基于M—N动态交会的页岩油岩性组分定量计算方法_徐文远.pdf

Vol.46 No.6 Dec 2022第46卷 第6期 2022年12月测 井 技 术WELL LOGGING TECHNOLOGY文章编号：10041338（2022）06074406基于MN动态交会的页岩油岩性组分定量计算方法徐文远，赵静，赵延静，徐蕴颖，钱晨，左东星（中国石油集团测井有限公司长庆分公司，陕西 西安 710021）摘要：鄂尔多斯盆地延长组长73地层源储共生、矿物成分复杂，是典型的页岩油藏。测井曲线整体表现为高自然伽马、高电阻率、高声波时差、高补偿中子、低密度以及自然电位失真的特征，测井综合解释对成像测井及钻井取心的依赖性较强，在岩性组分定量评价与储层划分方面存在明显的技术短板。以常规测井曲线为基础，利用声电面积及自然伽马曲线拟合得到精度较高的总有机碳含量计算模型，采用动态交会的方式逐点确定地层泥岩点与砂岩点M、N值，定量计算地层不同岩性组分含量。该方法既考虑了曲线标准化及有机质对测井曲线的影响，也解决了岩石骨架参数变化大的难题，具有理论依据充分、简单适用、普适性强的特点。通过在3 300多口新、老井中推广应用，识别了一大批前期认识不清的页岩油层，解释成果得到取心、成像及试油等多方面验证，为页岩油勘探开发及储量计算提供了有力支持。关键词：页岩油；岩性组分；常规测井；MN动态交会中图分类号：P631.84 文献标识码：ADoi:10.16489/j.issn.10041338.2022.06.016Quantitative Calculation Method of Lithology Components Based on MN Dynamic Intersection in Shale OilXU Wenyuan,ZHAO Jing,ZHAO Yanjing,XU Yunying,QIAN Chen,ZUO Dongxing(Changqing Branch,China National Logging Corporation,Xian,Shaanxi 710021,China)Abstract:The Chang 73 formation in Ordos basin is a typical shale oil reservoir in China,which is characterized by source-reservoir symbiosis and complex mineral composition.There are obvious technical weaknesses in quantitative evaluation of lithologic components and reservoir classification.It is difficult to make a comprehensive interpretation without imaging logging and core description as its conventional logging response is summarized as“four high,one low and one distortion”.Based on conventional logging data,the calculation model of total organic carbon content with high accuracy is obtained by fitting acoustic electric area and natural gamma curve,the MN value of mudstone and sandstone points in the stratum are determined point by point by dynamic intersection,to evaluate lithologic components of shale formation.This method not only considers the influence of curve standardization and organic matter on logging curves,but also solves the problem of large changes in rock skeleton parameters.It has the characteristics of sufficient theoretical basis,simple application and strong universality.Through the promotion and application in more than 3 300 new and old wells,a large number of shale oil layers that are not clearly recognized in the early stage are identified,and the interpretation results are verified by coring,imaging,oil testing and other aspects,providing strong support for shale oil exploration and development and reserve calculation.Keywords:shale oil;lithologic component;conventional logging;MN dynamic intersection0 引 言中国的页岩油气资源丰富，二十世纪六十年代就已经在多个盆地发现了页岩油，当时认为是储存在泥页岩裂缝中的油藏。随着对页岩油气认识的不断深入和科学技术手段的持续进步，近年在鄂尔多斯、松辽、济阳、濮阳、准噶尔以及南襄等多个盆地页岩地层获得勘探突破。与常规储层相比，页岩储层从岩性、储集空间到流体赋存状态都存在很大的差别，不能延用解释常规储层的理论和方法进行评价。鄂尔多斯盆地延长组长7地层资源量丰富、储量规模大，共发育3类页岩油，其中I类页岩油已实现大规模效益开发，建成了国家级页岩油示范区；长73地层主要发育II类、III类页岩油，为陆相湖盆沉积基金项目：中国石油集团测井有限公司项目“页岩油测井评价关键技术研究与应用”（CPL2020-B01）第一作者：徐文远，男，1987 年生，工程师，硕士，从事页岩油测井解释与评价工作。E-mail：第46卷 第6期745 徐文远，等：基于 MN 动态交会的页岩油岩性组分定量计算方法体系，以半深湖-深湖重力流沉积相为主，具有源储共生、矿物组分多样及孔隙结构复杂的特点1-2。常规测井响应可以总结为“四高一低一失真”，即高自然伽马、高电阻率、高声波时差、高补偿中子、低密度以及自然电位失真。综合解释对成像测井及钻井取心的依赖性强，在划分有效储层及定量计算参数方面存在明显的技术短板。精确计算泥质及总有机碳含量是盆地高自然伽马页岩油测井评价的关键。总有机碳含量的测井评价方法有很多，主要分为两大类。以多元线性回归为基础的曲线拟合法。1945年，Beers 3利用自然伽马放射性强度评价总有机碳含量（TOC），利用铀元素与总有机碳含量的关系进行烃源岩有机质丰度评价。以logR法为代表的测井曲线叠合法。1990年，Passey等4结合岩心数据进行分析，得出了logR与总有机碳含量的拟合关系，绘制了TOC的计算图版。两类方法在含油气盆地的烃源岩评价中均取得了较好应用效果5-12。泥质含量计算方法主要有自然伽马（电位）法、中子密度法及电阻率法等13，受测井曲线“四高一低一失真”的影响，现有技术手段在目标层系应用效果并不理想。截至2020年5月，长庆油田累计有17口井在高自然伽马地层获得工业油流，其中11口井在测井解释时未进行储层划分，其余井参考核磁共振及岩心资料识别出了有效储层，但提供的岩性剖面不能反映储层内部的非均质性，与地质规律不符。该文以常规测井曲线为基础，对logR法进行技术延展，用声电面积替代固定的声波、电阻率基线，考虑了岩性及孔隙度对测井响应的影响，提高了总有机碳含量的计算精度。通过对矿物组分的系统分析，确定了泥岩线的表述方程，采用三角交会的方式逐点求取泥岩点与砂岩点位置，既考虑了曲线标准化及有机质对测井曲线的影响，也解决了岩石骨架参数变化大的难题，实现了长73地层主要岩性组分的定量计算。1 地层主要岩性及测井特征长73地层岩性组分主要包括石英、长石（钾长石、斜长石）、黏土矿物（伊利石、伊蒙混层、高岭石、蒙脱石等）、黄铁矿、碳酸盐岩矿物（方解石、白云石）等。砂岩碎屑中“石英+长石”含量达70%80%，受物源影响，石英、长石所占比例略有不同（见表1）。综合地质评价需求及测井响应特征差异，将岩性分为黑色页岩、暗色泥岩、粉砂岩、细砂岩及凝灰岩这5大类。不同岩石类型均见含油气显示，其中砂岩显示最好，以油斑、油迹为主；黑色页岩、暗色泥岩为生油岩，气测全烃显示明显。试油试采及薄片分析结果证实粉砂岩、细砂岩为研究区有效储集岩性，泥岩及页岩孔隙以微孔为主，为非有效储集岩性。表2为各岩性对应的测井特征及判别标准。表 1 长 73地层砂岩碎屑构成统计表地区石英 含量/%长石 含量/%火成岩 含量/%变质岩屑 含量/%沉积岩岩屑 含量/%其他岩屑 含量/%华庆40.2137.683.123.723.725.38镇北47.5523.814.595.907.693.81合水46.6328.553.585.474.785.72环江37.5830.654.866.772.7410.25表 2 长 73地层主要岩性测井特征及判别标准统计表岩性测井特征判别标准自然伽马/API声波时差/（sm1）密度/（gcm3）中子/%光电吸收 截面指数/（beV1）*声波时差 与深电阻率 比值泥质含量/%自然伽马/API总有机碳 含量/%细砂岩1502.40183.08.540150粉砂岩1003002502752.302.5018303.58.540130300暗色泥岩1301802002502.302.7018304.06.04010018048黑色页岩15027524301506凝灰岩150250188.5150*非法定计量单位，1 b/eV=6.241 46 1010 m2/J，下同2022年测 井 技 术746 2 岩性组分定量计算总有机碳含量是烃源岩评价中反映岩石有机质丰度最主要的一个指标，其计算精度一是可以厘清烃源岩纵横向展布规律，落实资源潜量；二是有利于分析干酪根对测井响应特征的影响，为其他参数的精确求取奠定基础。泥质含量是砂泥岩地层参数计算与评价的重要基础参数，它不仅反映地层的岩性，而且与储层的有效孔隙度、含水饱和度、束缚水饱和度、渗透率等参数密切相关。综合长73地层地质评价需求及不同岩性组分的测井特征差异，将地层分为泥质、砂质及有机质3部分，这3部分岩性组分的准确求取可为页岩油识别提供解决方案。2.1 总有机碳含量长7段发育的黑色页岩和暗色泥岩是盆地中生界主要烃源岩，镜下观察鉴定为型或型，总有机碳含量大于6%，氯仿沥青大于0.6%12。基于多口井的系统取心，以多元回归为基础建立了总有机碳含量计算模型TOCACDENGR=-[phone] 037.（1）式中，AC为测井测量的声波时差值，s/m；DEN为测井测量的密度值，g/cm3；GR为测井测量的自然伽马值，API。该模型丰富了盆地内烃源岩评价方法，为资源潜量预测提供了依据，但其在非源岩及低丰度源岩段的计算结果偏高，不利于开展岩性组分精细评价。该文以logR法为基础进行延展，通过选用合适的刻度参数，用声电面积替代固定的声波、电阻率基线，考虑了岩性及孔隙度对测井响应的影响，结合自然伽马曲线拟合获得总有机碳含量计算公式，其计算精度显著提高见式（2）。同时，进一步计算了干酪根体积组分见式（3）。TOCGRS=-+0 08420 00428 147.rtac（2）VTOCKtt=（3）式中，Srtac为特定刻度下声波时差及电阻率曲线归一化的包络面积，小数；Vt为干酪根体积组分，小数；t为干酪根密度，g/cm3；K为干酪根转化因子，一般取1.2。图1为新、旧方法计算总有机碳含量与实验分析结果的对比。图1中第9道蓝色实线为原模型计算总有机碳含量，非源岩段计算总有机碳整体在6%以上，与实际不符。第10道为新方法计算总有机碳含量与实验分析结果对比，效果提升明显。长 6长 7长 8长 7地质分层1001100110011001100110 in（AT 10）/（m）20 in（AT 20）/（m）30 in（AT 30）/（m）60 in（AT 60）/（m）90 in*（AT 90）/（m）阵列感应测井2.12.9密度/（gcm-3）36-12补偿中子/%350150声波时差/（sm-1）孔隙度测井68018018030自然伽马/API1000自然电位/mV52光电吸收截面指数/（beV-1）岩性测井020全烃/%重烃全烃地质录井与取心深度/m取心录井2002 0002 0500.2电阻率/（m）150400声波时差/（sm-1）声波电阻率包络400400分析总有机碳含量/%分析总有机碳含量/%400400原模型计算总有机碳含量/%原模型计算效果新模型计算总有机碳含量/%新模型计算效果图1 城Aa井总有机碳含量新、旧模型计算对比*非法定计量单位，1 ft=12 in=0.304 8 m，下同第46卷 第6期747 2.2 泥质与砂质含量泥质含量是岩石中粒径小于0.1 mm的细粉砂和湿黏土的体积占岩石体积的百分数，其主要计算方法有自然电位法、自然伽马法、自然伽马能谱法、光电吸收截面指数法等。受高放射性有机质等因素影响，长73地层自然伽马及自然电位在目的层段没有分层能力，亦不能用于泥质含量定量计算；勘探成本、井眼环境等因素也制约了自然伽马能谱与光电吸收截面指数法在目的层段的规模化应用。基于此，该文以三孔隙度测井为基础，建立了基于MN动态交会的泥质含量计算方法。M、N分别是声波密度和中子密度交会图上某一岩性线的斜率，是三孔隙度曲线消除孔隙度影响得到的重要参数，对地层岩性反映灵敏，其计算公式为MtACDEN=-ff0 003.（4）NCNLDEN=-nff（5）式中，tf为流体声波时差值，s/m；f为流体密度值，g/cm3；nf为流体中子值，%；CNL为地层补偿中子，%；系数0.003是当声波时差采用法定计量单位（s/m）时加入的系数，目的是使M与N大小相当。研究区主要岩性的M、N值见表3，其在M N交会图中的对应位置见图2。从图2可见，干酪根与砂泥组分物理性质差异较大，在交会图中距离较远，说明有机质对三孔隙度曲线影响大，岩性组分含量的求取应先进行干酪根校正；相比其他矿物组分，石英和长石在交会图中位置较近，可以作为一个整体，即砂质来进行表述；黏土矿物组分多样，蒙脱石、伊利石、高岭石在交会图中不集中但整体在一条直线上，通过拟合方式可以获得泥岩线方程，表述为NaMb=+，其中a、b为常数。表 3 常见岩性及干酪根的 M、N 值统计表分类声波时差/（sft1）密度/（gcm3）补偿 中子/%M值N值钠长石49.02.610.0050.8560.624钾长石60.02.570.0200.8090.624石英55.52.650.0300.7960.624高岭石80.02.630.3700.6580.387伊利石90.02.790.3000.5440.391蒙脱石120.02.780.2180.3810.439干酪根120.01.400.6501.6970.875石英钠长石钾长石高岭石伊利石蒙脱石干酪根00.30.60.91.200.51.01.52.0N 值M 值图2 长7地层主要岩性组分在MN交会图中的位置基于以上分析，分两步实现泥质含量计算：干酪根校正。综合地质评价需求及地层岩石骨架体积模型，推导获得干酪根校正后骨架的M、N值为MMVMVgjttt=-1（6）NNVNVgjttt=-1（7）式中，Mgj、Ngj分别为经干酪根校正后骨架的M、N值，小数；Mt、Nt分别为干酪根理论M、N值，小数。基于MN动态交会计算地层泥质含量。如图3所示，过蒙脱石、伊利石及高岭石点拟合得到泥岩线表述方程 NM=-+0 1950 508.；过蒙脱石及高岭石点分别作数据体的切线，两切线交点的位置即为砂岩点位置Q；过砂岩点Q及地层采样点S绘制直线g （M、N）与泥岩线相交，交点位置即是采样点泥质骨架在MN交会图中的位置；设泥质骨架点与采样点、砂岩点间的距离分别为L1、L2，即可获得泥质含量计算公式为MNLLsh=12/（8）忽略黄铁矿、方解石等非主要矿物的影响，砂质含量计算公式为MNVMNsandtsh=-1（9）0.700.650.600.550.500.450.400.350.300.80.70.60.50.40.3砂岩点Q蒙脱石伊利石高岭石泥岩线采样点S泥质骨架点MgjNgj图3 基于M N三角交会的泥质含量计算方法评价示意图徐文远，等：基于 MN 动态交会的页岩油岩性组分定量计算方法2022年测 井 技 术748 3 应用效果分析研究成果在鄂尔多斯盆地延长组长7地层页岩油测井解释中全面推广应用。图4为宁Abc井长73地层综合解释成果图，图5为近年完钻的一口探井蔡Ab井综合解释成果图。长 70-0.2020100.01全烃/%重烃全烃计算渗透率/mD*油迹油迹油迹渗透率计算孔隙度/%井径/cm孔隙度计算含水饱和度/%饱和度地质分层1 00011 00011 00011 00011 000110 in（AT 10）/（m）20 in（AT 20）/（m）30 in（AT 30）/（m）60 in（AT 60）/（m）90 in（AT 90）/（m）阵列感应测井2.12.9密度/（gcm-3）36-12补偿中子/%350150声波时差/（sm-1）孔隙度测井680180511 7201 7301 7401 7501 76052535455565152180300100001001000251535自然伽马/API1000自然电位/mV52光电吸收截面指数/（beV-1）岩性测井现解释剖面深度/m取心录井解释 复查孔隙度/%干酪根砂岩原解释剖面泥岩泥岩孔隙度/%砂岩凝灰岩精细解释结论测井解释结论地质录井与取心图4 宁Abc井长73地层综合解释成果图*非法定计量单位，1 mD=9.8710-4m2长 7长 8地质分层1 00011 00011 00011 00011 000110 in（AT 10）/（m）20 in（AT 20）/（m）30 in（AT 30）/（m）60 in（AT 60）/（m）90 in（AT 90）/（m）阵列感应测井2.12.9密度/（gcm-3）36-12补偿中子/%350150声波时差/（sm-1）孔隙度测井6801805960611 8501 8601 8701 8801 8901 9001 9106261626363646564656667686968697072717374-2.24-1.446667180303 0000.33 0000.320000100自然伽马/API1000自然电位/mV52光电吸收截面指数/（beV-1）岩性测井T2谱T2截止值/msT2几何平均值/msT2谱/p.u.测井解释剖面岩性岩性结论深度/m取心录井解释复查孔隙度/%干酪根砂岩泥岩凝灰岩精细解释结论原解释结论地质录井与取心图5 蔡Ab井长73地层综合解释成果图第46卷 第6期749 图4中1 7301 740 m层段自然伽马为高值，由于前期认识不足，测井解释未能识别出有效储层。该段气测全烃显示异常，录井见油迹显示，在1 7351 738 m井段进行压裂测试，日产纯油24.23 t。采用基于MN动态交会的岩性组分定量计算方法对该井进行重新处理，识别出5356号储层，其中55号储层声波时差为250.0 s/m，密度为2.47 g/cm3，计算的泥质含量为21.90%，孔隙度为12.58%，渗透率为1.35103 m2，综合解释为油层，与试油结果一致。图5中长73地层1 8821 910 m层段自然电位失真，自然伽马中高值，常用测井方法划分储层困难，采用基于MN动态交会的岩性组分定量计算方法对该层段进行精细处理，识别出6469号储层，岩性剖面与取心及成像测井资料吻合。64号储层计算的泥质含量为11.35%，孔隙度为10.32%，解释为油层。66、67、69号层识别为差油层，解释结论得到试油资料证实。在1 8821 906 m层段进行压裂测试，日产纯油33.32 t。应用该方法重新处理3 000余口老井，拓展砂体分布范围达4 000 m3；同时，处理近300口新井，其中16口井试油压裂，14口井获得工业油流，取得良好应用效果，改变了以往因岩性组分认识不清导致油层漏解释的局面。基于常规测井曲线的岩性组分定量计算方法为页岩油老井重新认识及新井降本增效提供了技术支撑。4 结 论（1）该文以logR法为基础进行延展，用声电面积替代固定的声波、电阻率基线，考虑了岩性及孔隙度对测井响应的影响，总有机碳含量计算精度显著提高。（2）针对高伽马地层岩性表征难题，创新形成基于MN三角交会的泥质含量计算方法，该方法能够逐点计算地层砂、泥岩骨架M、N值，既消除了干酪根的影响，也自带曲线标准化属性，实现了页岩地层泥质含量的准确求取。（3）岩性组分定量计算与储层识别是长73高伽马页岩油测井评价的关键，该文以常规测井为基础，提供了一种页岩油地层岩性组分定量计算方法，实现了工业化应用。参考文献：1 喻建，杨亚娟，杜金良.鄂尔多斯盆地晚三叠世延长组湖侵期沉积特征J.石油勘探与开发，2010，37（2）：181-187.2 付金华，李士祥，牛小兵，等.鄂尔多斯盆地三叠系长 7段页岩油地质特征与勘探实践J.石油勘探与开发，2020，47（5）：870-883.3 BEERS R F.Radioactivity and organic content of some paleozoic shales J.The American 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