自然伽馬能譜測井在伊拉克A區塊α井中的應用

2017-06-19 18:34:34劉秋穎

石油地質與工程 2017年3期

周全，劉秋穎

(1.中海油田服務股份有限公司，河北燕郊 065201；2.中化地質礦山總局化工地質調查總院)

周全1，劉秋穎2

(1.中海油田服務股份有限公司，河北燕郊 065201；2.中化地質礦山總局化工地質調查總院)

伊拉克A區塊的Asmari地層受放射性元素影響，所測自然伽馬值無法反映真實的地層泥質含量，同時對儲層黏土礦物類型的研究幾乎沒有。對此以地層中鉀、鈾、釷含量與黏土礦物類型關系密切、以及釷鈾比值又和地層原始沉積環境息息相關為理論依據，結合斯倫貝謝公司解釋圖版及前人解釋經驗，對該區塊α井分段進行了黏土礦物類型識別以及沉積環境分析。結果發現Ⅰ油組為還原條件下的海相低能環境，黏土礦物主要為云母和海綠石；Ⅱ油組砂巖層為還原到氧化的過渡型沉積環境，黏土礦物主要為云母，白云巖層則為還原條件下的海相低能環境，以云母和海綠石為主；Ⅲ油組為陸相氧化環境，主要黏土礦物為云母。同時用無鈾伽馬值對地層泥質含量進行了計算，可以看出無鈾伽馬能更精確地反映地層泥質含量，為進一步認識儲層提供了可靠依據。

自然伽馬能譜；泥質含量；黏土類型；沉積環境

自然伽馬能譜測井通過測量地層中放射性元素，一方面能記錄自然伽馬總強度曲線，另一方面又能通過分析伽馬射線的特定譜域確定地層中的鉀、釷和鈾的含量，其主要應用于尋找高放射性儲層、識別地層巖性、計算泥質含量、研究黏土礦物類型和沉積環境等。本文以伊拉克A區塊α井為例，重點闡述了自然伽馬能譜測井資料在計算泥質含量、分析黏土礦物類型和沉積環境中的應用。

1 地質概況

整個伊拉克境內可劃分為兩個大的構造區域：一是西部的穩定陸架區域，二是東部的不穩定陸架區域。東部的不穩定陸架區域以發育厚的沉積蓋層為特征，又分為三個帶：低角度褶皺變形的美索不達米亞帶，高角度褶皺變形帶以及逆沖帶。研究區位于低角度褶皺變形的美索不達米亞帶南部，其主要儲集層位于Asmari地層，總體可分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個油組，Ⅰ油組以白云巖為主，Ⅱ油組為白云巖與砂巖互層，Ⅲ油組則以砂巖為主。由于該地層部分層段受高放射性物質影響，儲層常規自然伽馬值偏高，嚴重影響了泥質含量的精確計算，同時由于本區塊巖心及薄片等資料有限，對進一步了解黏土礦物類型等也造成了一定困難。

2 自然伽馬能譜測井的應用

2.1 自然伽馬能譜測井資料計算儲層泥質含量

在自然伽馬能譜測井資料中，鉀含量、釷含量及其總和的目的層無鈾伽馬值(CGR)與泥質含量的關系最好，鈾含量與泥質含量關系最差[1-2]。鈾除了伴隨碎屑沉積存在外，還與地層的有機質含量及含鈾重礦物有關，因此，利用無鈾伽馬值計算泥質含量能有效排除儲層因含鈾導致的高放射性影響，較之常規自然伽馬能更加精確地反應地層真實泥質含量。其計算方法與常規自然伽馬相同，公式如下：

(1)

(2)

式中：△CGR為計算泥質含量的測井曲線相對值；Vsh為地層泥質含量,%；CGR為目的層無鈾伽馬值，API；CGRmax為純泥巖地層最大無鈾伽馬值，API；CGRmin為純地層最小無鈾伽馬值，API；GCUG為巖石系數，第三系地層取3.7，老地層取2[3]。

2.2 自然伽馬能譜測井資料確定黏土礦物類型

自然界中，黏土礦物是影響泥巖放射性強度的主要因素，常見的黏土礦物主要為高嶺石、蒙脫石、伊利石以及云母等，而這些黏土礦物又與放射性元素鉀、鈾、釷的含量有著密切的聯系[4-6]，故利用自然伽馬能譜測得的鉀、鈾、釷含量，結合交會圖版法可以定性地了解地層中黏土礦物的類型。

2.3 自然伽馬能譜測井資料分析沉積環境

鈾和釷本身的物理及化學性質不同，造成了其在不同沉積環境中的分異堆積。一般來說，鈾在外生作用下常以鈾酰離子形式存在，易溶于水，經風化、淋濾發生遷移，遇還原環境而沉淀堆積；釷則正好相反，其不溶于水的特性導致它在物源處有更多的殘留[7]。因此氧化環境中釷含量大于鈾，而還原環境中鈾含量大于釷。據此，通過釷鈾比值(Th/U)能變相分析沉積環境。根據前人經驗統計，當(Th/U)大于7時，為氧化環境條件下形成的陸相沉積；當(Th/U)為2～7時，為氧化到還原的過渡性環境，常為濱海海相沉積或海陸過渡相沉積；當(Th/U)小于2時，為還原環境下的海相沉積[8-9]。

3 自然伽馬能譜測井實例分析

α井為A區塊的一口井深為3 211.0 m的探井，其主要目的層為Asmari地層Ⅱ油組，次要目的層為Ⅰ油組。該井同時進行了常規自然伽馬及自然伽馬能譜測井，測井資料質量較好，對比性強。

3.1 計算地層泥質含量

α井Ⅰ油組2 982～3 002 m井段的巖性錄井為膏質白云巖，有油氣顯示，但由于碳酸鹽地層中地層水中的鈾易在滲透帶沉積，形成具有高放射性的儲集層[10]，導致雖然中子密度響應顯示地層物性相對較好，巖性較純，但儲層放射性異常偏高，表現為常規自然伽馬(GR)值比能譜測井無鈾伽馬(K-Th)值大。由此可以看出，儲層放射性明顯受到了鈾元素的影響，致使常規自然伽馬失去了指示泥質含量的意義。筆者分別利用自然伽馬及無鈾伽馬計算了地層泥質含量，對比后發現，該段用常規自然伽馬計算的結果顯示為泥灰巖(圖1第五道)，而用無鈾伽馬計算的結果顯示為較純的含膏質白云巖(圖1第六道)，后者的計算結果與錄井及區域背景保持了一致，為后續更精準的計算儲層參數提供了依據。

3.2 確定黏土礦物類型

斯倫貝謝公司K-Th解釋圖版作為確定黏土類型的方法已經得到了廣泛的認可和應用。本文同樣運用此方法制作K-Th交會圖。圖版中，當釷/鉀比值小于0.3時為蒸發巖，0.3～0.6為長石，0.6～1.5為海綠石，1.5～2.0為云母類， 2.0～3.5為伊利石，3.5～12為蒙脫石，12～25為高嶺土，大于25為重釷礦[10-11]。

圖1 α井自然伽馬與無鈾伽馬計算泥質含量對比

在分別對Asmari地層三個油組的K和Th做交會圖分析后，大致確定了每個油組的黏土礦物類型。其中Ⅰ油組以白云巖為主，黏土礦物主要為云母和海綠石，含少量長石(圖2)；Ⅱ油組主要為砂巖和白云巖混層，砂巖層黏土礦物主要為云母(圖3)，白云巖層則以云母和海綠石為主，次為長石(圖4)；Ⅲ油組為砂巖層，主要礦物類型為云母，含少量伊利石(圖5)。分析結果對本區在缺乏此類相關實驗數據的情況下，提供了較為可靠的參考依據。

圖2 α井Asmari地層Ⅰ油組K-Th交會圖

圖3 α井Asmari地層Ⅱ油組砂巖層K-Th交會圖

圖4 α井Asmari地層Ⅱ油組白云巖層K-Th交會圖

圖5 α井Asmari地層Ⅲ油組K-Th交會圖

3.3 分析沉積環境

結合錄井及常規測井資料，對比分析α井三個油組的釷鈾比可初步判定，Ⅰ油組以白云巖為主，釷鈾比基本都小于2，為還原條件下的海相低能環境；Ⅱ油組砂巖釷鈾比大部分為2～7，表明為從還原到氧化的過渡型沉積環境，而白云巖層釷鈾比則以小于2為主，為還原條件下的海相低能環境；Ⅲ油組主要為砂巖地層，釷鈾比值以大于7為主，為陸相氧化環境(圖6)，為今后區域沉積環境研究提供了參考依據。