Q29-2油田复杂储层测井岩性识别技术

2016-12-17李瑞娟崔云江陈红兵熊镭时新磊

长江大学学报(自科版) 2016年35期

关键词：交会定性岩性

李瑞娟，崔云江，陈红兵熊镭，时新磊

(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300452)

Q29-2油田复杂储层测井岩性识别技术

李瑞娟，崔云江，陈红兵熊镭，时新磊

(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300452)

针对Q29-2油田复杂储层岩性识别和矿物组分的定量计算等测井评价难题，结合岩心及测井资料，提出元素俘获测井(ECS测井)和M-N交会图结合建立关键井岩性剖面技术，在该基础上通过聚类分析方法建立的常规测井响应与岩相的对应关系实现了岩性的定性识别。在岩性定性识别约束下的多矿物测井解释模型，实现了利用常规测井曲线进行复杂岩性段矿物成分的定量计算，解释结果与岩心分析结果符合度高。岩性定性及定量识别技术为储量参数确定及地质研究奠定了基础。

岩性识别；ECS测井；M-N交会图；聚类分析法；多矿物分析模型

Q29-2油田位于渤海海域石臼坨凸起东段，是渤海油田近几年发现的优质亿吨级油田，其中古近系沙河街组(Es)发育的厚层碳酸盐岩与砂砾岩混合沉积的低孔、渗储层为油田勘探开发的主要目标。通过岩心描述及薄片等资料分析，该主力油层段发育包括灰质砂砾岩、鲕粒白云岩、白云质鲕粒砂岩、凝灰质砂岩、砂砾岩等多种岩性，且岩性纵向上变化非常快，为储层有效性评价及储量参数确定带来极大困难。常用的岩性识别技术是以岩矿分析为基础，利用测井交会图技术进行的，该方法在复杂岩性储层中往往存在很大的不确定性。在Q29-2油田测井评价过程中，通过综合利用元素俘获测井(ECS测井)及M-N交会图技术，结合岩矿分析资料，确定了关键井的岩性剖面，进而利用聚类分析技术建立了常规测井响应特征与岩相之间的关系，实现了常规测井曲线定性确定岩性的目的。通过建立在岩性定性识别基础上的多矿物测井解释模型计算的矿物组分与岩心分析资料具有很好的一致性，岩性剖面的定性及定量确定为储量参数及地质研究奠定了可靠的基础。

1 ECS测井与M-N交会图结合识别岩性

ECS测井是元素俘获测井的简称，是斯伦贝谢的测井仪器[1～4]。它是通过化学源向地层中发射4MeV的快中子，快中子在地层中与一些元素发生非弹性散射、能量减少，经过几次非弹性碰撞快中子变为热中子，最终被周围的原子俘获。通过释放伽马射线回到初始状态，由BGO晶体组成的探测器探测到伽马射线能谱，其主要由硅(Si)、钙(Ca)、铁(Fe)、铝(Al)、硫(S)、钛(Ti)等元素的谱所组成。分析测量累计伽马射线谱的过程叫做剥谱，通过设不同的能量窗口，经过处理，将测量的数据拟合一系列的标准谱，拟合的结果就是地层中Si、Ca、Fe、Al、S、Ti等元素的相对质量分数(图1)。ECS测井曲线可以较直观地反映地层岩性的变化，随着地层含灰质、白云质增多，Ca元素的相对质量分数明显增高，Si元素的相对质量分数降低；而砂岩段Ca元素的相对质量分数较低，Si元素的相对质量分数较高。

ECS测井可以测量出地层中主要元素的含量，因地层中每种矿物都有非常固定的化学元素组成，如Si与石英关系密切，Ca与方解石和白云石密切相关，Al与黏土(高岭石、伊利石、蒙脱石、绿泥石、海绿石等)含量密切相关，等等。利用氧化物闭合原理，结合岩矿分析资料，可以获取较准确的地层岩性剖面(图2)。

图1 研究区Es不同岩性测井响应特征

图2 Q29-2E-5井ECS测井资料处理图

但是，ECS测井有其局限性，它测量了地层中钙元素的含量，却没有测量镁元素的含量。因此，基于氧化物闭合原理的评价模型并不能对方解石或白云石进行判别。而地层含方解石还是白云石对地质研究以及测井解释有非常重要的意义。因此考虑结合M-N交会图确定地层含方解石或白云石。

M、N是两个消除孔隙度干扰、突出岩性影响的符合变量参数，其表达式为[5]：

(1)

(2)

式中：Δt、Δtf分别为声波时差测井值和流体声波时差值，μs/ft；ρb、ρf分别为密度测井值和流体密度值，g/cm3；φn、φnf分别为中子测井值和流体中子值，1。

在流体参数一定的情况下，各单矿物岩石的M、N可根据其骨架参数利用式(1)、(2)计算出，再把单矿物岩石的M、N绘制到交会图上，就构成M、N交会图的理论图版。

由Q29-2E-4井的M-N交会图理论图版(图3)可以看出，其有效区分了不同岩性的储层，地层富含白云质，则交会点落在白云石附近；地层含灰质，则交会点落在方解石附近。M-N交会图通过有效区分方解石和白云石，弥补了ECS测井的局限。

图3 Q29-2E-4井M-N交会图识别岩性

2 利用聚类分析法识别岩性

测井曲线的形态特征是岩性与地层孔隙流体物理性质的综合反映。一般来说，同一沉积环境中某类岩性的地层具有一组特定的测井参数值，包括测井响应特征值和从测井资料提取的与岩性有关的信息。当井的测井参数值相同时，对应同一类岩性地层的概率较大。聚类分析法在实际应用中就是通过综合测井、岩心描述等资料将测井相转化为岩相，并通过岩相的传播得到连续的地层岩性。其具体方法为：以取心井为学习井，以与岩性相关性较好的测井曲线为学习曲线，利用基于图形的聚类分析法划出岩石物理相，通过与岩矿资料相结合，划出地质相，并学习到未取心井，从而达到利用常规测井对未取心井进行岩性识别的目的。利用聚类分析法的岩性识别结果与壁心薄片分析结果符合度更高(图4)。

图4 利用聚类分析法前(a)、后(b)测井相划分岩性结果对比

3 岩性剖面定量确定

针对复杂岩性储层，建立了多矿物分析模型。基于最优化原理，尽可能应用多种测井信息，建立测井响应方程进行联立求解，计算出单井剖面中地层矿物类别及体积分数是测井岩性识别和地层参数计算的有效手段。由于Q29-2油田复杂岩性储层段岩石矿物成分较多，超过常规测井曲线能够反演的范围。因此在模型建立过程中，首先将岩性定性识别结果作为约束条件来优化矿物组分，对不同岩相储层建立相应的矿物组分模型。在定性岩性识别约束下，多矿物分析得到的矿物含量与全岩心分析得到的矿物含量符合度较高(图5)，达到了岩性定量识别的目的，也为高精度的测井解释孔隙度计算奠定了基础。

图5 Q29-2E-5井Es多矿物分析模型解释岩性剖面

4 地质应用效果

准确的岩性识别是地质研究的基础，复杂岩性储层沉积环境复杂多变，岩石成分较多，纵向分布上变化快，薄层和过渡岩性发育，岩心、壁心等基础资料很难覆盖整个储层段。因此，利用测井资料进行连续的岩相识别为复杂岩性地区的储层研究提供了非常重要的指导作用，为沉积相划分提供依据，也为微观储层研究和确定储层有效性奠定了基础(图6)。