基于M—N动态交会的页岩油岩性组分定量计算方法

2022-02-05徐文远赵静赵延静徐蕴颖钱晨左东星

测井技术 2022年6期

徐文远，赵静，赵延静，徐蕴颖，钱晨，左东星

（中国石油集团测井有限公司长庆分公司，陕西西安 710021）

0 引言

中国的页岩油气资源丰富，二十世纪六十年代就已经在多个盆地发现了页岩油，当时认为是储存在泥页岩裂缝中的油藏。随着对页岩油气认识的不断深入和科学技术手段的持续进步，近年在鄂尔多斯、松辽、济阳、濮阳、准噶尔以及南襄等多个盆地页岩地层获得勘探突破。与常规储层相比，页岩储层从岩性、储集空间到流体赋存状态都存在很大的差别，不能延用解释常规储层的理论和方法进行评价。

鄂尔多斯盆地延长组长7地层资源量丰富、储量规模大，共发育3类页岩油，其中I类页岩油已实现大规模效益开发，建成了国家级页岩油示范区；长73地层主要发育II类、III类页岩油，为陆相湖盆沉积体系，以半深湖-深湖重力流沉积相为主，具有源储共生、矿物组分多样及孔隙结构复杂的特点[1-2]。常规测井响应可以总结为“四高一低一失真”，即高自然伽马、高电阻率、高声波时差、高补偿中子、低密度以及自然电位失真。综合解释对成像测井及钻井取心的依赖性强，在划分有效储层及定量计算参数方面存在明显的技术短板。精确计算泥质及总有机碳含量是盆地高自然伽马页岩油测井评价的关键。总有机碳含量的测井评价方法有很多，主要分为两大类。①以多元线性回归为基础的曲线拟合法。1945年，Beers[3]利用自然伽马放射性强度评价总有机碳含量（TOC），利用铀元素与总有机碳含量的关系进行烃源岩有机质丰度评价。②以ΔlogR法为代表的测井曲线叠合法。1990年，Passey等[4]结合岩心数据进行分析，得出了ΔlogR与总有机碳含量的拟合关系，绘制了TOC的计算图版。两类方法在含油气盆地的烃源岩评价中均取得了较好应用效果[5-12]。泥质含量计算方法主要有自然伽马（电位）法、中子密度法及电阻率法等[13]，受测井曲线“四高一低一失真”的影响，现有技术手段在目标层系应用效果并不理想。截至2020年5月，长庆油田累计有17口井在高自然伽马地层获得工业油流，其中11口井在测井解释时未进行储层划分，其余井参考核磁共振及岩心资料识别出了有效储层，但提供的岩性剖面不能反映储层内部的非均质性，与地质规律不符。

该文以常规测井曲线为基础，对ΔlogR法进行技术延展，用声—电面积替代固定的声波、电阻率基线，考虑了岩性及孔隙度对测井响应的影响，提高了总有机碳含量的计算精度。通过对矿物组分的系统分析，确定了泥岩线的表述方程，采用三角交会的方式逐点求取泥岩点与砂岩点位置，既考虑了曲线标准化及有机质对测井曲线的影响，也解决了岩石骨架参数变化大的难题，实现了长73地层主要岩性组分的定量计算。

1 地层主要岩性及测井特征

长73地层岩性组分主要包括石英、长石（钾长石、斜长石）、黏土矿物（伊利石、伊蒙混层、高岭石、蒙脱石等）、黄铁矿、碳酸盐岩矿物（方解石、白云石）等。砂岩碎屑中“石英+长石”含量达70%～80%，受物源影响，石英、长石所占比例略有不同（见表1）。

表1 长73 地层砂岩碎屑构成统计表

综合地质评价需求及测井响应特征差异，将岩性分为黑色页岩、暗色泥岩、粉砂岩、细砂岩及凝灰岩这5大类。不同岩石类型均见含油气显示，其中砂岩显示最好，以油斑、油迹为主；黑色页岩、暗色泥岩为生油岩，气测全烃显示明显。试油试采及薄片分析结果证实粉砂岩、细砂岩为研究区有效储集岩性，泥岩及页岩孔隙以微孔为主，为非有效储集岩性。表2为各岩性对应的测井特征及判别标准。

表2 长73 地层主要岩性测井特征及判别标准统计表

2 岩性组分定量计算

总有机碳含量是烃源岩评价中反映岩石有机质丰度最主要的一个指标，其计算精度一是可以厘清烃源岩纵横向展布规律，落实资源潜量；二是有利于分析干酪根对测井响应特征的影响，为其他参数的精确求取奠定基础。泥质含量是砂泥岩地层参数计算与评价的重要基础参数，它不仅反映地层的岩性，而且与储层的有效孔隙度、含水饱和度、束缚水饱和度、渗透率等参数密切相关。综合长73地层地质评价需求及不同岩性组分的测井特征差异，将地层分为泥质、砂质及有机质3部分，这3部分岩性组分的准确求取可为页岩油识别提供解决方案。

2.1 总有机碳含量

长7段发育的黑色页岩和暗色泥岩是盆地中生界主要烃源岩，镜下观察鉴定为I型或Ⅱ型，总有机碳含量大于6%，氯仿沥青大于0.6%[12]。基于多口井的系统取心，以多元回归为基础建立了总有机碳含量计算模型

式中，AC为测井测量的声波时差值，μs/m；DEN为测井测量的密度值，g/cm3；GR为测井测量的自然伽马值，API。

该模型丰富了盆地内烃源岩评价方法，为资源潜量预测提供了依据，但其在非源岩及低丰度源岩段的计算结果偏高，不利于开展岩性组分精细评价。该文以ΔlogR法为基础进行延展，通过选用合适的刻度参数，用声—电面积替代固定的声波、电阻率基线，考虑了岩性及孔隙度对测井响应的影响，结合自然伽马曲线拟合获得总有机碳含量计算公式，其计算精度显著提高[见式（2）]。同时，进一步计算了干酪根体积组分[见式（3）]。

式中，Srtac为特定刻度下声波时差及电阻率曲线归一化的包络面积，小数；Vt为干酪根体积组分，小数；ρt为干酪根密度，g/cm3；K为干酪根转化因子，一般取1.2。

图1为新、旧方法计算总有机碳含量与实验分析结果的对比。图1中第9道蓝色实线为原模型计算总有机碳含量，非源岩段计算总有机碳整体在6%以上，与实际不符。第10道为新方法计算总有机碳含量与实验分析结果对比，效果提升明显。

图1 城Aa井总有机碳含量新、旧模型计算对比

2.2 泥质与砂质含量

泥质含量是岩石中粒径小于0.1 mm的细粉砂和湿黏土的体积占岩石体积的百分数，其主要计算方法有自然电位法、自然伽马法、自然伽马能谱法、光电吸收截面指数法等。受高放射性有机质等因素影响，长73地层自然伽马及自然电位在目的层段没有分层能力，亦不能用于泥质含量定量计算；勘探成本、井眼环境等因素也制约了自然伽马能谱与光电吸收截面指数法在目的层段的规模化应用。基于此，该文以三孔隙度测井为基础，建立了基于M—N动态交会的泥质含量计算方法。

M、N分别是声波—密度和中子—密度交会图上某一岩性线的斜率，是三孔隙度曲线消除孔隙度影响得到的重要参数，对地层岩性反映灵敏，其计算公式为

式中，Δtf为流体声波时差值，μs/m；ρf为流体密度值，g/cm3；φnf为流体中子值，%；CNL为地层补偿中子，%；系数0.003是当声波时差采用法定计量单位（μs/m）时加入的系数，目的是使M与N大小相当。

研究区主要岩性的M、N值见表3，其在M—N交会图中的对应位置见图2。从图2可见，干酪根与砂泥组分物理性质差异较大，在交会图中距离较远，说明有机质对三孔隙度曲线影响大，岩性组分含量的求取应先进行干酪根校正；相比其他矿物组分，石英和长石在交会图中位置较近，可以作为一个整体，即砂质来进行表述；黏土矿物组分多样，蒙脱石、伊利石、高岭石在交会图中不集中但整体在一条直线上，通过拟合方式可以获得泥岩线方程，表述为N=a×M+b，其中a、b为常数。

表3 常见岩性及干酪根的M、N 值统计表

图2 长7地层主要岩性组分在M—N交会图中的位置

基于以上分析，分两步实现泥质含量计算：① 干酪根校正。综合地质评价需求及地层岩石骨架体积模型，推导获得干酪根校正后骨架的M、N值为

式中，Mgj、Ngj分别为经干酪根校正后骨架的M、N值，小数；Mt、Nt分别为干酪根理论M、N值，小数。

② 基于M—N动态交会计算地层泥质含量。如图3所示，过蒙脱石、伊利石及高岭石点拟合得到泥岩线表述方程N=- 0 . 1 95M+0. 5 08；过蒙脱石及高岭石点分别作数据体的切线，两切线交点的位置即为砂岩点位置Q；过砂岩点Q及地层采样点S绘制直线g（M、N）与泥岩线相交，交点位置即是采样点泥质骨架在M—N交会图中的位置；设泥质骨架点与采样点、砂岩点间的距离分别为L1、L2，即可获得泥质含量计算公式为

图3 基于M — N三角交会的泥质含量计算方法评价示意图

忽略黄铁矿、方解石等非主要矿物的影响，砂质含量计算公式为

3 应用效果分析

研究成果在鄂尔多斯盆地延长组长7地层页岩油测井解释中全面推广应用。图4为宁Abc井长73地层综合解释成果图，图5为近年完钻的一口探井蔡Ab井综合解释成果图。

图4 宁Abc井长73地层综合解释成果图

图5 蔡Ab井长73地层综合解释成果图

图4中1 730 ～1 740 m层段自然伽马为高值，由于前期认识不足，测井解释未能识别出有效储层。该段气测全烃显示异常，录井见油迹显示，在1 735 ～1 738 m井段进行压裂测试，日产纯油24.23 t。采用基于M—N动态交会的岩性组分定量计算方法对该井进行重新处理，识别出53 ～56号储层，其中55号储层声波时差为250.0 μs/m，密度为2.47 g/cm3，计算的泥质含量为21.90%，孔隙度为12.58%，渗透率为1.35×10-3μm2，综合解释为油层，与试油结果一致。

图5中长73地层1 882 ～1 910 m层段自然电位失真，自然伽马中高值，常用测井方法划分储层困难，采用基于M—N动态交会的岩性组分定量计算方法对该层段进行精细处理，识别出64 ～69号储层，岩性剖面与取心及成像测井资料吻合。64号储层计算的泥质含量为11.35%，孔隙度为10.32%，解释为油层。66、67、69号层识别为差油层，解释结论得到试油资料证实。在1 882 ～1 906 m层段进行压裂测试，日产纯油33.32 t。应用该方法重新处理3 000余口老井，拓展砂体分布范围达4 000 m3；同时，处理近300口新井，其中16口井试油压裂，14口井获得工业油流，取得良好应用效果，改变了以往因岩性组分认识不清导致油层漏解释的局面。基于常规测井曲线的岩性组分定量计算方法为页岩油老井重新认识及新井降本增效提供了技术支撑。