三塘湖盆地石炭系水下火山岩蚀变特征及测井定量表征方法

2021-06-17顾定娜孙万明杨波范宜仁葛新民刘俊华

测井技术 2021年2期

顾定娜,孙万明,杨波,范宜仁,葛新民,刘俊华

(1.中国石油集团测井有限公司吐哈分公司,新疆哈密839009;2.中国石油塔里木油田分公司,新疆库尔勒841000;3.中国石油大学(华东)地球科学与技术学院,山东青岛266580;4.海洋国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室,山东青岛266071)

0 引言

三塘湖盆地石炭系哈尔加乌组火山岩储层为水下沉积,岩性以中性和基性为主,有火山熔岩、火山碎屑岩、沉火山碎屑岩等结构类型,具有广阔的油气勘探前景[1-3]。火山岩储层测井响应特征异常复杂,采用常规的骨架参数和解释模型难以准确计算储层物性参数[4-7]。受蚀变影响,总孔隙度无法表征储层的有效物性,甚至出现总孔隙度与产能呈反比的现象。

本文基于岩心资料和测井数据,分析火山岩蚀变特征及其对物性的影响,通过岩心刻度测井建立火山岩蚀变指数的定量表征方法,实现火山岩储层蚀变程度的测井识别,为深入认识火山岩蚀变规律和提升测井解释精度奠定基础。

1 火山岩蚀变类型及特征

1.1 火山岩地质特征及其蚀变类型

哈尔加乌组火山岩以水下沉积为主,水下喷发沉积的火山岩由于深水静水压力大,挥发组分不易逃逸且难以形成气孔,岩石十分致密,整体呈块状特征。因此,其储集空间主要为层间缝,同时具有少量的原生孔、溶蚀孔及后期形成的构造缝。这种类型的储集空间限制了储层发育的规模和有效性,所形成的油藏规模较小,而裂缝的发育程度决定了其储层物性的好坏[8-10]。通过薄片资料分析可知,该区的蚀变类型以黏土化蚀变为主,主要包含绿泥石化、绢云母化等,含少量的伊丁石化等非黏土化蚀变(见图1)。火山熔岩因暗色矿物含量高,蚀变十分明显;火山碎屑岩的整体蚀变程度较弱,本文不讨论。

图1 各种蚀变类型火山岩薄片图像

1.2 火山岩蚀变作用的影响

因流体活动而发生蚀变作用的成岩类型主要包括充填作用和溶蚀作用。充填作用产生的次生黏土矿物(绿泥石、绢云母)堵塞孔隙空间,大大降低火山岩储层的储集性能,次生黏土矿物含有大量的结构水和吸附水,使用测井资料计算的总孔隙度偏大,但是其中包含大量的非有效孔隙,整体上对储层物性起破坏作用[11];溶蚀作用主要表现为斑晶和基质在液态流体的水解和溶蚀作用下形成新的孔隙[12],这对储层物性起建设作用。因此,蚀变对物性的影响大小,取决于蚀变后充填作用和溶蚀作用的强弱[13]。

1.3 火山岩蚀变特征

根据薄片描述可知,弱蚀变火山熔岩含有少量的绿泥石化玻质和伊丁石化橄榄石;中等蚀变火山熔岩的黝帘-绿泥石化玻质约占30%,伊丁石化橄榄岩约占5%;强蚀变火山熔岩的绿泥石-绢云母化长石约占70%,绿泥石化玻质约占20%。同时薄片显示哈尔加乌组火山熔岩总体以填充作用为主,次生孔隙不发育,但是中等蚀变相比弱蚀变和中等蚀变次生孔隙(基质溶孔、斑晶溶孔)略微发育。全岩X射线黏土矿物含量显示,弱蚀变的黏土矿物含量小于15%,中等蚀变的黏土矿物含量15%～30%,强蚀变的黏土矿物含量大于30%(见图2)。

图2 不同蚀变程度火山岩的全岩X射线黏土矿物含量

声波时差和密度测井与蚀变程度缺乏明显的对应关系,但补偿中子测井和电阻率测井受蚀变影响明显(见图3)。通常蚀变程度增高,补偿中子测井值增大、电阻率值减小,主要是因为水下沉积火山岩蚀变产生的次生黏土矿物(绿泥石)以充填作用为主,溶蚀作用非常弱,绿泥石与骨架的密度值、声波时差值相差不大,随着蚀变程度的变化,声波时差和密度基本不变。由于绿泥石含有大量的束缚水,具有较强的附加导电性,因此,随着蚀变程度的增加,测井响应呈现高补偿中子、低电阻率的特征。

图3 不同蚀变程度火山岩的常规测井特征

2 蚀变程度定量表征及其对物性的影响

2.1 蚀变程度定量表征方法

如图4所示,分别利用补偿中子值、电阻率值与实验室黏土矿物含量进行相关性分析。研究发现,补偿中子与实验室黏土矿物含量成正比,电阻率与实验室黏土矿物含量成反比。因此,可以根据补偿中子和电阻率与实验室黏土矿物含量的关系,定义黏土矿物含量指数Cl来反映蚀变的强弱,其为电阻率和补偿中子的非线性拟合。

图4 黏土矿物含量与补偿中子、电阻率的相关性

(1)

式中,Cl为黏土矿物含量指数;CNL为补充中子测井值,%;Rd为深探测电阻率值,Ω·m。

将黏土矿物含量指数Cl转换为蚀变指数Al,利用实验测得的黏土矿物含量确定其系数

Al=6.1Cl+5.15

(2)

式中,Al为蚀变指数。

依据不同蚀变程度对应的实验室黏土矿物含量,利用计算得到的蚀变指数把火山岩蚀变程度划分为弱蚀变、中等蚀变和强蚀变:弱蚀变Al<15,中等蚀变15≤Al≤30,强蚀变30

2.2 蚀变程度对物性的影响

图5为不同蚀变火山岩的电成像测井响应特征和核磁共振测井响应特征。由图5可知,当蚀变程度降低时,电成像测井图像显示出较多的溶蚀孔隙,与薄片分析资料基本一致。随着蚀变程度的降低,核磁共振测井的谱峰向右移动,孔隙半径呈增大趋势,物性变好。

图5 不同蚀变程度火山岩的电成像和核磁共振测井响应特征

图6为不同蚀变程度的总孔隙度和有效孔隙度分布直方图,弱蚀变火山岩的总孔隙度为4.32%～6.42%,其平均值为5.24%,有效孔隙度为0.07%～1.52%,其平均值为0.69%;中等蚀变火山岩的总孔隙度为3.38%～12.38%,其平均值为7.11%,有效孔隙度为0.43%～5.9%,其平均值为2.56%;强蚀变火山岩的总孔隙度为4.68%～12.87%,其平均值为8.44%,有效孔隙度为0.37%～2.78%,其平均值为1.37%。这表明随着蚀变程度的增强,储层的总孔隙度逐渐增大,但有效孔隙度先增大后减小。这主要是由于火山岩的原生孔隙度较小,不能为溶蚀作用提供太多的通道。当蚀变程度较弱时,溶蚀作用要强于次生黏土矿物的充填作用,物性变好;当蚀变程度较强时,溶蚀作用要弱于次生黏土矿物的充填作用,有效孔隙度降低,物性变差。

图6 水下沉积火山岩不同蚀变程度孔隙度分布特征

3 实际应用效果

图7为牛东201井哈尔加乌组测井解释成果图,对应深度段为3 140～3 200 m,计算得到的蚀变指数与实验检测得到的黏土矿物含量的误差约为15%,总体计算效果较好。虽然该深度段的黏土矿物含量变化较大,蚀变程度有差距,但是总孔隙度和有效孔隙度均较小,同时综合电成像和岩心资料发现裂缝不发育,故其2个试油层都未有工业化油气流产出。