鄂爾多斯盆地北部致密砂巖儲層特征及測井識別

皮偉, 陳敬軼

(1. 河南省地球物理空間信息研究院, 鄭州 450000; 2. 河南省地質物探工程技術研究中心, 鄭州 450000; 3. 華北水利水電大學地球科學與工程學院, 鄭州 450046)

鄂爾多斯盆地北部十里加汗地區與盆地內部大牛地氣田、蘇里格氣田相比,上古生界致密砂巖氣藏普遍發育,成藏條件類似,具有形成大型氣田的成藏要素[1]。該地區上古生界沉積物源主要來自陰山古陸母巖區[2-4],受區域多期構造演化控制和古地貌控制,上古生界不同層系沉積環境差別較大,造成了砂巖成分縱向上的差異性[5]。為了進一步明確該地區致密砂巖氣富集規律,優化鉆井部署方案,有效識別不同類型致密砂巖儲層具有重要的現實意義。

在勘探實踐中,鉆井的主要目的層段基于經濟成本,不可能進行大量取心,對于儲層特征的認識,測井資料評價是最有效的方法。測井資料已廣泛應用于儲層孔隙類型、地質流體、巖石力學參數等評價[6-10],不同巖性儲層特征識別前人也做了大量研究。南澤宇等[11]針對致密含鈣砂礫巖地層巖石類型多樣性,利用多級交會圖為手段,分析各巖石類型測井響應特征。司馬立強等[12]分析了鈣屑砂巖測井曲線對應關系,明確了不同測井曲線的變化特征。袁子龍等[13]利用地層微電阻率成像測井資料,建立各種巖性識別模式。張響響等[14]將廣安地區須家河組四段劃分為五種成巖相類型建立了不同類型成巖相的測井曲線特征。靳軍等[15]在巖石分類及命名的基礎上,通過常規側井系列構建參數,進行交匯圖分析,有效識別了火山巖巖性。儲層非均質性較強,不同地區相同巖性儲層測井響應特征往往具有較大差異性。

通過對研究區上古生界主要含氣層位下石盒子組盒1段、山西組山2段、山1段致密砂巖儲層巖石學特征、物性特征分析,明確了致密砂巖儲層的成分特征、物性特征,在此基礎上,進行不同類型儲層測井響應評價,優選敏感性測井參數,結合交匯圖版分析,建立了研究區不同類型儲層定量測井識別標準,這為致密砂巖氣富集規律研究提供了基礎資料。

1 地質概況

鄂爾多斯盆地北部十里加汗地區,構造上屬于伊陜斜坡的北端,為一南西向傾斜的單斜構造,構造簡單,局部發育小型隆起,面積約2.86×103km2,北部發育3條大斷裂,自西向東分別為三眼井斷裂、烏蘭吉林廟斷裂、泊爾江海子斷裂,走向近EW向(圖1)[16]。

該地區地層發育特征與盆地內部相似,上古生界地層主要分為石千峰組、上石盒子組、下石盒子組、山西組、太原組,本溪組地層局部發育,主要含氣層位為下石盒子組盒1段、山西組山1段、山2段。從晚石炭世太原期至早二疊世晚期下石盒子期經歷了由海到陸的古地埋演化過程,與此相應地發育了三套不同的沉積體系,太原組發育扇三角洲沉積體系、山西組發育三角洲沉積體系、下石盒子組盒1段發育沖積平原-沖積扇沉積體系(圖2)。太原組和山西組發育的暗色泥巖、煤層是主要的烴源巖,山西組、石盒子組發育的河道砂體是主要的儲層,上石盒子組、石千峰組厚層泥巖區域性封蓋層,生儲蓋組合關系較好,具備形成大型致密砂巖氣藏的條件[17]。

圖1 研究區位置示意圖(據參考文獻[16]修改)Fig.1 The location and structure of study area (modified by ref. [16])

圖2 研究區綜合柱狀圖Fig.2 The comprehensive histogram of the study area

2 致密砂巖儲層特征

文獻[18-20]對杭錦旗地區儲層特征進行了單層或局部區域分析,限于當時勘探程度較低,儲層樣品資料較少,沒有針對鄂爾多斯盆地北部各層系儲層系統對比分析。

2.1 巖石學特征

對鄂爾多斯盆地北部主要含氣層系下石盒子組盒1段、山西組山1段、山2段儲層砂巖成分進行系統對比分析,采用砂巖成分三角分類方案,按石英、長石、巖屑相對含量在三角分類圖中劃分不同類型砂巖。

下石盒子組盒1段、山西組山2段砂巖類型以巖屑砂巖為主,含有少量巖屑石英砂巖(圖3),石英含量平均為71%,巖屑含量平均為24%,成分成熟度較低,顆粒以次圓-次棱角為主,磨圓度中等,孔隙類型以殘余原生粒間孔、次生粒間孔、粒內溶孔為主,膠結類型為孔隙式膠結[圖4(a)]。

圖3 主要含氣層位砂巖成分三角分類Fig.3 The triangular classification of sandstone composition in main gas bearing formation

山西組上部山1段砂巖類型主要石英砂巖[圖3(b)],含少量巖屑石英砂巖,石英含量較高,平均為92%,最高達到99%,石英含量明顯高于山2、盒1段。巖屑含量平均為7%,成分成熟度較高,顆粒以次圓-次棱角為主,磨圓度中等,孔隙類型主要有剩余原生粒間孔、次生粒間孔、粒內溶孔,孔喉分選程度中等,孔喉連通程度中等,膠結類型為孔隙式膠結[圖4(b)]。

圖4 上古生界致密砂巖薄片鑒定特征Fig.4 Thin section identification of tight sandstone in upper Paleozoic

2.2 儲層物性特征

通過對下石盒子組、山西組300余個孔滲樣品分析,按砂巖成分分類進行儲層孔滲統計分析,中、粗粒的石英砂巖孔隙度主體分布在8%～14%區間,占樣品數量的73.96%,孔隙度平均值為10.42%;中、粗粒的巖屑砂巖孔隙度主體分布在6%～12%范圍,占樣品數量的78.11%,孔隙度平均值為9.06%[圖5(a)]。石英砂巖巖心基質滲透率主體分布在0.25～4.00 mD,占樣品數量的89.73%,滲透率平均值1.31 mD;巖屑砂巖巖心基質滲透率主體分布區間相對較小,主要分布在0.25～2.00 mD范圍,占樣品數量的89.08%,滲透率平均值僅0.64 mD[圖5(b)]。結合壓汞資料證實,致密砂巖隨著長石、巖屑含量增加,孔隙分布不均,小孔-小喉組合關系增多,儲層滲透能力降低。綜上可以看出,石英砂巖儲層物性明顯優于巖屑砂巖儲層,這與文獻[21]研究成果一致,石英含量與物性有很大關系,一般認為石英含量越高,對應的物性越好。

圖5 儲層孔隙度和滲透率統計分布特征圖Fig.5 The statistical distribution characteristic map of reservoir porosity and permeability

3 儲層測井響應特征

3.1 測井曲線特征

砂巖儲層在礦物成分、物性上的差異,使得不同類型儲層測井資料響應特征也存在不同,可根據多條測井曲線的形態特征和測井曲線值劃分巖性[22-24]。通過巖心觀察和測井曲線的綜合分析,明確了主要巖屑砂巖儲層和石英砂巖儲層測井響應特征。

巖屑砂巖儲層對應測井曲線特征為低自然伽馬數(GR)、自然電位(SP)負異常、中低深側向電阻率(LLD)、中低聲波時差(AC)、中等補償密度(DEN)、低補償中子(CNL)、中高光電吸收截面指數(Pe),其中GR為43～71 API,LLD為15～30 Ω·m, AC為220～261 μs/m,DEN為2.45～2.58 g/cm3,CNL為11%～22%,Pe為2.10～3.00 b/e(圖6)。石英砂巖儲層對應測井曲線特征為低GR、中低LLD、低AC、中等DEN、低CNL、中低Pe,SP負異常幅度明顯,反映滲透性較好;GR為21～62 API,曲線比較平直,呈“箱型”,巖性較純;LLD為20 ～ 40 Ω·m, AC為220～261 μs/m,聲波時差曲線變化相對平緩,DEN為2.42～2.55 g/cm3,CNL為4%～12%,反映孔隙性較好(圖7)。

圖6 巖屑砂巖測井響應特征Fig.6 Logging response characteristics of cuttings sandstone

3.2 測井敏感性參數特征

通過儲層測井響應特征分析,CNL、Pe、GR、AC常規測井曲線差異明顯,巖屑砂巖儲層總體具有相對高CNL、高Pe、高GR、高AC“四高”特征,石英砂巖儲層總體具有相對低CNL、低Pe、低GR、低AC“四低”特征。巖屑砂巖儲層黏土礦物含量相對較多,更易吸附鈾、釷、鉀等放射性元素,GR較高;巖屑砂巖儲層孔隙度相對較小,毛管半徑相應較小,毛管水含量高,親水巖石顆粒表面薄膜水含量高,CNL較高。

利用交匯圖法對測井敏感性參數分析(圖8),巖屑砂巖儲層和石英砂巖儲層GR、AC雖然主體具有異常反映,但交叉數值點范圍較大[圖8(a)、表1],不能有效區分;CNL、Pe敏感性較大,交叉數值點范圍較小,僅5%左右,能夠有效區分巖屑砂巖儲層和石英砂巖儲層[圖8(b)、表1]。巖屑砂巖儲層CNL、Pe分別大于11%、2.10 b/e,石英砂巖儲層CNL、Pe分別小于12%、2.30 b/e, 數值交叉點部分對應儲層特征可以結合GR、AC交匯圖進行解釋。

圖8 不同類型砂巖儲層測井響應特征Fig.8 Logging response characteristics of different types of sandstone reservoirs

表1 儲層測井響應敏感性參數特征Table 1 Characteristics of reservoir logging response sensitivity parameters

4 結論

(1)鄂爾多斯盆地北部十里加汗地區,主要含氣層位下石盒子組盒1段、山西組山2段儲層以巖屑砂巖為主,山西組山1段儲層主要為石英砂巖,石英砂巖儲層孔滲性優于巖屑砂巖儲層。

(2)儲層測井響應特征分析表明,巖屑砂巖儲層總體具有相對高CNL、高Pe、高GR、高AC“四高”特征,石英砂巖儲層總體具有相對低CNL、低Pe、低GR、低AC“四低”特征。

(3)通過交匯圖分析,巖屑砂巖儲層CNL值、Pe值分別大于11%、2.10 b/e,石英砂巖儲層CNL值、Pe值分別小于12%、2.30 b/e,結合GR、AC值測井響應特征,可以有效識別巖屑砂巖儲層和石英砂巖儲層。

(4)研究區致密砂巖儲層非均質性不僅體現在巖石物理特征上,不同層位儲層內流體性質差別也較大,對于局部發育的巖屑石英砂巖儲層,常規測井資料還不能精確有效識別。