基于廣義ΔlgR技術的致密氣源巖有機碳測井評價

1 研究區概況

圖1 研究區構造位置和層序地層特征

X地區位于松遼盆地北部，勘探面積約1000km3，呈一凹兩凸的構造格局，由侏羅紀晚期-白堊紀早期的NNW、NNE向左旋張扭作用形成。目的層沙河子組以不整合的方式超覆在下白堊統火石嶺組之上，地層厚度最大超過1200m，呈西厚東薄的楔狀特征，垂向上可劃分為2個二級層序、4個三級層序(圖1)。沙河子組的沉積類型多樣，包括扇三角洲、辮狀河三角洲、近岸水下扇、湖底扇等，整體上具有物源近、相變快的特征。沙河子組發育多種巖性，包括泥巖、粉砂巖、砂巖、砂質礫巖、礫巖和煤層，其中暗色泥巖最發育，厚度一般400～800m，暗色泥巖與砂礫巖儲層疊置發育，為致密砂礫巖氣藏的形成奠定了基礎。

2 研究區烴源巖特征

2.1 烴源巖發育特征

沙河子組沉積于斷陷擴張的鼎盛時期，隨著水體加深和可容納空間的急劇增大，沉積了一套厚度大、分布廣的烴源巖層，形成了斷陷內的主力氣源巖[2]。活躍的構造運動導致沙河子組沉積期間的水體震蕩頻繁，烴源巖的巖性、厚度、所含有機質的多少均存在差異，烴源巖表現出較強的非均質性。烴源巖的巖性包括黑色泥巖、灰黑色泥巖、灰色泥巖、灰綠色泥巖等，泥巖含砂或炭屑的現象比較普遍。烴源巖的單層厚度向靠近物源區方向變薄，最薄不足1m；向水體相對穩定的深凹中心呈增厚趨勢，單層厚度最厚超過百米。烴源巖的鏡質體反射率Ro一般為1.3%～2.4%，處于成熟-過成熟演化階段；烴源巖有機質主要來源于陸源高等植物，有機質類型主要為Ⅲ型，局部湖相低等浮游生物形成Ⅱ型有機質。烴源巖巖心實測w(TOC)介于0.12%～9.98%之間，不同樣品之間w(TOC)相差較大，表現出很強的非均質性。

圖2 沙河子組烴源巖測井響應特征

2.2 烴源巖測井響應特征

傳統觀點認為，成熟烴源巖層具有“三高”的測井響應特征，即高自然伽馬、高聲波時差和高電阻率。而研究區烴源巖的測井響應特征具有“一高、兩平”的獨特性(圖2)，具體表現為：烴源巖層對應的自然伽馬曲線較高，呈正異常特征；受強烈壓實作用的影響，烴源巖層對應的孔隙度曲線相對平直，不能很好地反映有機質豐度的波動；此外，陸相烴源巖相對富含泥質、束縛水、毛細管水等導電組分，含量較高的導電組分導致烴源巖層對應的電阻率曲線平緩，整體呈中-低值，電阻率曲線也不能很好地反映有機質豐度的波動。

3 研究區烴源巖測井評價

3.1 烴源巖測井評價模型的選取

從前文分析可知，研究區烴源巖不僅非均質性明顯，而且埋深大、導電組分含量高，因此烴源巖測井特征也比較特殊，不適合利用傳統的評價技術預測烴源巖w(TOC)。廣義ΔlgR技術[7]利用“疊合法”有利于削弱孔隙度干擾的優點，同時，引入了對深層烴源巖測井響應相對敏感的自然伽馬曲線，克服了聲波時差和電阻率曲線對深層烴源巖響應不敏感的問題，而且多條測井曲線蘊含的烴源巖w(TOC)信息更豐富，預測結果的穩定性也較好。為此，選用廣義ΔlgR技術評價烴源巖w(TOC) ，其擬合公式為：

ΔlgR=log(ρt/ρb)+0.02(Δt/Δtb)

(1)

w(TOC)=(a×qAPI+b) ×ΔlgR+Δw(TOC)

(2)

式中：ρt為電阻率；ρb為電阻率曲線的基線值；Δtb為聲波時差曲線的基線值；a和b為擬合公式的系數；Δw(TOC)為w(TOC)的背景值。

3.2 測井解釋模型的建立

優選研究區3口烴源巖系統取樣井(WZ1井、WZ2井和WZ3井)的241個數據點標定模型內關鍵系數a和b的值：首先，根據基線的概念，分別將3口井的聲波時差曲線和對數電阻率曲線疊合在細粒非烴源巖處重合，分別讀取Δtb和ρb，計算ΔlgR；然后，在上述操作的基礎上，結合巖心實測w(TOC)數據，得到“基線”處對應的w(TOC)約為0.3%，因此，令Δw(TOC)=0.3%；最后，以3口井的實測w(TOC)數據為基礎，以式(2)計算w(TOC)和實測w(TOC)的誤差最小為目標，求取a、b的最優解。

按照上述操作方法得到研究區w(TOC)的預測公式為：

w(TOC)=(0.018×qAPI+0.15)×ΔlgR+0.3

(3)

利用式(1)和式(3)計算上述3口井的w(TOC)與實測w(TOC)的平均相對誤為17.4%(圖3)，計算值與實測值符合較好；將式(1)和式(3)用于研究區WZ5等5口具有實測w(TOC)數據的井以驗證模型的效果，結果表明，模型預測w(TOC)與實測w(TOC)的平均相對誤差為20.1%(圖3(b))，證明筆者所建立的模型可靠。

圖3 廣義ΔLgR技術w(TOC)預測效果(a)及效果驗證(b)

圖4 研究區沙河子組暗色泥巖w(TOC)等值線圖

3.3 研究區w(TOC)測井評價結果

利用所建立并經過驗證的模型，完成了研究區35口井烴源巖層的w(TOC)預測，得到了井剖面上連續分布的w(TOC)。在該基礎上，剖析了烴源巖w(TOC)在平面上的分布特征和高w(TOC)烴源巖在層序格架內的分布規律。

從平面上看，由單井暗色泥巖層計算w(TOC)的加權平均值繪制的等值線圖(圖4)可知，沙河子組不同沉積位置w(TOC)存在明顯差異，發育有2個w(TOC)高值中心：一個位于斷陷中心DS16井區，該井區沉積水體相對穩定，暗色泥巖比較發育，泥地比接近90%，主要對應有利于有機質沉積和保存的深湖-半深湖環境，暗色泥巖w(TOC)平均值為3.57%；另一個位于斷陷東側近洼斜坡帶的SS4井區，該井區的泥地比達為82%，對應相對有利于有機質沉積和保存的淺湖-半深湖環境，暗色泥巖w(TOC)平均值達到2.54%。其他井區的暗色泥巖w(TOC)平均值一般在2.0%以下，斷陷邊部的暗色泥巖w(TOC)多數在1.0%以下，原因是斷陷邊部主要發育扇三角洲平原或辮狀河三角洲平原沉積，其較強的水動力條件和偏氧化的沉積環境不利于有機質的沉積和保存。

對于常規的“下生上儲”型油氣藏勘探而言，只要落實烴源巖宏觀展布和地球化學指標的整體特征，即可對油氣勘探起到重要的指示作用。而對于頁巖油氣、致密砂巖油氣等近源成藏的非常規油氣勘探而言，鄰近烴源巖的致密儲存具有優選成藏和形成“甜點”的優勢，因此，烴源巖層內局部發育的富集w(TOC)優質層段對油氣富集的控制意義更大，烴源巖內部非均質性刻畫顯得尤為重要。研究區砂礫巖層儲層與暗色泥巖互層發育并且普遍含氣，具有明顯近源成藏的特征，同時砂礫巖儲層壓裂后的產能差別很大。因此，落實研究區富集w(TOC)烴源巖在空間上的分布，對該區致密砂礫巖氣勘探區域的選取和探井部署都具有重要的指導意義。

高分辨率的烴源巖w(TOC)測井評價結果和層序地層格架研究成果，為落實富集w(TOC)優質層在凹陷內的空間分布特征提供了有效手段。分析表明，同一層序內部和不同層序之間烴源巖w(TOC)均存差異，以南北方向的連井剖面為例(圖5)，由層序發育相對較全的DS16井可知，該井 SQ4層序的計算w(TOC)曲線呈漏斗形，SQ3層序的計算w(TOC)曲線的上半部呈鐘形、下半部呈漏斗形，表明同一層序內和不同層序之間均存在波動，證明了烴源巖w(TOC)在層內和層間均存在非均質性。此外，對比不同層序烴源巖發育水平可知，除了SQ1沒有井鉆遇外，SQ4中上部和SQ3中部烴源巖的w(TOC)相對較高，w(TOC)多數可達到2.0%以上，平均值分別達到3.1%和2.4%，SQ2對應的w(TOC)平均值為1.8%，相對偏低。可見，研究區富集w(TOC)的烴源巖主要發育在SQ4中上部和SQ3中部。

圖5 研究區烴源巖測井評價結果連井圖

4 結論

1)優選廣義ΔlgR技術，通過利用研究區實測w(TOC)數據重新厘定模型內關鍵參數，建立并驗證了了適合研究區的烴源巖w(TOC)測井評價模型，實現了研究區35口井暗色泥巖w(TOC)的準確預測，平均相對誤差不超過20.1%。

2)測井評價結果表明，松遼盆地X地區暗色泥巖w(TOC)多數在2.0%以下，部分超過3.0%。平面上w(TOC)存在2個高值區——DS16井區和SS4井區。縱向上w(TOC)相對較高的暗色泥巖主要發育在SQ4中上部和SQ3中部，w(TOC)均值分別達到3.1%和2.4%。