辽中富烃凹陷烃源岩测井定量评价

2012-09-12尹诗琪吴庆勋

天然气技术与经济 2012年6期

李鹏徐猛尹诗琪吴庆勋

（油气藏地质及开发工程国家重点实验室·成都理工大学，四川成都 610059）

0 引言

辽中凹陷位于辽西凸起和辽东凸起之间，是辽东湾坳陷主要的供油区。前人已对凹陷做了很多研究工作［1-5］，但是受钻井取样数量影响，并未对凹陷内优质烃源岩展开深入研究，因此，极大地限制了对优质烃源岩的资源量贡献及其对油气藏控制作用的研究。

有机碳含量是评价优质烃源岩的重要参数之一，在以往的评价中主要依靠地球化学分析，而测井资料具有纵向连续的优势，故利用测井资料进行烃源岩的定量识别及评价。这样既可以克服烃源岩的非均质性［6-7］，同时又能够较容易地得到区域范围的烃源岩资料，为烃源岩的评价提供更加合理的参数。笔者从Δlg R方法入手，提出利用多元回归方法，定量计算烃源岩TOC连续分布曲线。结果表明测井资料计算有机碳质量分数与实测结果吻合较好，多元回归方法在烃源岩评价中是有效而准确的，具有较好的推广性。

1 区域地质概况

辽东湾地区位于渤海湾盆地东北部，盆地划分为3凹2凸共5个次级构造单元，目前在该区已发现多个油田及含油气构造，为一油气富集区，其中辽中凹陷是3个凹陷中规模最大的沉积地区。辽东湾地区古近纪沉积的地层自下而上划分为沙河街组和东营组，其中钻井揭露的沙河街组被划分为沙三、沙二和沙一3个岩性段，东营组被划分为东三、东二下、东二上、东一4个岩性段。凹陷普遍发育烃源岩，为油气藏的形成提供了必备的条件。通过钻井资料可知，辽中凹陷主要发育沙三段、沙一段和东三段3套烃源岩，沙三段的沉积环境是以湖泊为主，在边部发育水下扇或者扇三角洲，岩性以油页岩或暗色泥岩为主，是辽中凹陷的主力烃源岩层段；沙一段是以油页岩和暗色泥岩广泛发育，其底部为碳酸盐生物滩和湖泊沉积环境，发育碎屑云岩、生物碎屑灰岩；东三段是以湖泊沉积环境为主，发育有深灰色泥岩夹砂岩透镜体，可以作为区域性盖层，在辽中凹陷的深洼部位亦可成熟供烃。

2 烃源岩的基本测井响应特征

通过测井曲线来识别烃源岩，是评价烃源岩的首要任务。在正常情况下，测井曲线对烃源岩的响应主要有：① 因烃源岩层吸附放射性元素U等，在自然伽马曲线及能谱测井曲线上表现高异常。② 因干酪根的密度小于岩石骨架密度，密度曲线上烃源岩层位通常为低密度异常，在声波时差曲线上为高时差异常。③ 成熟烃源岩层在电阻率曲线上表现为高异常，原因是其孔隙流体中含有不易导电的液态烃［8］。综上所述，测井曲线上烃源岩与其他非烃源岩地层相比具有高自然伽马、高声波时差、高电阻率和低密度的特征。

为了找出富含有机质泥岩与有机质含量低的泥岩的测井差异，在烃源岩层找了具有代表性的一段（2 700 m），又在非烃源岩层找了具有代表性的层段（2 350 m），其结果列于表1。由表1可知，烃源岩的电阻率、自然伽马、自然电位、声波时差均大于正常泥岩。因此在辽中凹陷，烃源岩一般都有自然伽马、自然电位、电阻率、声波时差增大的现象，其中电阻率和声波时差变化最为显著。

表1 烃源岩与正常泥岩测井响应差异表

3 烃源岩的测井识别

3.1 测井识别方法

1945年，Beers等首先利用铀含量与有机碳的关系来研究烃源岩的有机质丰度［9］。之后，众多学者根据不同盆地烃源岩的特征，提出了定性识别烃源岩TOC的测井识别标准，而未指出定量计算模型［9］。1990年Passey等提出了一项可以用于碳酸盐岩和碎屑岩烃源岩的测井评价方法，能够计算出不同成熟度条件下的有机碳含量［10］。该方法是利用电阻率曲线、声波时差曲线的研究分析，用电阻率—声波时差重叠法（Δlg R法）可以实现定量分析判别优质烃源岩。具体公式如下：

式中，R为测井仪实测电阻率，Ω·m；R基线为基线对应的电阻率，Ω·m；Δt为实测的声波时差，μs／m；Δt基线为基线对应的声波时差，μs／m。

但是，采用这种方法需要考虑成熟度参数及人为划定泥岩基线，可能导致较大的误差，也使工作更加繁琐。鉴于上述缺陷，考虑辽中凹陷主力烃源岩层集中在三段地层中，受沉积环境影响，相应的基础地质数据相似，可以将Δlg R公式简化为：

式中， a、b、c系数均可通过对研究区实测样品的TOC分析值，采用最小二乘法拟合获得。

从式（2）可以看出，改进后的模型只需2个基本参数，不需要成熟度参数，也无需人为确定泥岩基线等，提高了模型的便捷性。但其仍有不足之处，如模型并没有考虑其他测井参数，而大量的研究表明，源岩中有机碳含量与自然伽马、密度、中子等测井响应密切相关。为了克服这一缺点，下面介绍多元回归模型。

该模型将自然伽马、密度、中子等测井参数全部考虑在内，从多个测井参数中筛选出对有机碳含量变化显著的参数，然后建立回归方程，从而建立更加精确的拟合方程。由此可见，选用多元回归模型来建立辽中凹陷优质烃源岩的测井响应方程，更能准确地预测优质烃源岩。

3.2 数据的选取及预处理

有机碳分析样品的深度与其实际深度存在一定误差，此外，有机碳的发育存在强烈的非均质性，这两个因素加大了建立可信度较高的解释模型的难度［11］。为了减小分析样品深度与其实际深度的误差以提高所建模型的可信度，应保证有机碳分析数据来源于取心较好的层段。测井曲线应保证其尽量不受钻井液等外界因素干扰，尽可能地反映原状地层特征。由于无法得知分析样品的精确深度，将分析样品所在深度范围内的测井参数取平均值，把求得的均值当作分析有机碳对应的测井值。

在模型应用过程中，注意与有机碳无关的测井曲线异常，包括差的井眼条件、欠压实地层、低孔隙度层、超压实带、含水孔隙等，利用测井资料计算有机碳含量时应首先排除这样的井段；测井数据要尽量避免钻井液的干扰，尽量反映原状地层的特征。同时应注意，声波时差、体积密度等测井参数受岩性、压实（深度）等因素作用的影响较大，可考虑以分层段、分岩性建立模型，必要时需对这些测井参数进行压实校正及标准化处理，尽量减少外界因素对有机碳测井响应的影响。

为了获得最佳的烃源岩TOC定量预测模型，运用多元统计分析软件（SPSS）拟合曲线方程。首先对TOC数值与其对应深度的声波时差、电阻率（取对数后数值）、自然伽马等参数进行统计计算。然后再对各项参数进行回归分析，从而获得了方程系数数值。

3.3 单井定量预测模型

为了验证辽中凹陷烃源岩测井参数之间的相关性，选取了资料较好的辽中凹陷JZ31-2-1井，对该井资料进行了细致分析。考虑到单井之间可能存在相关系数差异，为了对比单井之间的预测模型差异，又收集了辽中凹陷不同层位、不同次凹以及不同沉积相带烃源岩的测井响应曲线及相关的热解分析资料。

以JZ31-2-1井为例，以TOC为因变量，以对应的R、Δt、GR和测井参数为自变量，进行了多种模型的试验、比较。结果表明，TOC与单测井参数拟合明显不如多参数拟合的效果好，拟合效果总体上随着测井参数种数的增加而逐渐变好。JZ31-2-1井回归方程模型的相关系数最高为0.979，属于多元回归模型。图1展示了JZ16-2-1井有机碳分析值与计算值的符合程度关系。图2则为JZ16-2-1井有机碳含量剖面图。

3.4 分区分层定量预测模型

从单井预测模型可以看出，受地层埋深的影响，即使同一口单井也难以使用相同的模型来解释。对整个区域来说，由于影响因素的差异，大的区域范围难以建立起形式统一的代表方程。针对这一问题，进行区域性有机碳含量评价时，借助地质资料（如沉积相）进行分区带评价，因为区带内影响有机碳测井响应的因素相近，各井间相似的影响因素会起到一定的抵消作用。为了使建立的关系式具有代表性，首先，每个区块内选择具有代表性的井，建立有机碳测井响应关系式。其次，将测井响应方程带入所在区带其他井中进行分析、对比、验证，从而找出最优的响应方程，使有机碳含量计算值更符合实际地层现状。

为了获得辽中凹陷具有普遍性的公式，经过回归分析，发现按照辽中凹陷地层层序及沉积相带进行分类与模型拟合，相关性及误差最小。将辽中凹陷按照沉积相并结合区域分区，最后成功获得辽中凹陷烃源岩层TOC的普遍公式，其中相关系数普遍为r2大于0.8，相关性较好。

这样，很容易将TOC大于2%的优质烃源岩识别出来，以达到优质烃源岩识别和评价的目的。