陳　萌，王奕松，聞金華，李陽陽，王　軍

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系 /大陸動力學(xué)國家重點實驗室，陜西 西安 710069)

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鄂博梁地區(qū)測井孔隙度解釋模型及對壓實特征的影響

陳萌，王奕松，聞金華，李陽陽，王軍

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系 /大陸動力學(xué)國家重點實驗室，陜西 西安 710069)

[摘要]研究地層巖石壓實特征為了進一步了解地層孔隙度隨深度變化的關(guān)系，正常壓實段的趨勢直接反映地層的壓實速率特征，并影響最大埋深時期異常段過剩壓力計算、盆地埋藏歷史及異常壓力演化恢復(fù)結(jié)果。通過一系列測井方法對青海省柴達木盆地西北緣鄂博梁地區(qū)鄂博梁三號構(gòu)造帶正常壓實段地層巖石物理性質(zhì)中的孔隙度進行解釋。運用地球物理測井方法中的密度測井，補償中子孔隙度測井以及中子-密度交匯圖版法建立對柴西北緣鄂博梁地區(qū)巖石孔隙度解釋模型。通過孔隙度擬合壓實曲線與傳統(tǒng)的聲波時差壓實曲線對比，取得了較為相似的解釋結(jié)論，證明了密度、中子測井計算孔隙度擬合壓實曲線的方法可靠性。通過解釋模型對研究區(qū)正常壓實段壓實特征有較為具體的解釋。

[關(guān)鍵詞]孔隙度；密度測井；中子測井；測井解釋模型；壓實特征

柴達木盆地西北臨阿爾金山，東北臨南祁連山脈，西南毗鄰昆侖山脈，東為日月山，東西長約800 km，南北最寬處約350 km，面積約257 768 km2，地勢由西北向東南傾。盆地內(nèi)沉積巖廣泛分布，最大厚度17.2 km，厚度大于1 000 m的沉積巖分布面積96 000 km2[1]。

鄂博梁構(gòu)造帶主體部位于伊北凹陷中部(圖1)，而伊北凹陷位于柴北緣西端。在下侏羅統(tǒng)凹陷盆地基礎(chǔ)上，第三系以來形成三排大型構(gòu)造帶：北部第一排構(gòu)造為冷湖五號四高點-冷湖七號-馬海古凸起；第二排構(gòu)造為鄂博梁Ⅰ號-葫蘆山-鄂博梁Ⅱ號-鄂博梁Ⅲ號-南陵丘，處于伊北凹陷中央；第三排構(gòu)造為堿山-紅三旱三號構(gòu)造帶。除了北部冷湖五號-冷湖七號-馬北凸起勘探程度較高以外，另外兩排構(gòu)造勘探程度都非常低。

圖1　研究區(qū)構(gòu)造圖

鄂博梁構(gòu)造帶由鄂博梁Ⅰ號、鄂博梁Ⅱ號、葫蘆山、鄂博梁Ⅲ號和鴨湖五個構(gòu)造組成。多年來的勘探經(jīng)驗及綜合研究認為，本構(gòu)造帶位于生烴中心附近，具有較好的源巖條件，同時各局部構(gòu)造圈閉面積巨大，具有良好的勘探潛力。

柴達木盆地由中生界到新生界依次分布著侏羅系、白堊系、古近系、新近系和第四系的地層(圖2)。

圖2　鄂博梁一號構(gòu)造帶綜合巖性柱狀圖

1測井孔隙度解釋模型

在計算地層巖石孔隙度時，最常用的是三種測井方法，即聲波時差測井、中子孔隙度測井和密度測井。因為聲波時差測井受到巖石孔隙幾何形狀影響，即地層孔隙度與巖石骨架巖性指數(shù)的大小[5]，所測定出來的孔隙度往往存在誤差。

1.1研究區(qū)泥巖壓實規(guī)律

一般情況而言，沉積微相、巖性組合、最大泥巖層厚度、泥地比、構(gòu)造和沉積速率等因素都會影響到泥巖壓實特征。然而對于鄂博梁地區(qū)而言，影響泥巖壓實特征的主控因素為沉積速率。由于研究深度段為正常壓實段，沉積速率一般較低，隨著埋藏深度的增大，泥巖會逐漸的將水分排出、顆粒排列規(guī)則，從而使泥巖孔隙度隨著深度的增大而逐漸有規(guī)律的降低(圖3)。

圖3　研究區(qū)泥巖壓實特征

1.2密度法孔隙度解釋

對于正常壓實段，其壓實特征往往符合壓實規(guī)律，而且深度淺，據(jù)泥巖壓實規(guī)律，鄂7井正常壓實段到下油砂山組截止，鄂深1井、鄂深2井正常壓實段到上油砂山組截止，根據(jù)研究區(qū)勘探現(xiàn)狀，這些層位的泥巖不具生烴能力，也不是儲層，因此油氣含量少，可以視為含水純地層，因此使用公式:

來計算巖石孔隙度；式中Φ為地層孔隙度；ρma、ρb、ρf分別為骨架密度、巖石密度和孔隙流體密度，g/cm3。

其中，由于巖心資料極少，無法運用ρma-Ф交會圖求取骨架密度值，所以取各井巖心實測數(shù)據(jù)中骨架密度的最大值作為ρma值；ρf取對應(yīng)井孔隙水密度測試值(表1)。

表1　密度法測井孔隙度解釋參數(shù)數(shù)值表

在研究區(qū)內(nèi)，采用密度法建立Φ-DEN交匯圖(圖4)，對鄂7井、鄂深1井、鄂深2井進行回歸分析，結(jié)合青海油田巖心分析數(shù)據(jù)，獲得如下結(jié)果：

鄂深1井由于巖心取樣測試對應(yīng)深度處密度曲線缺失，無法判定其實測數(shù)據(jù)與擬合曲線的相關(guān)關(guān)系，故其巖心分析數(shù)據(jù)沒有列出。

隨著地層巖石密度的增大，其孔隙度相應(yīng)的減小，通過上圖可以了解經(jīng)過計算所獲得的Φ-DEN曲線與實測巖石孔隙度相比偏大。其原因在于，對于密度測井法計算巖石孔隙度而言，由于測井曲線測定的是地層中巖石的密度值，而處于地層條件下的巖石所受圍壓往往大于巖心實測時巖石所受的壓力，造成測井密度值大于實測密度值，所以在交會圖上，處于相同深度的巖石，巖心實測的巖石孔隙度偏高，密度偏小。其次，密度測井所測定的是巖石的總孔隙度，而巖心實測的孔隙度往往是巖石的有效孔隙度，這就造成了巖心中的死孔隙和無法允許流體通過的孔隙無法測定的情況，因而實測孔隙度偏低。除此之外，密度測井探測范圍很淺，通常僅多十幾厘米，受井眼擴大或井壁不規(guī)則等因素的影響較大，對于井壁規(guī)則的底層，測得的曲線也較好[5]。最后，密度測井容易受到鉆井泥漿的影響，這些都會造成密度測井值擬合而成的曲線與實測巖心數(shù)據(jù)的差異。

圖4　鄂7井、鄂深1井、鄂深2井Φ-DEN交匯圖

1.3中子法孔隙度解釋

同理，對于正常壓實層段，深度淺，沒有油氣影響，可以視為含水純地層，因此使用公式:

來計算地層巖石孔隙度；式中Φ為地層孔隙度；(Φn)ma、Φn、(Φn)f分別為骨架孔隙度、巖石孔隙度和孔隙流體孔隙度，%。

其中，對于巖心分析數(shù)據(jù)建立Ф-Фn交會圖，回歸成一條曲線，當(dāng)Фn=0時取得的Ф值令其為(Фn)ma；(Φn)f=100(表2)。

表2　中子法測井孔隙度解釋參數(shù)數(shù)值表

在研究區(qū)內(nèi)，采用密度法建立Φ-CNL交匯圖，對鄂7井、鄂深1井、鄂深2井進行回歸分析，結(jié)合油田實測巖心數(shù)據(jù)，獲得如圖5的結(jié)果。

在Φ-CNL交匯圖中可以看到，對于鄂7井，曲線與實測數(shù)據(jù)相關(guān)度較好，實測點基本平均分布在曲線的左右兩側(cè)。

圖5　鄂7井、鄂深1井、鄂深2井Φ-CNL交匯圖

由以上結(jié)果可知，隨著中子孔隙度的增大，地層巖石孔隙度也隨之而增大，二者呈現(xiàn)較好的正相關(guān)性?？傮w而言，中子孔隙度測井與實測巖心孔隙度較密度測井法所計算出的孔隙度值與巖心實測數(shù)據(jù)相關(guān)度較密度測井好，所計算出來的孔隙度公式呈現(xiàn)高度的一致性。

但是，對于中子測井而言，其測井值易受到井孔，地層元素的影響，造成測量結(jié)果偏差，與巖心數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤差[6]。

圖6　鄂7、鄂深1、鄂深2井中子-密度交會圖

1.4密度—中子交匯圖法孔隙度解釋

在運用交匯圖法解釋地層巖石孔隙度時，還有一種常用的辦法即建立中子-密度交匯圖，用以同時確定孔隙度和泥質(zhì)含量，由于研究區(qū)地層巖性復(fù)雜，以含砂泥巖居多，因此運用這種圖版可以較好的解釋該區(qū)地層巖石泥質(zhì)含量以及孔隙度大小，而且結(jié)果清晰、一目了然。

在此，假定三個點，即純水點、純泥點和純砂點：

純泥巖點，ρsh=2.65g/cm3，(Φn)sh=50%。

純砂巖骨架點，ρma=2.65g/cm3，(Φn)ma=0。

水點，ρf=1g/cm3，(Φn)f=100。

再按照線性分割的方法，在繪制的三角形上繪制刻度，將得到的測井?dāng)?shù)據(jù)投入該圖。

在圖6中可以清楚地看到，鄂7、鄂深1、鄂深2井正常壓實段泥巖泥含量基本在20%～80%之間，屬含砂泥巖；孔隙度不高，約在0～20%。

2新模型對泥巖壓實特征的影響

2.1泥巖、砂巖壓實系數(shù)對比

結(jié)合前人資料，將鄂7、鄂深1、鄂深2井的聲波時差—深度、密度—深度和通過上文中公式所計算出的該深度段的孔隙度值，繪制出來的孔隙度—深度圖(圖7、圖8、圖9)三者進行比較。

Y = exp(-0.000288×X) ×440.497

Y = exp(-0.000294×X)×496.722

Y=exp(-0.000234×X)×397.487

R2=0.818064

Y=exp(8.72E-005×X)×2.201

R2=0.772328

Y=exp(-0.000482×X)×32.564

R2=0.763587

圖9鄂深2井壓實特征圖

縱觀研究區(qū)三口井的數(shù)據(jù)，結(jié)合井位關(guān)系，鄂7井、鄂深2井、鄂深1井成西北-東南走向分布，鄂深1井壓實系數(shù)最大，而鄂深1井位于研究區(qū)東南方，說明對于鄂7井、鄂深2井其沉積速率最大，泥巖排出水分和顆粒緊密的排列的程度不如鄂7井和鄂深2井，這樣才會使鄂深1井孔隙度隨著深度減小的速度小于鄂7、鄂深2井；在研究區(qū)西北部沉積速率較慢、東南方沉積速率較快。雖然壓實系數(shù)計算所獲得的壓實斜率與聲波時差壓實斜率差異較大，這其中的原因既有兩種解釋方法本身所帶來的差距，也有兩種解釋方法各自的誤差，但是他們都反映了這三口井沉積速率的不同，具有共同的解釋結(jié)果，由此可見利用計算得到的孔隙度壓實曲線和聲波時差壓實曲線具有一致性。

2.2特征變化的原因討論

綜合以上各圖分析，表明在鄂博梁三號構(gòu)造帶上的三口井運用密度測井方法計算孔隙度所回歸的曲線斜率相近、公式相似，而使用中子孔隙度測井?dāng)?shù)值計算孔隙度所回歸的曲線公式完全相同，但是由于巖心實測數(shù)據(jù)有限，無法使用大量正常壓實段巖心數(shù)據(jù)驗證兩種方法計算的孔隙度值的準確性；在運用中子-密度交會圖法解釋鄂博梁三號構(gòu)造帶上的三口井，使得該區(qū)正常壓實段上巖石孔隙度和泥質(zhì)含量區(qū)間一目了然，便于大體了解該區(qū)巖石大概物性狀況；使用密度、中子測井?dāng)?shù)據(jù)繪制泥巖壓實曲線，所計算出來的壓實曲線斜率要高于聲波時差壓實曲線斜率，但是總體而言，這種方法回歸出來的孔隙度-深度曲線趨勢與聲波時差-深度曲線趨勢相同，由于橫坐標值差異造成的斜率差異在所難免(表3)。

除此之外，造成其他差異的原因可能有以下幾點：(1)聲波時差測井其測量值的大小不僅僅取決于巖石總孔隙度的大小，而且取決于孔隙的形狀，巖石中泥質(zhì)含量的大小[7]，從而造成聲波時差所計算出的壓實曲線斜率發(fā)生變化；(2)密度測井、中子測井和聲波測井均會受井眼擴大或井壁不規(guī)則等因素的影響較大，容易造成測井曲線數(shù)值產(chǎn)生誤差；(3)本文中討論的模型僅僅只是將研究層段視為純含水地層，從而忽略了地層中油氣、泥漿以及泥質(zhì)含量大小的影響，因而會造成一些偏差；(4)鉆井過程中鉆機對周圍地層產(chǎn)生了破壞，造成測井儀無法準確測量；(5)測井操作人員在進行測井過程中操作失誤產(chǎn)生誤差，對測井?dāng)?shù)值產(chǎn)生影響；(6)測井儀本身的誤差。

表3 　鄂7、鄂深1、鄂深2井?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計表

3結(jié)語

對于研究區(qū)，在正常壓實段，運用密度，中子測井?dāng)?shù)據(jù)計算孔隙度，擬合孔隙度壓實曲線與傳統(tǒng)的聲波時差測井?dāng)?shù)據(jù)擬合壓實曲線得到的結(jié)果雖然壓實斜率不同，但是能夠反映該區(qū)正常段壓實特征，即隨著深度的增大，地層巖石孔隙度逐漸變小。聲波測井?dāng)?shù)據(jù)雖然是用聲波時差數(shù)值來反映巖石的總孔隙度大小隨著深度的變化，但是它會受到孔隙形態(tài)的影響，難以做到精確反映；利用本文中的密度、中子測井?dāng)?shù)據(jù)計算孔隙度再用孔隙度擬合壓實曲線具有直觀方便的特點，根據(jù)趨勢線，可以方便的查到該深度段對應(yīng)的孔隙度，這是聲波時差擬合壓實曲線所不具有的，但它同時也具有不可避免的諸如井眼擴大、鉆井泥漿或井壁不規(guī)則等因素的影響。在具體分析一個地區(qū)巖石壓實特征時候，將二者結(jié)合，能夠盡可能的排除彼此本身特點決定的誤差，得到最好的分析效果。

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[收稿日期]2015-09-13

[作者簡介]陳萌(1991-)，男，甘肅定西人，在讀碩士研究生，主攻方向：沉積儲層。

[中圖分類號]P584

[文獻標識碼]B

[文章編號]1004-1184(2016)01-0097-04