應(yīng)華偉

(西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710065)

韓丙永，孫 峰

(中石化中原油田分公司，河南 濮陽 457001)

測井資料在油頁巖評價(jià)中的應(yīng)用
——以鄂爾多斯盆地HJF地區(qū)為例

應(yīng)華偉

(西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710065)

韓丙永，孫 峰

(中石化中原油田分公司，河南 濮陽 457001)

目前在實(shí)際工作中油頁巖含油率的測定主要是通過油頁巖巖樣的實(shí)驗(yàn)室測定來獲取。但由于成本高、輕烴組分揮發(fā)、有機(jī)質(zhì)含量縱向非均質(zhì)性等因素的影響，造成實(shí)驗(yàn)室測得的數(shù)據(jù)有限且不能反映真實(shí)的地層情況。通過對鄂爾多斯盆地何家坊地區(qū)油頁巖詳細(xì)研究，發(fā)現(xiàn)該區(qū)聲波時(shí)差、密度、自然伽馬、電阻率等測井曲線在油頁巖巖段均有異常反應(yīng)，且該異常反應(yīng)同油頁巖含油率的變化具有明顯的對應(yīng)關(guān)系。在該對應(yīng)關(guān)系的基礎(chǔ)上，利用ΔlogR法建立了適用于該區(qū)的計(jì)算公式，并運(yùn)用計(jì)算公式對研究區(qū)探井進(jìn)行評價(jià)。評價(jià)發(fā)現(xiàn)，計(jì)算所得油頁巖含油率數(shù)據(jù)同實(shí)驗(yàn)室測定結(jié)果相吻合。

油頁巖；含油率；測井資料；ΔlogR法

油頁巖(又稱油母頁巖)是一種高灰分的固體可燃有機(jī)礦產(chǎn)，低溫干餾可獲得頁巖油，含油率大于3.5%，有機(jī)質(zhì)含量較高，主要為腐泥型、腐殖型或混合型，其發(fā)熱量一般不低于4.18MJ/g。世界上油頁巖儲(chǔ)量巨大，是未來重要的接替能源資源。目前，油頁巖評價(jià)過程中的主要參數(shù)(如含油率、剩余有機(jī)碳含量等)都是采用實(shí)驗(yàn)室測試巖心的方法來獲得。雖然該方法獲得的數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確，但由于現(xiàn)場工作的實(shí)際情況、經(jīng)濟(jì)成本等原因的影響，不可能每口井都做大量系統(tǒng)的取心和分析化驗(yàn),而且由于油頁巖含油率在縱向分布非均質(zhì)性強(qiáng)，造成獲得的數(shù)據(jù)十分有限，且縱向連續(xù)性不好。測井資料具有數(shù)量多、分辨率高、連續(xù)性好、成本經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)。利用測井資料進(jìn)行油頁巖評價(jià)，可以在較低的經(jīng)濟(jì)成本基礎(chǔ)上獲得更多且連續(xù)性好的數(shù)據(jù)，彌補(bǔ)常規(guī)方法的不足之處。下面，筆者以鄂爾多斯盆地HJF地區(qū)油頁巖評價(jià)為例，介紹測井資料在該研究區(qū)油頁巖評價(jià)中的應(yīng)用。

1 鄂爾多斯盆地HJF地區(qū)油頁巖的測井響應(yīng)及識(shí)別

表1 巖層的簡單分類及其組成

井下情況多變，很多原因都可以引起測井曲線的波動(dòng)。為了便于研究，需要將測井曲線上微小的波動(dòng)忽略。為此首先要建立簡易的地層模型。假設(shè)富含有機(jī)質(zhì)的巖石由巖石骨架、固體有機(jī)質(zhì)、孔隙流體組成[1]；不含有機(jī)質(zhì)的巖石僅由巖石骨架、孔隙流體2部分組成。在該假設(shè)基礎(chǔ)之上，將巖層大致分為普通巖層(假設(shè)不含有機(jī)質(zhì))、油氣儲(chǔ)層、烴源巖層，其中烴源巖層又可分為成熟烴源巖層和未成熟烴源巖層(見表1)。因油頁巖具有烴源巖的性質(zhì)，所以在該模型中假定油頁巖為烴源巖。

不同類型巖層有不同的組成部分，各組成部分又具有各自獨(dú)特的物理性質(zhì)：巖石骨架導(dǎo)電能力很差或幾乎不導(dǎo)電，密度高；孔隙水易導(dǎo)電；有機(jī)質(zhì)和烴類具有低密度、高電阻、高含氫的特征。由此可以推知，對于同一種測井方法，不同類型的巖層在測井曲線上會(huì)有不同的測井響應(yīng)。這種不同的測井響應(yīng)正是用來評價(jià)油頁巖的基礎(chǔ)。通過研究區(qū)巖心與測井曲線對比結(jié)果分析，初步確定了研究區(qū)油頁巖層高自然伽馬值、高聲波時(shí)差值、高電阻率值、低密度值的特征[2-7]，如H2井的254～276m油頁巖段(見圖1)。

注：GR為自然伽馬；AC為聲波時(shí)差；Rt為電阻率。圖1 H2井綜合錄井圖

經(jīng)過對研究區(qū)大量統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，該研究區(qū)油頁巖測井響應(yīng)特征如下：自然伽馬測井值大于138API，聲波時(shí)差測井值大于279μs/m，電阻率測井值大于77Ω·m。可以以該標(biāo)準(zhǔn)來初步識(shí)別出油頁巖層段。

2 建立油頁巖含油率定量評價(jià)模型

利用研究區(qū)油頁巖的測井響應(yīng)特征可以準(zhǔn)確的識(shí)別出油頁巖層段。但是油頁巖評價(jià)的關(guān)鍵問題是如何確定油頁巖的有效厚度及品位。這就需要進(jìn)一步計(jì)算出油頁巖的含油率。油頁巖含油率(ω)是指油頁巖中頁巖油(焦油)所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，是界定油頁巖礦產(chǎn)資源概念的一項(xiàng)重要指標(biāo)。通常油頁巖含油率越高，油頁巖品位就越好。根據(jù)油頁巖含油率的大小，油頁巖資源可分為低(3.5%<ω≤5%)、中(5%<ω≤10%)、高(ω>10%)3個(gè)等級(jí)[8]。

2.1油頁巖含油率與測井響應(yīng)特征分析

以研究區(qū)H2井為例，對研究區(qū)油頁巖含油率與測井響應(yīng)特征進(jìn)行分析。對H2井油頁巖巖心實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)數(shù)據(jù)和對應(yīng)測井資料的分析表明，電阻率測井值、聲波時(shí)差測井值、地層密度測井值和自然伽馬測井值與含油率都有很好的相關(guān)關(guān)系(見圖2～5)。相關(guān)系數(shù)分別為0.81、0.78、0.83、0.84，表明在該研究區(qū)可以嘗試?yán)脺y井資料計(jì)算油頁巖含油率。

圖2 H2井實(shí)測含油率值與地層電阻率測井相關(guān)圖 圖3 H2井實(shí)測含油率值與聲波時(shí)差測井值相關(guān)圖

圖4 H2井實(shí)測含油率與地層密度測井值相關(guān)圖 圖5 H2井實(shí)測含油率值與自然伽馬測井值相關(guān)圖

2.2運(yùn)用ΔlogR法建立計(jì)算油頁巖含油率模型

ΔlogR法[9-11]是利用測井資料識(shí)別富含有機(jī)質(zhì)巖層并計(jì)算巖層總有機(jī)碳含量的一種方法。目前在個(gè)別地區(qū)油頁巖資源評價(jià)中，也用來評價(jià)油頁巖含油率。

圖6 測井評價(jià)示意圖

測井評價(jià)示意圖如圖6所示。將聲波時(shí)差曲線和電阻率曲線在合適的刻度內(nèi)重疊，聲波時(shí)差采用算術(shù)坐標(biāo)，電阻率采用算術(shù)對數(shù)坐標(biāo)。電阻率的每2個(gè)對數(shù)刻度(lg0.01= -2)對應(yīng)著聲波時(shí)差的2個(gè)算術(shù)坐標(biāo)刻度(50μs/ft=164μs/m)。把非源巖層段或者包含很少有機(jī)質(zhì)的巖層段作為基線段(如圖6的A、E、J段)。為了便于觀察，這里聲波時(shí)差測井曲線和電阻率測井曲線的刻度選擇相反的方向。把2條曲線間相同深度點(diǎn)之間的間隔距離定義為ΔlogR。一般，在未成熟的烴源巖層段，由于有機(jī)質(zhì)含量高，所以巖層密度較低。此時(shí)ΔlogR幅度差主要由聲波時(shí)差測井值增大而形成(如圖6的C段)。成熟的烴源巖層已經(jīng)有液態(tài)烴生成，由于該層段含大量有機(jī)質(zhì)，所以造成該段巖層低密度、高電阻的特點(diǎn)，從而該層段ΔlogR幅度差由聲波時(shí)差和電阻率2條測井曲線共同增大而形成(如圖6的F段)。在儲(chǔ)集層段由于含有大量不導(dǎo)電的烴類，所以該段ΔlogR幅度差主要由電阻率增大形成(如圖6的D段)。在致密巖層段，由于缺乏導(dǎo)電的流體，所以該層段電阻率測井值較高，但聲波時(shí)差較低(如圖6的K段)。在非烴源巖段或非儲(chǔ)集層段的孔隙度曲線和電阻曲線一般是重疊在一起(如圖6的A、E、J段)。

ΔlogR公式定義如下：

ΔlogR=lg(R/R基線)+0.02(Δt-Δt基線)

(1)

油頁巖含油率的計(jì)算模型如下：

ω=a·ΔlogR+b

(2)

圖7 H2井含油率與ΔlogR交會(huì)圖

式中，R為測井曲線不同深度所對應(yīng)的電阻率值，Ω·m；Δt為測井曲線不同深度所對應(yīng)的聲波時(shí)差，μs/ft；R基線為基線段電阻率值，Ω·m；Δt基線為基線段聲波時(shí)差值，μs/ft；a、b為計(jì)算系數(shù)，不同的研究區(qū)系數(shù)不同。

ΔlogR運(yùn)用的前提條件是研究區(qū)油頁巖含油率與自然伽馬測井值、聲波時(shí)差測井值具有極強(qiáng)的相關(guān)性。以研究區(qū)H2井為例，由圖2、圖3可知油頁巖實(shí)測含油率與電阻率、聲波時(shí)差測井曲線有良好的相關(guān)性，表明該方法可以在研究區(qū)試用。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)H2井含油率與ΔlogR有良好的相關(guān)性(見圖7)，通過分析擬合出ΔlogR與含油率的關(guān)系式：

ω=1.6767·ΔlogR+0.6703 (R=0.82)

2.3運(yùn)用NΔlogR法建立計(jì)算油頁巖含油率模型

ΔlogR法在該研究區(qū)雖然比較適用，但是該方法沒有考慮其他相關(guān)測井資料的影響。如研究區(qū)密度測井值、自然伽馬測井值都同油頁巖含油率有很好的相關(guān)性(見圖4、圖5)。為了使評價(jià)結(jié)果更加準(zhǔn)確，需要在ΔlogR法的基礎(chǔ)上加入其他測井曲線的影響，從而開發(fā)出符合該研究區(qū)特點(diǎn)的新方法。將ΔlogR在原來意義的基礎(chǔ)上融合與有機(jī)碳含量有關(guān)的更多的測井資料影響，如自然伽馬測井值和密度測井值。將其定義為NΔlogR：

NΔlogR=lg(R/R基線)+0.02[(Δt-Δt基線)+(DEN基線-DEN)+(GR-GR基線)]

(4)

建立NΔlogR與含油率的關(guān)系模型如下：

ω=a·NΔlogR+b

(5)

圖8 含油率與NΔlogR交會(huì)圖

式中，NΔlogR為烴源巖層段聲波時(shí)差、密度、自然伽馬和電阻率測井曲線的幅差；DEN為密度，g/cm3；DEN基線為基線段的密度，g/cm3。

同樣以研究區(qū)H2井為例進(jìn)行研究，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)NΔlogR與含油率有良好的線性關(guān)系(見圖8)。得出研究區(qū)計(jì)算含油率的方程：

ω=0.3572·NΔlogR+0.5159R=0.90

可以很明顯的發(fā)現(xiàn)ω與NΔlogR的相關(guān)性(R=0.90)遠(yuǎn)大于與ΔlogR的相關(guān)性(R=0.82)。

3 結(jié) 論

1)各測井曲線在油頁巖段的異常反應(yīng)是通過測井資料評價(jià)油頁巖的基礎(chǔ)，通過這些異常反應(yīng)可以很容易區(qū)分出油頁巖層段。

2)研究區(qū)油頁巖含油率與自然伽馬、電阻率、密度、聲波時(shí)差測井曲線相關(guān)性較好，確立了研究區(qū)油頁巖的測井識(shí)別辦法。

3)油頁巖是烴源巖的一種，所以可以采用評價(jià)烴源巖的方法來評價(jià)油頁巖。ΔlogR技術(shù)是目前運(yùn)用比較普遍的計(jì)算烴源巖有機(jī)碳含量的方法。在研究區(qū)可以建立含油率與ΔlogR的關(guān)系方程，從而進(jìn)一步計(jì)算出油頁巖含油率。

4)為使計(jì)算含油率更加接近于真實(shí)情況，根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況，在原ΔlogR基礎(chǔ)上融入密度和自然伽馬2種測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)后的方法其結(jié)果更加接近于實(shí)驗(yàn)室測定數(shù)據(jù)。

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[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.12.018

P618.12；P631.81

A

1673-1409(2012)12-N057-04