大慶長垣某區(qū)塊沉積巖石微相識別方法

苗清, 李漢川, 杜宗君, 幸奠瓊

(中國石油集團(tuán)測井有限公司大慶分公司, 黑龍江 大慶 163412)

0　引　言

大慶油田長垣某區(qū)塊目前處于中期注水開發(fā)階段,水淹規(guī)律復(fù)雜,層內(nèi)砂巖含鈣薄互層發(fā)育,非均質(zhì)性嚴(yán)重。沉積微相不僅控制了儲層的非均質(zhì)性,而且控制了地下水淹分布規(guī)律。為提高測井水淹級別解釋符合率,首先應(yīng)進(jìn)行沉積微相研究,在此基礎(chǔ)上分微相進(jìn)行相應(yīng)研究[1]。

該區(qū)塊受北部物源影響,以三角洲內(nèi)前緣相沉積為主,發(fā)育水下分流河道砂和席狀砂沉積微相,其中河道砂連續(xù)性差,以坨狀分布在席狀砂中,滲透性較好;席狀砂微相又根據(jù)有效厚度大小分為主體和非主體(主要是有效厚度0.5 m以下和不發(fā)育有效厚度的砂體)2類相對均質(zhì)沉積單元,形態(tài)以席狀和條帶狀為主。區(qū)域沉積研究表明,該區(qū)塊某油層上砂巖層主體及非主體席狀砂較發(fā)育;葡萄花油層河道交錯(cuò)連片,席狀砂規(guī)模較小。該區(qū)塊主力油層巖性組合主要是灰色、灰黑色泥巖與淺棕色含油細(xì)粉砂巖的薄互層,單層厚度較大的主體砂較少,砂巖泥質(zhì)、鈣質(zhì)含量高,每個(gè)沉積微相單元儲層巖性具體分為粉砂巖、含泥粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖[2]。本文應(yīng)用常規(guī)測井資料,建立了沉積微相識別方法及基于沉積微相的各巖相識別的方法。

1　單井沉積微相分析

不同環(huán)境水動(dòng)力特征不同,沉積砂體在粒度、分選性、沉積結(jié)構(gòu)和構(gòu)造、頂?shù)捉佑|關(guān)系、韻律性等都具有不同的特征[3]。這些特征反映在測井曲線上,不僅包括曲線的幅度特征,還包括曲線的形態(tài)特征。在明確各測井曲線物理及沉積環(huán)境意義的前提下,通過對測井曲線相對幅度、曲線形狀、曲線光滑程度及頂?shù)捉缑娼佑|關(guān)系等識別標(biāo)志的綜合分析,可以識別不同環(huán)境下的微相[4]。某區(qū)塊薩、葡油層組的沉積微相主要包括水下分流河道、主體席狀砂和非主體席狀砂3種。

1.1　水下分流河道砂沉積

水下分流河道是陸上分流河道的水下延伸部分,在向湖延伸過程中,河道加寬、深度減小、河流分叉增多、流速減緩、堆積速度增大[5],形成的沉積物以細(xì)砂、粉砂為主。正向小旋回,粒度向上逐漸變細(xì),斜層理和交錯(cuò)層理比較發(fā)育,常具鈣質(zhì)、泥質(zhì)團(tuán)塊,垂向一般與湖相泥巖相接。

形成砂體的測井顯示主要特征:儲層厚度較大(H≥2.0 m),均質(zhì)性較強(qiáng);井徑曲線規(guī)則;自然伽馬曲線數(shù)值向上增大,形態(tài)為下陡上緩的指狀、丘狀[6],且往往為多個(gè)重疊;密度曲線從下向上逐漸增大,粒度逐漸變細(xì),沉積能量逐漸減弱的正旋回沉積特征;微電極曲線下部幅度差較大,顯示滲透性較好,且曲線形態(tài)較為光滑;自然電位曲線幅度向上逐漸減小,顯示下部滲透性較好,且曲線形態(tài)大都以鐘形為主。通過水下分流河道的自然伽馬、密度、電阻率隨深度的變化關(guān)系圖可以看出(見圖1),隨著深度的減小自然伽馬數(shù)值增大、密度數(shù)值增大、電阻率數(shù)值減小,其斜率變化率分別為-0.387 7、-0.002 3、0.179 8,這些數(shù)據(jù)可以反映水下分流河道沉積體的縱向上巖性、物性的變化規(guī)律。

圖1　某區(qū)塊水下分流河道自然伽馬、電阻率、密度縱向變化關(guān)系圖

1.2　主體席狀砂沉積

主體席狀砂屬于三角州內(nèi)前緣亞相,河動(dòng)力所致,發(fā)育于河道砂兩側(cè),大都為復(fù)合韻律[7],高滲透率帶和低滲透率帶交互分布,儲層平面非均質(zhì)性強(qiáng),發(fā)育有低角波狀層理和交錯(cuò)層理[8]。主體席狀砂分選良好,可稱為較好儲油層。主要巖性:細(xì)砂巖、粉砂巖和泥巖組成;縱向上是砂泥巖薄互層。

形成砂體的測井顯示主要特征:自然伽馬曲線為齒化漏斗—箱形[3],分別為齒化漏斗形,齒中線平行或外收斂;密度曲線數(shù)值較高,曲線形態(tài)反映出沉積能量變化多次疊加,具有明顯的復(fù)合韻律特征;微電極曲線幅度差較大,顯示滲透性較好,且曲線形態(tài)較水下分流河道變化劇烈;電阻率曲線數(shù)值較小;自然電位曲線形態(tài)大都以指形為主(見圖2)。

圖2　某區(qū)塊主體席狀砂測井曲線圖

1.3　非主體席狀砂沉積

非主體席狀砂形成于河道砂沉積最外側(cè),地勢相對較低、平坦,懸浮沉積物大量堆積[9]。大都為正向小旋回,可見少數(shù)細(xì)交錯(cuò)層理,流水紋層和水平層理,規(guī)模較小[10]。巖性以暗色泥巖,粉砂質(zhì)泥巖為主,偶夾泥質(zhì)粉砂巖及細(xì)砂巖條帶,鈣質(zhì)、泥質(zhì)團(tuán)塊發(fā)育。

形成砂體的測井顯示主要特征:儲層有效厚度較薄(H≤0.5 m),自然伽馬曲線值較高,形狀呈低幅度的丘形齒化;密度曲線數(shù)值較大,反映出處于低能沉積環(huán)境;微電極幅度差及自然電位異常幅度小,滲透性較差(見圖3)。從非主體席狀砂自然伽馬、聲波時(shí)差、密度、電阻率隨深度的縱向變化關(guān)系圖可以看出,自然伽馬和電阻率隨著深度的減小數(shù)值變大,而密度和聲波時(shí)差隨著深度的減小數(shù)值減小,但是他們的變化率很小,曲線的斜率分別為-0.006 3、0.036 9、0.083 5、-0.013 4,反映了這種沉積的水動(dòng)力條件的增強(qiáng)和減弱不明顯(見圖4)。

2　沉積微相定量識別模型的研究

由于該區(qū)塊目前處于注水開發(fā)中后期,水淹情況較為嚴(yán)重,現(xiàn)有的調(diào)整井測井系列中很多測井曲線受水淹影響程度的影響很大,從而掩蓋了測井曲線的地質(zhì)信息的反映[11]。選擇受水淹影響較小且分辨率較高的密度曲線,結(jié)合高分辨率聲波、微電極和微球測井曲線,分別利用其反映出的幅度、幅度差及形態(tài)等信息,在區(qū)域沉積背景控制下,利用逐步判別法識別單井剖面的沉積微相。

圖3　某區(qū)塊非主體席狀砂測井曲線圖

圖4　區(qū)塊水下分流河道自然伽馬、聲波時(shí)差、密度、電阻率縱向變化關(guān)系圖

2.1　沉積微相特征參數(shù)提取

對于任意測井層段,從各種測井方法原理及其不同沉積微相的變化規(guī)律出發(fā)[12],使用1組參數(shù)向量描述測井曲線的幅度特征、形態(tài)特征、頂?shù)捉佑|關(guān)系、曲線的光滑程度、韻律性等,進(jìn)行綜合分析優(yōu)選有效的特征參數(shù),經(jīng)程序設(shè)計(jì),提取并優(yōu)選了特征參數(shù)(見表1)。

表1　區(qū)塊沉積微相特征參數(shù)匯總表

表1(續(xù))

2.2　沉積微相定量識別模型建立

實(shí)際應(yīng)用中,發(fā)現(xiàn)利用單一特征參數(shù)識別裂縫的成功率很低,可靠性不高[13]。為解決該問題,必須將各種沉積微相特征參數(shù)綜合起來,合成一個(gè)可靠性較高的綜合參數(shù)進(jìn)行沉積微相識別。本文采用了逐步判別分析方法建立了沉積微相的判別函數(shù)。

對某區(qū)塊共選了79層的數(shù)據(jù)進(jìn)行了判別函數(shù)的建立,其中水下分流河道20層,主體席狀砂36層,非主體席狀砂23層。進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析中,對提取的上述13個(gè)特征向量進(jìn)行了歸一化處理。

(1)

式中,xi為第i個(gè)特征變量;xmin與xi,max分別為變量xi的最小值和最大值,程序設(shè)計(jì)時(shí)加一約束,即使xi∈[0,1]。

將提取出的13個(gè)特征參數(shù)輸入到逐步判別法程序中得到了各參數(shù)的加權(quán)系數(shù),得到的水下分流河道砂、主體席狀砂和非主體席狀砂的判別函數(shù)

F分流河道砂=a1gi+a2Qi+a3Wi+a4Si+…+a13Ki

(2)

F主體席狀砂=b1gi+b2Qi+b3Wi+b4Si+…+b13Ki

(3)

F非主體席狀砂=c1gi+c2Qi+c3Wi+c4Si+…+c13Ki

(4)

最終輸出的判別結(jié)果N=max(F分流河道砂,F主體席狀砂,F非主體席狀砂)。

3　基于沉積微相的巖性識別模型建立

眾多的測井項(xiàng)目均不同程度與巖石特性相關(guān),常規(guī)測井曲線中的補(bǔ)償密度、聲波時(shí)差及自然伽馬等曲線均為主要的巖性指示曲線[14]。對于某區(qū)塊較純凈的細(xì)砂巖及粉砂巖,自然伽馬絕對值低,且變化幅度不明顯;由于粒度較粗,孔隙結(jié)構(gòu)較好[15],使得反映巖石孔隙度的補(bǔ)償密度值較低,聲波時(shí)差較高;而泥質(zhì)粉砂巖和含泥粉砂巖由于泥質(zhì)含量較高,使得自然伽馬絕對值高,且變化幅度較為劇烈;電阻率曲線值也相對粉砂巖儲層較低;泥質(zhì)的充填使得儲層孔隙結(jié)構(gòu)較差,有效孔隙減小,補(bǔ)償密度值較高。于是根據(jù)不同巖性在測井曲線上響應(yīng)特征的不同,從巖性、物性及電性綜合考慮,在將112層各類數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化的基礎(chǔ)上,利用Origin軟件建立基于不同沉積微相的巖性的識別圖版(見圖5至圖7),水下分流河道、主體席狀砂和非主體席狀砂巖性識別圖版的符合率分別為91.6%、87.8%和89.3%。以該區(qū)塊龍××井為例,建立的測井曲線數(shù)據(jù)及歸一化后樣本數(shù)據(jù)集。

圖5　水下分流河道砂巖性識別圖版　　圖6　主體席狀砂巖性識別圖版　　圖7　非主體席狀砂巖性識別圖版

4　應(yīng)用效果實(shí)例分析

以×1井為例,某油層組為1套多組正韻律地層,同時(shí)發(fā)育有水下分流河道、主體席狀砂和非主體席狀砂3種沉積微相,在1 525 m處儲層砂體厚度較大,自然伽馬值低,中子、密度交會呈現(xiàn)明顯鏡像反射圖像,指示巖性較純;微電極幅度差及自然電位異常幅度較大,顯示其滲透性較好。計(jì)算顯示其迂曲度、光滑度數(shù)值及均值方差根值均較低,分別為0.674、0.335和5.856,儲層非均質(zhì)性較弱,且程序計(jì)算最終結(jié)果顯示F水下分流河道>F主體席狀砂>F非主體席狀砂,于是沉積微相判別為水下分流河道砂沉積,隨后在水下分流河道砂巖性識別圖板上該層落在了粉砂巖區(qū),巖性判別為粉砂巖,判別結(jié)果與采油廠提供的沉積微相相帶圖和巖心分析資料顯示結(jié)果一致(見圖8)。建立的×1井沉積巖石微相判別數(shù)據(jù)樣本集。綜合表明,×1井主力油層組共46層,沉積微相識別符合率為84.8%,巖性識別符合率為88.9%,效果良好。

圖8　×1井沉積微相及巖相識別效果圖

5　結(jié)　論

(1) 總結(jié)不同沉積微相下常規(guī)測井曲線的響應(yīng)特征,建立基于常規(guī)測井資料的統(tǒng)計(jì)方法,使得調(diào)整井沉積微相識別實(shí)現(xiàn)了定量化。

(2) 通過沉積微相的地質(zhì)機(jī)理研究及測井資料的綜合分析,提取了測井曲線光滑度、迂曲度、微電極幅度差及波動(dòng)性等13個(gè)反映沉積微相的幅度及形態(tài)特征參數(shù),利用逐步判別法建立了某區(qū)塊儲層沉積微相識別的定量判別模型,為下一步儲層分類、準(zhǔn)確求取儲層參數(shù)及精準(zhǔn)判別水淹級別打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。