鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組馬五6段沉積微相測井識別技術與應用

石玉江,胡 琮,孫小平,張海濤

(1.中國石油長慶油田分公司 勘探開發研究院, 陜西 西安 710018;2.中國石油長慶油田分公司 氣田開發事業部, 陜西 西安 710018)

鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組碳酸鹽巖儲層是近年來長慶油田重點勘探的領域之一,隨著馬家溝組上組合碳酸鹽巖儲層勘探程度的逐漸加深,地質認識日趨成熟,對馬家溝組中下組合的勘探力度也在逐漸加大。地層沉積微相的歸納識別,對儲層有利發育區的預測具有重要的意義。包洪平等對鄂爾多斯東部奧陶系馬家溝組的沉積微相進行了總結,劃分了18個典型的微相類型[1]。在地質理論的指導下,近年來,勘探生產在鄂爾多斯盆地奧陶系馬五6段取得突破,2017年獲工業氣流井10口。

然而，研究區馬五6段海相碳酸鹽巖沉積環境復雜,儲層非均質性強,巖性變化大,導致沉積微相識別、儲層有效性劃分和測井綜合評價依舊較為困難[2-4]。研究表明,研究區馬五6段的儲集空間以溶蝕孔、晶間孔為主[5-6],儲層發育主要受成巖作用和沉積相影響[7],因此，研究其沉積微相的展布規律,劃分有利的儲層發育相帶對于勘探生產有著重要的指導意義。劃分沉積微相的傳統方法主要依靠野外剖面露頭、取心段巖心觀察,由于其受到取心井段長度及取心井不連續性的制約,影響了沉積微相平面展布規律的研究。若能通過測井方法識別沉積微相,則可以極大地彌補取心及露頭觀察資料的不足,提高沉積微相平面展布規律的精度。

目前，測井識別沉積微相的研究主要基于常規測井資料,同時結合相關的數學方法建立測井自動識別模型,如利用方差分析精細分層的方法[8]、通過主成分分析建立沉積微相測井識別模型的方法[9]、基于方向概率密度和小波描述的沉積微相識別方法[10]等;或者基于微電阻率掃描成像測井的沉積微相自動識別方法[11]。本文針對基于常規測井資料識別精度不高的技術問題和基于成像測井無法保證資料廣泛性的問題,以取心資料為基礎,結合常規及成像測井資料,確立了儲層沉積微相的劃分標準,建立了沉積微相的測井識別與劃分方法,研究了鄂爾多斯盆地馬五6段沉積微相的平面展布規律,為有利儲層發育區預測、儲層有效性判別及儲層綜合評價,提供技術支持。

1 基于常規測井的沉積微相劃分標準

為了劃分沉積微相,必須確保巖性剖面計算的準確性。由于研究區馬五6段的巖性復雜,除了泥質、石灰石、白云石等3種主要礦物成分外,某些層段還發育硬石膏、鹽巖、黃鐵礦等,給儲層礦物組分的計算帶來了較大困難。

以往在生產中使用Pe曲線計算的礦物組分,在與全巖X衍射巖心分析資料對比中發現，存在計算白云石含量偏低，計算方解石、泥質含量偏高的問題。因此，本文研究了全巖標定法等方法，以求精細評價礦物組分，為沉積微相的劃分提供了可靠的數據基礎。

本研究以X衍射全巖分析實驗資料為基礎,通過與常規測井曲線的回歸分析,建立不同巖性組合下的礦物成分計算模型,這種方法不僅簡便實用,而且在特定區塊、特定層位內較為準確。

為了建模數據的準確,本研究選取了馬五6段77塊典型巖心做了X衍射全巖分析實驗。

從實驗結果(見圖1)可以看出,馬五6段礦物成分以白云石為主,方解石次之,其他如硬石膏、石鹽、石英、黃鐵礦等成分均有分布。

圖1 X衍射全巖分析實驗礦物組分Fig.1 The staristics of mineral composition from whole rock analysis experiment

通過Pe-密度交會定性區分礦物圖版(見圖2)可以看出,研究區馬五6段碳酸鹽巖主要有3種巖性組合:灰云巖-鹽巖,灰云巖-石膏,灰云巖。

圖2 Pe-密度交會定性區分礦物圖版Fig.2 Pe-density intersection to distinguish mineral

在確定了主要的巖性組合后,分別選取不同巖性組合內的主要礦物成分,根據其與測井曲線的相關關系,優選敏感測井曲線建立模型(見表1)。

LIME=a1×DEN+b1×CNL+c1×PE+d1×U+e1，R=0.79；

(1)

DOLO=a2×DEN+b2×CNL+c2×PE+d2×U+e2，R=0.72；

(2)

ANHY=a3×AC+b3×DEN+c3×CNL+d3×U+e3，R=0.75；

(3)

CC=a4×AC+b4×DEN+c4×PE+d4×RLLD+e4，R=0.84；

(4)

公式(1)～(4)中，U=PE×DEN。

表1 參數表Tab.1 Parameter table

通過全巖標定法對礦物組分重新計算并總結出沉積微相常規測井特征表(見表2),優化了常規測井礦物組分剖面,為后續成像測井、沉積微相測井響應特征的總結提供了優質的數據基礎。

表2 沉積微相常規測井特征表Tab.2 The conventional logging characteristics of sedimentary microfacies table

2 成像測井的沉積微相識別模式

從鄂爾多斯盆地中東部馬五期沉積相演化規律來看,研究區自西向東主要為環陸云坪、臺坪、緩坡、洼地,相應的,主要發育的沉積微相也因地域不同、層位不同而差異較大。

通過對馬五6段儲層巖心的觀察及沉積微相的研究可知,馬五6段主要發育的沉積微相有:泥坪、泥云坪、含膏云坪、顆粒灘、泥灰坪等。

在巖心標定的基礎上,利用成像測井資料精細刻畫了奧陶系中下組合沉積微相,建立了馬五6儲層的精細解釋模式和成像圖版庫。總結的各個沉積微相成像模式如圖3所示。

圖3 沉積微相成像測井特征Fig.3 Image logs features of sedimentary microfacies

1)泥坪。泥坪主要巖性為灰質或云質泥巖,厚度較薄,常規測井表現為高GR、低電阻率、低密度的特征,在成像測井上表現為整體暗背景的條帶模式。

2)泥云坪。泥云坪巖性以泥質白云巖為主,在常規測井上表現為中GR、中低電阻率、中低密度的特征,在成像測井中表現為暗色條帶狀特征。

3)含膏云坪。含膏云坪以粉晶白云巖為主,石膏質量分數大于20%,常規測井表現為低GR、高電阻率的特征,成像測井表現為亮色斑塊狀特征。

4)顆粒灘。顆粒灘是馬五6段地層中容易發育優質儲層的沉積微相,主要分布在研究區古隆起的東側區域,巖性以顆粒白云巖為主。在常規測井上表現為中低GR、中低電阻率的特征,在成像測井上表現為暗斑狀特征。

5)泥灰坪。泥灰坪巖性主要為泥晶灰巖,在常規測井響應上有中低GR、中高電阻率、中低密度的特征,在成像測井上主要表現為不規則紋層的特征。

6)云坪。云坪巖性主要為細晶白云巖,主要分布在研究區古隆起東側,在常規測井響應上有低GR、中高電阻率、中高密度的特征,在成像測井上主要表現為帶少量紋層的特征。

3 應用效果與實例

根據巖心標定資料，本研究利用常規及成像測井技術精細刻畫了中下組合馬五6段的沉積微相,形成了鄂爾多斯盆地奧陶系中下組合沉積微相測井識別技術。本研究共精細描述20口井的沉積微相,為后續的儲層劃分、流體性質識別和沉積規律研究提供了基礎資料。

通過對這20口井馬五6段取心段測井沉積微相識別與巖心識別沉積微相進行對比,解釋成功層段17個,解釋符合率達到85%。這說明沉積微相測井識別方法應用效果良好,達到了預期目標。

L46井位于研究區南部,通過對該井中下組合的測井相分析(見圖4)可以看出,馬五5段主要為灘間灰巖,馬五6段以泥云坪、泥灰坪為主。該井馬家溝組中下組合由下往上依次發育局限臺地相和開闊臺地相,說明其沉積環境水體呈震蕩下降趨勢,構成海退旋回。

圖4 L46井沉積微相綜合柱狀圖Fig.4 Depositional microfacies profile of Well L 46

圖4中4 133～4 134 m解釋段,常規測井巖性解釋剖面以白云巖為主,以含少量灰巖和泥巖為特征；同時，成像測井中，其表現為亮塊狀夾雜少量紋層的特征,因此判斷其為泥云坪微相。根據巖心照片,顯示其為泥質云巖,對應沉積微相主要為泥云坪，從而證實了所形成的鄂爾多斯盆地奧陶系中下組合沉積微相測井識別技術的有效性。

4 成果與認識

研究表明,馬家溝組中組合馬五5～馬五10段中,馬五5、馬五7、馬五9亞段主要為海進沉積,馬五6、馬五8、馬五10亞段主要為海退沉積[12]。各個亞段沉積作用不同,巖性也不盡相同,導致各亞段儲層發育程度出現差異。馬五6段作為中組合沉積環境最復雜的層段,儲層結構多樣,巖石類型復雜,主要可分為3種主要結構:中層塊狀結構、薄互層狀結構、膏巖條帶狀結構(見圖5)。

馬五6段白云巖儲層主要位于研究區古隆起東側,呈條帶狀分布。 圖6為盆地內東西方向截取的一條連井剖面。 從連井剖面得出的平面分布規律來看, 其一個顯著的特點是, 馬五6自東向西, 硬石膏含量逐漸減少, 儲層物性逐漸變好。 馬五6儲層結構與含氣性關系密切,含有硬石膏條帶的馬五6段,儲層有效性相對較差。

圖5 馬五6段3種主要儲層結構Fig.5 Three main reservoir structures in Majiagou Formation Member 6

圖6 連井剖面Fig.6 Well section

馬五6段以蒸發巖、泥—粉晶白云巖為主,常有含膏質結構伴生。從孔隙類型上看,馬五6可分為溶孔(洞)型、晶間孔型、裂縫-晶間孔型3種孔隙類型。壓汞曲線特征鮮明,成像測井可以很好地表征這3種類型。

為了更好地探究不同區域、不同儲層結構、不同沉積作用對儲層有效性的影響,需要刻畫其沉積微相,并劃分有利相帶。本研究對盆地內20口井進行沉積微相評價,總結出鄂爾多斯盆地奧陶系中下組合共包含開闊臺地相、局限臺地相,包括6種亞相,14種微相(見表3)。

表3 中下組合沉積相統計表Tab.3 The main sedimentary facies of the middle-substructure Combination

從區域展布(見圖7)上看,盆地內馬五6段可以分成3大區域:中層塊狀結構主要分布在古隆起東側,薄互層狀結構主要分布在靖西環帶,膏巖條帶狀結構主要分布在靖邊本部。從儲層類型上看,在古隆起東側主要為溶孔(洞)、晶間孔類型,靖西環帶主要為溶孔(洞)、裂縫-晶間孔類型,靖邊本部主要為晶間孔、裂縫-晶間孔類型。不同結構的儲層,其沉積微相和有效性評價的主控因素不同,可以相互結合,劃分氣層發育的有利區帶。

研究區馬五6段發育的硬石膏白云巖坪微相和含膏白云巖坪微相,主要為膏巖條帶狀儲層結構,相對而言,這種儲層結構不利于儲層發育和油氣儲集(見圖8)。白云巖臺坪沉積微相區域主要為薄互層狀儲層結構,這種儲層結構由于泥巖、白云巖互層,儲層厚度一般不大,因此難以出現高產氣層,屬于次有利儲層的分布區域,主要分布在靖西環帶。顆粒灘微相區域,主要為中層塊狀儲層結構,該類儲層有效性的主控因素主要為顆粒灘的發育程度以及孔隙的發育程度,是馬五6段最好的儲層類型,主要分布在古隆起東側。

表4總結了3種儲層結構有效性的主控因素以及主要發育的沉積微相。由表4可知，顆粒灘由于在成巖作用中發生順層溶蝕,形成規模較大的溶蝕孔洞,成為鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組馬五6段碳酸鹽巖儲層發育最有利的相帶。

儲層結構儲層有效性主控因素主要沉積微相 中層塊狀顆粒灘發育程度孔隙(溶孔)發育程度古地貌形態顆粒灘云坪 薄互層狀孔隙(膏溶孔)發育程度裂縫發育程度孔隙和裂縫的匹配方式泥云坪泥灰坪 膏巖條帶狀白云巖儲層厚度孔隙(溶孔)發育程度氣藏充注程度膏云瀉湖含膏云坪

圖8 馬五6段沉積微相分布圖Fig.8 The distribution of the sedimentary microfacies in Majiagou Formation Member 6

5 結 論

1)以巖心資料為基礎， 常規測井與成像測井相結合， 建立了鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組馬五6段沉積微相測井識別技術，繪制了沉積微相平面展布圖，為勘探井位的選取提供了依據；

2)采用全巖標定法對馬五6段復雜碳酸鹽巖沉積地層巖礦組分進行了精細解釋，根據剖面結構將該段白云巖儲層劃分為中層塊狀、薄互層狀、膏巖條帶狀3類，儲層發育類型受古地貌和沉積微相控制；

3)馬五6段主要發育6類沉積微相，其中最有利的沉積微相為顆粒灘相，其次為白云巖臺坪相，其沿古隆起呈環帶狀分布，為勘探重點目標區。