鄂尔多斯盆地陇东地区太原组铝土岩储层录井评价

张文雅 张春阳 刘治恒 朱更更 胡 洋 李 楠

(①中国石油渤海钻探第二录井公司；②中国石油长庆油田公司勘探开发研究院；③低渗透油气田勘探开发国家工程实验室)

0 引 言

铝土岩是一种富含铝质矿物的化学沉积岩，在华北地台广泛分布于上、下古生界间的古风化壳内，岩石中Al2O3∶SiO2>1，主要矿物成分为一水硬铝石、一水软铝石、三水铝矿。铝土岩外貌与黏土岩相似，但岩性致密，硬度、密度较大，没有可塑性，常具鲕状、豆状、块状构造。其成因不一，主要是由铝硅酸盐类矿物受强烈化学风化、半风化带出溶解的氧化铝、高岭石等搬运到岩溶洼地、湖泊、海湾、潟湖盆地，直接沉积或经陆解作用而成的[1-2]。

鄂尔多斯盆地太原组铝土岩属于沉积型铝土岩，形成于盆地边缘的滨海潮间带，沿古陆周边的坳陷内分布，位于下古生界碳酸盐岩古风化剥蚀面之上，中上石炭统海侵岩系下部[3]。以往认为上古生界二叠-石炭系的太原组铝土岩储层黏土含量高、密度较大、物性差，是地层下部下古生界气藏的封盖层，或为生气层，故一直未受到重视。近年来，经过深入研究和攻关试验，陇东地区太原组铝土岩天然气勘探获得重大发现，并首次实现铝土岩新领域新突破，经初步评估该类型气藏有利区勘探面积约8 500 km2，展示出良好的勘探前景[4]。但铝土岩作为一种新型的非常规天然气储层，与常规储层不同，针对该类储层的录井评价方法尚未建立，使该类储层流体性质评价及优化试气选层方面存在一定困难。本文以陇东地区一系列新老钻井太原组铝土岩钻井取心录井数据为标准，从岩性、物性、含水性、含气性4方面进行综合评价，形成了综合评价铝土岩储层的录井方法，为下步该类天然气储层的勘探开发提供依据。

1 区域概况

陇东地区位于鄂尔多斯盆地西南部，面积约5×104km2，区域构造上位于伊陕斜坡的西南部，天环坳陷的南部，西至西缘冲断带，南至渭北隆起，受这4个构造单元控制，除局部发育规模较小的鼻状隆起外，内部无明显断裂构造，整体表现为南高北低，西低东高，地层倾角小于1°的大型单斜构造。区内沉积相对稳定，地层比较完整[5]，自下至上可划分为下古生界寒武系张夏组、徐庄组、毛庄组，奥陶系马家沟组；上古生界二叠-石炭系石千峰组、石盒子组、山西组、太原组、本溪组；中生界侏罗系安定组、直罗组、延安组、富县组，三叠系延长组、纸坊组、和尚沟组、刘家沟组。其中产油层系多集中在中生界的延安组、延长组等，产气层系在古生界上下地层均有发现。

自2014年以来，陇东地区上古生界二叠-石炭系太原组已有50口井钻遇铝土岩，其中29口井见明显含气显示，试气12口井，其中7口井试气产量大于1×104m3/d，初步落实勘探面积约14 000 km2。2021年钻探新井又有多口井在太原组铝土岩录井见较好含气显示，其中仅L 47井获产气量15.72×104m3/d，无阻流量67.38×104m3/d的高产工业气流，现场点火火焰高达10 m，持续时间6.23 h，油压21.8 MPa，套压23.4 MPa。目前未试气的L 85井太原组钻遇气层6.5 m/1层，含气层3.2 m/1层；HT 1井钻遇气层4.0 m/1层，含气层5.0 m/1层；QT 15井钻遇气层4.0 m/1层，含气层5.1 m/1层。充分证实了太原组铝土岩巨大的勘探潜力。

2 铝土岩储层录井评价

以区域一系列新老钻井太原组铝土岩钻井取心数据为标准，根据气测、元素、核磁共振、离子色谱等录井信息结合测井响应特征，在其中优选系列特征参数，从岩性、物性、含水性、含气性4方面进行综合评价，并建立了标准，形成了综合评价铝土岩储层的录井方法，为下步陇东地区铝土岩勘探开发提供可靠地质依据。

2.1 岩性评价

近年来，录井在识别岩性上，除现场的岩屑录井外，元素录井(XRF)技术在特殊岩性定名、层位划分、辅助识别沉积环境上，在全国各大油气田均取得了良好的应用效果。尤其是2021年在陇东地区太原组铝土岩勘探新领域的重大突破上，元素录井在铝土岩成分分析、岩性定名方面发挥了至关重要的作用。

在铝土岩岩性识别上，以L 58井钻井取心资料的XRF分析数据为标准，在34种元素成分中优选5项敏感参数，可以清晰地识别铝土岩，整体上表现为高Al、高Na、低Fe、低Si、低K特征，其中：铝土岩表现为高Al(≥20%)、高Na(≥2%)、低Si(≤15%)、低Fe(≤1%)、低K(≤0.5%)；铝土质泥岩表现为高Al(15%～20%)、高K(≥4%)、高Fe(≥5%)、低Si(≤12%)、低Na(≤2%)；泥岩表现为高Al(10%～20%)、高Si(≥20%)、高K(≥0.5%)、高Fe(≥2%)、低Na(≤5%)(表1、图1)。

测井曲线在铝土岩识别上显示特征也较为明显，例如：L 58井井段4 046.5～4 053.8 m铝土岩，表现为高GR、低AC的特征，GR、AC曲线包络面明显；井段4 039.0～4 040.0 m铝土质泥岩，虽同样表现为中高GR、低AC特征，但GR、AC曲线接近重合，基本无包络面；井段4 037.0～4 039.0 m泥岩，则表现为中高GR、高AC特征，GR、AC曲线无包络面(表1、图1)。

表1 太原组铝土岩地层岩性特征

2.2 物性评价

物性定量评价一直是录井行业的短板，但随着录井新技术的不断推广和实践，核磁共振录井技术以能够检测任意形状的岩样、提交结果快速，通过提供可动及束缚流体饱和度等参数，实现了常规岩石物性分析方法向地质录井行业的迁移[6]，为录井储层快速评价提供了准确数据，也进一步提高了录井评价油、气、水层的解释符合率。

核磁共振谱图信号强度的高低主要反映岩样内孔隙大小的差异，信号强度越低孔隙度越小(图2a)，信号强度越高孔隙度越大(图2b)；T2弛豫时间则反映了岩石孔径分布情况,在弛豫谱上存在一个界限,当孔径小到某一程度后,孔隙中的流体将被毛细管压力所束缚无法流动, 流体为束缚流体, 当弛豫时间大于某一弛豫时间时,流体为可动流体,这个弛豫时间界限称为可动流体T2截止值[7]。通过对陇东地区铝土岩储层322块岩心样品的室内统计分析可知，铝土岩储层的核磁共振谱图形态均以对称的单峰型为主，经统计将T2截止值确定在10 ms，可以发现其与谱图信号强度有很好的规律(图2)：当核磁共振谱图主峰位置小于10 ms时，信号强度低，岩样发育小孔隙，即单峰小孔型(图2a)；当核磁共振谱图主峰位置大于10 ms时，信号强度高，岩样发育中-大孔隙，即单峰中-大孔型(图2b)。

大量铸体薄片分析结果表明，铝土岩储层储集空间主要以粒内溶孔、基质溶孔为主，偶见白云石晶间孔、半充填微裂缝等。通过孔隙结构结合核磁共振谱图可以进一步判断其储层物性的好坏。对L 58井太原组铝土岩取心井段4 044.99～4 050.93 m岩心铸体薄片分析可知：储层空间以溶蚀孔为主，大孔隙较发育；在核磁共振谱图上主峰位置大于T2截止值10 ms，同样显示大孔隙发育，物性较好(图2b)；核磁计算孔隙度最大28.7%，最小5.57%，平均17.16%；渗透率最大38.55 mD，最小0.004 1 mD，平均9.05 mD，属中孔中低渗型储层。两项资料均判识L 58井铝土岩段物性较好(图1)。

图1 L 58井综合录井图

图2 铝土岩储层核磁共振谱图

2.3 含水性评价

含水性评价是铝土岩储层评价中的重点，提高储层含水识别准确率，对试气选层、规避含水层、优化压裂措施等具有重要意义。通过岩心观察、离子色谱、核磁共振等录井技术综合分析，结合表征含气丰度的气测全烃大小，可以有效识别储层含水性。岩心观察主要是通过岩心出筒时断面有无潮感、咸味及塑料袋密闭试验直观判断含水性。

2.3.1 离子色谱评价储层含水性

离子色谱是利用色谱技术测定离子型物质的方法，离子型物质是指在水溶液中具有正电荷或负电荷的元素[8]。根据所测得的岩样中各离子含量总和与研究区地层水总矿化度进行比对，当储层钻遇水层时，随着地层水总矿化度增高，离子含量总和呈变大趋势。这种录井方法可以对储层含水特征与分布规律、地层水的成因判别发挥重要作用，并实现储层含水的定性判别。经统计陇东地区上古生界地层已钻井数据，当离子色谱总矿化度小于15 000 mg/L时，储层基本不含水，当离子色谱总矿化度大于15 000 mg/L时，储层含水。

2.3.2 核磁共振评价储层含水性

T2截止值是核磁共振谱图非常关键的参数，它是样品中可动流体与束缚流体的分界线，在核磁共振谱图上，小于T2截止值所对应的是孔隙中束缚流体，大于T2截止值所对应的是孔隙中可动流体(图3)。

图3 核磁共振谱图

大量谱图数据表明，铝土岩储层的核磁共振谱图形态均以对称的单峰型为主。当核磁共振谱图主峰位置小于10 ms时，信号强度低，岩样发育小孔隙，孔隙内的水为束缚水(图2a)；当核磁共振谱图主峰位置大于10 ms时，信号强度高，岩样发育中-大孔隙，孔隙内的水为可动水(图2b)。

观察L 58井太原组4 046.50～4 052.40 m井段岩心发现：塑料袋密闭试验呈雾状；离子色谱总矿化度达30 712 mg/L(表2)，矿化程度高，地层含水迹象明显；核磁共振录井分析岩心样品19 颗，含气饱和度最大值45.73%、最小值13.28%、平均值34.91%，含水饱和度最大值86.72%、最小值54.27%、平均值65.09%，可动水饱和度最大值61.47%、最小值0、平均值32.30%。综合分析各项录井静态资料可知：L 58井铝土岩储层物性好、离子色谱总矿化度高、核磁共振含气饱和度低、可动水饱和度高(图2b)，全烃最大值仅4.01%，储层含气丰度低(图1)，综合解释为含气水层。经试气本井日产水21.4 m3，与录井分析结果一致。

表2 L 58井太原组井段4 046.50～4 052.40 m离子色谱数据

2.4 含气性评价

气测作为一种快速、经济的随钻连续检测地层含气性的录井技术，在致密岩性气藏勘探过程中发挥着不可替代的作用。经过对2014年以来所有太原组铝土岩试气成果统计分析，发现录井与测井信息均能反映铝土岩储层的含气性，测井数据在单井纵向层间对比效果较好，但在井间横向对比变化较大(图4)，对比效果不明显。

图4 L 68井-L 85井-L 48井-L 47井地层对比

试气结果证实，气测参数中全烃、组分及其衍生参数表征的含气特征和试气产量密切相关，全烃及组分值越高，则试气产量越高，横向对比效果也越好。

气层的气测全烃显示值较高，烃组分较齐全；而气水同层、水层、干层气测值较低，一般无重组分或C2后重组分含量较低。由于烃类气体在石油中的溶解度是随分子量的增大而增加的，油质越重C2后的重组分含量越低，而油质越轻重组分相对越高，在凝析气藏一般表现为高气测全烃、高C1、少量重组分，但组分较为齐全；另外烃类气体是难溶于水的，因此在纯水层或含少量溶解气的水层中，全烃虽有一定异常显示，但检测值较低，重烃基本无异常，有的含少量重烃，但占比较低，因而可以应用致密气藏中全烃组分的相对含量特征，辅助判断气水层[9-10]。

经统计分析，陇东地区太原组铝土岩产层气测一般具有以下特征：气层气测显示值较高，全烃>20%，C1占比高，在95%～98%之间，C2>C3，少量重组分；气水层气测显示值较低，C1占比高，一般大于98%，C2>C3，无重组分或C2后重组分含量较低。如表3所示。

2.5 图板评价

通过统计陇东地区太原组铝土岩产层77个气样的组分及其多项衍生参数对比发现，峰基比、湿度比、烃斜率等参数可较好地区分气层、气水同层、水层和干层，其中气层的C1一般在95%～98%之间，C3在0.1%～1%之间(表3)，同时湿度比、烃斜率均大于气水层。

表3 太原组铝土岩试气井气测全烃及衍生数据与产量关系对比

据统计陇东地区铝土岩13口试气井试气结果，选取最能表征储层含气性的气测全烃为横坐标，C1、C3、湿度比和烃斜率等敏感参数为纵坐标，建立太原组铝土岩解释图板，如图5所示。从图板上可见各类产层分区明显，规律性强，可以有效地识别铝土岩储层的流体性质，可为建设方提供非常直观可靠的试气选层依据。

图5 太原组铝土岩解释图板

3 应用实例

2021年陇东地区新钻探铝土岩地层7口井应用本文录井评价方法，岩性识别准确率100%，流体性质识别率78.6%，提供了有力的地质勘探支撑，为建设方在铝土岩新领域勘探增储上产助力。

3.1 L 47井

L 47井是2021年5月完钻的一口预探井，录井在太原组28、29号层井段4 100～4 116 m见明显气测异常，累计显示厚度12 m，岩性灰色含气铝土质泥岩，全烃峰值86.81%，峰值高，峰型饱满，储层含气丰度高。

通过测井GR与AC曲线交会的包络面划分，本井太原组发育厚层铝土岩，综合解释为气层(图6)。将录井气测全烃数据及衍生数据(表4)投点在太原组铝土岩解释图板上，均落于气层区内(图5)。

表4 L 47井太原组气测解释数据

图6 L 47井录井综合评价图

28、29号解释层合试，获产气153 176 m3/d，无阻流量673 832 m3/d的高产工业气流。本井的成功使我国发现了首个铝土岩天然气藏规模有利区，落实含气面积7 300 km2，资源量超5 000×108m3。

3.2 L 85井

L 85井是2021年8月完钻的一口预探井，录井在30号层井段4 294～4 298 m见明显气测异常，全烃峰值65.11%，峰值高，峰型饱满，储层含气丰度高，录井解释为气层。基于上述评价方法，从XRF录井数据和测井GR与AC曲线交会的包络面划分本层为铝土岩(图7)。

图7 L 85井录井综合评价图

将录井解释层数据(表5)投点在太原组铝土岩解释图板上可见，30号解释层落于气层区(图5)，其余各项录测井静态资料均与L 47井相近。本井2022年试气，有望获高产工业气流，以进一步扩大陇东地区太原组铝土岩有利含气区。

表5 L 85井太原组气测解释数据

4 结 论

鄂尔多斯盆地陇东地区太原组铝土岩天然气藏，是我国发现的首个铝土岩气藏规模有利区，其发现对“气化”陇东地区和长庆油田高质量发展具有非常重要的现实意义。针对铝土岩储层，应用多种录井手段，从多角度开展岩性、物性、含水性、含气性4方面的录井综合评价，为油气显示和价值储层的发现提供了保障，也为下步铝土岩的“落实含气富集区、扩大勘探成果、水平井攻关提产”提供有利的地质依据[1]。