胡幫舉

(中國(guó)石油大慶油田 海拉爾石油勘探開(kāi)發(fā)指揮部，黑龍江 大慶 163000)

海拉爾盆地塔南凹陷源巖精細(xì)評(píng)價(jià)

胡幫舉

(中國(guó)石油大慶油田 海拉爾石油勘探開(kāi)發(fā)指揮部，黑龍江 大慶 163000)

塔南凹陷烴源巖取芯資料少、有機(jī)非均質(zhì)性強(qiáng)、成熟烴源巖不具備“三高一低”測(cè)井響應(yīng)特征，針對(duì)此問(wèn)題，采用變系數(shù)ΔlgR技術(shù)計(jì)算烴源巖TOC，通過(guò)將傳統(tǒng)ΔlgR技術(shù)中的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)視為待定系數(shù)并采用實(shí)測(cè)TOC標(biāo)定待定系數(shù)，其預(yù)測(cè)烴源巖TOC的平均誤差為19.7%，比傳統(tǒng)方法平均降低11.4%。依據(jù)實(shí)測(cè)TOC與氫指數(shù)(IH)的關(guān)系將烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度分差、中等、優(yōu)質(zhì)三級(jí)，對(duì)應(yīng)的TOC界限分別為1%和2%。依據(jù)測(cè)井計(jì)算TOC曲線識(shí)別不同豐度級(jí)別烴源巖的厚度，通過(guò)井間插值落實(shí)不同豐度級(jí)別烴源巖的厚度分布。結(jié)果顯示，差級(jí)別烴源巖厚度一般10～20 m，占南一段烴源巖總體積的21.5%；中等烴源巖厚度一般15～25 m，占烴源巖總體積的31.6%，優(yōu)質(zhì)烴源巖厚度一般20～30 m，占烴源巖總體積的46.9%。

測(cè)井； 烴源巖； 有機(jī)碳； ΔlgR； 塔南凹陷； 塔木察格盆地

塔南凹陷是塔木察格盆地石油勘探的重點(diǎn)領(lǐng)域[1-2]，雖然歷經(jīng)多年勘探，但油氣資源發(fā)現(xiàn)率較低，成為新一輪油氣資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)評(píng)估對(duì)象。該區(qū)以往的油氣資源評(píng)價(jià)建立在烴源巖樣品使用測(cè)試的基礎(chǔ)上，受分析費(fèi)用和樣品來(lái)源的限制，采集的烴源巖樣品比較離散，難以客觀表征地下烴源巖層TOC的實(shí)際分布，給油氣資源評(píng)價(jià)帶來(lái)了很大的不確定性。顯然，利用測(cè)井曲線開(kāi)展高分辨率的烴源巖評(píng)價(jià)，對(duì)進(jìn)一步落實(shí)油氣資源潛力和尋找勘探有利區(qū)具有重要意義。

烴源巖評(píng)價(jià)是油氣資源評(píng)價(jià)過(guò)程中必須開(kāi)展的工作[3-4]，勘探初期，一般采用實(shí)驗(yàn)測(cè)試指標(biāo)的平均值代表某段烴源巖層的生烴潛力，受烴源巖固有的非均質(zhì)性的影響，相繼有學(xué)者發(fā)現(xiàn)并指出“平均值”很容易掩蓋局部高豐度烴源巖的發(fā)育及油氣貢獻(xiàn)[5]。隨著勘探的深入，尤其是隨著優(yōu)質(zhì)烴源巖概念和優(yōu)質(zhì)烴源巖控藏理論的提出，對(duì)烴源巖評(píng)價(jià)精度的要求不斷增高，僅依靠取樣測(cè)試分析的方法已經(jīng)很難滿足精細(xì)勘探的需求。烴源巖一般具有“三高一低”的測(cè)井特征[6]，通過(guò)刻度測(cè)井曲線與烴源巖TOC的定量關(guān)系，即可利用測(cè)井曲線快速計(jì)算出連續(xù)分布的TOC值。目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)發(fā)展出ΔlgR技術(shù)、多元回歸、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等10余種TOC測(cè)井評(píng)價(jià)方法[7-9]，ΔlgR技術(shù)是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的最可靠和可行的方法，在刻畫烴源巖TOC的垂相變化特征[10]，識(shí)別優(yōu)質(zhì)烴源巖的厚度[11]，計(jì)算不同TOC級(jí)別烴源巖的油氣貢獻(xiàn)中發(fā)揮了重要作用[12]。也有學(xué)者[13-16]對(duì)ΔlgR技術(shù)進(jìn)行了修改，將ΔlgR技術(shù)內(nèi)的重點(diǎn)參數(shù)當(dāng)作變量并依據(jù)研究區(qū)具體資料厘定，改善了ΔlgR技術(shù)預(yù)測(cè)TOC的可靠性。

本次針對(duì)塔南凹陷烴源巖取心少、有機(jī)質(zhì)非均質(zhì)性強(qiáng)、成熟烴源巖不具備“三高一低”測(cè)井響應(yīng)的特殊性，采用變系數(shù)ΔlgR技術(shù)建立烴源巖TOC評(píng)價(jià)模型，依據(jù)計(jì)算得到的連續(xù)的TOC數(shù)值，結(jié)合建立的烴源巖分級(jí)評(píng)價(jià)，預(yù)測(cè)不同豐度級(jí)別烴源巖的厚度分布，為客觀評(píng)價(jià)油氣資源潛力奠定基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)烴源巖特征

1.1 烴源巖沉積特征

塔南凹陷是塔木察格盆地一個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元，是盆地內(nèi)比較有勘探潛力的地區(qū)之一。該區(qū)下白堊統(tǒng)由深至淺發(fā)育銅缽廟組、南屯組、大磨拐河組三套烴源巖層系，其中銅缽廟組組烴源巖厚度薄，大磨拐河組烴源巖演化程度低(未成熟-低成熟)，均不是最主力的烴源巖層。南屯組烴源巖厚度比較大且熱演化程度適中，油源對(duì)比結(jié)果表明南屯組一段(南一段)對(duì)油氣成藏貢獻(xiàn)最大[1]。南一段為一套湖泊-三角洲沉積，發(fā)育灰黑色泥巖和灰色泥巖烴源巖，單井厚度可達(dá)到百米以上，分布面積占凹陷面積70%以上。巖心測(cè)試資料表明TOC數(shù)值波動(dòng)明顯(見(jiàn)圖1)，有機(jī)非均質(zhì)性較強(qiáng)，利用離散的TOC測(cè)試值代表整段烴源巖TOC并不客觀。

1.2 烴源巖測(cè)井響應(yīng)特征

分析表明，該區(qū)暗色泥巖烴源巖具有高自然瑪咖、高聲波時(shí)差和低體積密度特征，但是成熟烴源(Ro>1.0%)巖電阻率正異常幅度不明顯(見(jiàn)圖1)，即烴源巖不具有成熟烴源巖典型的“三高一低”特征，但仍可通過(guò)上述特征實(shí)現(xiàn)烴源巖層與非烴源巖層的區(qū)分。從圖1中可以看出，在烴源巖層段，TOC數(shù)值較低時(shí)，聲波實(shí)測(cè)和電阻率疊合后的“ΔlgR”也較低，隨著TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)增高，ΔlgR也呈增大趨勢(shì)，符合利用ΔlgR技術(shù)評(píng)價(jià)TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)的前提。

圖1 南一段烴源巖測(cè)井響應(yīng)特征

Fig.1 The logging features of source rocks in Nanyi section of Tanan sag

2 烴源巖測(cè)井評(píng)價(jià)模型建立

2.1 模型及原理

ΔlgR技術(shù)(式(1)和式(2))是常用的烴源巖TOC測(cè)井評(píng)價(jià)方法，該技術(shù)將聲波時(shí)差曲線和對(duì)數(shù)電阻率曲線按一定比例疊合構(gòu)建ΔlgR參數(shù)，其基本原理是，利用兩條曲線都對(duì)孔隙度變化敏感的特征，通過(guò)構(gòu)建的ΔlgR削弱孔隙度對(duì)TOC預(yù)測(cè)的干擾。烴源巖層的TOC與ΔlgR成正比，與成熟度(LOM)成反比，通常預(yù)測(cè)結(jié)果還需加上測(cè)井曲線無(wú)法識(shí)別的TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)背景值(ΔTOC)。

(1)

(2)

式(1)和式(2)中，ΔlgR為幅度差；R為電阻率，Ω·m；Δt為聲波時(shí)差，μs/m；R基和Δt基分別為電阻率和聲波時(shí)差的基線值；LOM為烴源巖成熟度參數(shù)；ΔTOC為有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的背景值。

ΔlgR技術(shù)在海相地層和陸相坳陷地層應(yīng)用效果較好[5-7]，但利用固定的比例系數(shù)“0.02”并不合理，有學(xué)者[13-14]指出TOC的預(yù)測(cè)誤差與比例系數(shù)密切相關(guān)，認(rèn)為比例系數(shù)應(yīng)依據(jù)研究區(qū)具體資料確定而并非采用經(jīng)驗(yàn)值；同時(shí)，ΔlgR技術(shù)需要通過(guò)成熟度參數(shù)(LOM)預(yù)測(cè)TOC值，若成熟度參數(shù)難以獲取或誤差較大，容易加大TOC預(yù)測(cè)的不確定性；此外，ΔlgR技術(shù)需要人工確定基線值，操作過(guò)程繁瑣，并且受人為因素影響。針對(duì)上述問(wèn)題，前人[16]對(duì)其進(jìn)行了修改，建立的變系數(shù)ΔlgR技術(shù)，具體如下：

(3)

(4)

式(3)和式(4)中，R為深側(cè)向電阻率，Ω·m；P為孔隙度曲線或孔隙度曲線的組合；k為電阻率部分在ΔlgR中所占比例，取值范圍0～1；B為相對(duì)基線值，為方便計(jì)算，R和P取相同的B；a、b為公式的擬合系數(shù)。

綜上分析，變系數(shù)ΔlgR技術(shù)依據(jù)研究區(qū)實(shí)測(cè)TOC資料具體厘定模型中的關(guān)鍵參數(shù)k和a，克服了ΔlgR技術(shù)對(duì)成熟度參數(shù)和經(jīng)驗(yàn)參數(shù)的依賴，建立的TOC預(yù)測(cè)公式更具有針對(duì)性。同時(shí)，圖1表明該區(qū)烴源巖的測(cè)井特征與國(guó)外海相烴源巖存在一定差別，不宜直接照搬傳統(tǒng)的ΔlgR技術(shù)，為此利用變系數(shù)ΔlgR技術(shù)評(píng)價(jià)研究區(qū)TOC值。

2.2 模型參數(shù)的標(biāo)定

按照如下流程建立研究區(qū)TOC預(yù)測(cè)模型：(1)從全區(qū)鉆井中篩選出進(jìn)行TOC取樣測(cè)試且測(cè)井曲線質(zhì)量較好數(shù)據(jù)點(diǎn)，將TOC數(shù)據(jù)與聲波時(shí)差曲線、電阻率曲線一一對(duì)應(yīng)，整理為數(shù)據(jù)庫(kù)；(2)對(duì)(1) 中的測(cè)井曲線進(jìn)行極差正規(guī)化，以消除不同測(cè)井儀器之間的系統(tǒng)誤差；(3) 利用文獻(xiàn)[13]中方法確定基線值“Baseline”計(jì)算ΔlgR；(4) 隨機(jī)選取450個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)建立模型(其余102數(shù)據(jù)點(diǎn)用于驗(yàn)證)，采用網(wǎng)格搜索方法擬合TOC與ΔlgR的定量關(guān)系，具體做法是：在k值的變化區(qū)間[0-1]內(nèi)，以步長(zhǎng)0.01調(diào)整k的取值，k每取一個(gè)值，都以公式(4)計(jì)算TOC和實(shí)測(cè)TOC誤差最小為目標(biāo)，利用最小二乘法擬合a

和b的值，最后從眾多的k、a、b組合中優(yōu)選出使TOC誤差最小的組合。需要指出的是，b相當(dāng)于有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的背景值，若該區(qū)取值過(guò)大，則外推過(guò)程中容易引人較大的系統(tǒng)誤差，也容易使得最小二乘法的擬合結(jié)果出現(xiàn)多解性，因此需要限制其取值。本次結(jié)合實(shí)測(cè)TOC值的分布，限定b值不大于0.3。最終優(yōu)選得到的參數(shù)分別為k=0.27，a=2.12，b=0.19。

圖2為該區(qū)TOC平均相對(duì)誤差與疊合系數(shù)k的變化關(guān)系，可見(jiàn)TOC預(yù)測(cè)誤差明顯受k值影響，k值為0.27時(shí)TOC誤差最低，證明依據(jù)研究區(qū)資料具體確定k值具有實(shí)際意義。表1為模型預(yù)測(cè)TOC與實(shí)測(cè)TOC對(duì)比關(guān)系，可見(jiàn)變系數(shù)ΔlgR技術(shù)預(yù)測(cè)TOC值與實(shí)測(cè)TOC值比較吻合，兩者的平均相對(duì)誤差為17.2%，能夠較好的反映TOC真實(shí)水平。

圖2 研究區(qū)TOC預(yù)測(cè)誤差與比例系數(shù)的關(guān)系

Fig.2 TOC predicting errors and its vary withkvalue in Nanyi section of Tanan sag

表1還列出了傳統(tǒng)ΔlgR技術(shù)的預(yù)測(cè)TOC值，傳統(tǒng)ΔlgR技術(shù)預(yù)測(cè)的TOC數(shù)值相對(duì)均勻，對(duì)TOC小于2.0%部分預(yù)測(cè)結(jié)果偏大，對(duì)TOC大于2.0%部分預(yù)測(cè)結(jié)果明顯偏小，預(yù)測(cè)TOC值與實(shí)測(cè)TOC值的平均相對(duì)誤差高達(dá)28.6%。對(duì)比兩種方法預(yù)測(cè)TOC誤差，變系數(shù)ΔlgR技術(shù)比傳統(tǒng)ΔlgR技術(shù)平均降低11.4%。

表1 變系數(shù)ΔlogR技術(shù)與傳統(tǒng)ΔlgR技術(shù)預(yù)測(cè)TOC效果對(duì)比

續(xù)表1

2.3 可靠性驗(yàn)證

將所建立TOC測(cè)井解釋模型應(yīng)用于其余102個(gè)預(yù)留數(shù)據(jù)點(diǎn)，以驗(yàn)證所建立模型是否可靠。圖3列出模型預(yù)測(cè)TOC與實(shí)測(cè)TOC的對(duì)比關(guān)系，結(jié)果表明兩者的相對(duì)平均誤差為19.7%。驗(yàn)證結(jié)果說(shuō)明所建立的解釋模型比較可靠，可以在研究區(qū)其它井進(jìn)行推廣應(yīng)用。

圖3 南一段暗色泥巖計(jì)算TOC與實(shí)測(cè)TOC關(guān)系

Fig.3 TOC calculating results by using variable-coefficient

ΔlgRtechnology

3 烴源巖分級(jí)評(píng)價(jià)

3.1 分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

烴源巖生排烴量與有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間并不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，而是接近指數(shù)函數(shù)關(guān)系，體積比例不大的優(yōu)質(zhì)烴源巖很可能對(duì)油氣成藏起主要貢獻(xiàn)[12]，因而對(duì)烴源巖進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)具有現(xiàn)實(shí)意義。依據(jù)南一段TOC和氫指數(shù)(IH)的關(guān)系(見(jiàn)圖4)，將塔南凹陷烴源巖分為三級(jí)。TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于0.4%～1.0%時(shí)，IH隨著TOC的增大緩慢增加，TOC和IH的數(shù)值都不高，評(píng)價(jià)為差烴源巖；TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于1.0%～2.0%時(shí)，IH隨著TOC的增大迅速增加，烴源巖生烴能力增強(qiáng)，評(píng)價(jià)為中等烴源巖；TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.0%時(shí)，IH隨著TOC的增大緩慢或趨于穩(wěn)定，該部分烴源巖的生烴能力很強(qiáng)，評(píng)價(jià)為優(yōu)質(zhì)烴源巖。前人[12]習(xí)慣將TOC=2.0%作為優(yōu)質(zhì)烴源巖TOC值下限，因此本次確定的優(yōu)質(zhì)烴源巖TOC下限值與前人一致。

圖4 塔南凹陷南一段烴源巖TOC與IH的關(guān)系

Fig.4 Crossplot of TOC andIHof sources rocks form Nanyi section

3.2 不同級(jí)別烴源巖的發(fā)育特征

利用所建立的TOC測(cè)井解釋公式應(yīng)用于全區(qū)70余口單井，依據(jù)烴源巖分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，從單井中識(shí)別出不同豐度級(jí)別烴源巖的厚度；以單井識(shí)別的烴源巖厚度為基礎(chǔ)，結(jié)合層序地層發(fā)育特征，繪制了不同豐度級(jí)別烴源巖的厚度分布圖，如圖5所示。

由圖5可知，差烴源巖的分布面積大、厚度偏薄，累計(jì)厚度一般10～20 m，向湖盆中心隨著地層厚度的增大發(fā)育厚度略微增大(圖5a)；中等級(jí)別烴源巖的發(fā)育面積大、厚度中等，累計(jì)厚度一般15～25 m，東部斜坡帶和西南洼陷區(qū)發(fā)育厚度較大，累計(jì)厚度達(dá)到25 m以上(圖5b)；優(yōu)質(zhì)烴源巖具有發(fā)育面積中等、厚度較大，厚度一般20～30 m，局部最厚超過(guò)35 m，累計(jì)厚度超過(guò)20 m的優(yōu)質(zhì)烴源巖的分布面約占南一段面積的55%，凹陷西部較東部相對(duì)發(fā)育(圖5c)。

圖5 塔南凹陷南一段不同級(jí)別烴源巖厚度分布圖

在對(duì)研究區(qū)進(jìn)行1 km×1 km網(wǎng)格劃分的基礎(chǔ)上，以網(wǎng)格為單元，對(duì)烴源巖的發(fā)育厚度和面積進(jìn)行乘積和累加，計(jì)算得到不同豐度級(jí)別烴源巖的體積比例(見(jiàn)圖6)。結(jié)果表明，塔南凹陷南一段差級(jí)別烴源巖、中等烴源巖、優(yōu)質(zhì)烴源巖占烴源巖總體積的比例分別為21.5%、31.6%、46.9%。

圖6 塔南凹陷南一段不同級(jí)別烴源巖體積比例

Fig.6 The volume ratio of source rocks at different levels from Nanyi section

4 結(jié)論

(1) 塔南凹陷發(fā)育陸相烴源巖，烴源巖不具備海相成熟烴源巖“三高一低”典型測(cè)井特征，變系數(shù)ΔlgR依據(jù)研究區(qū)實(shí)測(cè)TOC資料厘定模型內(nèi)待定系數(shù)，并且不依賴成熟度參數(shù)，比傳統(tǒng)ΔlgR更適合評(píng)價(jià)這類烴源巖。

(2) 變系數(shù)ΔlgR技術(shù)預(yù)測(cè)TOC值與實(shí)測(cè)TOC值的平均相對(duì)誤差為19.7%，比傳統(tǒng)方法平均降低11.4%，計(jì)算結(jié)果可靠地反映了研究區(qū)烴源巖層TOC的實(shí)際水平。

(3) 依據(jù)實(shí)測(cè)TOC與氫指數(shù)(IH)的關(guān)系將烴源巖分為三級(jí)，結(jié)合測(cè)井預(yù)測(cè)TOC結(jié)果，落實(shí)了南一段各級(jí)別烴源巖的發(fā)育特征：差級(jí)別烴源巖厚度一般10～20 m，占南一段烴源巖總體積的21.5%；中等烴源巖厚度一般15～25 m，占烴源巖總體積的

31.6%，優(yōu)質(zhì)烴源巖厚度一般20～30 m，占烴源巖總體積的46.9%。

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(編輯 王亞新)

Fine Evaluation of Source Rocks in Tanan Sag of Hailaer Basin

Hu Bangju

(HalaerExploratoryDevelopmentHeadquarters，DaqingOilfieldCompanyLtd.,DaqingHeilongjiang163000,China)

In this paper, Total Organic Carbon (TOC) of source rocks in Nanyi section of Tanan sag was calculated using Variable-Coefficient ΔlgRmodel based on the classification evaluation of source rocks, and the volume ratio and plane distribution of source rocks at different TOC levels were discribed. Source rocks in Tanan sag were characterized by high natural gamma and interval transit time, but unlike the marine sources rokcs, the response of resistivity curve was weak. Therefore, using the Variable-Coefficient ΔlgRmodel, taking the key coefficient in the model as variable and calculating the key coefficient in the model using the sampled data, the low accuracy resulted by the empirical parameter in ΔlgRmodel was overcome. The results showed that TOC predicting error by variable-coefficient ΔlgRmodels was 19.7%, which reduced about 11.4% compared to ΔlgRmodel. According to the relationship between TOC and Hydrogen index(IH), sources rocks in Nanyi section were divided into three grades, including poor source rocks ,medium source rocks and excellent source rocks. According to TOC calculating results, the volume ratio and the plane distribution for each grade of source rocks were studied. Poor source rocks accounted for 21.5% of total source rocks in volume, and the general depth was 10～20 m. Medium source rocks accounted for 31.6%, and the general depth was 15～25 m. Excellent sources rocks accounted for 46.9%, and the general depth was 20～30 m.

Well logging； Source rocks; TOC; ΔlgR; Tanan sag; Hailaer Basin

1006-396X(2016)06-0072-07

投稿網(wǎng)址：http://journal.lnpu.edu.cn

2016-08-18

2016-09-05

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(“973”計(jì)劃)項(xiàng)目(2006CB701403)。

胡幫舉(1975-)，男，碩士，工程師，從事油藏描述方面研究；E-mail:npuhbj@sina.com。

TE132

A

10.3969/j.issn.1006-396X.2016.06.015