中拐凸起黏土化蝕變火山巖孔隙度評價方法

高衍武,胡婷婷,陳國軍,程亮,楊帆,肖華

(1.中國石油集團測井有限公司測井應用研究院, 陜西 西安 710077;2.中國石油新疆油田分公司勘探開發研究院, 新疆 烏魯木齊 836413)

0 引 言

隨著巖性油氣藏勘探的不斷深入,各種大規模火山巖油氣藏相繼被發現,火山巖油氣藏勘探開發的巨大潛力使得火山巖儲集層的測井解釋技術成了各大油田關注的重點。與碎屑巖油氣藏相比,火山巖儲集層一般埋藏深度大,巖石類型變化多樣,非均質性強,孔隙結構復雜,前人在火山巖巖性識別、物性評價及流體識別方面做了大量工作,但研究對象多為未蝕變的火山巖。目前針對發生蝕變的火山巖測井解釋研究還相對較少,2012年申波等[1]利用主成分分析技術對蝕變砂巖儲層進行孔隙度計算;2013年王春燕等[2]經過分析火山巖X線衍射資料得出,火山巖蝕變產生的綠泥石、伊利石、高嶺石等黏土礦物對測井響應特征影響較大,并建立了基于中子-電阻率的蝕變指數和基于密度-中子巖性指數,通過對電阻率進行蝕變校正,建立了蝕變火山巖流體識別方法;2016年楊雪[3]研究了不同原巖發生的蝕變類型,建立了三組分體積模型,在此基礎上結合不同巖性的變骨架中子-密度交會圖,計算出了不同巖性火山熔巖的黏土含量和孔隙度。2016年楊曉輝[4]利用常規測井資料多元線性回歸和BP神經網絡法計算泥質含量完成了火成巖孔隙度計算。2017年孫茹雪[5]研究發現,中基性火山巖發生蝕變后,隨著蝕變程度的加大,儲層的中子孔隙度逐漸變大以及電阻率逐漸減小,通過五組分ABC優化算法計算儲層的黏土含量和孔隙度。2018年王敏等[6]利用中子曲線對中基性火成巖的蝕變層段進行識別,并利用MOSTAFA模型計算蝕變層段的孔隙度。

圖1 X-20井蝕變英安巖黏土礦物微觀存在形式

前人研究多集中在蝕變的中基性火山熔巖方面,對發生黏土化蝕變的火山熔巖和火山碎屑巖的孔隙度定量計算研究較少。中拐凸起JL20井區石炭系發生蝕變的火山巖儲層與相鄰井區未發生蝕變火山巖儲層相比,前者的取心分析孔隙度與后者利用常規模型和變骨架模型計算得到的孔隙度有較大差異。通過對研究區25口井的薄片分析發現,JL20井區中基性、中酸性火山熔巖和火山碎屑巖均存在不同程度的黏土化蝕變現象。而黏土含量對評價儲集層來說是一個十分重要的參數,幾乎所有的測井方法都會受黏土含量的影響。地質研究認為,火山巖蝕變會使儲集層孔隙結構發生變化,產生的黏土礦物對測井響應影響較大,如果忽略蝕變對儲層帶來的影響,將會給火山巖儲層物性評價帶來錯誤認識,對測井解釋結果產生直接影響,進而導致試油選層不準而造成較大經濟損失。針對這一難題,本文在分析黏土蝕變作用對常規、核磁共振測井響應特征和儲層巖性物性影響的基礎上,優選了敏感測井曲線;在測井系列分析的基礎上優化了黏土蝕變程度指示因子,建立了研究區火山巖黏土蝕變程度指數模型,通過黏土蝕變程度指數刻度黏土含量,利用體積模型對發生黏土化蝕變火山巖熔巖和火山碎屑巖孔隙度進行校正,解決了不同巖性、不同黏土化蝕變程度的火山巖孔隙度定量計算問題,為火山巖儲層試油選層、儲量計算及后期的勘探、開發提供一定的技術支持。

1 黏土化蝕變火山巖測井響應特征

蝕變作用主要分非黏土化蝕變和黏土化蝕變2種。碳酸鹽化、鈉長石化和脫玻化不產生黏土礦物,屬于非黏土化蝕變,這些蝕變礦物可以發生水解和溶解,形成溶蝕孔隙,容易形成有利儲層,可以改善火山巖儲層的物性和孔隙結構。黏土化蝕變容易產生綠泥石、絹云母、伊利石、高嶺石等黏土礦物,不僅不能改善儲層物性,而且蝕變形成的黏土礦物會降低儲層孔隙的有效性[7-8]。

由研究區內的薄片、掃描電鏡等資料分析可知(見圖1、圖2),研究區內中基性、中酸性的火山巖熔巖和火山碎屑巖均發生黏土化蝕變。裂縫中半充填的為綠泥石,部分礦物已泥化、綠泥石化,滲透性差。孔隙多被黏土礦物填充,從而儲集能力弱,即使部分分析孔隙度較大,其孔隙有效性也較差。因此,有必要研究蝕變作用對測井響應特征的影響。

圖2 X-20井蝕變玄武安山巖黏土礦物微觀存在形式

測井響應是巖性、孔隙度、孔隙結構和流體性質的綜合反映,依據薄片分析及全巖礦物資料,當火山巖中出現黏土化蝕變時,各種曲線特征會發生變化。

(1)電阻率測井:蝕變產生的各種黏土礦物具有較高的陽離子交換能力[9],會導致電阻率降低,且黏土化程度越高,電阻率值越低,所以根據電阻率的變化可以反映黏土化蝕變程度[10]。

(2)中子測井:中子測井主要與巖石礦物成分和孔隙度有關。巖石蝕變產生的綠泥石、伊利石、高嶺石等黏土礦物含有大量的結晶水或結構水,會導致中子孔隙度偏高,尤其是黏土化蝕變嚴重時,中子測井值明顯高于未蝕變的同類巖石,所以中子測井可以有效地識別火山巖黏土化蝕變程度。

(3)密度測井:巖石黏土蝕變產生的綠泥石、伊利石、蒙脫石、沸石等細粒組分會造成密度測井值下降[11]。

(4)聲波測井:同類巖石黏土化蝕變產生的黏土礦物會使聲波時差值稍有增大,火山巖為致密儲層,黏土對聲波值的影響大于孔隙度對聲波值的影響[11-12]。

(5)核磁共振測井:常規儲層中核磁共振總孔隙度減去核磁共振有效孔隙度為泥質束縛孔隙度,火山巖黏土化蝕變產生的黏土會使得核磁共振有效孔隙度降低,從而泥質束縛孔隙度增加[13]。

根據薄片分析資料,選取發生黏土化蝕變的火山巖熔巖和火山碎屑巖進行實驗室孔隙度分析,由于黏土化蝕變對常規測井資料影響較大,利用常規測井曲線建立的物性模型所計算的孔隙度明顯大于分析孔隙度(見圖3),同時黏土蝕變程度越重,兩者誤差越大。因此必須對發生黏土蝕變火山巖熔巖和火山碎屑巖的計算孔隙度進行校正,而在對黏土化蝕變的火山巖物性進行校正之前,首先需要研究火山巖的黏土化蝕變程度情況。

圖3 地區經驗參數計算孔隙度與分析孔隙度對比

2 黏土蝕變程度指數建模

火山巖儲層屬于低孔隙度低滲透率致密儲層,通過分析可知黏土化蝕變作用對測井曲線響應特征的影響較大,而流體對火山巖測井曲線響應特征的影響不明顯,所以本文不考慮流體對各測井曲線響應特征的影響。經過文獻調研,按照不同測井系列建立了蝕變程度的不同指示因子。

(1)中子-密度放射性測井系列

由于火山巖巖性復雜,每種巖性礦物組分多樣,利用常規的中子-密度差值法可指示常規砂泥巖泥質含量[14]和火山巖巖性變化情況[2],但由于火山巖巖性復雜多變,簡單的差值法無法反映各巖性的黏土化蝕變程度,因而需要采用中子-密度比值法。由于黏土化蝕變會引起中子值增大和密度值減小,因此中子-密度比值法不僅可以反映黏土化蝕變程度,而且消除了不同巖性的影響,因此建立了黏土化蝕變指示因子ISh1=CNL/DENa。在實際應用中,火山巖儲層隨著蝕變程度的加強,黏土含量的增加會造成中子值增大和密度值減小,通常密度減小幅度在0～10%之間,中子的增大幅度在0～50%之間,因此需要增加密度曲線值的權重,依據地區經驗,確定a=2。

(2)聲波-電阻率聲電測井系列

(3)核磁共振測井系列

結合研究區的實際地質情況,為了更好地指示黏土化蝕變程度,定義了火山巖黏土蝕變程度指數IAL的數學表達式

(1)

式中,AC為聲波測井值,μs/ft[注]非法定計量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同;CNL為中子測井值,%;DEN為密度測井值,g/cm3;Rt為深側向電阻率,Ω·m;φe為核磁共振有效孔隙度,%;φt為核磁共振總孔隙度,%。

根據研究區的巖石薄片分析資料來標定測井參數,結合計算的黏土蝕變程度指數IAL曲線(見圖4、圖5)可知,中基性火山熔巖、中酸性火山熔巖和火山角礫巖均發生了黏土化蝕變。計算的黏土蝕變程度指數IAL越大,表明黏土化蝕變程度越高;黏土蝕變程度指數IAL越小,則說明巖性蝕變程度越低;黏土蝕變程度指數IAL趨于零(不等于零),表明巖石沒有發生黏土化蝕變。同時,針對凝灰巖層段,如圖4中2 787～2 804 m層段和圖5的2 922～2 929 m層段的凝灰巖,計算的黏土蝕變程度指數IAL最大,表明為非儲層段,近似為常規泥巖段,與傳統認識一致。

圖4 X-20井英安巖與玄武安山巖蝕變程度指數計算與薄片鑒定對比圖

3 黏土化蝕變火山巖孔隙度校正

根據地區經驗和巖石物理統計分析,可發現黏土蝕變程度指數與黏土含量呈正相關關系,因此理論上可以把黏土蝕變程度指數曲線轉換成黏土含量曲線。首先對黏土蝕變程度指數進行歸一化處理,使其刻度在0～100范圍內,然后再與黏土含量分析數據建立相關關系。

(2)

Vsh=aIAL*+b

(3)

式中,IAL*為歸一化后的黏土蝕變程度指數;IAL,min為計算的黏土蝕變程度指數最小值;IAL,max為計算的黏土蝕變程度指數最大值;Vsh為黏土含量,%;a、b為常數。

以X-15井為例,先對黏土蝕變程度指數進行歸一化處理,再與黏土含量建立相關關系(見圖6),得到黏土含量曲線。

(4)

Vsh=0.671IAL*+11.273

(5)

(6)

再利用常規孔隙度模型[見式(6)]加入泥質校正后計算儲層孔隙度。通過對25口取心分析井的物性分析資料進行驗證(見圖7),可知原參數計算孔隙度與巖心分析孔隙度相關性較差,而經校正過的孔隙度與巖心分析孔隙度相關性較好,吻合度較高,兩者相關系數R為0.926。因此,該方法很好地解決了黏土化蝕變火山巖孔隙度計算不準確的問題,計算結果更符合生產要求。

圖6 X-15井黏土含量與歸一化蝕變程度指數關系圖

圖7 X-15井孔隙度校正成果圖

4 結 論

(1)通過對測井、巖石物理等相關資料進行分析,發現火山巖黏土化蝕變產生的黏土礦物會使儲層孔隙結構變差,降低儲層有效性。在測井響應特征方面,黏土化蝕變會導致中子孔隙度變大,聲波時差增大,電阻率低值,測井密度值減小,核磁共振泥質束縛孔隙度增大,大大的降低了儲層孔隙度評價的精確性。

(2)通過分析黏土化蝕變作用對測井資料的影響,在測井系列分析的基礎上建立了黏土化蝕變程度指數模型。利用該模型能有效區分火山巖儲層是否發生黏土化蝕變以及黏土化蝕變程度的高低。黏土蝕變程度指數IAL越大,表明黏土化蝕變程度越高;黏土蝕變程度指數IAL越小,則說明巖性蝕變程度越低;黏土蝕變程度指數IAL趨于零(不等于零),表明巖石沒有發生黏土化蝕變。

(3)利用黏土蝕變程度指數計算了黏土含量曲線,最終實現了火山巖儲層孔隙度定量評價,提高了黏土化蝕變火山巖儲層孔隙度評價精度,較好解決了黏土化蝕變火山巖儲層物性定量評價的難題。

(4)該方法在中拐凸起和克拉美麗石炭系火山巖儲層中進行了推廣應用,取得了顯著效果。同時該方法對黏土化蝕變火山巖試油選層和儲量提交意義重大,也為后期火山巖油氣田的勘探開發提供了一定的技術支持。