三塘湖盆地石炭系水下火山巖蝕變特征及測井定量表征方法

2021-06-17 04:49:52顧定娜孫萬明楊波范宜仁葛新民劉俊華

測井技術 2021年2期

顧定娜,孫萬明,楊波,范宜仁,葛新民,劉俊華

(1.中國石油集團測井有限公司吐哈分公司,新疆哈密839009;2.中國石油塔里木油田分公司,新疆庫爾勒841000;3.中國石油大學(華東)地球科學與技術學院,山東青島266580;4.海洋國家實驗室海洋礦產資源評價與探測技術功能實驗室,山東青島266071)

0 引言

三塘湖盆地石炭系哈爾加烏組火山巖儲層為水下沉積,巖性以中性和基性為主,有火山熔巖、火山碎屑巖、沉火山碎屑巖等結構類型,具有廣闊的油氣勘探前景[1-3]。火山巖儲層測井響應特征異常復雜,采用常規的骨架參數和解釋模型難以準確計算儲層物性參數[4-7]。受蝕變影響,總孔隙度無法表征儲層的有效物性,甚至出現總孔隙度與產能呈反比的現象。

本文基于巖心資料和測井數據,分析火山巖蝕變特征及其對物性的影響,通過巖心刻度測井建立火山巖蝕變指數的定量表征方法,實現火山巖儲層蝕變程度的測井識別,為深入認識火山巖蝕變規律和提升測井解釋精度奠定基礎。

1 火山巖蝕變類型及特征

1.1 火山巖地質特征及其蝕變類型

哈爾加烏組火山巖以水下沉積為主,水下噴發沉積的火山巖由于深水靜水壓力大,揮發組分不易逃逸且難以形成氣孔,巖石十分致密,整體呈塊狀特征。因此,其儲集空間主要為層間縫,同時具有少量的原生孔、溶蝕孔及后期形成的構造縫。這種類型的儲集空間限制了儲層發育的規模和有效性,所形成的油藏規模較小,而裂縫的發育程度決定了其儲層物性的好壞[8-10]。通過薄片資料分析可知,該區的蝕變類型以黏土化蝕變為主,主要包含綠泥石化、絹云母化等,含少量的伊丁石化等非黏土化蝕變(見圖1)。火山熔巖因暗色礦物含量高,蝕變十分明顯;火山碎屑巖的整體蝕變程度較弱,本文不討論。

圖1 各種蝕變類型火山巖薄片圖像

1.2 火山巖蝕變作用的影響

因流體活動而發生蝕變作用的成巖類型主要包括充填作用和溶蝕作用。充填作用產生的次生黏土礦物(綠泥石、絹云母)堵塞孔隙空間,大大降低火山巖儲層的儲集性能,次生黏土礦物含有大量的結構水和吸附水,使用測井資料計算的總孔隙度偏大,但是其中包含大量的非有效孔隙,整體上對儲層物性起破壞作用[11];溶蝕作用主要表現為斑晶和基質在液態流體的水解和溶蝕作用下形成新的孔隙[12],這對儲層物性起建設作用。因此,蝕變對物性的影響大小,取決于蝕變后充填作用和溶蝕作用的強弱[13]。

1.3 火山巖蝕變特征

根據薄片描述可知,弱蝕變火山熔巖含有少量的綠泥石化玻質和伊丁石化橄欖石;中等蝕變火山熔巖的黝簾-綠泥石化玻質約占30%,伊丁石化橄欖巖約占5%;強蝕變火山熔巖的綠泥石-絹云母化長石約占70%,綠泥石化玻質約占20%。同時薄片顯示哈爾加烏組火山熔巖總體以填充作用為主,次生孔隙不發育,但是中等蝕變相比弱蝕變和中等蝕變次生孔隙(基質溶孔、斑晶溶孔)略微發育。全巖X射線黏土礦物含量顯示,弱蝕變的黏土礦物含量小于15%,中等蝕變的黏土礦物含量15%～30%,強蝕變的黏土礦物含量大于30%(見圖2)。

圖2 不同蝕變程度火山巖的全巖X射線黏土礦物含量

聲波時差和密度測井與蝕變程度缺乏明顯的對應關系,但補償中子測井和電阻率測井受蝕變影響明顯(見圖3)。通常蝕變程度增高,補償中子測井值增大、電阻率值減小,主要是因為水下沉積火山巖蝕變產生的次生黏土礦物(綠泥石)以充填作用為主,溶蝕作用非常弱,綠泥石與骨架的密度值、聲波時差值相差不大,隨著蝕變程度的變化,聲波時差和密度基本不變。由于綠泥石含有大量的束縛水,具有較強的附加導電性,因此,隨著蝕變程度的增加,測井響應呈現高補償中子、低電阻率的特征。

圖3 不同蝕變程度火山巖的常規測井特征

2 蝕變程度定量表征及其對物性的影響

2.1 蝕變程度定量表征方法

如圖4所示,分別利用補償中子值、電阻率值與實驗室黏土礦物含量進行相關性分析。研究發現,補償中子與實驗室黏土礦物含量成正比,電阻率與實驗室黏土礦物含量成反比。因此,可以根據補償中子和電阻率與實驗室黏土礦物含量的關系,定義黏土礦物含量指數Cl來反映蝕變的強弱,其為電阻率和補償中子的非線性擬合。

圖4 黏土礦物含量與補償中子、電阻率的相關性

(1)

式中,Cl為黏土礦物含量指數;CNL為補充中子測井值,%;Rd為深探測電阻率值,Ω·m。

將黏土礦物含量指數Cl轉換為蝕變指數Al,利用實驗測得的黏土礦物含量確定其系數

Al=6.1Cl+5.15

(2)

式中,Al為蝕變指數。

依據不同蝕變程度對應的實驗室黏土礦物含量,利用計算得到的蝕變指數把火山巖蝕變程度劃分為弱蝕變、中等蝕變和強蝕變:弱蝕變Al<15,中等蝕變15≤Al≤30,強蝕變30

2.2 蝕變程度對物性的影響

圖5為不同蝕變火山巖的電成像測井響應特征和核磁共振測井響應特征。由圖5可知,當蝕變程度降低時,電成像測井圖像顯示出較多的溶蝕孔隙,與薄片分析資料基本一致。隨著蝕變程度的降低,核磁共振測井的譜峰向右移動,孔隙半徑呈增大趨勢,物性變好。

圖5 不同蝕變程度火山巖的電成像和核磁共振測井響應特征

圖6為不同蝕變程度的總孔隙度和有效孔隙度分布直方圖,弱蝕變火山巖的總孔隙度為4.32%～6.42%,其平均值為5.24%,有效孔隙度為0.07%～1.52%,其平均值為0.69%;中等蝕變火山巖的總孔隙度為3.38%～12.38%,其平均值為7.11%,有效孔隙度為0.43%～5.9%,其平均值為2.56%;強蝕變火山巖的總孔隙度為4.68%～12.87%,其平均值為8.44%,有效孔隙度為0.37%～2.78%,其平均值為1.37%。這表明隨著蝕變程度的增強,儲層的總孔隙度逐漸增大,但有效孔隙度先增大后減小。這主要是由于火山巖的原生孔隙度較小,不能為溶蝕作用提供太多的通道。當蝕變程度較弱時,溶蝕作用要強于次生黏土礦物的充填作用,物性變好;當蝕變程度較強時,溶蝕作用要弱于次生黏土礦物的充填作用,有效孔隙度降低,物性變差。

圖6 水下沉積火山巖不同蝕變程度孔隙度分布特征

3 實際應用效果

圖7為牛東201井哈爾加烏組測井解釋成果圖,對應深度段為3 140～3 200 m,計算得到的蝕變指數與實驗檢測得到的黏土礦物含量的誤差約為15%,總體計算效果較好。雖然該深度段的黏土礦物含量變化較大,蝕變程度有差距,但是總孔隙度和有效孔隙度均較小,同時綜合電成像和巖心資料發現裂縫不發育,故其2個試油層都未有工業化油氣流產出。