遼中富烴凹陷烴源巖測井定量評價(jià)

李 鵬 徐 猛 尹詩琪 吳慶勛

（油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·成都理工大學(xué)，四川 成都 610059）

0 引言

遼中凹陷位于遼西凸起和遼東凸起之間，是遼東灣坳陷主要的供油區(qū)。前人已對凹陷做了很多研究工作［1-5］，但是受鉆井取樣數(shù)量影響，并未對凹陷內(nèi)優(yōu)質(zhì)烴源巖展開深入研究，因此，極大地限制了對優(yōu)質(zhì)烴源巖的資源量貢獻(xiàn)及其對油氣藏控制作用的研究。

有機(jī)碳含量是評價(jià)優(yōu)質(zhì)烴源巖的重要參數(shù)之一，在以往的評價(jià)中主要依靠地球化學(xué)分析，而測井資料具有縱向連續(xù)的優(yōu)勢，故利用測井資料進(jìn)行烴源巖的定量識(shí)別及評價(jià)。這樣既可以克服烴源巖的非均質(zhì)性［6-7］，同時(shí)又能夠較容易地得到區(qū)域范圍的烴源巖資料，為烴源巖的評價(jià)提供更加合理的參數(shù)。筆者從Δlg R方法入手，提出利用多元回歸方法，定量計(jì)算烴源巖TOC連續(xù)分布曲線。結(jié)果表明測井資料計(jì)算有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與實(shí)測結(jié)果吻合較好，多元回歸方法在烴源巖評價(jià)中是有效而準(zhǔn)確的，具有較好的推廣性。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

遼東灣地區(qū)位于渤海灣盆地東北部，盆地劃分為3凹2凸共5個(gè)次級構(gòu)造單元，目前在該區(qū)已發(fā)現(xiàn)多個(gè)油田及含油氣構(gòu)造，為一油氣富集區(qū)，其中遼中凹陷是3個(gè)凹陷中規(guī)模最大的沉積地區(qū)。遼東灣地區(qū)古近紀(jì)沉積的地層自下而上劃分為沙河街組和東營組，其中鉆井揭露的沙河街組被劃分為沙三、沙二和沙一3個(gè)巖性段，東營組被劃分為東三、東二下、東二上、東一4個(gè)巖性段。凹陷普遍發(fā)育烴源巖，為油氣藏的形成提供了必備的條件。通過鉆井資料可知，遼中凹陷主要發(fā)育沙三段、沙一段和東三段3套烴源巖，沙三段的沉積環(huán)境是以湖泊為主，在邊部發(fā)育水下扇或者扇三角洲，巖性以油頁巖或暗色泥巖為主，是遼中凹陷的主力烴源巖層段；沙一段是以油頁巖和暗色泥巖廣泛發(fā)育，其底部為碳酸鹽生物灘和湖泊沉積環(huán)境，發(fā)育碎屑云巖、生物碎屑灰?guī)r；東三段是以湖泊沉積環(huán)境為主，發(fā)育有深灰色泥巖夾砂巖透鏡體，可以作為區(qū)域性蓋層，在遼中凹陷的深洼部位亦可成熟供烴。

2 烴源巖的基本測井響應(yīng)特征

通過測井曲線來識(shí)別烴源巖，是評價(jià)烴源巖的首要任務(wù)。在正常情況下，測井曲線對烴源巖的響應(yīng)主要有：① 因烴源巖層吸附放射性元素U等，在自然伽馬曲線及能譜測井曲線上表現(xiàn)高異常。② 因干酪根的密度小于巖石骨架密度，密度曲線上烴源巖層位通常為低密度異常，在聲波時(shí)差曲線上為高時(shí)差異常。③ 成熟烴源巖層在電阻率曲線上表現(xiàn)為高異常，原因是其孔隙流體中含有不易導(dǎo)電的液態(tài)烴［8］。綜上所述，測井曲線上烴源巖與其他非烴源巖地層相比具有高自然伽馬、高聲波時(shí)差、高電阻率和低密度的特征。

為了找出富含有機(jī)質(zhì)泥巖與有機(jī)質(zhì)含量低的泥巖的測井差異，在烴源巖層找了具有代表性的一段（2 700 m），又在非烴源巖層找了具有代表性的層段（2 350 m），其結(jié)果列于表1。由表1可知，烴源巖的電阻率、自然伽馬、自然電位、聲波時(shí)差均大于正常泥巖。因此在遼中凹陷，烴源巖一般都有自然伽馬、自然電位、電阻率、聲波時(shí)差增大的現(xiàn)象，其中電阻率和聲波時(shí)差變化最為顯著。

表1 烴源巖與正常泥巖測井響應(yīng)差異表

3 烴源巖的測井識(shí)別

3.1 測井識(shí)別方法

1945年，Beers等首先利用鈾含量與有機(jī)碳的關(guān)系來研究烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度［9］。之后，眾多學(xué)者根據(jù)不同盆地?zé)N源巖的特征，提出了定性識(shí)別烴源巖TOC的測井識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)，而未指出定量計(jì)算模型［9］。1990年P(guān)assey等提出了一項(xiàng)可以用于碳酸鹽巖和碎屑巖烴源巖的測井評價(jià)方法，能夠計(jì)算出不同成熟度條件下的有機(jī)碳含量［10］。該方法是利用電阻率曲線、聲波時(shí)差曲線的研究分析，用電阻率—聲波時(shí)差重疊法（Δlg R法）可以實(shí)現(xiàn)定量分析判別優(yōu)質(zhì)烴源巖。具體公式如下：

式中，R為測井儀實(shí)測電阻率，Ω·m；R基線為基線對應(yīng)的電阻率，Ω·m；Δt為實(shí)測的聲波時(shí)差，μs／m；Δt基線為基線對應(yīng)的聲波時(shí)差，μs／m。

但是，采用這種方法需要考慮成熟度參數(shù)及人為劃定泥巖基線，可能導(dǎo)致較大的誤差，也使工作更加繁瑣。鑒于上述缺陷，考慮遼中凹陷主力烴源巖層集中在三段地層中，受沉積環(huán)境影響，相應(yīng)的基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)相似，可以將Δlg R公式簡化為：

式中， a、b、c系數(shù)均可通過對研究區(qū)實(shí)測樣品的TOC分析值，采用最小二乘法擬合獲得。

從式（2）可以看出，改進(jìn)后的模型只需2個(gè)基本參數(shù)，不需要成熟度參數(shù)，也無需人為確定泥巖基線等，提高了模型的便捷性。但其仍有不足之處，如模型并沒有考慮其他測井參數(shù)，而大量的研究表明，源巖中有機(jī)碳含量與自然伽馬、密度、中子等測井響應(yīng)密切相關(guān)。為了克服這一缺點(diǎn)，下面介紹多元回歸模型。

該模型將自然伽馬、密度、中子等測井參數(shù)全部考慮在內(nèi)，從多個(gè)測井參數(shù)中篩選出對有機(jī)碳含量變化顯著的參數(shù)，然后建立回歸方程，從而建立更加精確的擬合方程。由此可見，選用多元回歸模型來建立遼中凹陷優(yōu)質(zhì)烴源巖的測井響應(yīng)方程，更能準(zhǔn)確地預(yù)測優(yōu)質(zhì)烴源巖。

3.2 數(shù)據(jù)的選取及預(yù)處理

有機(jī)碳分析樣品的深度與其實(shí)際深度存在一定誤差，此外，有機(jī)碳的發(fā)育存在強(qiáng)烈的非均質(zhì)性，這兩個(gè)因素加大了建立可信度較高的解釋模型的難度［11］。為了減小分析樣品深度與其實(shí)際深度的誤差以提高所建模型的可信度，應(yīng)保證有機(jī)碳分析數(shù)據(jù)來源于取心較好的層段。測井曲線應(yīng)保證其盡量不受鉆井液等外界因素干擾，盡可能地反映原狀地層特征。由于無法得知分析樣品的精確深度，將分析樣品所在深度范圍內(nèi)的測井參數(shù)取平均值，把求得的均值當(dāng)作分析有機(jī)碳對應(yīng)的測井值。

在模型應(yīng)用過程中，注意與有機(jī)碳無關(guān)的測井曲線異常，包括差的井眼條件、欠壓實(shí)地層、低孔隙度層、超壓實(shí)帶、含水孔隙等，利用測井資料計(jì)算有機(jī)碳含量時(shí)應(yīng)首先排除這樣的井段；測井?dāng)?shù)據(jù)要盡量避免鉆井液的干擾，盡量反映原狀地層的特征。同時(shí)應(yīng)注意，聲波時(shí)差、體積密度等測井參數(shù)受巖性、壓實(shí)（深度）等因素作用的影響較大，可考慮以分層段、分巖性建立模型，必要時(shí)需對這些測井參數(shù)進(jìn)行壓實(shí)校正及標(biāo)準(zhǔn)化處理，盡量減少外界因素對有機(jī)碳測井響應(yīng)的影響。

為了獲得最佳的烴源巖TOC定量預(yù)測模型，運(yùn)用多元統(tǒng)計(jì)分析軟件（SPSS）擬合曲線方程。首先對TOC數(shù)值與其對應(yīng)深度的聲波時(shí)差、電阻率（取對數(shù)后數(shù)值）、自然伽馬等參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。然后再對各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行回歸分析，從而獲得了方程系數(shù)數(shù)值。

3.3 單井定量預(yù)測模型

為了驗(yàn)證遼中凹陷烴源巖測井參數(shù)之間的相關(guān)性，選取了資料較好的遼中凹陷JZ31-2-1井，對該井資料進(jìn)行了細(xì)致分析。考慮到單井之間可能存在相關(guān)系數(shù)差異，為了對比單井之間的預(yù)測模型差異，又收集了遼中凹陷不同層位、不同次凹以及不同沉積相帶烴源巖的測井響應(yīng)曲線及相關(guān)的熱解分析資料。

以JZ31-2-1井為例，以TOC為因變量，以對應(yīng)的R、Δt、GR和 測井參數(shù)為自變量，進(jìn)行了多種模型的試驗(yàn)、比較。結(jié)果表明，TOC與單測井參數(shù)擬合明顯不如多參數(shù)擬合的效果好，擬合效果總體上隨著測井參數(shù)種數(shù)的增加而逐漸變好。JZ31-2-1井回歸方程模型的相關(guān)系數(shù)最高為0.979，屬于多元回歸模型。圖1展示了JZ16-2-1井有機(jī)碳分析值與計(jì)算值的符合程度關(guān)系。圖2則為JZ16-2-1井有機(jī)碳含量剖面圖。

3.4 分區(qū)分層定量預(yù)測模型

從單井預(yù)測模型可以看出，受地層埋深的影響，即使同一口單井也難以使用相同的模型來解釋。對整個(gè)區(qū)域來說，由于影響因素的差異，大的區(qū)域范圍難以建立起形式統(tǒng)一的代表方程。針對這一問題，進(jìn)行區(qū)域性有機(jī)碳含量評價(jià)時(shí)，借助地質(zhì)資料（如沉積相）進(jìn)行分區(qū)帶評價(jià)，因?yàn)閰^(qū)帶內(nèi)影響有機(jī)碳測井響應(yīng)的因素相近，各井間相似的影響因素會(huì)起到一定的抵消作用。為了使建立的關(guān)系式具有代表性，首先，每個(gè)區(qū)塊內(nèi)選擇具有代表性的井，建立有機(jī)碳測井響應(yīng)關(guān)系式。其次，將測井響應(yīng)方程帶入所在區(qū)帶其他井中進(jìn)行分析、對比、驗(yàn)證，從而找出最優(yōu)的響應(yīng)方程，使有機(jī)碳含量計(jì)算值更符合實(shí)際地層現(xiàn)狀。

為了獲得遼中凹陷具有普遍性的公式，經(jīng)過回歸分析，發(fā)現(xiàn)按照遼中凹陷地層層序及沉積相帶進(jìn)行分類與模型擬合，相關(guān)性及誤差最小。將遼中凹陷按照沉積相并結(jié)合區(qū)域分區(qū)，最后成功獲得遼中凹陷烴源巖層TOC的普遍公式，其中相關(guān)系數(shù)普遍為r2大于0.8，相關(guān)性較好。

這樣，很容易將TOC大于2%的優(yōu)質(zhì)烴源巖識(shí)別出來，以達(dá)到優(yōu)質(zhì)烴源巖識(shí)別和評價(jià)的目的。

圖1 JZ16-2-1井有機(jī)碳分析值與計(jì)算值散點(diǎn)圖

圖2 JZ16-2-1井有機(jī)碳含量剖面圖

4 結(jié)論

1）遼中凹陷烴源巖與正常泥巖相比，在測井曲線上存在明顯的差別，可以利用測井資料來預(yù)測烴源巖TOC值。

2）分析結(jié)果表明，利用測井資料對遼中凹陷烴源巖進(jìn)行評價(jià)是可信的，可以彌補(bǔ)分析化驗(yàn)資料不足造成的烴源巖評價(jià)局限，為優(yōu)質(zhì)烴源巖劃分提供更可靠的依據(jù)。

3）應(yīng)用多元回歸方法時(shí)要注意排除欠壓實(shí)地層、低孔隙度層、超壓實(shí)帶、含水孔隙等井段；測井?dāng)?shù)據(jù)要盡量避免鉆井液的干擾，盡量反映原狀地層的特征。

4）測井評價(jià)烴源巖層具有較好的推廣性，可以用于遼東灣盆地相似凹陷的烴源巖評價(jià)中。

［1］王元君，王峻，周心懷，等.遼東灣遼中凹陷J27區(qū)東營組巖性圈閉成藏條件研究［J］.成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008，35（5）：523-527.

［2］李全，林暢松，吳偉，等.遼中凹陷東營組高精度層序地層及沉積體系［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，33（2）：43-51.

［3］劉守川，羅小平，張延?xùn)|，等.遼中凹陷原油物性特征及其控制因素［J］. 四川文理學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，21（5）：74-78.

［4］蔣恕，蔡東升，朱筱敏，等.遼中凹陷中深層儲(chǔ)層質(zhì)量評價(jià)及隱蔽砂體成藏條件分析［J］.中國海上油氣，2007，19（4）：224-228.

［5］呂丁友，楊明慧，周心懷，等.遼東灣坳陷遼西低凸起潛山構(gòu)造特征與油氣聚集［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2009，30（4）：490-496.

［6］林承焰，譚麗娟，于翠玲.論油氣分布的不均一性（Ⅰ）：非均質(zhì)控油理論的由來［J］.巖性油氣藏，2007，19（2）：16-21.

［7］朱光有，金強(qiáng).烴源巖的非均質(zhì)性研究：以東營凹陷牛38井為例［J］. 石油學(xué)報(bào)，2002，23（5）：34-39.

［8］顧紅英.測井曲線標(biāo)定有機(jī)碳方法在蘇北盆地的應(yīng)用［J］.江蘇地質(zhì)，2004，28（3）：166-169.

［9］曲彥勝，鐘寧寧，劉巖，等.烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度的測井計(jì)算方法及影響因素探討［J］.巖性油氣藏，2011，23（2）：80-99.

［10］Passey Q R，Creaney S.A.Practical model for organic richness from porosity and resistivity logs［J］.AAPG Bulle tin，1990，74（12）：1 777-1 794.

［11］胡慧婷，盧雙舫，劉超，等.測井資料計(jì)算源巖有機(jī)碳含量模型對比及分析［J］. 沉積學(xué)報(bào)，2011，29（6）：1 199-1 205.