2. 中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室, 北京 102249
2. State Key Laboratary of Petroleum Resources and Prospecting, China University of Petroleum(Beijing), Beijing 102249, China
克—百断裂带位于准噶尔盆地西部隆起西北缘冲断带的中段[1],火山岩内幕和风化壳储层是其石炭系重要的两大类储层,前人从地层关系、油气成藏和储层特征等角度对风化壳储层进行了大量研究[2-6],而关于火山岩内幕储层研究的相关文章及报道较少。2016年5月19日,白861井在克—百断裂带石炭系不整合面之下1 500 m试油获得日产13.92 t的工业油流,表明火山岩潜山内幕具有较大的油气勘探潜力。
火山岩储层岩石成分和结构复杂多样,运用常规测井资料及解释方法还难以满足火山岩“成分+结构”的综合识别[7-9]。因此,前人多采用常规测井交会图法、岩石强度参数识别法、元素测井识别法、横波识别法、神经网络识别法及成像测井等进行识别[10-15],其中常规测井交会图结合成像测井识别应用最为广泛,这种方法对于火山岩大类的识别效果良好,但对于火山岩的精细识别效果欠佳。作者运用常规测井资料构建解释参数,并辅以成像测井,采用层次分解法对克—百断裂带石炭系内幕储层进行测井岩性综合识别。研究区内幕储层测井综合识别的研究尚处于空白阶段,该项研究对石炭系测井岩性综合识别具有重要意义。
1 岩石类型克—百断裂带石炭系火山岩具有多期次喷发和多旋回特征,岩性复杂多样[16]。根据岩心观察描述、薄片鉴定结果,研究区石炭系内幕储层岩性以火山岩为主,其次为沉积岩和变质岩。火山岩主要发育次火山岩、火山熔岩、火山碎屑熔岩、火山碎屑岩和沉火山碎屑岩5类岩石(表 1)。次火山岩发育基性(玄武玢岩)和中基性(玄武粗安斑岩) 2类岩石。火山熔岩、火山碎屑熔岩和火山碎屑岩均发育基性、中基性和中性3类岩石,基性岩以玄武质岩石为主,发育玄武结构;中基性岩发育玄武粗安结构:中性岩以安山岩和安山质岩为主。沉火山岩碎屑岩以沉凝灰岩和沉火山角砾岩2类岩石为主。
火山岩测井响应是对岩性、孔隙度和孔隙流体性质等因素的综合反映。优选了对火山岩岩性敏感的电阻率(Rt)、自然伽马(GR)、中子(CNL)、密度(DEN)和声波时差(AC)常规测井曲线来进行岩性识别分析。准噶尔盆地克—百断裂带钻遇石炭系内幕储层且常规测井资料齐全的井有75口,其中23口井具有成像测井资料。这些井在各断块较均匀分布,基本实现了对该区石炭系全覆盖。
(1) 电阻率测井
电阻率值是火山岩岩性和其中流体的综合反映。相对岩性而言,流体对电阻率的影响较小[17]。研究区致密熔岩(次火山岩、火山熔岩)的电阻率通常较高,为376.17~546.13 Ω·m;火山碎屑熔岩、火山碎屑岩和沉火山碎屑岩相对较低,为130.04~ 172.55 Ω·m(表 1)。岩石热蚀变、破碎和泥浆侵入对电阻率测井反映岩性有一定的影响。
(2) 自然伽马测井
自然伽马测井对岩性变化响应较敏感[18]。沉积岩GR值平均为55.55 API,整体高于火山岩(16.54~41.18 API)。在火山岩中由于K的含量随SiO2含量增加而增加,所以SiO2含量较多的中性岩性的自然伽马测井值较高,而SiO2含量较少的基性岩的自然伽马测井值较低。此外,随着火山岩向沉积岩过渡,GR值有增大的趋势(表 1)。
(3) 中子测井
中子测井主要反映的是地层孔隙中流体的含氢指数。在水层中中子测井曲线值主要受孔隙度的影响。火成岩岩石发生蚀变形成绿泥石、绢云母等,带来了大量的结合水,造成岩石的含氢指数增加,使得中子测井曲线值变高。火山岩CNL值为56.02%~66.07%,明显高于沉积岩(14.50%) (表 1)。此外,杏仁构造在基性火成岩中较为发育,杏仁构造中拥有大量结合水,造成基性火成岩的中子测井值大于酸性火成岩的中子测井值。
(4) 密度测井
密度测井测量的是地层的密度,地层密度的大小主要受组成岩石的矿物密度、孔隙度的大小、孔隙与裂缝中的流体密度的影响[19]。一般基性火成岩的密度大于中基性和中性岩石的密度。在酸碱度相同的情况下,火山碎屑岩的密度低于致密熔岩。研究区次火山岩、火山熔岩及火山碎屑熔岩3类岩石的密度测井值为2.58~2.63 g/cm3,高于火山碎屑岩及沉积岩(表 1)。密度测井值受岩石破碎会裂缝影响。
(5) 声波时差测井
声波时差测井测量的是岩石的声速、衰减等特征,可用来计算岩石密度、孔隙度等物性参数[20]。在酸碱度相同的情况下,熔岩的声波时差通常低于火山碎屑岩。研究区次火山岩、火山熔岩及火山碎屑熔岩岩石致密,声波时差为56.02~62.71 μs/m,低于沉积岩和火山碎屑岩(63.73~66.07 μs/m) (表 1)。低角度裂缝发育程度对声波时差测井有较大的影响。
3 岩性识别 3.1 测井交会图岩石的组构、孔隙发育程度、含油性等对火成岩常规测井响应特征均有一定的影响。因此无法用常规测井对岩性进行有效识别。为突出岩性,消除孔隙度等因素的影响,本次构建了测井参数N,M和Rt/Rxo共3个参数来辅助岩性识别。
N是中子-密度交会图上某一单矿物骨架点(φ = 0)和水点(φ = 100%)连线的斜率,数学表达式为式(1)。不同矿物其斜率不同,不同岩性由于矿物成分不同斜率也不尽相同。M是在声波-密度交会图上某一单矿物骨架点(φ= 0)和水点(φ= 100%)连线的斜率,数学表达式为式(2)。Rt/Rxo是地层电阻率与侵入带电阻率的比值,可以消除岩石孔隙中油水的影响,是区分火山岩结构的有效测井值。
$ N = \left( {{\varphi _{{\rm{Nf}}}}-{\varphi _{\rm{N}}}} \right)/\left( {{\rho _{\rm{b}}}-{\rho _{\rm{f}}}} \right) $ | (1) |
$ M = \left( {\Delta {t_{\rm{f}}}-\Delta t} \right)/\left( {{\rho _{\rm{b}}}-{\rho _{\rm{f}}}} \right) $ | (2) |
式中:Δtf,φNf,ρf分别为流体的声波时差、视中子孔隙度和密度测井值,分别取639.8 μs/m,100 pu,1.0 g/m3;Δt,φN,ρb分别为岩心样本的声波时差测井值、中子测井值和密度测井值。
综合利用N,M,Rt/Rxo和GR等4个参数建立火山岩岩石成分识别图版。准噶尔盆地克—百断裂带内幕火山岩具有低—中GR、低—中N值的特点;沉积岩以高GR为特征,其中砂砾岩为高GR,低—中N值,粉砂岩—泥岩为高GR和高N值[图 1(a),表 2]。火山岩内部基性火山岩具有低N值、低M值的特点,中基性—中性火山岩以中N值,高M值为特点[图 1(b),表 2]。中基性火山岩中火山碎屑熔岩具有中GR,高Rt/Rxo的特点,而火山熔岩为低GR、中Rt/Rxo,火山碎屑岩以中GR,低Rt/Rxo为特点[图 1(c),表 2]。中性火山岩中火山碎屑岩为中—高GR,高Rt/Rxo,火山熔岩为中—低GR,中Rt/Rxo,次火山岩具有低GR、低Rt/Rxo的特点[图 1(d),表 2]。
微电阻率扫描成像测井通过将每个电极的微电阻率曲线转换为颜色,从而形成反映地层导电性特征的电成像图,能够高分辨率地直观显示井壁岩石的结构与构造[21]。地层导电性越好、电阻率越低,则颜色越暗。成像测井的最高分辨率为5 mm,因此,只能识别较大的岩石结构和构造,包括角砾结构、熔结结构、气孔构造、层理等。
沉积岩FMI成像测井图像较为细腻,成层性较好。砂岩相对于泥岩,砂岩的电阻率较高,通常为亮色的高阻。砂岩的图像形态一般为反映层理构造的条带状模式,条带的倾角指示了地层的倾角。砂砾岩中的砾石呈高阻亮色斑状。砾石定向排列可形成反映古水流方向的叠瓦状构造[图 2(d)]。砂砾岩中还可见到一些大型交错层理、冲刷面构造。泥岩一般为低阻,故其图像呈暗色。泥岩和沉火山岩成层性较好[22],图像一般为条带状模式[图 2(c)],当泥岩发生垮塌时,可见滑塌结构。
沉火山岩图像较为粗糙。熔岩与侵入岩一般为亮色的块状高阻的图像模式,火山角砾岩由于高阻角砾的存在一般都呈现亮的斑点模式[23]。凝灰岩特别是玻屑凝灰岩一般为暗色斑点模式[图 2(a)]。熔结凝灰岩呈现熔岩类的特征,显亮色的块状模式[图 2(b) ]。火成岩中一般广泛发育裂缝,张开缝中一般饱含低阻流体而呈暗色线条模式;闭合缝由于充填高阻物质而呈亮色线条模式;岩石破碎、溶蚀一般呈现暗色的杂乱模式。火成岩中也常发育气孔,当气孔被低阻物质充填形成杏仁构造或饱含低阻流体时,图像呈暗色的斑点模式[24-25]。
3.3 测井岩性综合识别火成岩等岩石的地质命名一般采用“结构+成分”的命名方式,因此测井岩性综合识别的结果应包含“岩石成分”和“岩石结构”信息[26-27]。基于常规测井构建的测井识别图版具有较高的岩性识别率,成像测井则具有较高的结构构造识别能力,两者结合采用合理的识别流程进行岩性综合识别,可提高测井岩性识别与地质岩性鉴定的符合率。
岩性综合识别采用“先成分识别,后结构区分”层次分解法,即根据火山岩岩性特征,将岩性分类识别分为3个层次。第1层次在沉积岩与火成岩之间的区分,主要依据GR-N岩性识别交会图和电成像测井识别模板。中—低GR值为火山岩,高GR和层理构造发育的岩石为沉积岩;高GR值、高N值为粉砂岩和泥岩,高GR值、中—低N值为砂砾岩[图 1(a)];第2层次主要基于火成岩的酸碱性细分,采用M-N交会图,将火山岩区分为基性火山岩和中基性—中性火山岩[图 1(b)];第3层次为各中基性和中性火成岩内部火山碎屑岩、熔岩类和侵入岩之间的细分,主要采用GR-Rt/Rxo交会图和电成像测井识别模板[图 1(c)~(d)]。其中第1,2层次主要是根据岩石成分进行细分,第3层次按照火山岩结构进一步进行细分。每一层次根据选择的交会图逐步细分,细分的原则是尽量将岩性差别大的率先区分开,同一种岩性的样品不被分开,直到将所有能识别出的岩性都分开为止,最终识别出对火山岩油气藏有利的岩性。
4 应用效果分析为检验本方法的识别效果,挑选了准噶尔盆地克—百断裂带岩矿资料较为丰富的18口井进行检验,符合率可达95%。同时对研究区6口重点井进行全井段的测井识别,并与岩屑录井及井壁取心数据进行对比,重点井的符合率超过80.24%(其中白29井符合率为80.42%、白30井82.68%、白861井80.24%、金103井85.73%、金305井89.63%、金306井100%),平均符合率为88.85%。
以白861井为例,950~2 250 m井段为火山岩及沉积岩发育层段,火山岩发育层段上部为典型凝灰结构,下部为块状构造,岩性综合识别上部为中性凝灰岩(安山质凝灰岩),下部为中基性火山熔岩(玄武岩),识别率符合较高(图 3)。
总体来看,容易出现误判的岩性为沉积岩和凝灰岩。由于凝灰岩在基性和中性均有分布,且种类众多;再加上破碎、蚀变与沸石化的影响,造成凝灰岩测井曲线值分布范围较大,使得凝灰岩与其他岩性之间的界限较小,因此识别正确率较低。沉积岩由于多发生弱变质,不同区域变质程度不一,造成沉积岩的测井曲线值变化较大,容易误判。
火山岩岩性识别为储层预测也提供了重要依据。根据研究区56口井共517个实测孔隙度和渗透率统计结果,不同岩性的物性特征存在较大差异,断层角砾岩和溢流相安山岩孔隙度均较好。这是因为断层角砾岩因受构造作用使得孔隙和裂缝较发育,但是其发育规模较小,而安山岩,尤其是溢流相上部亚相安山岩气孔比较发育。其中安山岩孔隙度为0.29%~39.56%,平均为12.79%,渗透率为0.004~13 605.000 mD,平均为157.5 mD(图 4)。不同岩性岩相含油性也不一样,安山岩的含油性最好,产液量高,平均日产油率达到0.35 m3/m (图 4)。因此,寻找规模化的安山岩储层将成为下一步的重点工作。
(1) 利用N,M,Rt/Rxo和GR等4个参数建立的火山岩岩石成分识别图版,可有效地识别准噶尔盆地克—百断裂带内幕火山岩储层的岩性,N-GR交会图可有效区分火山岩与沉积岩;M-N交会图可识别基性与中性火山岩;GR-Rt/Rxo交会图可进一步按火山岩结构来区分火山熔岩、火山碎屑岩与次火山岩。成像测井作为辅助手段进行火山岩结构、构造识别,效果显著。
(2) 通过优选5种常规测井曲线建立的岩性识别图版,并辅以成像测井图版,采用层次分解法进行岩性综合识别的方法,对克—百断裂带火山岩内幕储层岩性的识别符合率较高,总体符合率达89%,可在火山岩油气藏研究中进行推广应用。
(3) 克—百断裂带中基性火山熔岩中的安山岩物性和含油性均较好,基于测井响应特征的岩性识别,将有助于下一步勘探目标评价。
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