鄂爾多斯盆地東部馬家溝組巖鹽測井響應特征研究

石芳惠,馬芳俠 (陜西延長石油(集團)有限責任公司研究院,陜西西安 710069)

陳立軍,何文忠 (延長油田股份有限公司勘探開發技術研究中心,陜西延安 716000)

鄂爾多斯盆地東部馬家溝組巖鹽測井響應特征研究

石芳惠,馬芳俠 (陜西延長石油(集團)有限責任公司研究院,陜西西安 710069)

陳立軍,何文忠 (延長油田股份有限公司勘探開發技術研究中心,陜西延安 716000)

針對鄂爾多斯盆地東部馬家溝組碳酸鹽巖型含鹽地層的特征,選取了自然伽馬、聲波時差、密度、電阻率、井徑等測井曲線,以數理統計為主要研究方法,以定性描述和定量分析為研究思路,在Y291井區實例應用中,綜合巖心分析化驗資料和錄井數據,通過聲波時差-自然伽馬交會圖、聲波時差-密度交會圖建立巖性與電性關系圖,研究成果能較好的將石鹽同石膏、石灰巖、白云巖區分開來,并建立了該區馬家溝組石鹽識別界限標準:聲波時差210～255μs/m、自然伽馬6～31APⅠ、密度1.8～2.2g/cm3,該標準能夠初步識別石鹽埋藏深度并預測鹽層厚度。

鄂爾多斯盆地;馬家溝組;巖鹽;測井響應

Y291井區近幾年的氣鹽兼探,已經在y214等井發現了較好的石鹽顯示,證明了研究區有一定的巖鹽資源量。但是長期以來,受勘探程度較低和取心不足的制約,目前探區內鹽層的縱、橫向分布情況不甚清楚,計算資源量(儲量)所需的關鍵參數不全面,難以滿足開發部署和實際生產的需要。針對該情況,筆者對Y291井區馬家溝組(O1m)碳酸鹽巖型含鹽地層進行了研究,達到利用測井資料將石鹽同其他巖性區別開來的目的,為石鹽地質評價和儲量計算以及巖鹽開發奠定基礎。

1 區域概況

Y291井區從1955年延深1井首次鉆遇到鹽層[1],經過幾十年鹽礦勘探,在鄂爾多斯盆地米脂坳陷(陜北盆地)奧陶系馬家溝組發現了資源潛量為6×1012t規模巨大的鹽礦。超過目前國內已發現的巖鹽儲量總和,成為我國石鹽資源潛在價值最大地區[2]。馬家溝組自下而上劃分為6段,即馬一段至馬六段,其中馬一段、馬三段、馬五段為主要的含鹽系地層,而馬二段在局部地區發現有薄層的石鹽層。陜北盆地的鹽巖為碳酸鹽巖型含鹽巖系,主要的巖性為石鹽、硬石膏、灰巖、白云質灰巖和白云巖等,均為海相化學沉積巖類[3-4]。

2 測井序列的選擇

不同的巖性在測井曲線上的響應有一定的差別,通過合理的選取測井組合,以各巖石特征及所對應的測井響應特征為基礎,對鹽層可進行有效的識別。不同巖類具有不同的巖石學特征,其測井響應特征也不盡相同。

1)自然伽馬測井 不同的巖石所含有的自然放射性元素的種類和含量不同,因此放射性強弱也不同。自然伽馬測井是在井內測量巖層中自然存在的放射性核衰變過程中放射出來的γ射線的強度,來研究地質問題的一種測井方法[5]。石鹽基本不含有放射性元素,因此自然伽馬值較低,品位越高的石鹽其自然伽馬值越低。由于泥巖對放射性物質具有較強的吸附能力,放射性元素含量高,因此自然伽馬值較高。一般來說,鹽巖的自然伽馬值明顯低于泥巖,一般小于泥巖的1/3[6],石鹽中自然伽馬值含量的增加,說明其泥質含量增大[7]。碳酸鹽巖的自然伽馬值也相對較低,但是同石鹽相比略高,總的來說石鹽、碳酸鹽巖、泥巖的自然伽馬值依次增高[5]。當鹽層中含有鉀鹽時,自然伽馬值會呈現出異常高值。因此自然伽馬測井曲線異常可作為尋找鉀鹽的重要特征[8]。

2)電阻率測井 地殼中的3大巖石中以沉積巖的電阻率最低,且組成巖石的顆粒大小、結構形式和巖石孔隙中所含流體的性質均影響其電阻率的大小[9]。泥巖由于含有大量的吸附水,其電阻率一般較低,因此,當膏鹽和鹽巖中含有泥質時,電阻率也會降低[10]。研究區內石灰巖、白云巖顆粒極細,巖石結構極為致密,孔隙度一般在7%以下,幾乎不含水,電阻率高達(5～6)×103Ω·m。石膏和石鹽的孔隙度極低約1%,因此電阻率較高,可達104～106Ω·m,但鹽巖易溶于水,當貼近井壁測井時,鹽巖由于吸收地層水,形成可以導電的離子,因而電阻率變得很低。

3)聲波測井 聲波測井是測量聲音在不同巖性的地層中傳播的時差,主要與巖石傳播速度有關。影響巖石速度的主要因素為彈性模量和密度。由于不同礦物的彈性模量大小不同,且介質彈性模量的大小又是影響介質聲速的主要原因,所以由不同礦物構成的巖石,其聲速大小也不同。聲波速度是隨著彈性模量的增大而增大。一般來說白云巖、石灰巖、石膏、鹽巖、泥巖的聲波時差依次增大[5]。

4)密度測井 密度測井是通過密度測井儀器所接收到的伽馬光子計數率N而求得地層密度的測井方法。對于不同巖性的地層,伽馬光子的散射和吸收的能力不同,因而探測器接收到的伽馬光子的計數率N也就不同[5]。石鹽的密度往往小于圍巖,約2.1g/cm3。白云巖的密度值一般介于2.5～2.85g/cm3;石灰巖的密度在2.4～2.7g/cm3之間;硬石膏的密度較大約為3g/cm3;石膏也在2.3g/cm3以上;泥巖的密度值一般大于石鹽,在2.2～2.63g/cm3[7]。所以密度曲線上,石鹽巖幅值明顯低于其圍巖[11]。

5)井徑測井 井徑測井是記錄井徑隨井深變化的一種測井方法,井徑變化不僅反映了不同巖性在不同深度的變化特征,也反映了鉆井工程的部分特征。由于石鹽極易溶于水,因此在含鹽地層中井徑往往大于鉆頭直徑,即在井徑測井曲線上出現擴徑現象。如果使用飽和鹽水泥漿鉆井時井徑擴大不明顯,而石灰巖、白云巖、石膏井徑小于或接近鉆頭直徑。因此,在用井徑曲線識別巖性時,還要考慮鉆井液對其影響[5,10]。

綜上,單一的測井曲線很難將巖性準確識別,各種地球物理測井只能在一定的條件下反映地層的某些地球物理特性。如石鹽、石膏、白云巖和石灰巖均具有高電阻的特征,從電阻率上無法區分。電測值的大小除受多種地質因素的影響,工程作業也可能對其值產生誤差,在巖性識別過程中,一定要選取正確的測井組合,通過多條曲線同時驗證,才可能將巖性正確識別。

3 測井響應特征及解釋

巖性的電性解釋是利用測井曲線的形態差異和測井值的相對大小劃分巖性的方法。將測井資料與巖屑錄井、鉆井取心資料相結合,建立巖性與電性之間的模型,利用各巖石的電性差異定性的識別含鹽層,劃分鹽層的頂底界面以確定鹽層的埋藏深度和厚度。

在巖心歸位的基礎上,選取Y291井區多口井的82個分析化驗數據,建立聲波時差-密度、聲波時差-自然伽馬的交會圖(見圖1～圖2)。

圖1 聲波時差-自然伽馬交會圖

圖2 聲波時差-密度交會圖

從圖1可以看出,通過自然伽馬、聲波時差可以很好的將鹽層識別出來。石鹽同石膏、石灰巖和白云巖相比具有高聲波時差、低自然伽馬的特征,基本位于自然伽馬6～31APⅠ、聲波時差210～255μs/m的范圍內;由圖2可知,通過聲波時差和密度的交會圖也能將石鹽識別,與該區圍巖相比,石鹽具有低密度、高時差的特征,基本位于聲波時差210～255μs/m、密度1.8～2.2g/cm3的范圍內。石膏的聲波時差的分布范圍相對較大從150～230μs/m均有分布,這與石膏中石鹽含量有關,當石膏中石鹽含量增加時聲波時差也會相應的增加,石膏的密度普遍大于2.3g/cm3,自然伽馬比石鹽略高但普遍小于4.0g/cm3。石灰巖和白云巖在電性特征上的差別不大,難以區分,但其密度均大于2.6g/cm3,聲波時差小于200μs/m,具有高密度、低聲波時差的特征,且自然伽馬均大于石膏和石鹽。

通過對Y291井區內多井的測井數據進行對比,主要的巖性測井響應特征如表1所示。

表1 研究區各巖性的測井響應特征

4 實例應用

由于其鹽系為碳酸鹽巖型含鹽地層,發育的巖性主要為石鹽、硬石膏、石灰巖、白云質灰巖和白云巖,期間含有少量的泥或夾有薄層的泥巖[3]。通過上面的巖性-電性分析可以看出石鹽同石膏、石灰巖、白云巖相比在測井曲線上具有高聲波時差、低自然伽馬、低密度、高電阻率且具有明顯擴徑現象的電性特征,依此可以很好的將鹽層同其他巖性區別開來。

圖3 y451井2840～2890m井段綜合曲線圖

圖4 y213井2595～2648m井段綜合曲線圖

5 結論

1)對于陜北盆地的碳酸鹽巖型含鹽地層,選取自然伽馬、聲波時差、密度、電阻率和井徑的測井組合能很好地將石鹽從石膏、石灰巖、白云巖和泥巖中區分開來。

2)石鹽同石膏、石灰巖、白云巖相比在測井曲線上具有高聲波時差、低自然伽馬、低密度、高電阻率,且擴徑現象明顯的電性特征。據巖性-電性特征交會圖擬合,建立了該區馬家溝組石鹽識別界限標準:聲波時差210～255μs/m、自然伽馬6～31APⅠ、密度1.8～2.2g/cm3,該標準能夠初步識別石鹽并預測鹽層厚度。

3)該界限標準基于目前的勘探認識,其精度受制于資料的豐富程度,隨著研究區勘探開發程度的提高,石鹽的測井識別模型精度會得到進一步提高。

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[編輯]辛長靜

P631

A

1673-1409(2014)26-0063-03

2014-03-12

石芳惠(1983-),女,工程師,現主要從事油氣勘探開發方面的研究工作。