湖相混積巖有利儲(chǔ)層巖性測(cè)井識(shí)別方法
——以大王莊油田沙三上亞段為例

李楚楚,洪秀娥,韓登林,門(mén)南方,趙苗苗

(長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,湖北武漢 430100)

Mount于1984年提出了“mixed sediments(混合沉積物)”的概念,即硅質(zhì)碎屑與碳酸鹽的混合沉積物,初步對(duì)混積巖進(jìn)行了定義[1],混積沉積物逐漸成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)[2-5]。楊朝青等(1990)將混合沉積物濃縮為“混積巖”,泛指碳酸鹽巖與陸源碎屑混合沉積形成的沉積物[6]。沙慶安等(2001)將“混積巖”劃分為狹義和廣義兩種類(lèi)型,狹義的混積巖是指巖層內(nèi)碳酸鹽質(zhì)碎屑巖組分的混合;廣義的混積巖既包括巖層內(nèi)的混合,也包括層間碎屑巖沉積層與碳酸鹽巖沉積層的間互沉積[7]。混積巖巖性復(fù)雜,影響混積巖分類(lèi)的因素較多,目前尚未形成統(tǒng)一的混積巖分類(lèi)方案[8-10]。按照沉積環(huán)境可將混積巖劃分為湖相混積巖和海相混積巖兩大類(lèi),湖相混積巖是指陸地湖泊環(huán)境中化學(xué)沉積與陸源碎屑沉積形成的混合沉積物[11-12]。Mount以“陸源碎屑砂、黏土、碳酸鹽碎屑、灰泥”四種物質(zhì)組分建立了四端元立方圖分類(lèi)方法。解習(xí)農(nóng)等提出以“陸源碎屑、化學(xué)成因碳酸鹽、生物成因碳酸鹽顆粒”三種物質(zhì)組分建立的三端元分類(lèi)方法,并應(yīng)用該方法對(duì)渤中凹陷混積巖儲(chǔ)層進(jìn)行分類(lèi)[13]。高夢(mèng)天等將混積巖儲(chǔ)層劃分為陸源碎屑-碳酸鹽巖、陸源碎屑-生物碎屑巖、生物碎屑-碳酸鹽巖三種類(lèi)型[8]。

在對(duì)大王莊油田沙三上亞段混積巖儲(chǔ)層分類(lèi)識(shí)別的研究中,羅妮娜等提出以成分含量50%為界限,將混積巖劃分為砂質(zhì)碳酸鹽巖和灰質(zhì)砂巖兩大類(lèi)[9],這種粗線條的分類(lèi)方案不利于識(shí)別出有利儲(chǔ)層。楊劍萍等則重點(diǎn)研究了碳酸鹽含量較高的灘壩、泥晶云灰?guī)r、碎屑質(zhì)云灰?guī)r等巖石類(lèi)型[10],深化了碳酸鹽巖沉積、成巖研究,并細(xì)化了分類(lèi),但缺少陸源碎屑巖和碳酸鹽質(zhì)陸源碎屑巖方面的研究,因而,宏觀性與整體性不足,也不利于識(shí)別出有利儲(chǔ)層。隨著湖相混積巖油氣勘探工作不斷深入,國(guó)內(nèi)許多沉積盆地中發(fā)現(xiàn)了混積巖油氣藏[14-15]。雖然大王莊油田已針對(duì)沙三上亞段湖相混積巖開(kāi)展了沉積相和儲(chǔ)層特征研究,且多口井于混積巖儲(chǔ)層投產(chǎn),日產(chǎn)油50.00 t以上,但沙三上亞段混積巖的研究仍不夠深入,混積巖的分類(lèi)不夠清楚,有利儲(chǔ)層類(lèi)型不明確、測(cè)井識(shí)別困難,部分井層因認(rèn)識(shí)不清未射孔投產(chǎn),制約了油田勘探開(kāi)發(fā)的進(jìn)一步發(fā)展。本文利用巖心、薄片、測(cè)錄井、測(cè)試等資料,提出了適合沙三上亞段儲(chǔ)層物性特點(diǎn)的混積巖分類(lèi)方案,建立了分類(lèi)巖性測(cè)井識(shí)別模型和圖版,可識(shí)別出有利儲(chǔ)層,為湖相混積巖儲(chǔ)層油氣勘探開(kāi)發(fā)提供了技術(shù)支持。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

饒陽(yáng)凹陷位于冀中坳陷中部,為東斷西超式單斷式凹陷,凹陷內(nèi)斷裂走向以北北東向?yàn)橹鳌０枷輧?nèi)呈隆凹相間格局,凹陷中央為隆起帶,大王莊油田位于中央隆起帶的中南部(圖1)。大王莊油田發(fā)育的主要斷層走向與凹陷內(nèi)的斷裂系統(tǒng)一致,為北東向,但也發(fā)育部分北西向斷層,兩組斷裂共同發(fā)育將研究區(qū)切割為多個(gè)斷塊,斷層與鼻狀構(gòu)造相結(jié)合,為油氣聚集提供了有利的圈閉條件[16-18]。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置

2 巖石學(xué)特征

以巖石成分與物性分析資料為基礎(chǔ),以識(shí)別有利儲(chǔ)層為目的,根據(jù)巖性與物性變化,從宏觀上全面劃分混積巖的巖石類(lèi)型。據(jù)羅妮娜等對(duì)大王莊油田沙三上亞段的混積巖分類(lèi)結(jié)果,以及對(duì)研究區(qū)的巖心數(shù)據(jù)分析,沙三上亞段混積巖儲(chǔ)層可劃分為陸源碎屑巖、碳酸鹽質(zhì)碎屑巖、碳酸鹽巖灘壩三類(lèi)(表1)。

表1 沙三上亞段混積巖巖性分類(lèi) (據(jù)羅妮娜等(2020),修改[9])

2.1 陸源碎屑巖

陸源碎屑巖以細(xì)砂巖為主,其次為粉砂巖,少量為中砂巖。碎屑組分中石英含量45%～56%,長(zhǎng)石含量36%～49%,巖屑含量6%～10%。

2.2 碳酸鹽質(zhì)碎屑巖

碳酸鹽質(zhì)碎屑巖包括生物碎屑質(zhì)細(xì)砂巖、粉砂巖,內(nèi)碎屑質(zhì)細(xì)砂巖、粉砂巖,云灰質(zhì)細(xì)砂巖、粉砂巖,以及少量云灰質(zhì)中砂巖,碳酸鹽含量10%～50%,主要區(qū)間10%～30%,陸源碎屑巖含量以50%～90%為主(圖2a、b)。

a.含鮞粒砂巖,留496井,3 705.20 m;b.亮晶含鮞粒砂巖,留491井,3 793.20 m;c.亮晶薄皮鮞粒云巖,留101井,3 605.20 m;d.介形蟲(chóng)云質(zhì)灰?guī)r,留101井,3 603.70 m;e.粒內(nèi)孔,留101井,3 617.60 m;f.介形蟲(chóng)體腔孔,留101井,3 604.70 m;g.藻格架孔,留70-39井,3 609.50 m;h.粒內(nèi)溶孔,留70-104井,3 615.20 m;i.鑄模孔,留101井,3 604.70 m圖2 混積巖巖性及儲(chǔ)集空間類(lèi)型

2.3 碳酸鹽巖灘壩

湖相碳酸鹽巖灘壩中巖石成分以碳酸鹽為主,含量85%以上;陸源碎屑含量小于15%。主要巖石類(lèi)型為鮞粒云灰?guī)r(圖2c)、藻屑云灰?guī)r(圖2d)、泥晶云灰?guī)r及含陸源碎屑的藻屑-鮞粒云灰?guī)r。其中,泥晶云灰?guī)r生成于水動(dòng)力較弱的湖灣環(huán)境,藻屑與鮞粒云灰?guī)r生成于高能環(huán)境。灘壩中生物碎屑和碳酸鹽巖顆粒直徑為0.1～0.8 mm,顆粒之間孔隙發(fā)育。

3 巖石物性特征

根據(jù)研究區(qū)混積巖儲(chǔ)層巖心物性資料統(tǒng)計(jì),大王莊油田沙三上亞段混積巖層段孔隙度和滲透率均值在不同的巖石類(lèi)型中差異較大,碳酸鹽巖灘壩最好,高孔高滲的巖樣居多,物性較好,且在此混積巖儲(chǔ)層中不僅發(fā)育粒間孔、粒內(nèi)孔、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔等常規(guī)砂巖儲(chǔ)層的原生孔隙類(lèi)型(圖2e～h),也發(fā)育填隙物溶孔、晶間孔、鑄模孔(圖2i)等碳酸鹽巖儲(chǔ)層中常發(fā)育的次生孔隙類(lèi)型[19]。

3.1 碳酸鹽巖灘壩

碳酸鹽巖灘壩普遍經(jīng)歷了白云石化作用,而白云石化作用有利于形成良好的儲(chǔ)層[2]。留101井和留110井鉆井取心獲得了碳酸鹽巖灘壩的巖石學(xué)資料。留101井取心井段的巖心描述為油浸生物碎屑灰?guī)r,碳酸鹽含量平均值為86.80%,平均孔隙度為23.00 %,平均滲透率為184.80×10-3μm2;留110井取心井段的巖心描述為油浸灰質(zhì)生物碎屑白云巖,碳酸鹽含量平均值為99.94%,平均孔隙度為24.92%,平均滲透率為1 385.18×10-3μm2(表2)。

表2 研究區(qū)巖心分析成果

3.2 陸源碎屑巖

陸源碎屑巖以細(xì)砂巖和粉砂巖為主,其次為少量中砂巖,巖心分析表明陸源碎屑巖物性較差。留101井取心井段的巖心描述為細(xì)砂巖,碳酸鹽含量平均值為5.43%,平均孔隙度為11.98%,平均滲透率為5.12×10-3μm2;留425井取心井段的巖心描述為細(xì)砂巖、粉砂巖,碳酸鹽含量平均值為6.47%,平均孔隙度為11.04%,平均滲透率為0.58×10-3μm2(表2)。

3.3 碳酸鹽質(zhì)碎屑巖

碳酸鹽質(zhì)碎屑巖物性普遍較差。留425井中巖石類(lèi)型為鈣質(zhì)細(xì)砂巖、粉砂巖,碳酸鹽含量為6.60%～44.30%,平均含量23.24%,平均孔隙度為7.85%,平均滲透率為0.35×10-3μm2(表2);留498井中巖石類(lèi)型為鈣質(zhì)細(xì)砂巖,碳酸鹽含量為3.00%～24.10%,平均含量12.92%,平均孔隙度為12.88%,平均滲透率為4.39×10-3μm2。

巖心物性分析資料證明,大王莊油田沙三上亞段陸源碎屑巖和碳酸鹽質(zhì)碎屑巖物性差,為不利儲(chǔ)層;碳酸鹽巖灘壩中的生物碎屑灘壩、顆粒灘壩、生物碎屑-顆粒混合灘壩物性好,高孔高滲,且孔隙類(lèi)型多,連通性好,為有利儲(chǔ)層。

4 巖石巖電響應(yīng)特征

以上述取心井巖石類(lèi)型與物性分析資料為基礎(chǔ)(表2),結(jié)合取心井段巖電響應(yīng)特征(圖3),未取心井以巖屑錄井為參考依據(jù)(圖4),研究不同類(lèi)型巖石的巖電響應(yīng)特征。

圖3 留101井等取心井巖電響應(yīng)特征

圖4 留70-104井等巖屑錄井巖電響應(yīng)特征

4.1 碳酸鹽巖灘壩

碳酸鹽巖灘壩具有自然電位變化幅度大、自然伽馬變化幅度大、標(biāo)準(zhǔn)化刻度值小、單層厚度大的巖電響應(yīng)特征。留101井3 607.75～3 619.25 m井段,巖心描述為生物碎屑灰?guī)r,自然電位平均值為13.41 mV;留110井3 655.75～3 665.88 m井段,巖心描述為灰質(zhì)生物碎屑白云巖,自然電位平均值為14.88 mV,自然伽馬平均值為16.73 API(圖3a)。未取心的留70-104井、留70-134井、留70-136井巖電響應(yīng)特征與取心井的生屑灰?guī)r一致,可判斷為碳酸鹽巖灘壩(圖4a-c)。

4.2 陸源碎屑巖

陸源碎屑砂巖單層厚度小,具有自然電位與伽馬變化幅度較小、刻度值大的巖電響應(yīng)特征。留425井3 475.13～3 477.00 m井段的巖心描述為細(xì)砂巖、粉砂巖,單層厚度5.25 m,碳酸鹽含量平均值為6.47%,自然電位平均值為89.25 mV,自然伽馬平均值為45.29 API(圖3b)。未取心的留 70-178井巖屑描述為砂巖段,且?guī)r電響應(yīng)特征與取心井段的砂巖一致,可判斷為陸源碎屑砂巖(圖4d)。

4.3 碳酸鹽質(zhì)碎屑巖

碳酸鹽質(zhì)碎屑巖單層厚度變化范圍較大,具有自然電位變化幅度小、刻度值大;自然伽馬變化幅度較大的巖電響應(yīng)特征。留425井3 480.13～3 482.88 m井段的巖心描述為鈣質(zhì)細(xì)砂巖、粉砂巖,單層厚度2.75 m,碳酸鹽含量為6.60%～44.30%,平均含量為23.24%,自然電位平均值為74.61 mV,自然伽馬平均值為41.77 API(圖3c)。未取心的留62-58X井、留62-87X井碳酸鹽質(zhì)碎屑巖單層厚度中等到較大,自然伽馬變化幅度較大,自然電位變化幅度小(圖4e、f)。

5 巖石測(cè)井識(shí)別方法

通過(guò)巖電響應(yīng)特征分析,巖石的測(cè)井敏感曲線為自然伽馬和電位曲線,敏感特征為變化幅度大小,定量化參數(shù)為刻度值,且單層厚度大小與巖石類(lèi)型具有一定相關(guān)性。選取取心和巖屑錄井資料全的完鉆井,讀取目的層段自然電位與自然伽馬的刻度值、單層厚度,為建立巖石測(cè)井識(shí)別的定量化模型奠定基礎(chǔ)。

5.1 自然電位與電阻率交會(huì)識(shí)別巖性

前人利用自然電位與電阻率交會(huì)識(shí)別巖性(圖5a),但電阻率與巖性關(guān)系不明顯,且部分陸源碎屑砂巖和碳酸鹽質(zhì)碎屑巖的自然電位變化幅度較大、刻度值較小,在刻度值小于30 mV的區(qū)域,既有碳酸鹽巖灘壩的分布,也含有部分陸源碎屑砂巖和碳酸鹽質(zhì)碎屑巖,巖性識(shí)別不準(zhǔn)確。

圖5 自然電位、伽馬與巖性判斷參數(shù)值交會(huì)巖性識(shí)別圖版

5.2 自然電位與自然伽馬交會(huì)識(shí)別巖性

利用測(cè)量自然伽馬和自然電位測(cè)井資料,建立分類(lèi)巖性的自然電位與自然伽馬交會(huì)圖版(圖5b)。由圖可得:碳酸鹽巖灘壩位于自然電位值小于30 mV、自然伽馬值小于20 API的交會(huì)區(qū),但也有部分碳酸鹽質(zhì)碎屑巖和陸源碎屑砂巖的數(shù)據(jù)點(diǎn)位于該區(qū)域,不完全準(zhǔn)確。且陸源碎屑砂巖與碳酸鹽質(zhì)碎屑巖均具有較大的自然電位值,碳酸鹽質(zhì)碎屑巖的自然伽馬值多低于陸源碎屑砂巖,二者難以區(qū)分。

5.3 巖性綜合判斷參數(shù)交會(huì)識(shí)別巖性

二元交會(huì)圖版巖性識(shí)別方法簡(jiǎn)單易行,但巖性識(shí)別過(guò)程中存在一些問(wèn)題,為進(jìn)一步提高有利儲(chǔ)層識(shí)別的精度,選擇自然電位與自然伽馬建立巖性識(shí)別參數(shù)模型,模型中適當(dāng)加大了自然電位的權(quán)重,具體如下:

F=[(100-SPx)1.5+(100-GRx)1.2]

(1)

式中:SPx為自然電位刻度值,mV;GRx為自然伽馬刻度值,API;F為巖性綜合判斷參數(shù),無(wú)量綱。

研究區(qū)內(nèi)部分未測(cè)量自然伽馬的井層,自然伽馬統(tǒng)一賦值為35 API。

5.3.1 自然電位與巖性綜合判斷參數(shù)交會(huì)識(shí)別巖性

自然電位與模型計(jì)算的巖性綜合判斷參數(shù)交會(huì)后(圖5c),巖性綜合判斷參數(shù)值大于60時(shí)可判斷為碳酸鹽巖灘壩,且準(zhǔn)確率較高;在巖性綜合判斷參數(shù)值以80為界限時(shí),僅一層碳酸鹽巖灘壩被誤判為砂巖。但該方法難以區(qū)分陸源碎屑砂巖與碳酸鹽質(zhì)碎屑巖。

5.3.2 自然伽馬與巖性綜合判斷參數(shù)交會(huì)識(shí)別巖性

自然伽馬與模型計(jì)算的巖性綜合判斷參數(shù)交會(huì)后(圖5d),巖性綜合判斷參數(shù)值大于60時(shí)可判斷為碳酸鹽巖灘壩,未出現(xiàn)誤判情況;在巖性綜合判斷參數(shù)值小于60、自然伽馬刻度值小于30 API時(shí),可判斷為碳酸鹽質(zhì)碎屑巖。該方法雖然也存在難以識(shí)別和區(qū)分部分碳酸鹽質(zhì)碎屑巖與陸源碎屑砂巖的問(wèn)題,但在以識(shí)別出有利儲(chǔ)層為目的的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,能夠準(zhǔn)確識(shí)別出碳酸鹽巖灘壩才是研究的重點(diǎn)。

6 巖性展布與識(shí)別結(jié)果驗(yàn)證

6.1 巖性展布規(guī)律

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)研究成果,沙三下亞段地層沉積時(shí)期,大王莊油田處于辮狀河三角洲平原亞相環(huán)境,地層巖性為紫紅色泥巖和砂巖[21-22]。沙三上亞段地層沉積時(shí)期,沉積環(huán)境由辮狀河三角洲平原轉(zhuǎn)變?yōu)闇\水三角洲與湖泊沉積體系,物源來(lái)自西南方向[23-24]。

利用分類(lèi)巖性識(shí)別結(jié)果繪制沙三上亞段不同巖性分布圖(圖6)。由圖可知,留101井區(qū)為碳酸鹽巖灘壩連片發(fā)育區(qū),留110井區(qū)和留438井區(qū)發(fā)育小規(guī)模的碳酸鹽巖灘壩。鉆井揭示沙三上亞段碳酸鹽質(zhì)碎屑巖分布范圍廣,幾乎覆蓋所有井區(qū);縱向上,只有部分小層為碳酸鹽質(zhì)碎屑巖,剩余的小層為陸源碎屑巖;陸源碎屑巖與碳酸鹽質(zhì)碎屑巖分布規(guī)律相似。

圖6 研究區(qū)巖性分布

6.2 巖性識(shí)別結(jié)果驗(yàn)證

沙三上亞段碳酸鹽巖灘壩物性好,為有利儲(chǔ)層;陸源碎屑巖和碳酸鹽質(zhì)碎屑巖物性較差,為不利儲(chǔ)層。因此,碳酸鹽巖灘壩準(zhǔn)確識(shí)別為研究重點(diǎn),巖性識(shí)別準(zhǔn)確率的判別驗(yàn)證也主要體現(xiàn)在碳酸鹽巖灘壩識(shí)別的準(zhǔn)確率上。

在實(shí)際應(yīng)用中,針對(duì)研究區(qū)未取心、但巖屑錄井的井位,根據(jù)自然電位、自然伽馬和巖性綜合判斷參數(shù)的交會(huì)圖版可以準(zhǔn)確識(shí)別出高孔的碳酸鹽巖灘壩,從而判斷有利儲(chǔ)層的展布。以留101井3 607.75～3 619.25 m井段為標(biāo)準(zhǔn)層,取心證實(shí)為碳酸鹽巖灘壩,巖心物性分析證實(shí)為高孔高滲儲(chǔ)層,1989年1月投產(chǎn),初期日產(chǎn)油60.00 t,已累計(jì)產(chǎn)油10.90×104t;留70-104井3 617.25～3 636.50 m井段,巖屑錄井描述為碳酸鹽巖灘壩,1989年1月投產(chǎn),初期日產(chǎn)油51.00 t,已累計(jì)產(chǎn)油8.26×104t;留70-39井3 613.00～3 627.00 m井段,巖屑錄井描述為碳酸鹽巖灘壩,1984年9月投產(chǎn),初期日產(chǎn)油95.00 t,已累計(jì)產(chǎn)油10.29×104t。留70-104井和留70-39井未取心,利用建立的參數(shù)巖性識(shí)別模型計(jì)算F值為128.46和120.56,判斷為碳酸鹽巖灘壩,巖屑錄井和投產(chǎn)資料證實(shí)為高孔高滲的碳酸鹽巖灘壩。以上資料證明,所建立的碳酸鹽巖灘壩巖性識(shí)別模型參數(shù)準(zhǔn)確可靠。

在十幾口尚未于沙三上亞段碳酸鹽巖灘壩井段投產(chǎn)的鉆井中,留70-105X井等部分井未進(jìn)行巖屑錄井,但在3 704.75～3 713.25 m井段,具有單層厚度大、自然電位和自然伽馬變化幅度大且刻度值小的典型碳酸鹽巖灘壩巖電響應(yīng)特征,該井位于碳酸鹽巖灘壩連片發(fā)育區(qū),利用建立的參數(shù)巖性識(shí)別模型計(jì)算F值為92.97,判斷為碳酸鹽巖灘壩,為有利儲(chǔ)層分布區(qū)域。

7 結(jié)論

1)以識(shí)別有利儲(chǔ)層為目的,大王莊油田沙三上亞段的巖石可劃分為陸源碎屑巖、碳酸鹽巖灘壩、碳酸鹽質(zhì)碎屑巖三大類(lèi)。巖石成分與物性分析表明碳酸鹽巖灘壩物性好,為有利儲(chǔ)層。

2)碳酸鹽巖灘壩為高孔高滲儲(chǔ)層,具有單層厚度大、自然伽馬和電位變化幅度大的巖電響應(yīng)特征,自然電位值以小于30 mV為主,自然伽馬值以小于20 API為主。陸源碎屑巖和碳酸鹽質(zhì)碎屑巖為低孔低滲儲(chǔ)層,陸源碎屑巖單層厚度小,具有中低變化幅度的自然伽馬和自然電位。碳酸鹽質(zhì)碎屑巖單層厚度、自然伽馬變化幅度和刻度值變化范圍大,自然電位變化幅度小。

3)碳酸鹽巖灘壩巖電響應(yīng)的最敏感信息為自然電位,量化指標(biāo)為自然電位多小于30 mV,其次為自然伽馬多小于20 API,單層厚度多大于4.0 m。巖性識(shí)別參數(shù)模型可定量計(jì)算出巖性判斷參數(shù)值F,當(dāng)F值大于60時(shí)可判斷為高孔碳酸鹽巖灘壩。