronald Jhill，Time Ruble，et al.Unconventional Shale Gas Systems：the Mississippian Garnett Shale of North Central Texas as One Modelfor Thermogenic Shale Gas Assessment[J].AAPG，2007，91（4）：475－499.

[6]Curtis J B.Fracture Shale－gas System[J].AAPG.Bull.，2002，86（11）：1921－1938.

[7]楚澤涵.聲波測井理論[M].北京：石油工業出版社，1985：75－115.

[8]蔣裕強，董大忠，漆麟，等.頁巖氣儲層的基本特征及其評價[J].地質勘探，2010，9（10）：7－12.

[9]李榮，孟英峰，羅勇，等.泥頁巖三軸蠕變實驗及結果應用[J].西南石油大學學報，2007，29（3）：57－59.

[10]朱留方.交叉偶極子陣列聲波測井資料在裂縫性儲層評價中的應用[J].測井技術，2003，27（3）：225－227.

[11]Tang X M.Fracture Hydraulic Conductivity Estimation from Borehole Stoneley Wave Transmission and Reflection Data[C]∥SPWLA 37th Annual Logging Symposium，New Orleans：1996.

[12]黃小冬，胡紀蘭.XMC測井在吐哈盆地氣層識別中的應用[J].試油天然氣學報，2005，27（3）：479－480.

[13]馬強，陳建清，黃家勝，等.正交偶極子陣列聲波測井資料在江蘇探區儲層評價中的地質應用[J].復雜油氣藏，2009，2（4）：32－36.

[14]胡紅，羅寧，李聯新.陣列聲波資料在測井解釋中應用[J].巖性油氣藏.2008，20（2）：97－101.

[15]李維彥，李永勝，汪中浩，等.利用偶極子橫波成像測井資料評價地層的各向異性[J].江漢石油學報，1999，21（4）：36－38.