利用铝钒含量识别碎屑岩有利储层的新技术及其应用——以莺琼盆地DX、BX区为例

吕俏凤，钟家良，唐 建，吴土荣，安东岭，曹孟贤，高云龙，何登连，秦圆明，王 锋

1中海石油能源发展工程技术分公司实验中心（湛江）；2中海石油（中国）有限公司湛江分公司；3深圳市亿能杰石油设备有限公司

0 前 言

化学元素广泛应用于地质研究的多个领域：元素应用于地球化学环境［1-10］和沉积物源方面研究的实例［11-15］较多；也有学者利用元素研究地层界面［16］、储层含油气性和矿床特征［17-20］，利用元素测井资料确定储层黏土含量［21］，利用ECS元素测井技术对非常规储层进行评价［22］、对岩性进行识别与划分。笔者也曾利用亲陆元素和陆源化合物对沉积物源和隐蔽储层进行了一些研究［23］，但尚未深入到碎屑岩有利储层识别这个层面。

南海西部的北部湾盆地、莺歌海盆地、琼东南盆地（莺歌海盆地和琼东南盆地合称莺琼盆地）、珠江口盆地西部分别位于海南岛的西北部、西南部、东南部和东北部（图1），各盆地主要沉积古近系—新近系湖相、海相地层。在南海西部4个盆地10个区块（位置见图1）共67口井中选取了2 300多个样品，选择有代表性的碎屑岩进行储层预测、验证和应用。在北部湾盆地WX6-8油田选取古近系始新统湖相地层进行取样，样品沉积相带为三角洲相；在WX-8W油田选取新近系中中新统海相地层进行取样，样品沉积相为滨海相、三角洲相。在莺歌海盆地选取了LZ区块、LP区块、DX区块、LX区块、HX区块、LY区块等6个区块的新近系上新统、上中新统、中中新统海相地层进行取样，样品沉积相带为三角洲相、滨海相、浅海相。在琼东南盆地BX区块选取了新近系中新统海相地层进行取样，样品沉积相带为三角洲相、浅海相。在珠江口盆地西部WY油田区块古近系渐新统—新近系中新统海相地层进行元素取样，样品沉积相带为三角洲相和滨海相。

图1 南海西部主要盆地铝钒元素取样点分布Fig.1 Distribution of Al and V sampling points in main basins in the west of South China Sea

7年多的反复实验和验证表明：铝、钒元素的含量（简称铝钒含量）可以识别碎屑岩有利储层的规律性变化，可优选为识别碎屑岩储层的参数，并据此建立适用于油气勘探开发的识别碎屑岩有利储层的新技术。限于篇幅，本文以莺琼盆地DX、BX区为例，对利用铝钒含量识别碎屑岩有利储层的原理、方法及实际应用进行系统介绍。

1 数据的获取

铝钒含量数据的获取主要有2种途径：一种是通过铝元素测井（ECS）［24］，如DX-1S-1井、WY-3-2井进行了铝元素测井，这就省去了取样的过程，可直接利用铝元素测井数据；但现在进行铝元素测井的井比较少，大部分仍依赖钻后对岩心、岩屑进行取样再送实验室测试元素含量［25-26］。本次测试的每个样品约为10g，均由电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）测试以获取铝钒含量数据。

取样数量根据单井层段和目的层厚度设计而定：勘探井取样间隔5~20m，主要目的层段间隔2~5m，单层一般取样15~25个；开发井油气组取样间隔2~5 m，单层油气组取样15个左右。地层较厚的一口井取样可达100多个。

取样点的质量和代表性是非常关键的。首先是选取样点，应避免在岩性界线处选样。还要重点解决取样中岩屑的污染问题，经过核查、比对，采用3步校正：①取样时应用目筛剔选、磁铁吸杂等去伪存真挑样；②对于同一物源区的样品，如果偏离铝钒含量交会图的趋势，且呈无序发散形状，则视为混样、伪样予以剔除（图2，红色圈所示）；③根据岩心标样和铝钒含量交会图判断样品真伪。

图2 莺歌海盆地DX区块单井铝钒含量交会图及岩屑中的混样判识Fig.2 Cross plot of Al and V content of single well in DX block of Yinggehai Basin and discrimination of mixed samples

常温常压井岩屑污染相对较小，一般采用第①步措施可基本达到取样要求，如琼东南盆地BX区梅山组的取样就属这种情况。利用铝钒含量普遍具有正相关性的特点，同一物源的样品在铝钒含量交会图上应在同一趋势上（图2），如果表现为有序的、以不同趋势呈现的点群，则属于不同物源。对于伪样、混样，由于污染的发生，其铝钒元素含量的比率常发生无序偏离，反映出这样的样品不合格，可采用第②步措施予以剔除，如图2a所示，红圈内点群为污染混样。

高温高压复杂气田中，会面临钻井中添加重晶石等泥浆材料而严重污染样品的情况，这就需要增加第③步校正。如莺歌海盆地DX-4井黄流组一段Ⅱ气组（简记为H1Ⅱ）2 862~2 868 m岩心段实测铝含量为3.96%~4.09%（图2b），而相应的岩屑样品检测的铝含量为0.32%~3.1%，对比岩心分析数据则大大偏低，且偏离岩心样品点群的趋势。结合岩屑样品中Ba含量超过6 000×10-6，并且密度较砂岩大的特征，经分析认为造成这种现象的原因是，在本段的钻进过程中添加了重晶石，对相应的岩屑样品污染严重，故视为污染混样予以剔除（图2b，红圈内点群）。

2 基本原理

2.1 铝钒含量与泥质（黏土矿物）含量相关，具有识别有利储层的意义

沉积岩中铝钒元素的丰度［27］（表1）表明：富含黏土矿物的泥岩和页岩中铝钒含量较高，砂岩、石灰岩中则较低。 铝含量与黏土矿物含量密切相关［21，28］，黏土矿物中的高岭石、伊利石、蒙脱石及绿泥石，均含有丰富的铝元素。

表1 主要类型沉积岩中铝、钒元素的丰度Table 1 Abundance of Al and V in main types of sedimentary rocks

南海西部4个盆地典型井的岩心测试资料表明：砂岩具有相对低的铝钒含量，泥岩具有相对高的铝钒含量；铝钒含量较低，对应的砂岩孔隙度、渗透率相对较好。在碎屑岩发育区，低铝低钒含量区对应的储层相对较好，反之则储层较差或为泥质岩分布区。

2.2 利用铝钒含量识别碎屑岩储层，具有不受放射性影响的优势

在较少受放射性影响的地层，铝含量曲线具有与自然伽马曲线类似的变化趋势，如图3a所示，莺歌海盆地DX-1S-1井低伽马、低铝含量段对应砂岩储层段，高伽马、高铝含量段对应泥岩段。莺琼盆地岩屑样品测试获得的铝钒含量，与伽马曲线具有相似的变化趋势（图4a）：低铝低钒含量段对应砂岩储层段，高铝高钒含量段对应泥岩段。注意到，LY20-1-1井2 770~2 845m井段岩屑取样检测的铝钒含量（图4a，半圆形段），较直观地显示砂岩具有低铝低钒含量、泥岩具有高铝高钒含量的特征，而对应的自然伽马曲线则较平直，这反映出利用铝钒含量识别碎屑岩有利储层或泥质岩层相比自然伽马更突出更稳定。

在受放射性影响的地层，如图3b的WY-3-2井1 232 m井段对应的高伽马段，曾解释为泥岩（图3b，岩性解释剖面），但录井显示这段是细砂岩段，经查实1 232~1 248 m井段的钾长石含量较高（10%~12%），故判断1 232 m井段对应的高伽马为受放射性影响的结果。该段砂岩对应的铝含量曲线则不受放射性影响（图3b），显示为低铝含量，解释为砂岩，这与录井结果一致。这种现象在WY-3-2井的其他井段（包括1 242~1 250 m、1 262 m、1 270 m、1 282 m）也存在。

2.3 铝钒含量呈正相关

如图4所示，低铝低钒含量共同指示砂岩储层，高铝高钒含量共同指示泥岩，两者呈现正相关。对南海西部4个盆地67口井多种元素含量的分析表明，铝钒含量的相关性较好。

2.4 定量识别有利储层带及其上下限值

基于前述，把铝钒含量作为识别砂岩储层的参数，并且以钒含量为横坐标、铝含量为纵坐标建立储层识别图版，即铝钒含量交会图。如图5、图6所示，基于图版，结合录井岩性可以进行有利储层带、次要储层带、过渡带、欠储层带及其上、下限值的界定。

图3 铝元素测井（ECS）与自然伽马测井对比Fig.3 Comparison between ECSand natural gamma logging

图4 铝钒含量（岩屑取样检测）与自然伽马对比Fig.4 Comparison of Al and V content(rock debris sampling and testing)with natural gamma

图5 琼东南盆地BX区梅山组铝钒含量储层识别图版Fig.5 Reservoir identification chart with Al and V content of Meishan Formation in BX block of Qiongdongnan Basin

图6 莺歌海盆地DX气田黄流组一段Ⅱ气组铝钒含量储层识别图版Fig.6 Reservoir identification chart with Al and V content of gas reservoirⅡof Huangliu Formation Member 1 in DX gas field,Yinggehai Basin

如图6所示，莺歌海盆地DX气田区9口井的铝钒含量数据集中在具有相似斜率的一个带上，铝钒含量具有正相关性。其中，低铝、低钒含量（Al含量<4.47%，V含量<60.6×10-6），对应录井岩性为砂岩（中—细砂岩和细砂岩为主）的层段，界定为有利储层段，相应地划分出有利储层带（图6），有利储层带下限值（过渡带上限值）为Al含量=4.47%、V含量=60.6×10-6；高铝高钒含量（Al含量>6.67%，V含量>99.0×10-6），对应录井岩性为泥质岩（粉砂质泥岩/泥岩）的层段，则界定为欠储层段，相应地划分出欠储层带，欠储层带上限值（过渡带下限值）为Al含量=6.67%、V含量=99.0×10-6；两种元素含量介于这两者之间（4.47%

需要说明的是，根据资料情况，可以利用单独的铝或钒含量编制多井的铝或钒含量叠合图，结合录井岩性界定砂岩有利储层带、砂泥岩过渡带（包括次要储层）、泥质岩欠储层带及其上下限值。

3 “由点推面”识别有利储层带

在碎屑岩发育区，依据铝钒含量交会图，获取井点（控制点）优势数据点群所在储层带的铝钒含量平均值，以单独的铝钒含量或铝与钒含量的乘积（记为Al·V）编制平面图，则铝钒含量较低的区域，对应有利储层发育区。

3.1 点数据的计算方法

绘制铝钒含量平面图，至少需要确定3口井的数据（控制点）。应用铝钒含量交会图所确定的储层带及其上下限，把单井同一层段的岩心、岩屑样品铝钒含量数据按照铝含量由低到高排列（表2，以BX3-1井为例），可定量划分出各个储层带。

表2 琼东南盆地BX3-1井梅山组铝钒含量、储层分带及其点数据（部分）Table 2 Content of Al and V,reservoir zoning and point data of Meishan Formation of well BX3-1 in Qiongdongnan Basin(part)

由于各单井的铝钒含量可能对应有利储层带、过渡带、欠储层带三者中的不同部分，因此为了突出储层信息，按照突出优势点群、突出优势储层的原则进行数据处理：①对于有利储层带、过渡带、欠储层带3类数据点群均有分布的井段，统计时仅选择有利储层带点群并统计其铝钒含量的平均值，例如，BX3-1井3个储层带均存在（图5），则对有利储层带点群进行统计（表2），铝钒含量平均值分别为5.26%、67.34×10-6，Al·V平均值为355.0×10-8。②对于过渡带和欠储层带点群占优势的，则选择过渡带点群并统计其相关数据，如BX-3S-1井；如果过渡带和欠储层带中还伴有少量有利储层带数据，例如，SX24-1井主要点群对应过渡带（图5），只有2个点处于有利储层带，这种情况可优选过渡带点群和这2个处于储层带的点一起作为统计数据，Al·V平均值为478.8×10-8。 ③对于欠储层带点群占优势的，如BX20-1井仅有1个样点处于有利储层带，2个样点处于过渡带，大部分样点处于欠储层带（图5），则统计欠储层优势带时可把储层带与过渡带样点一并统计，Al·V平均值为574.9×10-8；如BX19-1井、BX19-2井这2口井只存在欠储层带，则选择欠储层带点群统计，得到Al·V平均值分别为787.5×10-8、739.5×10-8。需要说明的是，对于水平井，元素分析数据可直接在平面上采用，不必统计其平均含量。

3.2 “由点推面”预测有利储层的应用与效果

3.2.1 琼东南盆地BX区块勘探案例

笔者采用铝钒含量平面图对BX区块梅山组储层发育情况进行了预测。首先，把求得的BX3-1井、SX24-1井、BX20-1井、BX19-1井和BX19-2井等5口井的梅山组Al·V平均值作为点数据，通过内插绘制出平面图（图7a）。然后，依据同一层段的铝钒含量交会图（图5）识别出有利储层带下限值、过渡带下限值，在铝钒含量平面图中绘出储层分带界线，即可圈出有利储层带、过渡带、欠储层带（图7a）。由图可见：部署井BX1-1井与已钻的BX3-1井均位于低铝低钒含量区，对应有利储层分布区；BX-3S-1井处于过渡带。

图7 琼东南盆地BX区梅山组铝钒含量（均值）分布与储层预测及沉积相图（沉积相据文献［29］）Fig.7 Distribution of Al and V content(mean value),reservoir prediction and sedimentary facies map of Meishan Formation in BX block of Qiongdongnan Basin(sedimentary facies data cited from literature［29］)

后经钻井证实：BX1-1井梅山组发育较好的砂岩储层（34.8 m厚的粉砂岩/3层），井深1 694.3 m处的粉砂岩，孔隙度为 25.32%，渗透率为17.05×10-3μm2；BX-3S-1井梅山组仅有3.8 m厚的泥质粉砂岩，储层渗透性较差，井深1 964 m处的粉砂岩，孔隙度为21.56%，渗透率为1.27×10-3μm2。基于铝钒含量交会图、铝钒含量平面图所预测的有利储层，与实钻情况相符，这验证了该项技术的可靠性。

对BX1-1井和BX-3S-1井分别选取梅山组样品作铝钒含量分析，并添加在铝钒含量交会图上（图5），可以看到：BX1-1井点群有部分处于有利储层带，BX-3S-1井点群主要处于过渡带和欠储层带。需要说明的是，在图5的有利储层带内，BX1-1井比BX3-1井铝钒含量更低，反映存在更好的有利储层。这与根据地震解释的沉积相认识相一致：BX1-1井区相对BX3-1井更靠近物源（图7b），梅山组发育更好的三角洲砂岩储层。一定程度上，把铝钒含量平面图和沉积相图结合起来，更有助于刻画有利储层的平面分布。

3.2.2 莺歌海盆地DX区块开发案例

图8 莺歌海盆地DX气田黄流组一段Ⅱ气组铝钒含量(均值)分布与储层预测图Fig.8 Distribution of Al and V content(mean value)and reservoir prediction of gas reservoirⅡof the Huangliu Formation Member 1 in DX gas field,Yinggehai Basin

利用9口探井的点数据通过内插绘制DX气田铝钒含量等值线图（图8），依据铝钒含量交会图（图6）所识别的黄流组一段Ⅱ气组各储层带的上限、下限值，即可划分出有利储层带、过渡带、欠储层带分布范围。如图8所示，F1井、F2井、F4井、F5井等调整井均处于有利储层带内，F6井、F7H井等调整井处于过渡带内。实钻结果与预测相符：F1井钻遇细砂岩18.8 m、泥岩5.2 m；F4井钻遇细砂岩17.3 m、泥岩3.1 m；F5井钻遇细砂岩17.3 m、泥岩7.8 m；F6井钻遇细砂岩7.6 m、泥岩0.9 m；F7H调整井钻进中，除在Ⅱ气组顶部钻遇垂厚5.1 m的细砂岩外，中下部为泥岩、粉砂质泥岩。

对铝钒含量平面图和地震属性解释的储层进行综合对比分析，能够提高有利储层识别的精度。图8中，黄色实线是根据地震属性解释的Ⅱ气组砂岩分布范围，调整井F6井、F7H井处于其内；根据铝钒含量平面图，F6井、F7H井处于过渡带，可能钻遇砂岩（次要储层）与泥岩互层，这个认识在钻后得到证实。

3.2.3 地球物理方面的扩展应用

利用铝钒含量变化进行地震分频反演，可以识别有利储层。铝钒含量具有不受放射性影响的稳定性优势。铝钒含量随钻井深度变化曲线（图3，图4），可以作为基础反演数据。基于莺歌海盆地DX区的铝钒含量交会图（图6），确定黄流组一段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ气组的有利储层带下限值分别为309×10-8、271×10-8、290×10-8，据此建立综合的反演图标（图9a，右上角)，3个气组的有利储层对应于黄色—红色—紫色，过渡带为绿色—浅蓝色，欠储层带为深蓝色。钻前针对F7H调整井，利用铝钒含量反演进行井轨迹储层预测：Ⅱ气组的顶部见低铝低钒含量储层带，预示存在较好的储层（实际钻遇细砂岩）；Ⅱ气组中下部为绿色过渡带，预示储层较差（实际钻遇粉砂质泥岩）。这项反演的结果，在常规地震剖面上难以得出（图9b）。

图9 莺歌海盆地DX气田过F7H调整井铝钒含量分频反演剖面与地震剖面对比Fig.9 Comparison between frequency division seismic inversion profile of Al and V content(a)and seismic profile(b)through the F7H adjustment well in DX gas field,Yinggehai Basin

4 结 论

（1）在碎屑岩发育区，依据铝钒含量交会图可以界定有利储层带、过渡带、欠储层带及其下限值或上限值，通过铝钒含量平面图的绘制，可以“由点推面”预测储盖层分布：处于有利储层带的低铝低钒含量区指示砂岩储层发育区，处于过渡带的指示砂泥岩互层分布区，处于欠储层带的高铝高钒含量区指示泥岩盖层或泥岩隔夹层发育区。

（2）利用铝钒含量随深度变化曲线和铝钒含量交会图界定的有利储层带、过渡带、欠储层带的下限值或上限值，开展地震分频反演，可以识别有利储层和泥质岩隔夹层，该方法克服了利用自然伽马反演可能受到放射性影响的不足，适用于开发油气田的挖潜。

（3）利用铝钒含量识别碎屑岩有利储层这项技术，已在南海西部4个盆地10个区块中得到验证，预测结果在勘探区块和开发区块均与实钻结果较吻合（符合率达85%）。存在误差主要是由于受取样密度不够的影响。

（4）采用铝钒含量识别有利储层和泥质岩层时，需考虑钙含量的影响，把含钙、含灰质高的差储层（致密、低孔低渗储层）加以剔除。该项技术不适用于碳酸盐岩有利储层的识别，煤层的铝含量较低，在应用时亦需加以甄别。

致谢：这项技术经过近8年的持续研究、验证和应用，在这一过程中得到中国石油勘探开发研究院顾家裕教授、赵杏媛专家的指导，得到中海油研究总院吕明项目经理，中海油湛江分公司勘探开发部马勇新经理，湛江分公司研究院张迎朝、裴健翔、成涛、尤丽、钟泽红、张道军等领导和专家的指导，尤其是得到中海油实验中心麦文、苏文辉、吴土荣、陈金定、税蕾蕾、高弘毅和张贺举等专家的大力支持与鼓励，在此一并表示感谢！