申波, 毛志強(qiáng), 羅興平, 于靜, 馬永南

(1.長(zhǎng)江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 湖北 武漢 430010; 2.長(zhǎng)江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院, 湖北 武漢 430010; 3.中國(guó)石油大學(xué)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 102249; 4.中國(guó)石油新疆油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院, 新疆 克拉瑪依 834000; 5.中國(guó)石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司測(cè)井公司, 天津 300280)

0 引 言

2010年,準(zhǔn)噶爾盆地烏爾禾地區(qū)夏子街組的部分井區(qū)鉆遇到一套異常高、低自然伽馬交互分布的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層,試油后獲得高產(chǎn)油氣流。由于該套地層的自然伽馬測(cè)井值明顯有異于夏子街組地層,自然伽馬整體上保持穩(wěn)定、變化不明顯的事實(shí),故被稱為特殊巖性段。綜合特殊巖性段地球物理特征、蝕變礦物薄片鑒定結(jié)果,認(rèn)為特殊巖性段與FN斷裂有關(guān)、正常沉積地層在熱液蝕變作用下形成的熱液蝕變體,異常高自然伽馬應(yīng)該是鈾放射性同位素富集的結(jié)果[1]。結(jié)合巖礦特征和物性分析顯示,特殊巖性段內(nèi)的蝕變砂巖以硅化作用為主要蝕變作用類型,其儲(chǔ)層物性明顯優(yōu)于其他類型儲(chǔ)層。因此,研究熱液蝕變作用的類型對(duì)尋找夏子街組優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層具有重要意義。

1 特殊巖性段地層特征

通過(guò)巖心觀察,巖石薄片和物性分析結(jié)果,并結(jié)合相應(yīng)測(cè)井響應(yīng)特征,可將夏子街組特殊巖性段內(nèi),巖石類型劃分為蝕變砂巖和蝕變砂礫巖兩大類。其中蝕變砂巖為儲(chǔ)層的主要巖石類型。

1.1 主要蝕變礦物特征

夏子街組存在多種蝕變作用(見(jiàn)圖1),其中碳酸鹽化作用和硅化作用相對(duì)更集中發(fā)育于特殊巖性段地層,同時(shí)伴生多種的蝕變礦物,如碳酸鹽礦物(包括方解石、白云石、鐵白云石)、次生石英、黏土礦物、沸石類(包括方沸石、濁沸石等)和黃鐵礦等。其中水云母化泥質(zhì)呈黃綠色、斑點(diǎn)狀分布或呈細(xì)脈狀充填的黃綠色蝕變特征,被認(rèn)為是熱液鈾礦床特有的典型蝕變[2-7]。

圖1 夏子街組地層礦物組合特征圖

1.2 物性特征

夏子街組正常沉積地層巖石孔隙度總體發(fā)育差,最小僅為0.3%,最大13.6%,平均只有6.7%;在特殊巖性段內(nèi),蝕變砂巖孔隙度較為發(fā)育,且分布范圍較廣,最大達(dá)25.2%,最小為7.9%,平均為13.9%;滲透率最大5.3×10-3μm2,最小0.014×10-3μm2,平均0.636 4×10-3μm2。蝕變砂礫巖孔隙發(fā)育差,最小僅為0.2%,最大10%,平均只有4.8%;滲透率則顯示出孔隙和裂縫的雙重儲(chǔ)集空間特征,最大可達(dá)61.6×10-3μm2,最小只有0.011×10-3μm2。

1.3 測(cè)井響應(yīng)特征

圖2為FN5井夏子街組特殊巖性段常規(guī)測(cè)井曲線特征圖。在特殊巖性段內(nèi),蝕變砂巖和蝕變砂礫巖的測(cè)井響應(yīng)特征差異也極為明顯,蝕變砂巖表現(xiàn)為低密度(第3道紅色實(shí)線)、高中子(第3道綠色實(shí)線)和高聲波時(shí)差(第3道藍(lán)色虛線);蝕變砂礫巖則具有高密度、低中子和低聲波時(shí)差的測(cè)井響應(yīng)特征。

圖2 夏子街組特殊巖性段常規(guī)測(cè)井曲線特征圖(FN5井)*非法定計(jì)量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同

2 因子分析

因子分析法是一種常用的降維、簡(jiǎn)化變量的分類方法。其主要思想是將多個(gè)變量轉(zhuǎn)化為利用少數(shù)幾個(gè)因子綜合反映所有變量的大部分信息。該方法主要優(yōu)點(diǎn):①它不是對(duì)變量類型的取舍,而是將所有原始變量的信息進(jìn)行重組,尋找相關(guān)性變量的共同因子以簡(jiǎn)化衡量手段;②新的因子間彼此互不相關(guān),且消除了多重共線性;③旋轉(zhuǎn)后的因子更趨于向0和1兩極分化,使得因子命名可靠性程度更高,代表意義更明確[8]。

在熱液蝕變體形成的過(guò)程中,巖石的物理、力學(xué)性能都會(huì)發(fā)生明顯的變化[9-13]。巖石中架狀或鏈狀的斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石等硅酸鹽礦物容易轉(zhuǎn)變?yōu)樗颇?、高嶺石和綠泥石等層狀硅酸鹽礦物,造成礦物硬度變低和含水量的增加,導(dǎo)致蝕變圍巖抗壓強(qiáng)度明顯降低。硅化作用極易發(fā)育溶蝕孔隙,中子測(cè)井值升高,并伴有失重現(xiàn)象,同時(shí)蝕變巖石的脆性明顯增高,從而有利于構(gòu)造裂隙的發(fā)育,這樣不僅擴(kuò)大了熱液流體與原巖的接觸面積,也為礦質(zhì)沉淀提供了空間。碳酸鹽化作用形成的亮晶鐵白云石易充填于粒間、圍巖裂隙或呈斑塊狀交代雜基、碎屑顆粒,因而不利于孔隙發(fā)育。因此,選擇三孔隙度測(cè)井曲線(密度、中子和聲波時(shí)差)和等效彈性模量Ec作為因子分析的原始變量。等效彈性模量Ec表達(dá)式為[14]

(1)

式中,ρb為密度測(cè)井值,g/cm3;Δtc為縱波測(cè)井值,μs/m。

將反映熱液蝕變體物理、力學(xué)性能變化的原始變量經(jīng)歸一化處理后進(jìn)行因子分析,通過(guò)提取的因子成分差異反映不同熱液蝕變作用類型的分布趨勢(shì),根據(jù)因子Z1和Z2建立交會(huì)圖(見(jiàn)圖3),并給出熱液蝕變作用類型的判別方程。因子1、因子2和判別方程表達(dá)式

(2)

(3)

ZZ=1.157Z1+0.021 5

(4)

圖3 夏子街組熱液蝕變作用識(shí)別圖版

據(jù)圖3分析可知,當(dāng)ZZ≥Z2時(shí),熱液蝕變作用以碳酸鹽化為主;ZZ

3 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

將因子分析識(shí)別熱液蝕變作用類型的方法編制程序,通過(guò)實(shí)際井資料處理效果表明,該方法能夠有效的區(qū)分碳酸鹽化地層和硅化地層。

圖4為F5井熱液蝕變作用識(shí)別效果圖。可以發(fā)現(xiàn),高伽馬尖峰與熱液蝕變作用類型轉(zhuǎn)變的巖性界面具有較好的對(duì)應(yīng)性,既說(shuō)明了不同蝕變作用類型對(duì)粗、細(xì)巖性地層具有選擇性,又預(yù)示了蝕變砂礫巖的底部沖刷面是鈾質(zhì)沉淀、富集的有利部位。

圖4 因子分析法識(shí)別熱液蝕變作用效果圖(F5井)

4 結(jié) 論

(1) 熱液蝕變作用類型與圍巖巖性關(guān)系密切,蝕變砂巖以硅化作用為主,蝕變砂礫巖以碳酸鹽化作用為主。

(2) 以熱液蝕變作用造成的儲(chǔ)層特征變化為依據(jù),可應(yīng)用因子分析方法通過(guò)測(cè)井資料幫助定性判別主要蝕變作用類型。

(3) 該方法能夠有效的識(shí)別不同熱液蝕變作用類型,其中巖性界面處與高自然伽馬對(duì)應(yīng)性較好,蝕變砂礫巖的底部為鈾質(zhì)富集的主要部位。

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