石芳惠,馬芳俠 (陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院,陜西西安 710069)

陳立軍,何文忠 (延長(zhǎng)油田股份有限公司勘探開發(fā)技術(shù)研究中心,陜西延安 716000)

鄂爾多斯盆地東部馬家溝組巖鹽測(cè)井響應(yīng)特征研究

石芳惠,馬芳俠 (陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院,陜西西安 710069)

陳立軍,何文忠 (延長(zhǎng)油田股份有限公司勘探開發(fā)技術(shù)研究中心,陜西延安 716000)

針對(duì)鄂爾多斯盆地東部馬家溝組碳酸鹽巖型含鹽地層的特征,選取了自然伽馬、聲波時(shí)差、密度、電阻率、井徑等測(cè)井曲線,以數(shù)理統(tǒng)計(jì)為主要研究方法,以定性描述和定量分析為研究思路,在Y291井區(qū)實(shí)例應(yīng)用中,綜合巖心分析化驗(yàn)資料和錄井?dāng)?shù)據(jù),通過(guò)聲波時(shí)差-自然伽馬交會(huì)圖、聲波時(shí)差-密度交會(huì)圖建立巖性與電性關(guān)系圖,研究成果能較好的將石鹽同石膏、石灰?guī)r、白云巖區(qū)分開來(lái),并建立了該區(qū)馬家溝組石鹽識(shí)別界限標(biāo)準(zhǔn):聲波時(shí)差210～255μs/m、自然伽馬6～31APⅠ、密度1.8～2.2g/cm3,該標(biāo)準(zhǔn)能夠初步識(shí)別石鹽埋藏深度并預(yù)測(cè)鹽層厚度。

鄂爾多斯盆地;馬家溝組;巖鹽;測(cè)井響應(yīng)

Y291井區(qū)近幾年的氣鹽兼探,已經(jīng)在y214等井發(fā)現(xiàn)了較好的石鹽顯示,證明了研究區(qū)有一定的巖鹽資源量。但是長(zhǎng)期以來(lái),受勘探程度較低和取心不足的制約,目前探區(qū)內(nèi)鹽層的縱、橫向分布情況不甚清楚,計(jì)算資源量(儲(chǔ)量)所需的關(guān)鍵參數(shù)不全面,難以滿足開發(fā)部署和實(shí)際生產(chǎn)的需要。針對(duì)該情況,筆者對(duì)Y291井區(qū)馬家溝組(O1m)碳酸鹽巖型含鹽地層進(jìn)行了研究,達(dá)到利用測(cè)井資料將石鹽同其他巖性區(qū)別開來(lái)的目的,為石鹽地質(zhì)評(píng)價(jià)和儲(chǔ)量計(jì)算以及巖鹽開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

1 區(qū)域概況

Y291井區(qū)從1955年延深1井首次鉆遇到鹽層[1],經(jīng)過(guò)幾十年鹽礦勘探,在鄂爾多斯盆地米脂坳陷(陜北盆地)奧陶系馬家溝組發(fā)現(xiàn)了資源潛量為6×1012t規(guī)模巨大的鹽礦。超過(guò)目前國(guó)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的巖鹽儲(chǔ)量總和,成為我國(guó)石鹽資源潛在價(jià)值最大地區(qū)[2]。馬家溝組自下而上劃分為6段,即馬一段至馬六段,其中馬一段、馬三段、馬五段為主要的含鹽系地層,而馬二段在局部地區(qū)發(fā)現(xiàn)有薄層的石鹽層。陜北盆地的鹽巖為碳酸鹽巖型含鹽巖系,主要的巖性為石鹽、硬石膏、灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r和白云巖等,均為海相化學(xué)沉積巖類[3-4]。

2 測(cè)井序列的選擇

不同的巖性在測(cè)井曲線上的響應(yīng)有一定的差別,通過(guò)合理的選取測(cè)井組合,以各巖石特征及所對(duì)應(yīng)的測(cè)井響應(yīng)特征為基礎(chǔ),對(duì)鹽層可進(jìn)行有效的識(shí)別。不同巖類具有不同的巖石學(xué)特征,其測(cè)井響應(yīng)特征也不盡相同。

1)自然伽馬測(cè)井 不同的巖石所含有的自然放射性元素的種類和含量不同,因此放射性強(qiáng)弱也不同。自然伽馬測(cè)井是在井內(nèi)測(cè)量巖層中自然存在的放射性核衰變過(guò)程中放射出來(lái)的γ射線的強(qiáng)度,來(lái)研究地質(zhì)問(wèn)題的一種測(cè)井方法[5]。石鹽基本不含有放射性元素,因此自然伽馬值較低,品位越高的石鹽其自然伽馬值越低。由于泥巖對(duì)放射性物質(zhì)具有較強(qiáng)的吸附能力,放射性元素含量高,因此自然伽馬值較高。一般來(lái)說(shuō),鹽巖的自然伽馬值明顯低于泥巖,一般小于泥巖的1/3[6],石鹽中自然伽馬值含量的增加,說(shuō)明其泥質(zhì)含量增大[7]。碳酸鹽巖的自然伽馬值也相對(duì)較低,但是同石鹽相比略高,總的來(lái)說(shuō)石鹽、碳酸鹽巖、泥巖的自然伽馬值依次增高[5]。當(dāng)鹽層中含有鉀鹽時(shí),自然伽馬值會(huì)呈現(xiàn)出異常高值。因此自然伽馬測(cè)井曲線異常可作為尋找鉀鹽的重要特征[8]。

2)電阻率測(cè)井 地殼中的3大巖石中以沉積巖的電阻率最低,且組成巖石的顆粒大小、結(jié)構(gòu)形式和巖石孔隙中所含流體的性質(zhì)均影響其電阻率的大小[9]。泥巖由于含有大量的吸附水,其電阻率一般較低,因此,當(dāng)膏鹽和鹽巖中含有泥質(zhì)時(shí),電阻率也會(huì)降低[10]。研究區(qū)內(nèi)石灰?guī)r、白云巖顆粒極細(xì),巖石結(jié)構(gòu)極為致密,孔隙度一般在7%以下,幾乎不含水,電阻率高達(dá)(5～6)×103Ω·m。石膏和石鹽的孔隙度極低約1%,因此電阻率較高,可達(dá)104～106Ω·m,但鹽巖易溶于水,當(dāng)貼近井壁測(cè)井時(shí),鹽巖由于吸收地層水,形成可以導(dǎo)電的離子,因而電阻率變得很低。

3)聲波測(cè)井 聲波測(cè)井是測(cè)量聲音在不同巖性的地層中傳播的時(shí)差,主要與巖石傳播速度有關(guān)。影響巖石速度的主要因素為彈性模量和密度。由于不同礦物的彈性模量大小不同,且介質(zhì)彈性模量的大小又是影響介質(zhì)聲速的主要原因,所以由不同礦物構(gòu)成的巖石,其聲速大小也不同。聲波速度是隨著彈性模量的增大而增大。一般來(lái)說(shuō)白云巖、石灰?guī)r、石膏、鹽巖、泥巖的聲波時(shí)差依次增大[5]。

4)密度測(cè)井 密度測(cè)井是通過(guò)密度測(cè)井儀器所接收到的伽馬光子計(jì)數(shù)率N而求得地層密度的測(cè)井方法。對(duì)于不同巖性的地層,伽馬光子的散射和吸收的能力不同,因而探測(cè)器接收到的伽馬光子的計(jì)數(shù)率N也就不同[5]。石鹽的密度往往小于圍巖,約2.1g/cm3。白云巖的密度值一般介于2.5～2.85g/cm3;石灰?guī)r的密度在2.4～2.7g/cm3之間;硬石膏的密度較大約為3g/cm3;石膏也在2.3g/cm3以上;泥巖的密度值一般大于石鹽,在2.2～2.63g/cm3[7]。所以密度曲線上,石鹽巖幅值明顯低于其圍巖[11]。

5)井徑測(cè)井 井徑測(cè)井是記錄井徑隨井深變化的一種測(cè)井方法,井徑變化不僅反映了不同巖性在不同深度的變化特征,也反映了鉆井工程的部分特征。由于石鹽極易溶于水,因此在含鹽地層中井徑往往大于鉆頭直徑,即在井徑測(cè)井曲線上出現(xiàn)擴(kuò)徑現(xiàn)象。如果使用飽和鹽水泥漿鉆井時(shí)井徑擴(kuò)大不明顯,而石灰?guī)r、白云巖、石膏井徑小于或接近鉆頭直徑。因此,在用井徑曲線識(shí)別巖性時(shí),還要考慮鉆井液對(duì)其影響[5,10]。

綜上,單一的測(cè)井曲線很難將巖性準(zhǔn)確識(shí)別,各種地球物理測(cè)井只能在一定的條件下反映地層的某些地球物理特性。如石鹽、石膏、白云巖和石灰?guī)r均具有高電阻的特征,從電阻率上無(wú)法區(qū)分。電測(cè)值的大小除受多種地質(zhì)因素的影響,工程作業(yè)也可能對(duì)其值產(chǎn)生誤差,在巖性識(shí)別過(guò)程中,一定要選取正確的測(cè)井組合,通過(guò)多條曲線同時(shí)驗(yàn)證,才可能將巖性正確識(shí)別。

3 測(cè)井響應(yīng)特征及解釋

巖性的電性解釋是利用測(cè)井曲線的形態(tài)差異和測(cè)井值的相對(duì)大小劃分巖性的方法。將測(cè)井資料與巖屑錄井、鉆井取心資料相結(jié)合,建立巖性與電性之間的模型,利用各巖石的電性差異定性的識(shí)別含鹽層,劃分鹽層的頂?shù)捉缑嬉源_定鹽層的埋藏深度和厚度。

在巖心歸位的基礎(chǔ)上,選取Y291井區(qū)多口井的82個(gè)分析化驗(yàn)數(shù)據(jù),建立聲波時(shí)差-密度、聲波時(shí)差-自然伽馬的交會(huì)圖(見圖1～圖2)。

圖1 聲波時(shí)差-自然伽馬交會(huì)圖

圖2 聲波時(shí)差-密度交會(huì)圖

從圖1可以看出,通過(guò)自然伽馬、聲波時(shí)差可以很好的將鹽層識(shí)別出來(lái)。石鹽同石膏、石灰?guī)r和白云巖相比具有高聲波時(shí)差、低自然伽馬的特征,基本位于自然伽馬6～31APⅠ、聲波時(shí)差210～255μs/m的范圍內(nèi);由圖2可知,通過(guò)聲波時(shí)差和密度的交會(huì)圖也能將石鹽識(shí)別,與該區(qū)圍巖相比,石鹽具有低密度、高時(shí)差的特征,基本位于聲波時(shí)差210～255μs/m、密度1.8～2.2g/cm3的范圍內(nèi)。石膏的聲波時(shí)差的分布范圍相對(duì)較大從150～230μs/m均有分布,這與石膏中石鹽含量有關(guān),當(dāng)石膏中石鹽含量增加時(shí)聲波時(shí)差也會(huì)相應(yīng)的增加,石膏的密度普遍大于2.3g/cm3,自然伽馬比石鹽略高但普遍小于4.0g/cm3。石灰?guī)r和白云巖在電性特征上的差別不大,難以區(qū)分,但其密度均大于2.6g/cm3,聲波時(shí)差小于200μs/m,具有高密度、低聲波時(shí)差的特征,且自然伽馬均大于石膏和石鹽。

通過(guò)對(duì)Y291井區(qū)內(nèi)多井的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,主要的巖性測(cè)井響應(yīng)特征如表1所示。

表1 研究區(qū)各巖性的測(cè)井響應(yīng)特征

4 實(shí)例應(yīng)用

由于其鹽系為碳酸鹽巖型含鹽地層,發(fā)育的巖性主要為石鹽、硬石膏、石灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r和白云巖,期間含有少量的泥或夾有薄層的泥巖[3]。通過(guò)上面的巖性-電性分析可以看出石鹽同石膏、石灰?guī)r、白云巖相比在測(cè)井曲線上具有高聲波時(shí)差、低自然伽馬、低密度、高電阻率且具有明顯擴(kuò)徑現(xiàn)象的電性特征,依此可以很好的將鹽層同其他巖性區(qū)別開來(lái)。

圖3 y451井2840～2890m井段綜合曲線圖

圖4 y213井2595～2648m井段綜合曲線圖

5 結(jié)論

1)對(duì)于陜北盆地的碳酸鹽巖型含鹽地層,選取自然伽馬、聲波時(shí)差、密度、電阻率和井徑的測(cè)井組合能很好地將石鹽從石膏、石灰?guī)r、白云巖和泥巖中區(qū)分開來(lái)。

2)石鹽同石膏、石灰?guī)r、白云巖相比在測(cè)井曲線上具有高聲波時(shí)差、低自然伽馬、低密度、高電阻率,且擴(kuò)徑現(xiàn)象明顯的電性特征。據(jù)巖性-電性特征交會(huì)圖擬合,建立了該區(qū)馬家溝組石鹽識(shí)別界限標(biāo)準(zhǔn):聲波時(shí)差210～255μs/m、自然伽馬6～31APⅠ、密度1.8～2.2g/cm3,該標(biāo)準(zhǔn)能夠初步識(shí)別石鹽并預(yù)測(cè)鹽層厚度。

3)該界限標(biāo)準(zhǔn)基于目前的勘探認(rèn)識(shí),其精度受制于資料的豐富程度,隨著研究區(qū)勘探開發(fā)程度的提高,石鹽的測(cè)井識(shí)別模型精度會(huì)得到進(jìn)一步提高。

[1]杜之岳.陜北鹽礦及其開發(fā)前景[J].中國(guó)井礦鹽,1996(5):14-18.

[2]黃建松,李智民.陜北奧陶紀(jì)鹽田地質(zhì)特征勘查方法及開發(fā)前景[J].陜西地質(zhì),2001,19(1):44-50.

[3]袁鶴然,鄭綿平,陳文西,等.陜北成鹽盆地奧陶紀(jì)成鉀找鉀遠(yuǎn)景分析[J].地質(zhì)學(xué)報(bào),2010,84(11):1554-1564.

[4]朱筱敏.沉積巖石學(xué)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2008.

[5]丁次乾.礦場(chǎng)地球物理[M].北京:中國(guó)石油大學(xué)出版社,2002.

[6]陶開才,雷磊,段麗敏,等.測(cè)井技術(shù)在江蘇淮安鹽礦中的應(yīng)用[J].石油天然氣學(xué)報(bào)(江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)),2013,35(8):96-99.

[7]李家啟,王毅.井礦鹽測(cè)井及其解釋方法[J].測(cè)井技術(shù),1997,21(2):114-118.

[8]陳科貴,李春梅,李利,等.四川盆地含鉀地層的地球物理測(cè)井標(biāo)志、辨別模型與應(yīng)用——以川中廣安地區(qū)為例[J].地球?qū)W報(bào), 2013,34(5):623-630.

[9]劉向君,劉堂宴,劉詩(shī)瓊.測(cè)井原理及工程應(yīng)用[M].北京:石油工業(yè)出版社,2006:1-3,8-11.

[10]王清明.石鹽礦床與勘探[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007.

[11]李大林,魯輝.地球物理測(cè)井在巖鹽勘探及施工中的應(yīng)用[J].中國(guó)井礦鹽,2011,42(6):17-18,29.

[12]侯方浩,方少仙,董兆雄,等.鄂爾多斯盆地中奧陶統(tǒng)馬家溝組沉積環(huán)境與巖相發(fā)育特征[J].沉積學(xué)報(bào),2003,21(3):106-112.

[編輯]辛長(zhǎng)靜

P631

A

1673-1409(2014)26-0063-03

2014-03-12

石芳惠(1983-),女,工程師,現(xiàn)主要從事油氣勘探開發(fā)方面的研究工作。