Q29-2油田復(fù)雜儲(chǔ)層測(cè)井巖性識(shí)別技術(shù)

李瑞娟，崔云江，陳紅兵 熊鐳，時(shí)新磊

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300452)

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Q29-2油田復(fù)雜儲(chǔ)層測(cè)井巖性識(shí)別技術(shù)

李瑞娟，崔云江，陳紅兵 熊鐳，時(shí)新磊

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300452)

針對(duì)Q29-2油田復(fù)雜儲(chǔ)層巖性識(shí)別和礦物組分的定量計(jì)算等測(cè)井評(píng)價(jià)難題，結(jié)合巖心及測(cè)井資料，提出元素俘獲測(cè)井(ECS測(cè)井)和M-N交會(huì)圖結(jié)合建立關(guān)鍵井巖性剖面技術(shù)，在該基礎(chǔ)上通過聚類分析方法建立的常規(guī)測(cè)井響應(yīng)與巖相的對(duì)應(yīng)關(guān)系實(shí)現(xiàn)了巖性的定性識(shí)別。在巖性定性識(shí)別約束下的多礦物測(cè)井解釋模型，實(shí)現(xiàn)了利用常規(guī)測(cè)井曲線進(jìn)行復(fù)雜巖性段礦物成分的定量計(jì)算，解釋結(jié)果與巖心分析結(jié)果符合度高。巖性定性及定量識(shí)別技術(shù)為儲(chǔ)量參數(shù)確定及地質(zhì)研究奠定了基礎(chǔ)。

巖性識(shí)別；ECS測(cè)井；M-N交會(huì)圖；聚類分析法；多礦物分析模型

Q29-2油田位于渤海海域石臼坨凸起東段，是渤海油田近幾年發(fā)現(xiàn)的優(yōu)質(zhì)億噸級(jí)油田，其中古近系沙河街組(Es)發(fā)育的厚層碳酸鹽巖與砂礫巖混合沉積的低孔、滲儲(chǔ)層為油田勘探開發(fā)的主要目標(biāo)。通過巖心描述及薄片等資料分析，該主力油層段發(fā)育包括灰質(zhì)砂礫巖、鮞粒白云巖、白云質(zhì)鮞粒砂巖、凝灰質(zhì)砂巖、砂礫巖等多種巖性，且?guī)r性縱向上變化非常快，為儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)及儲(chǔ)量參數(shù)確定帶來(lái)極大困難。常用的巖性識(shí)別技術(shù)是以巖礦分析為基礎(chǔ)，利用測(cè)井交會(huì)圖技術(shù)進(jìn)行的，該方法在復(fù)雜巖性儲(chǔ)層中往往存在很大的不確定性。在Q29-2油田測(cè)井評(píng)價(jià)過程中，通過綜合利用元素俘獲測(cè)井(ECS測(cè)井)及M-N交會(huì)圖技術(shù)，結(jié)合巖礦分析資料，確定了關(guān)鍵井的巖性剖面，進(jìn)而利用聚類分析技術(shù)建立了常規(guī)測(cè)井響應(yīng)特征與巖相之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了常規(guī)測(cè)井曲線定性確定巖性的目的。通過建立在巖性定性識(shí)別基礎(chǔ)上的多礦物測(cè)井解釋模型計(jì)算的礦物組分與巖心分析資料具有很好的一致性，巖性剖面的定性及定量確定為儲(chǔ)量參數(shù)及地質(zhì)研究奠定了可靠的基礎(chǔ)。

1 ECS測(cè)井與M-N交會(huì)圖結(jié)合識(shí)別巖性

ECS測(cè)井是元素俘獲測(cè)井的簡(jiǎn)稱，是斯倫貝謝的測(cè)井儀器[1～4]。它是通過化學(xué)源向地層中發(fā)射4MeV的快中子，快中子在地層中與一些元素發(fā)生非彈性散射、能量減少，經(jīng)過幾次非彈性碰撞快中子變?yōu)闊嶂凶樱罱K被周圍的原子俘獲。通過釋放伽馬射線回到初始狀態(tài)，由BGO晶體組成的探測(cè)器探測(cè)到伽馬射線能譜，其主要由硅(Si)、鈣(Ca)、鐵(Fe)、鋁(Al)、硫(S)、鈦(Ti)等元素的譜所組成。分析測(cè)量累計(jì)伽馬射線譜的過程叫做剝譜，通過設(shè)不同的能量窗口，經(jīng)過處理，將測(cè)量的數(shù)據(jù)擬合一系列的標(biāo)準(zhǔn)譜，擬合的結(jié)果就是地層中Si、Ca、Fe、Al、S、Ti等元素的相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)(圖1)。ECS測(cè)井曲線可以較直觀地反映地層巖性的變化，隨著地層含灰質(zhì)、白云質(zhì)增多，Ca元素的相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯增高，Si元素的相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低；而砂巖段Ca元素的相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，Si元素的相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高。

ECS測(cè)井可以測(cè)量出地層中主要元素的含量，因地層中每種礦物都有非常固定的化學(xué)元素組成，如Si與石英關(guān)系密切，Ca與方解石和白云石密切相關(guān)，Al與黏土(高嶺石、伊利石、蒙脫石、綠泥石、海綠石等)含量密切相關(guān)，等等。利用氧化物閉合原理，結(jié)合巖礦分析資料，可以獲取較準(zhǔn)確的地層巖性剖面(圖2)。

圖1 研究區(qū)Es不同巖性測(cè)井響應(yīng)特征

圖2 Q29-2E-5井ECS測(cè)井資料處理圖

但是，ECS測(cè)井有其局限性，它測(cè)量了地層中鈣元素的含量，卻沒有測(cè)量鎂元素的含量。因此，基于氧化物閉合原理的評(píng)價(jià)模型并不能對(duì)方解石或白云石進(jìn)行判別。而地層含方解石還是白云石對(duì)地質(zhì)研究以及測(cè)井解釋有非常重要的意義。因此考慮結(jié)合M-N交會(huì)圖確定地層含方解石或白云石。

M、N是兩個(gè)消除孔隙度干擾、突出巖性影響的符合變量參數(shù)，其表達(dá)式為[5]：

(1)

(2)

式中：Δt、Δtf分別為聲波時(shí)差測(cè)井值和流體聲波時(shí)差值，μs/ft；ρb、ρf分別為密度測(cè)井值和流體密度值，g/cm3；φn、φnf分別為中子測(cè)井值和流體中子值，1。

在流體參數(shù)一定的情況下，各單礦物巖石的M、N可根據(jù)其骨架參數(shù)利用式(1)、(2)計(jì)算出，再把單礦物巖石的M、N繪制到交會(huì)圖上，就構(gòu)成M、N交會(huì)圖的理論圖版。

由Q29-2E-4井的M-N交會(huì)圖理論圖版(圖3)可以看出，其有效區(qū)分了不同巖性的儲(chǔ)層，地層富含白云質(zhì)，則交會(huì)點(diǎn)落在白云石附近；地層含灰質(zhì)，則交會(huì)點(diǎn)落在方解石附近。M-N交會(huì)圖通過有效區(qū)分方解石和白云石，彌補(bǔ)了ECS測(cè)井的局限。

圖3 Q29-2E-4井M-N交會(huì)圖識(shí)別巖性

2 利用聚類分析法識(shí)別巖性

測(cè)井曲線的形態(tài)特征是巖性與地層孔隙流體物理性質(zhì)的綜合反映。一般來(lái)說(shuō)，同一沉積環(huán)境中某類巖性的地層具有一組特定的測(cè)井參數(shù)值，包括測(cè)井響應(yīng)特征值和從測(cè)井資料提取的與巖性有關(guān)的信息。當(dāng)井的測(cè)井參數(shù)值相同時(shí)，對(duì)應(yīng)同一類巖性地層的概率較大。聚類分析法在實(shí)際應(yīng)用中就是通過綜合測(cè)井、巖心描述等資料將測(cè)井相轉(zhuǎn)化為巖相，并通過巖相的傳播得到連續(xù)的地層巖性。其具體方法為：以取心井為學(xué)習(xí)井，以與巖性相關(guān)性較好的測(cè)井曲線為學(xué)習(xí)曲線，利用基于圖形的聚類分析法劃出巖石物理相，通過與巖礦資料相結(jié)合，劃出地質(zhì)相，并學(xué)習(xí)到未取心井，從而達(dá)到利用常規(guī)測(cè)井對(duì)未取心井進(jìn)行巖性識(shí)別的目的。利用聚類分析法的巖性識(shí)別結(jié)果與壁心薄片分析結(jié)果符合度更高(圖4)。

圖4 利用聚類分析法前(a)、后(b)測(cè)井相劃分巖性結(jié)果對(duì)比

3 巖性剖面定量確定

針對(duì)復(fù)雜巖性儲(chǔ)層，建立了多礦物分析模型。基于最優(yōu)化原理，盡可能應(yīng)用多種測(cè)井信息，建立測(cè)井響應(yīng)方程進(jìn)行聯(lián)立求解，計(jì)算出單井剖面中地層礦物類別及體積分?jǐn)?shù)是測(cè)井巖性識(shí)別和地層參數(shù)計(jì)算的有效手段。由于Q29-2油田復(fù)雜巖性儲(chǔ)層段巖石礦物成分較多，超過常規(guī)測(cè)井曲線能夠反演的范圍。因此在模型建立過程中，首先將巖性定性識(shí)別結(jié)果作為約束條件來(lái)優(yōu)化礦物組分，對(duì)不同巖相儲(chǔ)層建立相應(yīng)的礦物組分模型。在定性巖性識(shí)別約束下，多礦物分析得到的礦物含量與全巖心分析得到的礦物含量符合度較高(圖5)，達(dá)到了巖性定量識(shí)別的目的，也為高精度的測(cè)井解釋孔隙度計(jì)算奠定了基礎(chǔ)。

圖5 Q29-2E-5井Es多礦物分析模型解釋巖性剖面

4 地質(zhì)應(yīng)用效果

準(zhǔn)確的巖性識(shí)別是地質(zhì)研究的基礎(chǔ)，復(fù)雜巖性儲(chǔ)層沉積環(huán)境復(fù)雜多變，巖石成分較多，縱向分布上變化快，薄層和過渡巖性發(fā)育，巖心、壁心等基礎(chǔ)資料很難覆蓋整個(gè)儲(chǔ)層段。因此，利用測(cè)井資料進(jìn)行連續(xù)的巖相識(shí)別為復(fù)雜巖性地區(qū)的儲(chǔ)層研究提供了非常重要的指導(dǎo)作用，為沉積相劃分提供依據(jù)，也為微觀儲(chǔ)層研究和確定儲(chǔ)層有效性奠定了基礎(chǔ)(圖6)。

圖6 Q29-2E-5井沉積相與儲(chǔ)層評(píng)價(jià)綜合圖

5 結(jié)論

1)與巖礦資料相結(jié)合，通過將基于常規(guī)測(cè)井的M-N交會(huì)圖與ECS測(cè)井資料相結(jié)合，彌補(bǔ)了ECS測(cè)井不能識(shí)別方解石和白云石的不足，有效識(shí)別了含碳酸鹽巖儲(chǔ)層礦物的成分，為復(fù)雜儲(chǔ)層的巖性定性識(shí)別建立了基礎(chǔ)。

2)基于巖性定性識(shí)別約束下的多礦物測(cè)井解釋模型，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜儲(chǔ)層巖性剖面的定量計(jì)算，保證了儲(chǔ)層參數(shù)的解釋精度，并為沉積相、儲(chǔ)層研究及儲(chǔ)層有效性的確定奠定了基礎(chǔ)。

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[編輯] 龔丹

2016-03-24

李瑞娟(1980-)，女，工程師，現(xiàn)主要從事測(cè)井資料解釋工作，lirj2@cnooc.com.cn。

P631.84

A

1673-1409(2016)35-0037-05

[引著格式]李瑞娟，崔云江，陳紅兵，等.Q29-2油田復(fù)雜儲(chǔ)層測(cè)井巖性識(shí)別技術(shù)[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版), 2016,13(35):37～41.