程 麗 嚴(yán) 偉 王 昆

中國石油化工股份有限公司勘探分公司

0 引言

國外學(xué)者利用測井資料評(píng)價(jià)烴源巖始于20 世紀(jì)40 年代，一直到80 年代后期，都在嘗試應(yīng)用自然伽馬測井曲線識(shí)別烴源巖[1-5]。后來國內(nèi)外學(xué)者除了對(duì)單一測井曲線的相關(guān)性分析外，張志偉[6]等（2000 年）用重疊法快速識(shí)別烴源巖和非烴源巖段或非儲(chǔ)集層段；Meyer[7]（1984 年）等提出通過密度—電阻率交會(huì)圖、聲波時(shí)差—電阻率交會(huì)圖等方法，可將聲波時(shí)差相對(duì)高或體積密度相對(duì)低且電阻率相對(duì)較高的數(shù)據(jù)段認(rèn)為是烴源巖；Autric 和Dumesnil[8]（1985 年）指出利用電阻率、密度和伽馬交會(huì)圖法可識(shí)別烴源巖；王貴文[9]等（2002 年）提出伽馬—時(shí)差交會(huì)圖可區(qū)分烴源巖和非烴源巖；高松洋[10]（2016 年）在巖心資料刻度下采用交會(huì)圖法優(yōu)選巖性敏感參數(shù)建立巖性識(shí)別圖版，并提取典型圖版程序化，建立了一種快速實(shí)用的測井巖性自動(dòng)識(shí)別方法。綜合分析前人研究成果，目前，利用測井資料對(duì)烴源巖進(jìn)行定性識(shí)別的方法[11-15]大多為測井曲線的疊合法和多參數(shù)的交會(huì)圖法。這類方法多適用于巖性相對(duì)單一且穩(wěn)定的地層，而川東南地區(qū)中二疊統(tǒng)茅口組茅一段烴源巖地層非均質(zhì)性較強(qiáng)，現(xiàn)有方法識(shí)別效果較差，精度不高。

筆者基于川東南地區(qū)茅一段烴源巖地層[16-17]巖心觀察、實(shí)驗(yàn)分析資料等，在分析研究各類烴源巖的測井響應(yīng)特征的基礎(chǔ)上，綜合對(duì)比分析前人研究的烴源巖識(shí)別方法，針對(duì)川東南地區(qū)茅一段優(yōu)選敏感曲線，進(jìn)一步提出了敏感參數(shù)比值法，更快速有效地識(shí)別出不同類型烴源巖。

1 烴源巖基本特征

川東南地區(qū)茅一段烴源巖地層橫向上分布面積廣、厚度穩(wěn)定，總體為富含有機(jī)質(zhì)地層，具有較好的生烴潛力[18-20]。地層巖性主要由不同灰泥比形成的瘤狀結(jié)構(gòu)的灰泥石灰?guī)r為主，且礦物成分和含量差異較大，同一巖性巖石結(jié)構(gòu)特征、源巖特征也不盡相同，造成巖石類型多樣，非均質(zhì)性極強(qiáng)，測井識(shí)別困難。

根據(jù)X-1 井巖心觀察及薄片鑒定分析資料，將研究區(qū)烴源巖劃分為灰泥石灰?guī)r、灰泥瘤狀石灰?guī)r、泥晶瘤狀石灰?guī)r與泥晶石灰?guī)r4 大類。其中灰泥石灰?guī)r和灰泥瘤狀石灰?guī)r為較優(yōu)質(zhì)的烴源巖類型，對(duì)應(yīng)巖心孔隙度最高達(dá)6.08%，平均值為2%，巖心滲透率最高達(dá)4.75 mD，平均為0.57 mD，呈低孔、低滲特征。據(jù)掃描電鏡和鑄體薄片分析，儲(chǔ)集空間類型主要分為有機(jī)質(zhì)孔、礦物粒間孔、晶間孔和微裂隙，其中以有機(jī)質(zhì)孔和微裂縫發(fā)育最具儲(chǔ)集意義。據(jù)巖心有機(jī)碳含量的測定分析，有效烴源巖占80.7%（TOC＞0.5%），中—好烴源巖（TOC＞0.8%）占46.3%，總體反映中—高有機(jī)碳含量特征，有機(jī)質(zhì)類型較好。

在常規(guī)測井曲線中，自然伽馬值與烴源巖的敏感性相對(duì)較差；三孔隙度曲線中，中子整體表現(xiàn)為中高值；密度有一定程度減小，但密度曲線受井眼條件影響較大；聲波時(shí)差在一定程度上能反映不同烴源巖類型的變化，且隨著泥質(zhì)含量的增加，聲波時(shí)差具有增大趨勢，與烴源巖敏感性相對(duì)較好。電阻率曲線對(duì)茅一段烴源巖具有更高的敏感性：在致密層段電阻率的變化主要反映巖性的變化；在富含有機(jī)質(zhì)的烴源巖段，電阻率受巖性、儲(chǔ)層物性及流體的綜合響應(yīng)表現(xiàn)為整體減小的特征，由于研究區(qū)茅一段巖心孔隙度發(fā)育段均與泥質(zhì)層段疊合，因此電阻率曲線仍能夠反映巖性差異。

綜合分析認(rèn)為，研究區(qū)優(yōu)質(zhì)的烴源巖（灰泥石灰?guī)r），整體具有高聲波、高中子、低密度、低電阻率的“二高二低”特征；中低阻的灰泥瘤狀石灰?guī)r次之；中高阻的泥晶瘤狀與灰泥瘤狀石灰?guī)r結(jié)構(gòu)較為相似，由于其泥質(zhì)含量介于灰泥瘤狀石灰?guī)r與泥晶石灰?guī)r之間，對(duì)應(yīng)電性呈中高阻特征；泥晶灰?guī)r為較致密的塊狀石灰?guī)r，泥質(zhì)含量較低（表1）。

表1 研究區(qū)各類烴源巖的測井響應(yīng)特征對(duì)比表

2 烴源巖測井定性識(shí)別方法及應(yīng)用

根據(jù)前文所述，研究區(qū)優(yōu)質(zhì)烴源巖高聲波、高中子、低密度、低電阻率的“二高二低”特征，利用與烴源巖較敏感的測井曲線進(jìn)行疊合法、交會(huì)圖法和比值法等開展烴源巖定性識(shí)別。

2.1 疊合法

疊合法是利用三孔隙度曲線(通常優(yōu)選聲波時(shí)差曲線)與電阻率曲線進(jìn)行疊加,選擇基質(zhì)孔隙和有機(jī)質(zhì)相對(duì)不發(fā)育的致密巖石地質(zhì)為基準(zhǔn)巖性，且將其孔隙度曲線與電阻率曲線重合作為基準(zhǔn)巖性刻度，根據(jù)兩條曲線之間存在的差異來辨別是否為富含有機(jī)質(zhì)的烴源巖。導(dǎo)致兩條疊合曲線分離差異的因素，主要是由于富含有機(jī)質(zhì)的烴源巖段對(duì)應(yīng)的孔隙度曲線主要表現(xiàn)為“低密度”和“高聲波”的干酪根的響應(yīng),在未成熟的富含有機(jī)質(zhì)的烴源巖中還沒有油氣生成,疊合曲線的差異主要是由孔隙度曲線響應(yīng)造成的；在成熟的烴源巖中,除了孔隙度曲線響應(yīng)之外,因?yàn)橛袩N類的存在,電阻率增加,使兩條疊合曲線產(chǎn)生的差異（或間距）更大。

圖1 為研究區(qū)X-1 井茅一段電阻率分別與聲波曲線、自然伽馬曲線的疊合圖。選取1 320.0 ～1 325.0 m 較致密的灰泥瘤狀石灰?guī)r段為基準(zhǔn)巖性段，調(diào)整電阻率和聲波曲線刻度使其在此井段重合。由于上部（1 260.0 ～1 270.0 m）和中部（1 310.0 ～1 320.0 m）巖性相對(duì)致密，AC和RT兩條曲線間隔幅度較大，且AC曲線在電阻率曲線的左邊，稱為“負(fù)差異”，在下部（13 20.0 ～1 37.00 m）曲線間隔幅度相對(duì)大，且AC曲線在電阻率曲線右邊，稱為“正差異”。

圖1 X-1 井疊合法識(shí)別烴源巖效果圖

根據(jù)X-1 井巖心刻度測井資料可知，“正差異”井段對(duì)應(yīng)的地層為優(yōu)質(zhì)巖性石灰泥灰?guī)r段（自然伽馬與電阻率曲線疊合綠色充填段、聲波時(shí)差與電阻率曲線疊合黃色充填段），“負(fù)差異”對(duì)應(yīng)致密泥晶灰?guī)r段，評(píng)價(jià)結(jié)果與X-1 井巖心分析結(jié)果對(duì)比，對(duì)于較優(yōu)質(zhì)的灰泥灰?guī)r較為一致，符合率為75%。在其他灰泥灰?guī)r含量相對(duì)較少，泥質(zhì)含量相對(duì)較高的烴源巖地層，識(shí)別程度不高。

2.2 交會(huì)圖法

交會(huì)圖法與疊合法原理相似，選取對(duì)烴源巖敏感的敏感曲線測井值直接進(jìn)行交會(huì)分析，以較為典型的烴源巖對(duì)應(yīng)的敏感曲線值分布在交會(huì)圖中的區(qū)域?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)，根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)點(diǎn)在交會(huì)圖中的分布特征來判別烴源巖的一種方法。這類方法的不足是，除較典型的巖性外，對(duì)于介于各典型巖性測井值之間的巖性的邊界不明顯，識(shí)別效果不好。

如圖2 為研究區(qū)X-1 井茅一段電阻率與聲波交會(huì)圖，根據(jù)各類烴源巖測井響應(yīng)特征可知，當(dāng)電阻率小于50 Ω·m，聲波時(shí)差大于70 μs/ft 時(shí)為灰泥石灰?guī)r；當(dāng)電阻率介于50 ～300 Ω·m 之間，聲波時(shí)差在50 ～70 μs/ft 之間時(shí)為灰泥瘤狀石灰?guī)r；當(dāng)電阻率介于300 ～2 000 Ω·m 之間，聲波時(shí)差介于50 ～60 μs/ft 時(shí)為泥晶瘤狀石灰?guī)r；當(dāng)電阻率大于2 000 Ω·m，聲波時(shí)差小于60 μs/ft 時(shí)為泥晶石灰?guī)r。由此可根據(jù)聲波—電阻率交會(huì)圖推測，當(dāng)聲波時(shí)差增高且電阻率較低時(shí)為較優(yōu)質(zhì)烴源巖。然而，對(duì)于泥晶瘤狀石灰?guī)r與灰泥瘤狀石灰?guī)r重疊區(qū)難以準(zhǔn)確區(qū)分，實(shí)際應(yīng)用效果較差。

圖2 X-1 井交會(huì)圖法烴源巖識(shí)別效果圖

2.3 比值法

基于疊合法和交會(huì)法識(shí)別烴源巖和非烴源巖的原理，在前文分析優(yōu)質(zhì)烴源巖整體具有高聲波、高中子、低密度、低電阻率的“二高二低”特征，且由于密度受井徑影響較大，而聲波時(shí)差與電阻率能夠較好地反映研究區(qū)烴源巖地層巖性變化特征的特點(diǎn)，采用模糊數(shù)學(xué)關(guān)系原理，將烴源巖類型與敏感測井曲線電阻率和聲波之間的漸變關(guān)系用數(shù)學(xué)關(guān)系的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換表達(dá)（式1、式2）。結(jié)合巖心刻度，獲取不同類型烴源巖的聲波與電阻率比值歸一化的取值基線范圍，作為識(shí)別模型劃分各類烴源巖的篩選條件，通過程序數(shù)學(xué)運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)快速精細(xì)劃分烴源巖類型、深度分布及準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)出優(yōu)質(zhì)烴源巖的有效厚度。

敏感測井參數(shù)比值關(guān)系函數(shù)為：

式中f(x1,x2)表示敏感測井參數(shù)的比值關(guān)系函數(shù)，x1、x2分別表示地層巖性敏感測井曲線值。

對(duì)比值關(guān)系函數(shù)進(jìn)行行歸一化處理，形成定性—半定量識(shí)別模型為：

式中H表示對(duì)f(x1,x2)函數(shù)歸一化后的巖性識(shí)別指數(shù)值，H∈[0,1]；x1、x2分別表示地層巖性敏感測井曲線值；m、n分別表示比值法取對(duì)數(shù)后最大最小值。

在研究區(qū)，烴源巖類型與敏感測井曲線電阻率和聲波之間敏感性最好。圖3 為應(yīng)用敏感曲線比值法對(duì)研究區(qū)3 口井的烴源巖進(jìn)行了識(shí)別和評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果認(rèn)為，根據(jù)敏感曲線（AC）與電阻率（RT）比值以0.03、0.15 和1.5 邊界線可有效識(shí)別茅一段4 類主要巖性：當(dāng)AC/RT＞1.5 時(shí)為優(yōu)質(zhì)烴源巖灰泥石灰?guī)r段（Ⅰ類），當(dāng)AC/RT介于0.15 ～1.5 時(shí)為相對(duì)優(yōu)質(zhì)的烴源巖灰泥瘤狀石灰?guī)r段（Ⅱ類），當(dāng)AC/RT介于0.03～0.15時(shí)為泥晶瘤狀石灰?guī)r（Ⅲ類），當(dāng)AC/RT＜0.03 時(shí)為較致密的泥晶石灰?guī)r。比值法能精確識(shí)別單井縱向上優(yōu)質(zhì)烴源巖和各類泥質(zhì)含量較高的烴源巖，評(píng)價(jià)結(jié)果與巖心分析結(jié)果一致，識(shí)別精度較高，符合率達(dá)92%（表2）。

圖3 X-1 井、S1 井、Y1 井比值法識(shí)別巖性效果圖

表2 X-1 井比值法識(shí)別烴源巖與巖心分析結(jié)果對(duì)比表

3 結(jié)論

1）川東南地區(qū)茅一段優(yōu)質(zhì)烴源巖具有高聲波、高中子、低密度、低電阻率的“二高二低”特征。其中聲波時(shí)差與電阻率能夠較好地反映研究區(qū)烴源巖地層巖性變化特征。

2）疊合法、交會(huì)圖法可進(jìn)行烴源巖的測井識(shí)別，方法簡單易行。但針對(duì)非均值較強(qiáng)、泥質(zhì)含量較高的烴源巖，利用測井敏感曲線比值法識(shí)別巖性精度更高，應(yīng)用效果更好。