北部湾盆地高放射性储层地质成因分析与评价

2015-02-17胡向阳梁玉楠吴一雄

特种油气藏 2015年1期

关键词：伽马泥质测井

吴健，胡向阳，梁玉楠，吴一雄，汤翟

(中海石油(中国)有限公司湛江分公司，广东湛江 524057)

北部湾盆地高放射性储层地质成因分析与评价

吴健，胡向阳，梁玉楠，吴一雄，汤翟

(中海石油(中国)有限公司湛江分公司，广东湛江 524057)

针对北部湾盆地高放射性储层测井评价中存在的困难，基于自然伽马能谱和成像测井，参考各种岩心分析资料，分析了储层的宏观、微观特征以及矿物组分与测井曲线之间的关系。分析表明：地层具有高放射性的主要原因是富含钾长石，结合区域构造和沉积特征，进一步指出这是近物源、短距离搬运和快速沉积的结果；针对高放射性储层的测井响应特征，根据电阻率、孔隙度曲线以及录井资料对其进行综合识别；在定量评价方面，采用多矿物最优化模型与中子—密度交会相结合的方法，计算出地层的泥质含量和孔隙度；也可得到地层中主要矿物组分的体积含量。最终的解释成果经过岩心资料的标定和取样的证实，表明所用的方法是有效和可靠的。

高放射性储层；泥质含量；孔隙度；自然伽马能谱测井；钾长石；多矿物最优化模型

引言

北部湾盆地目前已发现在多个构造都存在高放射性储层，其值甚至高于泥岩[1-2]；典型的泥岩往往具有较强的放射性，而对于砂岩来说，其放射性的强弱除与黏土矿物有关以外，还与骨架和一些特殊矿物的种类和含量密切相关[3-5]，如正长石中就含有放射性元素钾，此时利用自然伽马所计算的泥质含量明显偏高，不能用来划分储层[6-7]。因此，需要仔细研究区域高放射性储层的宏观和微观特征，分析储层高放射性的地质成因；在此基础上，利用中子—密度交会法并结合区域多矿物最优化模型来综合识别和评价高放射性储层。

1 高放射性储层的分布特征

北部湾盆地的高放射性储层主要分布在南部隆起带(涠12-3、12-8)、斜阳斜坡带(乌1-4、1-5)以及北部陡坡带(6-1等构造)。这些区域均位于凹陷的边缘，岩性以含砾中—细砂岩为主，夹有砾岩、砂砾岩、粗砂岩和泥质粉砂岩等。

2 高放射性储层的地质特征

根据微电阻率扫描成像测井，在1 251.3～1 252.7 m砂砾岩地层可见大小不一的高电阻率亮色团块，而在1 235.0～1 237.0 m层段可以看到亮暗条带分布不均，未见明显砾岩团块，表现为细砂岩且局部夹泥岩的特征，岩性较均一，且由岩心断面可以看到有明显的小型砂纹交错层理，这些层理成组排列，构成交错的束状层系，层系界面为缓波状起伏，但规模较小，无明显韵律，在中—浅湖相的沉积背景下，认为储层位于湖盆边缘浅水区，靠近滨岸，水动力作用相对较强，由于波浪向岸或离岸运动的速度不同以及流水叠加才造成了这种砂纹交错层理，而中—深湖相沉积的地层则基本不会出现这种现象；在1 237.0～1 238.0 m地层为含砾细砂岩，局部泥质含量较高，可见白色灰质，砾石含量较多且大小不一；在1 238.0～1 239.0 m地层为灰色砂砾岩，胶结较致密，砾石排列无序，下部可见分布较集中的黑色黄铁矿颗粒。从微观特征来看，胶结物主要为方解石和自生矿物，此外还有少量铁白云石、黄铁矿，成分成熟度低，地层中长石含量较高，图1为砂砾岩地层的扫描电镜图，可见粒间孔隙充填石英(Q)、钾长石(r)、片状伊利石(I)等矿物，泥质呈杂基状在局部产出，且钾长石有轻微溶蚀现象。

图1 高放射性储层扫描电镜图

根据岩心压汞实验的结果(图2)，细砂岩的孔喉呈单峰分布，分布频带宽且形成明显峰值，储层以中、大孔径为主，有效孔喉分选性较好，从而保证了储层的有效储集空间和渗流能力；砂砾岩的孔喉呈双峰型分布，大小颗粒混杂，分选性稍差，但仍可作为有效储层。从渗透率贡献值累积曲线来看，大孔喉区域对储层渗透率的贡献很大，而当孔喉半径小于2 μm时，其对渗透率基本上没有任何贡献和作用，属于无效的微小孔喉。

图2 高放射性细砂岩、砂砾岩孔径分布直方图

3 高放射性储层的地质成因

储层的高放射性特征往往是由于局部富集某种放射性元素，以乌1-5油田为例，由图3、4中自然伽马能谱曲线可见，在高自然伽马储层段，钍和铀的含量均呈减小的趋势，而钾含量则有显著的增加，表明本段应存在富含钾元素的矿物。表1为岩心薄片分析资料，可见本段地层的钾长石含量很高，平均达30%～40%。

图3 1井高放射性储层测井综合解释成果

样品类型岩性井深/m石英/%花岗岩/%钾长石/%白云母/%喷出岩/%黄铁矿/%岩心砂砾岩122503401037少量0015岩心砂砾岩124153251039少量00微量岩心中细砂岩12352400微量32少量00少量岩心中细砂岩123573400034少量0005岩心含砾细砂岩123694000030少量00少量岩心含砾细砂岩12377320253600少量05

图4 2井高放射性储层测井综合解释成果

利用钾能谱曲线值以及岩心钾长石含量分别与自然伽马作交会图(图5)。由图5可知，钾含量越高，自然伽马值越大，二者呈较好的正相关关系，说明在高放射性储层段，大量钾长石的存在是导致自然伽马升高的主导因素。

本区高放射性地层以浅—深湖相沉积为主，且位于凹陷的边缘地带，构造坡度大，水动力较强，物源充足，沉积物搬运距离较短。随着沉积的进行，沿着湖盆边缘沉积了一系列高放射性的砂坝砂体。由于地层中长石含量很高，且普遍存在黄铁矿等性质不稳定的重矿物，总体上成熟度低，说明地层是断陷内近物源、经短距离搬运在山前盆地快速堆积的产物。理论上讲，在地形起伏较大、地壳活动剧烈的地区有利于岩石的快速剥蚀以及物源的快速搬运和沉积，导致长石的风化水解作用未能充分进行，这样才使得不稳定的长石在地层中得以保存。

图5 地层中钾含量与自然伽马曲线交会图

对整个区域来说，从湖盆边缘的乌1-5构造向远离物源的湖盆中心延伸，地层岩性有逐渐变细的趋势，从滨浅湖相的中细砂岩、粗砂岩和砂砾岩逐渐过渡到中—深湖相以泥质粉细砂岩为主的地层，且长石含量显著降低。其次，黏土的种类和含量对地层的放射性也有贡献[8-9]。根据岩心实验结果，本区地层黏土矿物主要以伊利石和伊蒙混层为主，但由于总体含量较少，岩性相对单一，因此其影响也是有限的。

4 高放射性储层的定性识别

由图3、4可见，储层的自然伽马值比泥岩还要高，但中子和密度曲线却有明显的交会特征，岩屑录井显示为油浸细砂岩，气测异常明显且组分齐全，电阻率有显著升高的趋势，各种特征均显示本段为砂岩有效储层。

5 高放射性储层的定量评价

5.1 高含铀储层的评价

参考自然伽马能谱测井，并结合岩心资料，可较好地解释高放射性储层的成因，当结果显示地层的高放射性是由于存在高含铀矿物时，可通过去铀伽马曲线来有效计算地层的泥质含量。

5.2 高含钾或钍储层的评价

当地层的高放射性是由于矿物中含钍和钾元素造成的，此时利用自然伽马能谱测井难以有效地确定泥质含量。由于本区地层存在大量的钾长石而表现为高放射性，因此，可利用中子—密度交会法来计算地层的泥质含量和孔隙度[10](图6)。首先确定纯泥岩、砂岩骨架以及地层流体的中子和密度值，将测点投到图版上可以看到，储层的泥质含量较小，岩性较纯，地层孔隙度平均在30%以上，属于中、高孔隙且物性较好的优质储层。

图6 利用中子—密度交会法确定地层泥质含量和孔隙度

利用中子—密度交会法确定地层泥质含量和孔隙度，其理论公式如下：

Vsh=(φN-φD)/(φNsh-φDsh)

(1)

式中：Vsh为地层的泥质含量；φN、φD为地层的中子孔隙度和地层的密度孔隙度，两者均不作泥质校正处理；φNsh、φDsh为泥岩的密度孔隙度和中子孔隙度。

φDsh=(ρma-ρsh)/(ρma-ρmf)

(2)

φNsh=(φNma-φNsh)/(φNma-φNmf)

(3)

(4)

(5)

(6)

式中：φNma、φNsh、φNmf、φN、φCNC分别为纯砂岩骨架、泥质、泥浆滤液、计算以及实测的中子孔隙度；φDen、φCN、φN-D为密度孔隙度、中子孔隙度和中子—密度交会孔隙度；ρma、ρsh、ρmf、ρb分别为纯砂岩骨架、纯泥岩、泥浆滤液以及实测的地层密度。

5.3 高放射性储层的多矿物最优化分析

为了对地层进行更为精细的评价，参考薄片、黏土矿物和重矿物等岩心资料，选取了石英、正长石、伊利石、高岭石、黄铁矿以及皓石作为输入的地层矿物，将冲洗带和原状地层的水和油，以及黏土束缚水作为输入的地层流体，将自然伽马、深浅电阻率、密度、中子、声波、钍以及钾作为输入的测井曲线，以所有矿物和流体体积之和为1作为限制条件，组成一个9×9方程组，利用多矿物最优化方法可得到这些矿物和流体的含量。

5.4 处理结果

对高放射性层段进行处理，图3、4中质量控制曲线的值小于1，表明最优化反演的各条测井曲线与实测曲线吻合率在90%以上，即建立的多矿物模型与实际地层比较符合；处理结果显示在高放射性储层有30%～40%含量不等的正长石以及少量黄铁矿，与薄片分析的结果一致(表1)；利用中子—密度交会法计算的泥质含量和孔隙度经岩心标定，发现二者基本一致；为验证图3、4中所示2口井高放射性储层的流体性质，利用MDT测压取样工具分别在1 231.5、1 222.5 m处取到油样，未见水，从而也证实了测井解释结果的正确性。