關(guān)麗

（中國石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東 東營 257015）

0 引 言

偶極子聲波測井采用偶極聲源和定向接收技術(shù)，結(jié)合單極技術(shù)，在硬和軟地層中都可采集到縱波、橫波、斯通利波時差等豐富資料，依據(jù)不同巖層的聲波傳播速度以及縱橫波的傳播特性，可以判別儲層巖性、物性、識別流體性質(zhì)和裂縫、指示滲透性等。將偶極子聲波測井資料應(yīng)用于濟陽坳陷渤南凹陷的羅家地區(qū)泥頁巖油藏評價中，取得了良好效果。

1 羅家地區(qū)泥頁巖沉積環(huán)境與成藏特征

富含有機質(zhì)的泥頁巖常呈深灰、灰黑、黑色，多形成于低能還原環(huán)境，如湖灣、半深湖－深湖和半深海－深海盆地、臺地邊緣緩坡、半閉塞－閉塞的欠補償海灣等[1]。泥頁巖油氣藏的形成和富集有其自身獨特的特點，自生自儲，既是烴源巖也是儲集層。儲存于泥頁巖中的油氣一部分以游離狀態(tài)賦存于孔隙和裂縫中；另一部分則吸附于有機質(zhì)和巖石顆粒表面[2－3]。泥頁巖油氣藏沒有油水、氣水等流體界面概念，屬于連續(xù)型油氣聚集單元[4]。

羅家地區(qū)沙三段地層屬于深湖－半深湖沉積，主要巖相為暗色的泥巖、油泥巖、油頁巖等，大部分地區(qū)地層厚度達到100～600m。該套地層中砂巖儲層不發(fā)育，泥頁巖發(fā)育穩(wěn)定，是羅家地區(qū)乃至渤南凹陷最有利的一套烴源巖，也是泥頁巖油氣最為發(fā)育的層系。

2 聲波速度結(jié)合常規(guī)測井確定泥頁巖礦物組分

盡管含油氣泥頁巖通常被稱作黑色頁巖，但并不僅是指單純的頁巖，成分也包括細粒的粉砂、細砂、粉砂質(zhì)泥及各種灰質(zhì)組分[5－6]。泥頁巖油氣藏一般需要壓裂甚至大型壓裂才能有效開采。對于這類油氣藏，首先必須考慮其地層的可壓裂性，巖石的礦物組分是決定可壓裂性的關(guān)鍵指標(biāo)之一，巖石脆性越大，可壓裂性越強。頁巖中的鈣質(zhì)、硅質(zhì)成分增加了頁巖本身的脆性，有利于裂縫體系的形成，評價這些脆性礦物在泥頁巖中的比例對儲層的壓裂具有指導(dǎo)意義。

聲波速度中含有反映巖石特性的信息[7]，在羅家地區(qū)泥頁巖礦物組分分析中，可利用地層中不同礦物聲波速度的特征定性判斷主要的礦物成分，劃分巖相類型（見圖1）。羅家地區(qū)羅A井的縱波測井曲線在井深3068m左右存在明顯變化，對應(yīng)的密度和中子測井曲線也有相應(yīng)的變化，依據(jù)這種變化特征，結(jié)合地質(zhì)巖礦綜合分析，將3068m上下分成2種不同的巖相類型。針對不同巖相，利用偶極子聲波測井，結(jié)合常規(guī)測井資料和巖心分析資料，建立數(shù)學(xué)模型解釋泥頁巖儲層中各種礦物含量，常用模型有線性、指數(shù)和冪函數(shù)等數(shù)學(xué)模型，經(jīng)相關(guān)性對比，采用線性模型進行建模

式中，Y為各種礦物含量百分比；Xi為測井曲線值。將模型計算得到的礦物百分含量與巖心全巖礦物X衍射分析數(shù)據(jù)對比，精度較高，說明依據(jù)縱波資料劃分測井巖相，利用數(shù)學(xué)模型的方法定量解釋泥頁巖儲層的各種礦物含量是可行的。

3 縱橫波速度比指示泥頁巖層理、物性及含油性特征

3.1 縱橫波速度比指示泥頁巖層理特征

弱水動力環(huán)境下的沉積物具有極薄的微層理構(gòu)造，厚度不超過1mm，這種微層理構(gòu)造被稱為紋層[1]。羅家地區(qū)泥頁巖儲層的這種微層理非常發(fā)育，據(jù)巖心薄片觀察，1mm內(nèi)可見到幾十條紋層（見圖2）。在研究中將巖心薄片在光學(xué)顯微鏡下所能識別出的單位距離內(nèi)微小層理構(gòu)造的數(shù)量定義為紋層數(shù)。巖石層理能引起地層徑向電阻率的變化，反映在FMI動態(tài)圖像上是明顯的層界面。從圖2可見，紋層與FMI動態(tài)圖像上的層界面有較好的對應(yīng)關(guān)系，巖石紋層多的地方，F(xiàn)MI圖像的層界面也相對較多，反之亦然。受縱向分辨率的影響，F(xiàn)MI測井不能完全反映所有的紋層，但它能間接反映一定深度內(nèi)紋層的相對數(shù)量。受諸多因素限制，不能得到紋層數(shù)隨深度的連續(xù)變化值，但依據(jù)巖石紋層與FMI動態(tài)圖像層界面的對應(yīng)關(guān)系，可采用單位深度段內(nèi)的FMI動態(tài)圖像所能識別的層界面數(shù)量間接反映巖石紋層數(shù)。采用0.10m的深度間隔，用計算機對FMI動態(tài)成像圖上的層界面進行拾取，并計數(shù)累積，得到深度與層界面數(shù)的關(guān)系曲線（見圖3第2道）。

圖1 礦物成分解釋模型精度分析

根據(jù)縱橫波傳播原理，橫波質(zhì)點的位移方向與井軸垂直。在層理和低角度裂縫中，橫波的部分能量沿著層理和低角度裂縫傳播，從而造成儀器采集到的橫波傳播速度減??；而縱波的傳播方向及質(zhì)點位移方向與井軸平行，層理和低角度裂縫對其速度影響不大，在層理和低角度裂縫發(fā)育的地方，縱橫波速比vp／vs增大。從對羅A井的分析可得，vp／vs增大的井段，如3040～3050m和3060～3070m井段FMI層界面數(shù)增加（見圖3），這說明縱橫波速度比能較好地指示泥頁巖層理特征。

3.2 縱橫波速度比指示孔隙特征

泥頁巖儲層具有低孔隙度、特低滲透率和致密的物性特征。美國主要產(chǎn)氣頁巖儲層巖心分析總孔隙度分布在2.0%～14.0%，平均為4.22%～6.51%；滲透率一般小于0.1mD，平均喉道半徑不到0.005μm[8]。油氣存儲于殘余粒間孔、有機質(zhì)生烴形成的微孔隙以及各種微裂縫中。綜合分析巖心鑄體薄片、FMI動態(tài)圖像，羅A井在3040～3050 m和3060～3070m井段紋層非常發(fā)育，對應(yīng)井段巖心分析的孔隙度和水平滲透率較高（見圖3），說明該地區(qū)泥頁巖儲層中巖石的紋層層理與儲層物性成正比。依據(jù)vp／vs與紋層數(shù)的正比例關(guān)系，可以得到vp／vs與泥質(zhì)巖儲層物性也成正相關(guān)關(guān)系，所以vp／vs可以較好地指示泥頁巖孔隙發(fā)育帶。

3.3 縱橫波速度比指示含油性特征

陸相沉積的泥頁巖厚度一般都較大，但并不是所有井段都具有良好的含油性。烴源巖生烴消耗水以及排烴時帶走了大量水，使得泥頁巖油藏內(nèi)含水較低。圖4是羅A井實驗室?guī)r心分析數(shù)據(jù)，隨著孔隙度的增大，單位體積內(nèi)的巖石含水量基本不變，而含油量隨著孔隙度的增大而增大，說明根據(jù)泥頁巖油藏自身獨特的成藏的特點，未能運移出去、殘留的烴類物質(zhì)就近在物性較好的地方儲集下來，泥頁巖儲層中物性好的地方含油性就好。泥頁巖油氣勘探的目的就是要尋找物性良好的儲集層。依據(jù)vp／vs與泥頁巖儲層物性的正比例關(guān)系，vp／vs大的地方就是所要尋找的含油性良好的儲集層。

圖4 孔隙度與每立方米巖石含水、含油體積關(guān)系圖

4 效果分析

將建立的模型應(yīng)用于羅家地區(qū)的巖石礦物分析，分析結(jié)果表明該地區(qū)泥頁巖鈣質(zhì)含量相對較高，說明該地區(qū)巖層的脆性較強，酸化可壓裂性好。該地區(qū)羅D井，對2869.80～2880.00m井段進行射孔試油，上措施前日產(chǎn)油2.3t，不含水，上措施后日產(chǎn)油9.2t，不含水，累計產(chǎn)油60.6t。

羅A井、羅B井、羅C井均為羅家地區(qū)探井，構(gòu)造位置相近，羅A井3042～3070m、羅B井2916～2964m和羅C井2766m以下井段（由于工程原因，測井資料在2845m以下缺失）具有相似的測井響應(yīng)特征，與上下鄰井段相比，SP均有負異常，R4m呈高值，AC高值（見圖5），說明它們屬于同一套沉積地層。這3口井只有羅A井有偶極子聲波測井資料，羅A井在3042～3070m井段vp／vs明顯增大，同一套地層的羅B井在2881～3048m井段常規(guī)泵抽日產(chǎn)油1.52t，水0.2m3，累計產(chǎn)油62t；羅C井在2828.13～2861.0m井段自噴日產(chǎn)油79.9 t，不含水，累計產(chǎn)油13465t；羅B和羅C井泥質(zhì)巖段的出油證明了縱橫波速度比，可以指示物性的好壞，從而確定泥頁巖儲層良好含油性集中段，為勘探?jīng)Q策提供參考依據(jù)。

圖5 羅A井、羅B井、羅C井測井曲線對比

5 結(jié) 論

（1）泥頁巖儲層是多種礦物組分的混合巖性體，其鈣質(zhì)、硅質(zhì)含量能增加巖石脆性，有利于裂縫形成。利用偶極子聲波測井資料、結(jié)合常規(guī)測井資料對泥頁巖儲層進行了巖相分類，并分巖相類型建立了礦物組分含量計算模型，利用實際巖心分析數(shù)據(jù)檢驗，精度較高。

（2）泥頁巖地層中紋層層理和低角度裂縫較為發(fā)育，儲層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜。研究表明，縱橫波速度比與巖石紋層層理數(shù)和儲層物性成正比，能較好地指示泥頁巖的含油性。

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