陳海峰, 王鳳啟, 王 民, 于惠宇

(1.東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,黑龍江大慶 163318; 2.東北石油大學(xué)非常規(guī)油氣成藏與開(kāi)發(fā)省部共建重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,黑龍江大慶 163318;3.中國(guó)石油大學(xué)非常規(guī)油氣與新能源研究院,山東青島266580;4.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院西北分院,甘肅蘭州 730020)

基于變系數(shù)ΔlogR技術(shù)的烴源巖TOC精細(xì)評(píng)價(jià)

陳海峰1,2, 王鳳啟1,2, 王 民3, 于惠宇4

(1.東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,黑龍江大慶 163318; 2.東北石油大學(xué)非常規(guī)油氣成藏與開(kāi)發(fā)省部共建重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,黑龍江大慶 163318;3.中國(guó)石油大學(xué)非常規(guī)油氣與新能源研究院,山東青島266580;4.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院西北分院,甘肅蘭州 730020)

海拉爾盆地烏爾遜凹陷主力烴源巖層(南一段)烴源巖非均質(zhì)性強(qiáng),總有機(jī)碳(TOC)波動(dòng)明顯,利用有限的測(cè)試樣品表征整套烴源巖層的生烴潛力具有較強(qiáng)的不確定性;烴源巖層的測(cè)井響應(yīng)表現(xiàn)為高自然伽馬、高聲波時(shí)差、中等電阻率,易于識(shí)別,但是烴源巖測(cè)井評(píng)價(jià)參數(shù)的通用性差,難以建立起具有普遍適用性的TOC預(yù)測(cè)公式。針對(duì)上述問(wèn)題,采用變系數(shù)ΔlogR技術(shù)評(píng)價(jià)該區(qū)烴源巖TOC,將ΔlogR技術(shù)中的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)視為待定系數(shù),從模型參數(shù)地質(zhì)意義出發(fā),通過(guò)針對(duì)單井和“分區(qū)、分相”預(yù)測(cè)模型中的待定參數(shù),完成全區(qū)120口井TOC測(cè)井評(píng)價(jià),利用測(cè)井計(jì)算TOC實(shí)現(xiàn)烴源巖分級(jí)評(píng)價(jià),通過(guò)“鉆井定頻率、層序定展布”的方法,得到南一段不同豐度級(jí)別烴源巖的厚度。結(jié)果表明,變系數(shù)ΔlogR技術(shù)預(yù)測(cè)TOC誤差平均為16.6%,比傳統(tǒng)方法平均降低19.9%;南一段差烴源巖厚度一般15～20 m,中等烴源巖厚度一般10～20 m,優(yōu)質(zhì)烴源巖的厚度一般20～45 m;南一段差烴源巖、中等烴源巖、優(yōu)質(zhì)烴源巖的體積分別為0.46×1011、1.08×1011和1.59×1011m3。

測(cè)井; 烴源巖; 總有機(jī)碳; 變系數(shù)ΔlogR技術(shù); 烏爾遜凹陷; 海拉爾盆地

烏爾遜凹陷是海拉爾盆地內(nèi)油氣資源較為富集的地區(qū)之一[1-2],中國(guó)第一次資源評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)油氣資源量為5.56×108t,第二次資源評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)油氣資源量為1.89×108t,第三次資源評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)油氣資源量為3.39×108t,三輪油氣資源評(píng)價(jià)結(jié)果出入較大,同時(shí),目前該區(qū)的油氣勘探程度較低,近年來(lái)鮮有工業(yè)油井被發(fā)現(xiàn),有必要進(jìn)一步論證油氣資源潛力。烴源巖是油氣生成的物質(zhì)基礎(chǔ)[3-5],烴源巖精細(xì)評(píng)價(jià)是客觀評(píng)價(jià)油氣資源潛力的重要前提。在烏爾遜凹陷,以往的油氣資源評(píng)價(jià)均利用巖心測(cè)試地球化學(xué)指標(biāo)(主要是總有機(jī)碳含量,TOC)的平均值代表整套烴源巖層的生烴能力[6],然而該區(qū)烴源巖的非均質(zhì)性強(qiáng)、測(cè)試樣品有限且離散、不同有機(jī)質(zhì)含量烴源巖的生、排烴能力存在差別[7-8],導(dǎo)致“平均法”預(yù)測(cè)的油氣資源量具有較大的不確定性。換言之,研究區(qū)新一輪的資源評(píng)價(jià)須建立在豐富的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)和烴源巖分級(jí)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上,即須開(kāi)展烴源巖精細(xì)評(píng)價(jià)。在烴源巖精細(xì)評(píng)價(jià)方法中,最高效的是測(cè)井評(píng)價(jià)技術(shù)[9-10]。高分辨率的測(cè)井資料不僅可提供豐富的TOC數(shù)據(jù)[11-13],評(píng)價(jià)結(jié)果能夠指導(dǎo)烴源巖分級(jí)評(píng)價(jià)[14],結(jié)合層序地層分布還能夠預(yù)測(cè)不同豐度級(jí)別烴源巖的厚度分布和發(fā)育體積[15-16]。烴源巖TOC測(cè)井評(píng)價(jià)技術(shù)已經(jīng)比較成熟,ΔlogR技術(shù)、多元回歸、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法都有較多成功應(yīng)用的實(shí)例[14-21]。其中,ΔlogR技術(shù)所需資料容易獲取且可操作性較強(qiáng),在烴源巖TOC評(píng)價(jià)中應(yīng)用最為廣泛[17-22]。變系數(shù)ΔlogR技術(shù)[23-24]將ΔlogR技術(shù)內(nèi)對(duì)TOC敏感的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)當(dāng)成待定系數(shù),依據(jù)研究區(qū)實(shí)際資料厘定待定系數(shù)的值,改善了ΔlogR技術(shù)對(duì)陸相高泥質(zhì)、低TOC含量烴源巖TOC的評(píng)價(jià)效果。筆者以烏爾遜凹陷主力烴源巖層(南一段)為研究對(duì)象,以巖心測(cè)試TOC和常規(guī)測(cè)井曲線為基礎(chǔ),針對(duì)該區(qū)烴源巖非均質(zhì)性強(qiáng)、富含泥質(zhì)、TOC含量偏低、烴源巖測(cè)井評(píng)價(jià)參數(shù)的通用性差的特點(diǎn),采用變系數(shù)ΔlogR技術(shù)評(píng)價(jià)烴源巖TOC。從模型參數(shù)的地質(zhì)意義出發(fā),通過(guò)基于單井和“分區(qū)、分相”預(yù)測(cè)待定系數(shù)的方法,實(shí)現(xiàn)烴源巖TOC的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。

1 基本地質(zhì)特征

海拉爾盆地位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾盟西南部,是松遼盆地最重要的接替領(lǐng)域。烏爾遜凹陷南鄰貝爾凹陷,北與紅旗、新寶力格凹陷局部連通,呈南北向展布,為一個(gè)西斷東超的箕狀斷陷。盆地基底為前古生界和古生界,沉積蓋層自下而上為下白堊統(tǒng)的塔木蘭溝組、銅缽廟組、南屯組、大磨拐河組、伊敏組,上白堊統(tǒng)的青元崗組和新生界的第三、第四系。富含有機(jī)質(zhì)的暗色泥巖主要發(fā)育在南屯組、大磨拐河組和伊敏組,其中,大磨拐河組和伊敏組由于絕大部分暗色泥巖尚未生烴而無(wú)法成為有效的烴源巖層[12]。南屯組自下而上又可分為南一段和南二段:南一段時(shí)期曾發(fā)生大規(guī)模湖侵,深湖—半深湖暗色泥巖大面積發(fā)育,是重要的烴源巖層;南二段時(shí)期水體變淺,辮狀河三角洲砂泥互層發(fā)育,油氣儲(chǔ)集層較發(fā)育。烏爾遜凹陷目前鉆井169口,鉆穿南一段井120口,研究區(qū)油流井72口。

2 目標(biāo)層烴源巖特征

本次將研究區(qū)烴源巖精細(xì)評(píng)價(jià)的對(duì)象確定為南一段,原因有二:一是烏爾遜凹陷中機(jī)質(zhì)豐度高、類型好、生排烴能力強(qiáng)的優(yōu)質(zhì)烴源巖主要發(fā)育在南一段[6],油源對(duì)比表明該區(qū)的原油主要來(lái)自南一段[1],生烴模擬顯示南一段烴源巖的生、排烴量均超過(guò)全區(qū)源巖生、排烴總量的90%[15],即南一段為起控藏作用的主力烴源巖層;二是南一段鉆井中有35口井進(jìn)行了較為系統(tǒng)的烴源巖取樣分析,開(kāi)展了高分辨率層序地層研究[26-27],具備開(kāi)展烴源巖精細(xì)評(píng)價(jià)的地質(zhì)基礎(chǔ),但此項(xiàng)工作還未開(kāi)展。

2.1 有機(jī)地球化學(xué)特征

南一段地層埋深1 250～3 250 m,地層巖性主要為暗色泥巖夾薄層砂巖。暗色泥巖的沉積環(huán)境包括湖相和辮狀河三角洲相,顏色以灰黑色和灰色為主,厚度一般為50～100 m,最厚超過(guò)120 m。暗色泥巖實(shí)測(cè)TOC值為0.2%～9.8%,平均值為2.41%,局部TOC平均為7.68%,氯仿瀝青“A”平均為0.498%,達(dá)到優(yōu)質(zhì)烴源巖級(jí)別[7]。暗色泥巖有機(jī)質(zhì)主要源于低等水生生物,典型特征是飽和烴氣相色譜以nC19為主峰,飽和烴δ13C分布在-29.37‰～-33.58‰[7]。暗色泥巖鏡質(zhì)體反射率Ro值為1.0%～1.4%,處于生烴高峰階段。暗色泥巖TOC波動(dòng)頻繁,如W23井(圖1),該井巖心實(shí)測(cè)TOC分布在0.2%～5.5%,其中2 750～2 100 m的烴源巖TOC數(shù)值可達(dá)到其他深度段的2倍以上,若利用巖心實(shí)測(cè)TOC的平均值代表整段烴源巖TOC含量,則夸大了低TOC烴源巖的發(fā)育比例,掩蓋了高TOC烴源巖,顯然不利于客觀評(píng)價(jià)油氣資源潛力。

圖1 烏爾遜凹陷南一段烴源巖有機(jī)非均質(zhì)性及 測(cè)井響應(yīng)(烏23井)Fig.1 Organic heterogeneity and logging response of source rocks in the First Member of Nantun Formation of Wuerxun sag(well Wu23)

2.2 測(cè)井響應(yīng)特征

烴源巖層識(shí)別是測(cè)井評(píng)價(jià)烴源巖TOC的基礎(chǔ),南一段烴源巖層具有高自然伽馬、高聲波時(shí)差、中等阻率測(cè)井響應(yīng),與砂巖層的測(cè)井響應(yīng)區(qū)別明顯,烴源巖層易于識(shí)別(圖1)。從圖1還可以看出,烴源巖層的TOC數(shù)值與聲波時(shí)差和電阻率疊合后的“幅度差”具有較好的相關(guān)性:TOC較低時(shí),如2 050～2 070m,“幅度差”也較低;隨著烴源巖層TOC含量增高,如2 070～2 100m,“幅度差”也呈增大趨勢(shì)。顯然,研究區(qū)烴源巖層在測(cè)井曲線上不僅容易識(shí)別,而且TOC與“幅度差”呈正相關(guān)趨勢(shì),符合利用ΔlogR技術(shù)評(píng)價(jià)TOC的前提。

然而,ΔlogR技術(shù)在研究區(qū)的應(yīng)用效果并不理想,即對(duì)大多數(shù)井烴源巖TOC預(yù)測(cè)誤差較大。以W23井為例,經(jīng)過(guò)反復(fù)驗(yàn)證,ΔlogR技術(shù)[14]中唯一的待定參數(shù)Ro取值1.2%,由圖1中TOC計(jì)算結(jié)果可知,ΔlogR技術(shù)預(yù)測(cè)TOC與巖心實(shí)測(cè)TOC除了在個(gè)別點(diǎn)比較接近以外,多數(shù)測(cè)點(diǎn)兩者明顯分離,測(cè)井預(yù)測(cè)TOC與實(shí)測(cè)TOC的平均相對(duì)誤差達(dá)到38.8%(圖1)。分析認(rèn)為,ΔlogR技術(shù)預(yù)測(cè)TOC誤差大的原因在于其模型參數(shù)的通用(針對(duì)性)差:①根本原因是研究區(qū)烴源巖非均質(zhì)性強(qiáng)、泥質(zhì)含量高、TOC含量低,導(dǎo)致單井之間烴源巖的測(cè)井響應(yīng)并不完全一致,因此對(duì)應(yīng)的TOC預(yù)測(cè)公式也不完全相同,進(jìn)而采用同一預(yù)測(cè)公式必然導(dǎo)致TOC預(yù)測(cè)誤差;②直接原因是ΔlogR技術(shù)中模型參數(shù)的針對(duì)性差,已有研究表明[18-20],在模型框架不變的情況下,通過(guò)調(diào)整模型中解釋參數(shù),TOC預(yù)測(cè)效果可得到明顯改善。

綜上分析可知,烏爾遜凹陷烴源巖層的測(cè)井響應(yīng)明顯,測(cè)井特征符合利用ΔlogR技術(shù)預(yù)測(cè)烴源巖層預(yù)測(cè)TOC,但是較強(qiáng)的地層非均質(zhì)性使得ΔlogR技術(shù)的應(yīng)用效果不佳,依據(jù)研究區(qū)實(shí)測(cè)資料修正ΔlogR模型中的解釋參數(shù)是提高TOC預(yù)測(cè)精度可行的方法。

3 變系數(shù)ΔlogR技術(shù)在研究區(qū)的應(yīng)用

采用變系數(shù)ΔlogR技術(shù)評(píng)價(jià)南一段烴源巖TOC,重點(diǎn)探討模型中兩個(gè)關(guān)鍵待定系數(shù)的確定方法,通過(guò)針對(duì)性地確定這兩個(gè)待定系數(shù),實(shí)現(xiàn)了烴源巖TOC的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。

3.1模型的方法原理

變系數(shù)ΔlogR技術(shù)預(yù)測(cè)烴源巖TOC的公式為

ΔlogR=k(logR-B)+(1-k)( Δt-B).

(1)

w(TOC)=aΔlogR+b.

(2)

式中,R為電阻率, Ω·m;Δt為聲波時(shí)差, μs/m;B為基線值,基線位置對(duì)應(yīng)貧有機(jī)質(zhì)的細(xì)粒巖處,具體按照文獻(xiàn)[17]中方法確定;w(TOC)為總有機(jī)碳;b為有機(jī)碳含量的背景值,根據(jù)實(shí)測(cè)TOC統(tǒng)計(jì)得到研究區(qū)b取值0.2;k和a為兩個(gè)關(guān)鍵的待定系數(shù),是重點(diǎn)探討的對(duì)象。

3.2 待定系數(shù)的確定

3.2.1 待定系數(shù)的確定原則

從待定系數(shù)的地質(zhì)意義出發(fā),建立待定系數(shù)k和a的厘定方法。為了便于論述,選取研究區(qū)測(cè)井曲線質(zhì)量好且進(jìn)行TOC系統(tǒng)取樣分析的井,利用網(wǎng)格搜索法[19]分別得到單井待定系數(shù)k、a與TOC預(yù)測(cè)誤差的關(guān)系曲線(圖2和圖3),記TOC誤差最小值對(duì)應(yīng)的k、a分別為“最優(yōu)k值”和“最優(yōu)a值”。

待定系數(shù)k能夠改變聲波時(shí)差和電阻率在ΔlogR中的相對(duì)比重,由于聲波時(shí)差主要對(duì)有機(jī)質(zhì)中的干酪根響應(yīng),電阻率主要對(duì)烴類響應(yīng),因此k的地質(zhì)意義是調(diào)整模型識(shí)別干酪根和烴的能力[20]。此外,待定系數(shù)k值還具有削弱干擾因素,突出TOC測(cè)井響應(yīng)的作用[23]。由于烴源巖生、排烴過(guò)程本身具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性,加上干擾TOC測(cè)井響應(yīng)的因素異常復(fù)雜(包括巖性、物性、流體礦化度等),導(dǎo)致單井之間的“最優(yōu)k值”不盡一致,甚至出現(xiàn)較大差異。如圖2所示,Wd3井(圖2(a))和Wd1井(圖2(c))代表三角洲前緣相,兩者的巖性組合和TOC值均相當(dāng),將Wd1井“最優(yōu)k”值應(yīng)用于Wd3井TOC預(yù)測(cè),則Wd3井TOC預(yù)測(cè)誤差從18.6%增加至35.1%,誤差增加16.5%;同理,S33井(圖2(b))和S35井(圖2(d))代表湖相沉積,兩者巖性組合和TOC值也相當(dāng),將S33井“最優(yōu)k”值應(yīng)用于S35井TOC預(yù)測(cè),則S35井TOC預(yù)測(cè)誤差從16.3%增加至21.4%,誤差增加5.1%。此外,Wd1井(氯仿瀝青A平均值0.028%)有機(jī)質(zhì)中烴的含量明顯比Wd3井(氯仿瀝青A平均0.011%)、S33井(氯仿瀝青A平均0.021%)和S35井(氯仿瀝青A平均0.015%)高,這很可能是該井待定系數(shù)k值偏高的原因。

總之,受烴源巖非均質(zhì)性的影響,單井之間“最優(yōu)k值”不盡一致,更重要的是,TOC預(yù)測(cè)誤差對(duì)k值比較敏感,“借用”其他井的k值預(yù)測(cè)TOC很容易導(dǎo)致較大的誤差,因此將待定系數(shù)k的厘定原則確定為依據(jù)單井計(jì)算。

圖2 待定系數(shù)k與TOC預(yù)測(cè)誤差的關(guān)系Fig.2 Relationship beteween TOC prediction errors and parameters k

受有機(jī)質(zhì)來(lái)源、保存、演化等影響,相同ΔlogR值代表的TOC值可能不同,如TOC數(shù)值相同的未成熟烴源巖與成熟烴源巖,后者通常因含烴而表現(xiàn)出更大的電阻率和ΔlogR值,因此待定系數(shù)a的地質(zhì)意義是反映ΔlogR代表TOC大小的能力[24]。同一層位的、鄰井之間的烴源巖的沉積環(huán)境、有機(jī)質(zhì)來(lái)源、保存、演化程度等通常相近,進(jìn)而相同ΔlogR值代表的TOC值相當(dāng)。如圖3所示,將均代表三角洲前緣的Wd1井(圖3(c))的“最優(yōu)a值”應(yīng)用于Wd3井(圖3(a))TOC預(yù)測(cè),S33井TOC預(yù)測(cè)誤差從18.9%增加至19.5%,誤差僅增加0.6%;將均代表湖相的S35井(圖3(d))的“最優(yōu)a值”應(yīng)用于S33(圖3(b))井TOC預(yù)測(cè),S33井TOC預(yù)測(cè)誤差從16.8%增加至20.1%,誤差僅增加3.3%。Wd1井和S35井烴源巖沉積環(huán)境不同,兩者的“最優(yōu)a值”差別較大,互用彼此的“最優(yōu)a值”則會(huì)導(dǎo)致較大的TOC誤差?？梢?jiàn),盡管不同單井之間“最優(yōu)a值”也存在波動(dòng),但是利用同一沉積環(huán)境中鄰井的k值預(yù)測(cè)TOC并不會(huì)引入較大的TOC誤差,因此將待定系數(shù)a的厘定原則確定為依據(jù)周邊井確定。

圖3 待定系數(shù)a與TOC預(yù)測(cè)誤差的關(guān)系Fig.3 Relationship between TOC prediction errors and parameter a

3.2.2 待定系數(shù)k的預(yù)測(cè)

前人[24]通過(guò)理論分析和實(shí)例論證,建立了基于單井“l(fā)ogR-Δt”交會(huì)圖預(yù)測(cè)待定系數(shù)k的方法。該方法統(tǒng)稱所有干擾TOC測(cè)井響應(yīng)的因素為“干擾因素”,指出待定系數(shù)k的實(shí)質(zhì)是“干擾因素”導(dǎo)致聲波時(shí)差曲線(t)和對(duì)數(shù)電阻率曲線(logR)的變化比例,即“l(fā)ogR-Δt”交會(huì)圖的斜率。待定系數(shù)k的求取步驟為:①提取出目標(biāo)層中與烴源巖互層發(fā)育的粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖層;②針對(duì)提取出的粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖層,以對(duì)數(shù)電阻率(logR)為橫坐標(biāo),以聲波時(shí)差(Δt)為縱坐標(biāo),構(gòu)建交會(huì)圖;③利用最小二乘法擬計(jì)算交會(huì)圖的斜率,計(jì)算得到k值,記為“預(yù)測(cè)k值”。

圖4為研究區(qū)35口TOC系統(tǒng)取樣井中“預(yù)測(cè)k值”與“最優(yōu)k值”的對(duì)比結(jié)果,可見(jiàn)“l(fā)ogR-Δt”交會(huì)圖法得到的“預(yù)測(cè)k值”與基于單井實(shí)測(cè)TOC優(yōu)化計(jì)算的“最優(yōu)k值”非常吻合,兩者相關(guān)度的平方(R2)達(dá)到0.92。同時(shí),從典型井k與TOC預(yù)測(cè)誤差關(guān)系曲線看(圖2(a)～圖2(d)),“預(yù)測(cè)k值”與“最優(yōu)k值”對(duì)應(yīng)的TOC誤差非常接近,表明“預(yù)測(cè)k值”計(jì)算TOC效果可靠,切實(shí)可行。根據(jù)35口井統(tǒng)計(jì),“預(yù)測(cè)k值”導(dǎo)致TOC相對(duì)誤差平均增加4.2%,可信度較高。

圖4 單井預(yù)測(cè)k值與最優(yōu)k值的對(duì)比關(guān)系Fig.4 Comparition between predicted k and ideal k for 35 single wells

3.2.3 待定系數(shù)a的預(yù)測(cè)

圖3分析表明待定系數(shù)a在同一區(qū)帶、同一沉積環(huán)境的鄰間之間變化不大,說(shuō)明“分區(qū)、分相”預(yù)測(cè)a值是可行的。為此,依據(jù)南一段的展布形態(tài)和烴源巖發(fā)育環(huán)境的差異,將南一段分為南部洼陷區(qū)和北部洼陷區(qū),將烴源巖沉積環(huán)境分為湖相和辮狀河三角洲相。表1統(tǒng)計(jì)了不同區(qū)帶、相帶中具有實(shí)測(cè)TOC井的待定系數(shù)a的優(yōu)化計(jì)算結(jié)果。

分析可知:①同一區(qū)帶同一沉積環(huán)境之間a值分布穩(wěn)定,平均絕對(duì)偏差不超過(guò)0.32,說(shuō)明分區(qū)、分相預(yù)測(cè)待定系數(shù)a是可行的;②同一區(qū)帶不同相帶之間a值相差較大,說(shuō)明分相帶預(yù)測(cè)a值是必要的;③不同區(qū)帶同一相帶之間a值也存在一定的差異,說(shuō)明分區(qū)帶確定a值也是有實(shí)際意義的。實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,對(duì)應(yīng)缺少實(shí)測(cè)TOC而無(wú)法計(jì)算“最優(yōu)a值”的井,待定系數(shù)a取對(duì)應(yīng)區(qū)帶、相帶a的平均值。

表1 待定系數(shù)a“分區(qū)、分相”方法預(yù)測(cè)結(jié)果Table 1 Predicting results of parameter afor different facies and areas

3.3 模型應(yīng)用效果檢驗(yàn)

統(tǒng)計(jì)變系數(shù)ΔlogR技術(shù)和傳統(tǒng)ΔlogR技術(shù)在35口取樣井、450個(gè)取樣點(diǎn)的應(yīng)用效果,表2中列出了部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果。其中,變系數(shù)ΔlogR技術(shù)中的待定系數(shù)k利用“l(fā)ogR-Δt”交會(huì)圖法計(jì)算,待定系數(shù)a按照“分區(qū)、分相”方法確定;ΔlogR技術(shù)中的唯一的待定參數(shù)Ro依據(jù)實(shí)測(cè)值確定,缺少化驗(yàn)數(shù)據(jù)的井通過(guò)Ro-深度的關(guān)系的趨勢(shì)線估算。

分析表明,變系數(shù)ΔlogR技術(shù)預(yù)測(cè)TOC與實(shí)測(cè)TOC值的平均相對(duì)誤差為16.6%,對(duì)TOC低值(小于2%)和高值(大于2%)部分預(yù)測(cè)結(jié)果都比較可靠;而ΔlogR技術(shù)預(yù)測(cè)TOC與實(shí)測(cè)TOC值的平均相對(duì)誤差多數(shù)超過(guò)20%,平均達(dá)到36.5%。變系數(shù)ΔlogR技術(shù)比傳統(tǒng)ΔlogR技術(shù)平均降低19.9%,而且井剖面上看(圖5),變系數(shù)ΔlogR技術(shù)預(yù)測(cè)TOC與巖心實(shí)測(cè)TOC基本吻合,測(cè)井計(jì)算TOC曲線準(zhǔn)確地反映了實(shí)測(cè)TOC的垂向變化。

表2 變系數(shù)ΔlogR技術(shù)與傳統(tǒng)ΔlogR技術(shù)TOC預(yù)測(cè)結(jié)果Table 2 TOC calculating results of variable-coefficient ΔlogR technology and traditional ΔlogR technology

圖5 W23井南一段烴源巖TOC測(cè)井評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.5 TOC predicting results of source rocks in the First Member of Nantun Formation of well Wu23

4 研究區(qū)烴源巖精細(xì)評(píng)價(jià)結(jié)果

在驗(yàn)證變系數(shù)ΔlogR技術(shù)可行性的基礎(chǔ)上,將其應(yīng)用于鉆穿南一段且全區(qū)覆蓋的120口井烴源巖TOC評(píng)價(jià)。在建立烴源巖分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,依據(jù)測(cè)井計(jì)算TOC實(shí)現(xiàn)烴源巖分級(jí)評(píng)價(jià)和體系域中各級(jí)別烴源巖發(fā)育頻率的確定,采用“鉆井定頻率、層序控展布”的方法,落實(shí)不同豐度級(jí)別烴源巖的厚度分布和體積。

4.1 烴源巖分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

不同豐度級(jí)別烴源巖的生排烴能力不同,對(duì)油氣成藏的貢獻(xiàn)也不同,因此開(kāi)展烴源巖分級(jí)評(píng)價(jià)對(duì)客觀評(píng)價(jià)油氣資源潛力是必要的[15]。TOC和氫指數(shù)(IH)都反映烴源巖的生烴能力,兩者的交會(huì)圖在烴源巖分級(jí)評(píng)價(jià)中已被證明具有較強(qiáng)的可行性[11]。依據(jù)研究區(qū)南一段烴源巖實(shí)測(cè)TOC和氫指數(shù)(IH)的關(guān)系(圖6),按照TOC將烏爾遜凹陷烴源巖分為三級(jí):TOC含量介于0.4%～1.0%時(shí),IH隨著TOC的增大緩慢增加,該部分烴源巖的生烴能力較差,評(píng)價(jià)為差烴源巖;TOC含量介于1.0%～2.0%時(shí),IH隨著TOC的增大迅速增加,烴源巖生烴能力較強(qiáng),評(píng)價(jià)為中等烴源巖;TOC含量大于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。楊濤濤等[12]根據(jù)物質(zhì)平衡原理得到烏爾遜凹陷優(yōu)質(zhì)烴源巖TOC值下限為2.0%,本次確定的優(yōu)質(zhì)烴源巖TOC下限值與其一致。

圖6 烏爾遜凹陷南一段烴源巖TOC與IH的關(guān)系Fig.6 Relationship between TOC and IH of sources rocks in the First Member of Nantun Formation

4.2 不同級(jí)別烴源巖的厚度分布

研究區(qū)南一段由一套完整的三級(jí)層序構(gòu)成,發(fā)育位體系域(LST)、水進(jìn)體系域(TST)和高位體系域(HST)[27]。在烴源巖分級(jí)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上,根據(jù)測(cè)井TOC曲線計(jì)算得到單井各體系域內(nèi)不同豐度界別烴源巖的厚度比例,即“鉆井定頻率”。以W23井為例(圖5),其TOC計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1,該井優(yōu)質(zhì)烴源巖在低位體系域中的厚度比例約為5%,水進(jìn)體系域中優(yōu)質(zhì)烴源巖比例約為75%,高位體系域中優(yōu)質(zhì)烴源巖的厚度比例約為35%,即優(yōu)質(zhì)烴源巖主要發(fā)育湖侵體系域和高位域;中等級(jí)別烴源巖在各體系域均有發(fā)育,低位域內(nèi)中等源巖厚度比例約為50%,水進(jìn)體系域內(nèi)中等源巖厚度比例約為20%,高位域內(nèi)中等烴源巖厚度比例約為30%;差烴源巖主要分布在低位域,厚度比例約為50%,水進(jìn)體系域內(nèi)差源巖厚度比例約為2%,高位域內(nèi)差烴源巖厚度比例約為5%。同理,可得到其他119口井中不同體系域內(nèi)不同級(jí)別烴源巖的發(fā)育頻率。

在“鉆井定頻率”的基礎(chǔ)上,結(jié)合地震分層和井間插值方法實(shí)現(xiàn)無(wú)井區(qū)烴源巖分布預(yù)測(cè),通過(guò)分層序累加的方法獲取不同豐度級(jí)別烴源巖的厚度分布,即“層序控展布”。操作方法如下:①以體系域?yàn)榛締卧?在同一體系域內(nèi),在已知井間通過(guò)克里金插值的方法,獲取無(wú)井區(qū)不同級(jí)別烴源巖的厚度比例,由體系域厚度和烴源巖的發(fā)育頻率的乘積得到該體系域中某一級(jí)別烴源巖的厚度;②按此方法得到其他體系域中相應(yīng)級(jí)別烴源巖的厚度;③對(duì)所有體系域同一級(jí)別烴源巖厚度進(jìn)行累加,得到該級(jí)別烴源巖厚度分布。

圖7為南一段不同級(jí)別烴源巖的厚度分布,其中,差烴源巖具有分布面積大、厚度薄的特征,分布面積與南一段面積相當(dāng),厚度一般為15～20 m,凹陷四周相對(duì)發(fā)育,向湖盆中心厚度略微增大(圖7(a));中等級(jí)別烴源巖具有發(fā)育面積大、厚度中等的特征,累計(jì)厚度大于10 m的中等烴源巖的分布面積約占南一段面積的80%,厚度一般為10～25 m,南一段北部和南部發(fā)育程度大致相當(dāng)(圖7(b));優(yōu)質(zhì)烴源巖具有發(fā)育面積中等、厚度大的特征,累計(jì)厚度超過(guò)25 m的優(yōu)質(zhì)烴源巖的分布面約占南一段面積的55%,厚度一般為25～45 m,局部最厚超過(guò)65 m,南一段北部和南部各發(fā)育一個(gè)厚度高值區(qū),北部發(fā)育程度略高(圖7(c))。

圖7 烏爾遜凹陷南一段不同級(jí)別烴源巖厚度分布Fig.7 Depth contour map of source rocks of various grades in the First Member of Nantun Formation of Wuerxun Sag

4.3 不同級(jí)別烴源巖的體積

對(duì)南一段進(jìn)行1 km×1 km網(wǎng)格劃分,以網(wǎng)格為單元,對(duì)圖7中不同豐度級(jí)別烴源巖的厚度和面積進(jìn)行積分,得到差烴源巖的體積為0.46×1011m3,中等烴源巖的體積為1.08×1011m3,優(yōu)質(zhì)烴源巖的體積為1.59×1011m3(圖8)。進(jìn)一步計(jì)算得到南一段烴源巖總體積為3.13×1011m3,差級(jí)別烴源巖的體積比例為14.7%,中等級(jí)別烴源巖的體積比為34.5%,優(yōu)質(zhì)烴源巖的體積比例為50.8%。

圖8 烏爾遜凹陷南一段不同級(jí)別烴源巖體積比例Fig.8 Volume ratio of source rocks of different grades in the First Member of Nantun Formation

5 結(jié) 論

(1)研究區(qū)主力烴源巖層(南一段)烴源巖的非均質(zhì)性強(qiáng),ΔlogR技術(shù)采用經(jīng)驗(yàn)公式(參數(shù))預(yù)測(cè)該區(qū)TOC平均相對(duì)誤差達(dá)到36.5%,評(píng)價(jià)結(jié)果無(wú)法有效地指導(dǎo)勘探實(shí)踐。

(2)變系數(shù)ΔlogR技術(shù)將傳統(tǒng)ΔlogR技術(shù)中的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)視為待定系數(shù)(k和a),通過(guò)利用“ΔlogR-Δt”交會(huì)圖預(yù)測(cè)待定系數(shù)k和“分區(qū)、分相”法預(yù)測(cè)待定系數(shù)a,變系數(shù)ΔlogR技術(shù)預(yù)測(cè)TOC與實(shí)測(cè)TOC的平均相對(duì)誤差為16.6%,比傳統(tǒng)方法平均降低19.9%,實(shí)現(xiàn)了南一段烴源巖TOC準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。

(3)依據(jù)實(shí)測(cè)TOC與氫指數(shù)(IH)的關(guān)系將南一段烴源巖分為3級(jí),應(yīng)用過(guò)程中采用測(cè)井計(jì)算TOC指導(dǎo)烴源巖分級(jí)。以120口單井TOC測(cè)井評(píng)價(jià)結(jié)果和精細(xì)的地震分層為基礎(chǔ),通過(guò)“鉆井定頻率、層序定展布”的方法,得到南一段差烴源巖厚度一般為15～20 m,中等烴源巖厚度一般為15～20 m,優(yōu)質(zhì)烴源巖的厚度一般為20～45 m,差烴源巖、中等烴源巖、優(yōu)質(zhì)烴源巖的體積分別為0.46×1011、1.08×1011和1.59×1011m3,體積比例分別為14.7%、34.5%和50.8%。

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(編輯 修榮榮)

TOC evaluation using variable-coefficient ΔlogRmodel

CHEN Haifeng1,2, WANG Fengqi1,2, WANG Min3, YU Huiyu4

(1.GeoscienceCollege,NortheastPetroleumUniversity,Daqing163318,China;2.ProvinceKeyLaboratoryofUnconventionalOilandGasReservoirandDevelopment,NortheastPetroleumUniversity,Daqing163318,China;3.ResearchInstituteofUnconventionalPetroleumandRenewableEnergyinChinaUniversityofPetroleum,Qingdao266580,China;4.ResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopmentChinaNorthwestBranch,Lanzhou730020,China)

The source rocks in the First Member of Nantun Formation of Wuerxun sag, Hailaer Basin are characterized by strong organic heterogeneity with large variations in total organic carbon(TOC) values, resulting in the organic abundance of source rocks which cannot be represented by limited and discrete test samples. Source-rock sections can be easily recognized by high natural gamma ray, high interval transit time and medium resistivity logging response, but it is difficult to establish a universal TOC prediction formula, because the key parameters in ΔlogRmodel vary from well to well. Unlike in conventional approaches where ΔlogRis approximated empirically, an new approach that assumes ΔlogRas unknow parameters (kanda) is applied. In the variable-coefficient ΔlogRmodel, "k" is predicted according to single well, whereas "a" is predicted in the light of zones and facies. This variable-coefficient ΔlogRmodel is applied to 120 wells. Sources rocks in the First Member of Nantun Formation are divided into three grades according to the relationship between measured TOC and Hydrogen index (IH). TOC limit for poor source rocks, medium source rocks and excellent source rocks are 1.0% and 2.0%, thus logging-derived TOC is used to classify source rocks. Within the sequence stratigraphic framework, the depth of source rocks of various grades is determined by calculating thickness ratio of various-grade source rocks in system tracts of single well and by using the Kriging interpolation between all the wells. The results show that logging calculated TOC by the variable-coefficient ΔlogRmodel agrees well with the measured values. The TOC predicting error by the variable-coefficient ΔlogRmodel is about 16.6%, with 19.9% reduction than the traditional ΔlogRmodel. For the three rock types, poor source rocks, medium source rocks, and excellent source rocks, their depths are 15-20 m, 10-20 m, and 20-45 m; and their volumes are 0.46×1011m3, 0.46×1011m3, and 1.08×1011m3, respectively. These three types account for 14.7%, 34.5%, and 50.8% of total source rocks in volume.

well logging; source rocks; total organic carbon(TOC); variable-coefficient ΔlogRmodel; Wuerxun sag; Hailaer Basin

2016-04-26

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41402110)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)(14CX05017A)

陳海峰(1974-)，男，副教授，博士，研究方向?yàn)榈厍蛭锢頊y(cè)井與油氣資源評(píng)價(jià)。E-mail:chf_bj@126.com。

1673-5005(2017)04-0054-011

10.3969/j.issn.1673-5005.2017.04.007

TE 122.3

A

陳海峰,王鳳啟,王民,等. 基于變系數(shù)ΔlogR技術(shù)的烴源巖TOC精細(xì)評(píng)價(jià)[J].中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)報(bào)),2016,41(4):54-64.

CHEN Haifeng, WANG Fengqi, WANG Min, et al. TOC evaluation using variable-coefficient ΔlogRmodel [J].Journal of China University of Petroleum (Edition of Natural Science),2016,41(4):54-64.