鹽巖地層精細測井解釋方法研究

李銳敏，姜海濤，齊 磊，周 鑫，劉 偉

（1.中國石油天然氣股份有限公司鹽穴儲氣庫技術研究中心，江蘇鎮江 212028；2.華北油田江蘇儲氣庫分公司，江蘇鎮江 212028）

1 鹽巖地層地質概況

近年來，隨著新能源的推廣發展，鹽穴儲氣庫作為儲能介質得到廣泛認可，合理有效利用鹽礦資源已成為鹽業企業發展的新模式[1-3]。根據國際天然氣聯盟（IGU）統計，目前世界上共有689 座儲氣庫，其中有101 座鹽穴儲氣庫，總有效工作氣量355×108m3，約占儲氣庫總工作氣量的9%。全球第一座鹽穴儲氣庫由美國于1961 年建成，德國是目前世界上鹽穴儲氣庫最多的國家。

與國外普遍選擇鹽丘建庫不同，受限于地質條件影響，國內主要含鹽盆地均為陸相沉積形成，地層條件更為復雜，建庫地質風險大。鹽穴儲氣庫發展的基礎在于對鹽巖地層特點的清楚認識，只有在充分認識鹽巖地層的基礎上，才能高效安全建設儲氣庫。現階段，大部分對于鹽巖地層解釋方法主要采用油藏測井解釋方法，雖然解釋成果具有一定可行性，但對于鹽層解釋不夠精細。目前國內已建成3 座鹽穴儲氣庫均位于江蘇金壇，下面主要就金壇鹽礦地質條件加以闡述。

金壇鹽礦位于江蘇省常州市的金壇市西北、鎮江市丹徒縣東南，鎮江市以南50 km，距南京市100 km，常州市45 km，丹陽市26 km，金壇市30 km，20 世紀70 年代在江蘇石油勘探中發現金壇鹽礦，鹽層主要分布在下第三系阜寧組四段，是一套陸相碎屑巖型的蒸發巖沉積巖系，埋深910.65～1 216.86 m，鹽巖層平均厚度144.94 m，NaCl 含量54%～91%，平均含量80.97%～83.06%，各鹽巖層NaCl 含量分布總體上差異不大，屬于高品位工業鹽層。鹽巖地層中普遍存在水不溶物，主要分布在鹽巖層內及夾層中，主要由泥巖、鹽質泥巖、含鈣芒硝泥巖組成，所含水不溶物占85%以上。水不溶物是鹽穴儲氣庫建設中的主要影響因素，其分布特征及含量多少直接影響鹽穴儲氣庫建造的各個環節。因此，通過測井解釋準確分析鹽巖地層中不溶物的分布及含量是儲氣庫建設的重要環節。

2 測井解釋方法對比

2.1 骨架參數確定

鹽巖測井解釋標準系列[4]為：自然伽馬測井、自然電位、電阻率測井、聲波時差、密度、中子測井。鹽巖測井曲線特征主要表現為“四低一高”，即:低自然伽馬、低中子、低密度、低聲波時差、高電阻率[5]。泥巖曲線特征測與鹽巖特征完全相反（見圖1），表現為“四高一低”，即高自然伽馬、高密度、高中子、高聲波時差、低電阻率。通過測井曲線特征及該地區測井理論骨架參數，可以對鹽巖和泥巖進行準確的定性判別。

圖1 W1 井測井曲線圖

2.2 測井解釋方法

對于鹽巖和泥巖的定性識別只是基礎，對于建造鹽穴儲氣庫需要準確了解鹽層分布及水不溶物的準確含量。為了找到適合該地區測井解釋方法，通過對各種測井解釋方法的篩選，最終確定了兩種解釋方法，分別為統計回歸經驗公式法和礦物組分模型法。

2.2.1 統計回歸經驗公式法 該方法是通過對現有取心井取心資料的統計，對主要巖性礦物進行回歸，最終得到該地區測井解釋的經驗公式。

標志層選取：選取純度較高鹽巖層段作為標志層，鹽巖段曲線在該段測井響應值相對來說比較集中，峰值能夠反映該井段特征。

取心井化驗分析：

（1）組分巖性：結合鹽巖薄片鏡下鑒定報告及全巖X 射線衍射分析檢測報告：認為鹽巖段組分為鹽巖、泥巖、鈣芒硝、硬石膏及少量碎屑顆粒。

（2）組分含量：為了進一步得到各礦物組分的準確含量，對巖心進行定量組分分析，分析結果（見表1）。

表1 W1 井組分含量化驗數據表

通過巖心分析化驗數據與之對應的測井數據建立解釋模型，利用多元回歸求鹽巖含量。回歸函數如下：

V鹽=f (AC，GR，DEN，CN)

式中：AC-聲波時差測井值；GR-自然伽馬測井值；DEN-補償密度測井值；CN-補償中子測井值。

此求解方法對于礦物解釋最直接，避免了多參數、多變量引起的誤差傳遞和疊加。

泥質含量求取：

式中：GCUR-希爾奇指數[6]；·IGR-自然伽馬相對值，也稱泥質含量指數。

其他組分含量計算模型，通過體積模型求取：

式中：Xi－第i 種組分的相對含量；Ai－第i 種組分的骨架值；B－測井響應值。

2.2.2 鹽巖含量回歸經驗公式

V鹽巖＝10C－a·AC－b·GR－c·DEN－d·CN

式中：GR－自然伽馬測井值；DEN－補償密度測井值；CN－補償中子測井值；AC－聲波時差測井值；C-常數；a、b、c、d-對應測井值的相關系數。

2.2.3 礦物組分模型法 該方法以礦物組分模型為基礎，建立該地區各種礦物組分模型，通過標準模板的建立對測井數據進行分析，從而得出各個組分模型的含量[7]。

在充分分析巖電關系的前提下，認為金壇地區的主要礦物成分為鹽巖、石膏、鈣芒硝，最終確定該地區的礦物體積模型。建立礦物體積模型如下：

VSH+C1+C2+C3=1

其中：VSH-泥巖體積百分數；C1-鹽巖體積百分數；C2-石膏體積百分數；C3-鈣芒硝體積百分數。

2.2.4 礦物組分模型優化 礦物組分優化分析是以各組分的相對含量為自變量建立測井響應方程，建立的測井響應方程簡單、數學模型易于求解。它的主要特點是計算速度快，模型誤差小，使用簡單，能充分利用現有的測井信息。各組分計算方程如下：

其中：xj-第j 種組分的相對含量；Aij-第j 種組分的骨架值，i-測井響應方程數；B-測井響應值。

基于巖電特征對比分析，巖性定性識別圖版；巖心數據對測井資料的標定，最終確定該地區為鹽巖、石膏、鈣芒硝三礦物體積模型。

處理結果的合理性取決于礦物成分選取、各組分不同測井方法的響應值、各測井方法的優化權系數。

進行處理時各輸入曲線都會得到一條理論曲線，當處理參數選取的較為合理時，理論計算曲線會與實際測井曲線基本吻合，以此來檢驗模型的合理性、優化參數。

3 聲吶測量與測井解釋成果對比

3.1 聲吶測試

聲吶測試[8]是現階段對腔體認識比較準確的一種手段，它能夠直接反映已溶腔的地層特征，將測井解釋成果與聲吶測試結果對比能夠有效說明解釋成果的準確程度。

聲吶測試主要針對鹽層溶腔中腔體體積及形狀的測試。通過測試腔體體積，可以通過兩個不同階段的體積差值計算出溶鹽的體積和水不溶物掉落坑底所占體積，再通過該地區相關參數[9]可以計算出兩個階段水不溶物的體積，從而與測井解釋的該層段水不溶物體積對比，可以有效分析測井解釋成果的可靠性。

從表2 的對比數據中可以看出：（1）W1 井兩種解釋方法的解釋結果比較接近，兩者解釋結果與聲吶都不是十分匹配，但兩者與最近一次聲吶結果基本匹配；（2）對于W2 井，回歸公式法解釋結果僅與該井第一次聲吶匹配，兩種方法解釋的不溶物含量可能都偏高；（3）W3 井經驗公式法測井解釋結果偏低，與礦物組分模型解釋結果基本匹配。

表2 基于聲吶體積計算平均不溶物含量與測井解釋不溶物對比表

3.2 對比分析

（1）通過測井解釋成果對比，同時結合聲吶測試可以看出，回歸經驗公式法和礦物組分模型法對于W1井不溶物的解釋與實際不溶物含量比較吻合。在其他幾口井的解釋礦物組分模型法解釋結果與實際聲吶測量計算不溶物體積接近。

（2）統計回歸經驗公式法需要借助大量的地區巖心分析化驗資料進行統計分析，由于該地區取心井資料相對匱乏，從而導致這種解釋方法具有片面性，不能在全區推廣應用。

（3）礦物組分模型解釋方法在認識地層的基礎上，組分優化方法的優點以各種礦物組分為自變量，建立一系列組分方程，進行最優化處理，得到最優解。組分優化方法有很好的模型檢測功能，根據處理結果，就能及時地對參數進行優化處理，以達到最優解。

4 結論

鹽巖地層礦物組分精細解釋中，采用統計回歸經驗公式法和三礦物組分模型兩種方法分別對鹽巖地層進行解釋，通過對比分析可以看出，統計回歸經驗公式具有一定局限性，只能適用于資料較多，區域較小，巖性變化不大的地區。三礦物組分模型解釋方法不受資料約束，能夠及時進行優化調整，從而達到對地層精細準確的解釋。因此，三礦物組分模型解釋方法更加適用于鹽層礦物組分的精細解釋。