施培華, 范宜仁, 顧定娜, 王成榮, 王現(xiàn)良, 郝先勇

(1.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司吐哈事業(yè)部, 新疆 哈密 839009; 2.中國(guó)石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 山東 青島 266580)

0 引 言

烴源巖控制著油氣分布,對(duì)其識(shí)別評(píng)價(jià)是油氣地質(zhì)研究的基礎(chǔ)工作之一,快速準(zhǔn)確識(shí)別烴源巖一直是研究的熱點(diǎn)。巖心樣品分析雖能提供準(zhǔn)確的烴源巖地球化學(xué)指標(biāo)[1-3],但受樣品來(lái)源和分析化驗(yàn)經(jīng)費(fèi)的限制,單井往往難以獲得連續(xù)的分析數(shù)據(jù),特別是當(dāng)缺少取心樣品或巖屑受到污染時(shí),評(píng)價(jià)結(jié)果受到嚴(yán)重影響,難以滿足油氣勘探的需要。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)烴源巖地球化學(xué)參數(shù)與測(cè)井信息二者之間的關(guān)系進(jìn)行了廣泛而深入的探討,在烴源巖識(shí)別、烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度和成熟度的定量解釋以及烴源巖測(cè)井評(píng)價(jià)等方面提出了多種研究方法。本文主要研究了利用測(cè)井曲線以不同方法計(jì)算總有機(jī)碳含量,以期達(dá)到連續(xù)計(jì)算的目的。研究區(qū)位于三塘湖盆地,其中蘆草溝組主要為一套具有形成碳酸鹽巖條件的湖泊相沉積,巖性較復(fù)雜,沉積了一套厚度大、分布穩(wěn)定且有機(jī)質(zhì)豐度較高的烴源巖,為二疊系蘆草溝組和條湖組油氣藏的形成提供了油源。蘆草溝組烴源巖總有機(jī)碳含量較高,有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ型和Ⅱ1型為主,烴源巖多處于成熟和低熟階段,是盆地內(nèi)有效的烴源巖。

1 測(cè)井曲線計(jì)算總有機(jī)碳含量的基本原理

測(cè)井曲線是井筒周圍一定范圍內(nèi)地質(zhì)體某一物理特征的綜合響應(yīng)。對(duì)于泥巖,聲波時(shí)差測(cè)井曲線值隨其埋藏深度的增加而減小,而當(dāng)?shù)貙又泻袡C(jī)質(zhì)或油氣時(shí),就會(huì)造成地層聲波時(shí)差測(cè)井曲線值增大;泥巖一般表現(xiàn)為電阻率測(cè)井曲線值較低,但富含有機(jī)質(zhì)的泥巖層,電阻率測(cè)井曲線值總是比相同條件下不含有機(jī)質(zhì)的地層要高;此外,烴源巖的密度小于不含有機(jī)質(zhì)的泥巖密度,且地層密度隨有機(jī)質(zhì)含量的變化也存在差異,因此泥巖密度與有機(jī)質(zhì)含量存在一定的函數(shù)關(guān)系。成熟度也會(huì)對(duì)測(cè)井曲線響應(yīng)特征產(chǎn)生一定的影響。相對(duì)于相同條件下未成熟烴源巖,成熟烴源巖段聲波時(shí)差和電阻率測(cè)井曲線值都會(huì)增大,若將其聲波時(shí)差和電阻率測(cè)井曲線值反向刻度,這2條疊加曲線的幅度差增大;對(duì)于相同成熟度的烴源巖,其所對(duì)應(yīng)的聲波時(shí)差和電阻率測(cè)井曲線值越高、密度測(cè)井曲線值越低,則有機(jī)質(zhì)含量則越高,反之越低[4]。

測(cè)井曲線中包含了反映有機(jī)質(zhì)豐度及成熟度的相關(guān)信息,因此,可用測(cè)井曲線進(jìn)行反演,求得有機(jī)質(zhì)豐度等相關(guān)參數(shù)。

2 烴源巖測(cè)井響應(yīng)特征

有機(jī)質(zhì)具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì),使得烴源巖與非烴源巖的測(cè)井響應(yīng)差別明顯。已有研究成果表明,對(duì)有機(jī)質(zhì)敏感的測(cè)井曲線主要有自然伽馬、伽馬能譜、電阻率、聲波、密度、中子等測(cè)井曲線[5-6],這是利用測(cè)井資料識(shí)別和評(píng)價(jià)烴源巖的資料基礎(chǔ)。一般情況下,有機(jī)碳含量越高的地層測(cè)井曲線異常越明顯,可據(jù)此識(shí)別并計(jì)算烴源巖的各項(xiàng)指標(biāo)。

通過(guò)對(duì)研究區(qū)的巖心分析總有機(jī)碳含量(TOC)與測(cè)井資料之間的關(guān)系,得到三塘湖盆地蘆草溝組的TOC和AC、CNL、RLLd成正比,與DEN成反比,與GR關(guān)系不明顯(見圖1)。因此,根據(jù)研究區(qū)測(cè)井曲線的“三高一低”(高聲波、高中子、高電阻率、低密度)的特點(diǎn)可以定性地識(shí)別烴源巖。

3 總有機(jī)碳含量數(shù)學(xué)模型

3.1 Δlog R法原理

Passey等[7]提出能精確預(yù)測(cè)不同成熟條件下TOC的烴源巖評(píng)價(jià)技術(shù),適用于碳酸鹽巖和碎屑巖。ΔlogR法將聲波測(cè)井曲線和電阻率測(cè)井曲線重合,1個(gè)電阻率對(duì)數(shù)刻度對(duì)應(yīng)聲波時(shí)差-164 μs/m(見圖2),當(dāng)2條曲線在一定范圍完全重疊時(shí)為基線,即為非烴源巖層段(如A段),若2條曲線有幅度差(記為ΔlogR,如C段)為烴源巖。ΔlogR與TOC是線性關(guān)系,幅度差越大則烴源巖有機(jī)質(zhì)含量就越高,計(jì)算步驟如下[8-9]

圖2 ΔlogR技術(shù)識(shí)別烴源巖[6]

(1) ΔlogR定義:用自然伽馬、電阻率、聲波(或密度、中子)等測(cè)井曲線求取ΔlogR,見式(1)～式(3)

ΔlogR=lg (R/Rb基線)+0.02(Δt-Δtb基線)

(1)

ΔlogR=lg (R/Rb基線)+4.0(φn-Δφn基線)

(2)

ΔlogR=lg (R/Rb基線)-2.5(ρb-ρb基線)

(3)

式中,R為實(shí)測(cè)電阻率;Rb基線為非烴源巖電阻率;Δt為實(shí)測(cè)聲波時(shí)差;Δtb基線為非烴源巖聲波時(shí)差;φn為烴源巖的中子孔隙度;φn基線為非烴源巖的中子孔隙度;ρb為烴源巖的密度值;ρb基線為非烴源巖的密度值。

(2) 確定基線:非烴源巖的層段即基線位置,多數(shù)情況下非烴源巖層的聲波時(shí)差與電阻率測(cè)井曲線重疊,重疊段即基線位置。若2條曲線不重疊,則左右平移其中1條曲線,使2條曲線盡可能重合。

(3) 確定熱變指數(shù)LOM:熱變指數(shù)與鏡質(zhì)體反射率Ro關(guān)系如圖3所示,以此確定LOM。

圖3 TOC與Ro關(guān)系圖版

(4) 計(jì)算TOC:Passey等經(jīng)過(guò)大量統(tǒng)計(jì)分析后,提出經(jīng)驗(yàn)公式[7]

TOC=102.297-0.016 88LOM×ΔlogR

(4)

3.2 多元回歸分析法

為提高測(cè)井資料烴源巖評(píng)價(jià)的精度,嘗試用多元回歸分析技術(shù)建立烴源巖測(cè)井解釋模型。在進(jìn)行烴源巖測(cè)井響應(yīng)特征的基礎(chǔ)之上,選擇對(duì)烴源巖敏感的曲線,分析曲線間的相關(guān)性,進(jìn)行多元回歸建立TOC含量與測(cè)井曲線之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。多元統(tǒng)計(jì)回歸具有很強(qiáng)的地域性,在不同的地區(qū)公式不同[10]。

根據(jù)之前對(duì)研究區(qū)烴源巖測(cè)井響應(yīng)特征的研究,TOC含量與AC、CNL、RLLd成正比,與DEN成反比,與GR關(guān)系不明顯,因此,將AC、CNL、RLLd、DEN作為TOC計(jì)算模型的敏感因子,即

TOC=a×AC+b×CNL+c×logRLLd-

d×DEN+e

(5)

運(yùn)用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)其進(jìn)行多元線性回歸分析,獲得蘆草溝組烴源巖TOC值的計(jì)算公式為

TOC=0.002×AC+0.206×CNL+

1.368×logRLLd-0.076×DEN+4.091

(6)

3.3 模型應(yīng)用及效果分析

圖4 三塘湖盆地蘆草溝組Δlog R法計(jì)算TOC與實(shí)測(cè)TOC對(duì)比圖

依據(jù)研究區(qū)實(shí)測(cè)TOC數(shù)據(jù)和測(cè)井資料,應(yīng)用上述2種模型對(duì)TOC進(jìn)行了反演求取,在此基礎(chǔ)上對(duì)2模型的計(jì)算精度進(jìn)行了對(duì)比分析。首先對(duì)三塘湖盆地蘆草溝組相關(guān)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行了直方圖標(biāo)準(zhǔn)化處理,以消除不同時(shí)期和不同測(cè)井系列以及測(cè)井環(huán)境所造成的系統(tǒng)誤差;然后對(duì)蘆草溝組268個(gè)實(shí)測(cè)TOC數(shù)據(jù)及相應(yīng)深度的聲波時(shí)差和電阻率測(cè)井曲線值,按照ΔlogR法應(yīng)用式(1)和式(4)進(jìn)行計(jì)算,得到TOC計(jì)算值。最終計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)TOC值相關(guān)性分析(見圖4)顯示,相關(guān)系數(shù)為0.73,平均相對(duì)誤差為19.5%,平均絕對(duì)誤差為2.11%。其次,應(yīng)用相同的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),將與實(shí)測(cè)的TOC值對(duì)應(yīng)深度的聲波時(shí)差、中子、電阻率和密度測(cè)井曲線值按照式(6)進(jìn)行計(jì)算,求得TOC計(jì)算值。計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值對(duì)比結(jié)果顯示(見圖5),該模型計(jì)算求取值和實(shí)測(cè)值的相關(guān)系數(shù)為0.86,平均相對(duì)誤差為10.8%,平均絕對(duì)誤差為1.05%(見表1)。與上述ΔlogR法相比,多元回歸法計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值更為接近。因此,研究?jī)?yōu)選多元回歸法作為研究區(qū)求取TOC的最終方法。

取蘆×井作為檢驗(yàn)井,將2種方法計(jì)算TOC值與實(shí)測(cè)TOC值進(jìn)行了比較,結(jié)果顯示多元回歸法反演計(jì)算求取的TOC值更精確(見圖6),相對(duì)誤差較小。

表1 Δlog R法與多元線性回歸模型精確度分析結(jié)果

圖5 三塘湖盆地蘆草溝組多元回歸法計(jì)算TOC與實(shí)測(cè)TOC對(duì)比圖

圖6 三塘湖盆地蘆×井ΔlogR法與多元線性回歸法計(jì)算TOC與實(shí)測(cè)TOC對(duì)比*非法定計(jì)量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同

4 結(jié) 論

(1) 三塘湖盆地蘆草溝組烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度較高,測(cè)井相應(yīng)特征呈現(xiàn)“三高一低”(高聲波、高中子、高電阻率、低密度)的特征,即有機(jī)質(zhì)含量與聲波中子、電阻率成正比,與密度成反比,與自然伽馬相關(guān)性差。

(2) 利用現(xiàn)有的測(cè)井資料進(jìn)行有機(jī)質(zhì)含量計(jì)算,可以采用ΔlogR法與多元回歸法,對(duì)三塘湖盆地蘆草溝組而言,ΔlogR法精度相對(duì)較低,而且基值的選取較復(fù)雜,采用不方便,多元回歸法具有較高的計(jì)算精度,能更客觀地反映烴源巖豐度,且操作簡(jiǎn)單,更適合采用。

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