改進(jìn)的ΔlgR法在沙南凹陷烴源巖總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)研究中的應(yīng)用

王 波，楊海風(fēng)，王粵川，劉慶順，涂 翔

1中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津

2中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津

1. 研究區(qū)概況

沙南凹陷位于渤海西部海域，呈東北-南西向展布，面積約2000 km2。東與渤中凹陷相接，東南隔埕北凹陷與黃河口凹陷相望，西鄰歧口凹陷，南為埕子口凸起和埕北低凸起，北靠沙壘田凸起[1][2](圖1)。截至目前，該區(qū)已累計鉆探井20余口，已基本揭示可能發(fā)育始新統(tǒng)沙河街組三段(Es3)、漸新統(tǒng)沙河街組一段(Es1)、二段(Es2)和東營組三段(Ed3)等多套烴源巖，但尚未獲商業(yè)油氣發(fā)現(xiàn)，是渤海海域油氣發(fā)現(xiàn)程度最低的一個凹陷，其生排烴能力長期備受質(zhì)疑[3]。

2. 試驗井選擇及方法原理

2.1. 試驗井選擇

優(yōu)選CFD23井進(jìn)行對比研究，主要原因在于該井實(shí)測數(shù)據(jù)較為豐富，共有110個實(shí)測總有機(jī)碳數(shù)據(jù)，便于測井計算資料的擬合與驗證。并且，從該井烴源巖的成熟度熱演化特征來看，從Ed3到Es3烴源巖整體處于較低成熟階段(鏡質(zhì)體反射率為0.41%～0.58%)，有效避免了有機(jī)質(zhì)成熟度對測井曲線的影響[5]。

Figure 1. The structural position of Shanan Sag (from Reference [4])圖1. 沙南凹陷區(qū)域構(gòu)造位置圖(據(jù)文獻(xiàn)[4])

2.2. 方法原理及應(yīng)用流程

ΔlgR法計算烴源巖總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)(w(TOC))的基本原理就是：采用相對刻度使每2個對數(shù)電阻率曲線疊合在聲波時差值為100 μs/ft或328 μs/m的曲線上(1個電阻率單位的比率為50 μs/ft或164 μs/m)，2條曲線的幅度差越大表明有機(jī)質(zhì)豐度越高[5][6][7][8][9]。

基于Passey公式提出了計算泥巖地層中烴源巖w(TOC)的公式：

式中：A為擬合回歸的相關(guān)系數(shù)；R為地層電阻率，Ω?m；Rbase為基線處地層電阻率的平均值，Ω?m；a為依賴于每一個電阻率刻度與-50 μs/ft比值；Δt為聲波時差，μs/ft；Δtbase為基線處聲波時差的平均值，μs/ft；B為w(TOC)背景值，為該地區(qū)的經(jīng)驗值，%。

對CFD23井烴源巖具體評價可分為以下4個步驟。

1) 選取基線，采用相對刻度使每2個對數(shù)電阻率曲線疊合在100 μs/ft聲波時差曲線上，2條曲線重疊的刻度確定為非烴源巖的基線，聲波時差為51.37 μs/ft，電阻率為2.013 Ω?m。ΔlgR=lg(R/1.14) +a(Δt-51.37)。

2) 根據(jù)實(shí)測w(TOC)與ΔlgR的線性關(guān)系，通過公式w(TOC)a=AΔlgR+B，得出參數(shù)A為3.922，B為-0.86，即計算烴源巖w(TOC)的經(jīng)驗公式可表征為：w(TOC)c=3.92ΔlgR- 0.86。

3) 對相同深度87個w(TOC)a與w(TOC)c數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，w(TOC)a＝ 0.979w(TOC)c+ 0.27，相關(guān)性達(dá)到0.8391，具有較高的置信度(圖2)。

Figure 2. The correlation of w(TOC)a and w(TOC)c of Well CFD23 in Shanan Sag圖2. 沙南凹陷CFD23井w(TOC)a與w(TOC)c的相關(guān)性

4) 鑒于沉積環(huán)境的多變性，為精細(xì)客觀評價不同豐度烴源巖的生排烴潛力，在計算過程中分別對Ed3、Es1、Es2和Es3進(jìn)行分析評價，并按照0.5% ≤w(TOC) ＜ 1.0%、1.0% ≤w(TOC) ＜ 2.0%、2.0% ≤w(TOC)＜ 3.0%、3.0% ≤w(TOC) ＜ 4.0%、w(TOC) ≥ 4.0%共5個范圍域段分別統(tǒng)計烴源巖厚度。

3. 結(jié)果討論

計算結(jié)果表明，CFD23井Es3、Es2、Es1和Ed3均發(fā)育有效烴源巖，累計有效烴源巖厚度可達(dá)528 m，且Es3和Ed3有效烴源巖厚度較大，分別達(dá)到212 m和213 m (表1)。并且從有效烴源巖厚度與地層厚度的相對關(guān)系來看，Ed3更占優(yōu)勢，有效烴源巖發(fā)育厚度占到地層厚度的83.5%，而傳統(tǒng)認(rèn)為的主力烴源巖Es3有效烴源巖發(fā)育厚度占到地層厚度的74.9%。但二者相比，Es3優(yōu)質(zhì)烴源巖的發(fā)育更占優(yōu)勢，Es3烴源巖中w(TOC) ≥ 3%的優(yōu)質(zhì)烴源巖厚度達(dá)到了171 m，占其烴源巖發(fā)育厚度的80.7%，而Ed3僅為6 m，僅占其烴源巖發(fā)育厚度的2.8%。Es1有效烴源巖厚度僅為62 m，但是從其有效烴源巖厚度與地層厚度的相對關(guān)系來看，與Ed3有效烴源巖的發(fā)育水平相當(dāng)，占其地層厚度的81.6%，并且發(fā)育的烴源巖中w(TOC)≥ 3%的優(yōu)質(zhì)烴源巖占69%。Es2有效烴源巖厚度最薄，僅為41 m，占其地層厚度的71.9%，其中w(TOC)≥ 3%的優(yōu)質(zhì)烴源巖厚度為16 m，占有效烴源巖厚度的39%。

Table 1. The thickness distribution of effective source rocks of Well CFD23 in Shanan Sag表1. 沙南凹陷CFD23井有效烴源巖厚度分布表

而從有機(jī)碳的垂向分布特征來看，不同層段的內(nèi)部和不同層段之間烴源巖的發(fā)育質(zhì)量仍有較大的差異性(圖3)。Es1相對有機(jī)質(zhì)較為富集，w(TOC)均大于2%，最高可接近10%，反映該時期應(yīng)為有機(jī)質(zhì)集中渤發(fā)期，且Es1沉積時期的咸化還原水體環(huán)境利于有機(jī)質(zhì)后期保存[10][11]和優(yōu)質(zhì)烴源巖的密集發(fā)育。Es3烴源巖整體有機(jī)質(zhì)豐度較高，絕大部分烴源巖w(TOC)大于2%，其中，Es3沉積中、早期水體環(huán)境與Es3沉積晚期均有較明顯的差異，表現(xiàn)為明顯的高有機(jī)質(zhì)豐度，烴源巖w(TOC)大多在4%以上，最高可達(dá)10%。Es2烴源巖w(TOC)基本大于2%，但Es2沉積晚期發(fā)育的烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度明顯低于沉積早期形成的烴源巖，這可能與沉積末期研究區(qū)接收廣泛的辮狀河三角洲沉積砂體密切相關(guān)[10][11]，相對豐富的陸相碎屑的輸入影響了烴源巖的發(fā)育與保存。Ed3烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度相對偏低，w(TOC)多小于3%，烴源巖內(nèi)部有機(jī)質(zhì)差異性較大，Ed3下部烴源巖較好，w(TOC)多在2%～3%之間，上部烴源巖較差有機(jī)質(zhì)豐度低，w(TOC)多小于1%，可能與Ed3沉積時期水體環(huán)境逐漸由偏咸水環(huán)境逐漸過渡到淡水環(huán)境相關(guān)。

4. 結(jié)論

1) 在對ΔlgR法進(jìn)行改進(jìn)的基礎(chǔ)上，建立了沙南凹陷烴源巖w(TOC)c預(yù)測方程，與實(shí)測w(TOC)a的相關(guān)性達(dá)到0.8391，具有較高的可信度。

2) 沙南凹陷發(fā)育Es3、Es2、Es1和Ed3共4套有效烴源巖，且厚度大，有效烴源巖累計厚度可超過500 m。

Figure 3. The complex histogram of successive w(TOC) of Well CFD23 in Shanan Sag圖3. 沙南凹陷CFD23井連續(xù)地層w(TOC)綜合圖

3) Es3中、早期和Es1沉積時期為優(yōu)質(zhì)烴源巖的集中發(fā)育期，烴源巖w(TOC)均在2%以上，最高可達(dá)10%，將對研究區(qū)烴類的生成起到重要作用。