致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層礦物組分計(jì)算模型建立
——以鄂爾多斯盆地東部馬五X(qián)亞段儲(chǔ)層為例

俞保財(cái)，牟 瑜，任小鋒，蔡 芳，姚海林，羅丹婷

（1.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司長(zhǎng)慶分公司，陜西西安 710201；2.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司測(cè)井應(yīng)用研究院，陜西西安 710077）

鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組第五段第十亞段（馬五 X亞段）碳酸鹽巖儲(chǔ)層主要發(fā)育巖溶殘丘型氣藏，方解石、泥質(zhì)等填充程度較高，巖性致密，儲(chǔ)層基質(zhì)孔隙度和滲透率低，長(zhǎng)期的風(fēng)化剝蝕和淋濾溶蝕作用以及后期的壓實(shí)成巖作用，使得儲(chǔ)層性質(zhì)復(fù)雜[1–3]。對(duì)于多種礦物組成的復(fù)雜巖性地層，利用常規(guī)測(cè)井資料較為精確地計(jì)算各類礦物組分的體積含量是巖性識(shí)別、儲(chǔ)層劃分及有效性評(píng)價(jià)的前提[4–5]。

馬五X(qián)亞段儲(chǔ)層礦物組分包括白云石、方解石、石英、黃鐵礦、硬石膏及硅質(zhì)等。本文主要針對(duì)白云石、方解石開(kāi)展研究，其他礦物由于含量極低，不予考慮。通過(guò)PE法、復(fù)雜礦物組分分析法及組合參數(shù)回歸模型3種方法開(kāi)展礦物組分含量計(jì)算模型研究，并驗(yàn)證和對(duì)比計(jì)算結(jié)果，優(yōu)選出適用于鄂爾多斯盆地東部馬五X(qián)亞段儲(chǔ)層礦物組分計(jì)算的模型，為后期勘探開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。

1 巖石學(xué)特征

鄂爾多斯盆地東部馬家溝組風(fēng)化殼主要儲(chǔ)層類型為溶孔型，溶孔型儲(chǔ)層物性在微觀方面主要受控于充填程度和充填物類型[6–10]。充填物的類型主要包括方解石、白云石、石英、石膏和高嶺石，其中方解石和白云石占充填物的90%以上，是決定儲(chǔ)層物性好壞的關(guān)鍵因素[11–12]。巖石礦物成分以白云石、方解石為主，含少量泥質(zhì)和黃鐵礦；白云巖、粉晶–細(xì)粉晶白云巖是有效儲(chǔ)層的主要巖性，隨巖石灰質(zhì)和泥質(zhì)含量增加，儲(chǔ)層含氣性變差。

2 泥質(zhì)含量計(jì)算

地層評(píng)價(jià)中，泥質(zhì)含量計(jì)算是不可或缺的重要部分，也是進(jìn)行測(cè)井定量解釋的前提。由各種測(cè)井方法可知，泥質(zhì)含量信息在各種測(cè)井參數(shù)中均有不同程度地反映，即泥質(zhì)含量影響所有的測(cè)井方法[13–14]。通過(guò)對(duì)各種測(cè)井參數(shù)對(duì)比分析，認(rèn)為大部分測(cè)井參數(shù)受井眼條件和地層中所含流體性質(zhì)等影響較大，無(wú)法準(zhǔn)確地計(jì)算出泥質(zhì)含量，但去鈾自然伽馬去除了自然伽馬曲線中鈾的影響，使得黏土礦物中鉀和釷的含量占主要貢獻(xiàn)地位，因此利用去鈾自然伽馬進(jìn)行泥質(zhì)含量的計(jì)算更加準(zhǔn)確。

泥質(zhì)含量的多少直觀體現(xiàn)在去鈾自然伽馬數(shù)值的高低上，可通過(guò)巖心刻度模型或經(jīng)驗(yàn)公式模型獲得。由于研究區(qū)巖心泥質(zhì)含量分析資料較少，不足以保證巖心刻度計(jì)算的精度，故采用經(jīng)驗(yàn)公式為研究區(qū)泥質(zhì)解釋模型。

通過(guò)對(duì)研究區(qū)奧陶系馬五X(qián)亞段取心分析資料與自然伽馬測(cè)井值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，確定GCUR選取研究區(qū)經(jīng)驗(yàn)值2。

3 礦物組分體積含量計(jì)算方法

3.1 PE法

PE為巖石的光電吸收截面指數(shù)，不同巖性的PE值差別較大，且受孔隙流體影響小，因此可以采用PE曲線計(jì)算地層礦物組分體積含量。由于泥質(zhì)和白云巖的PE值接近，可以先得到準(zhǔn)確的灰?guī)r含量，然后根據(jù)泥質(zhì)含量計(jì)算結(jié)果求取白云巖的含量。本文直接應(yīng)用體積光電吸收截面指數(shù)（U）定量求取碳酸鹽巖礦物組分。

通過(guò)對(duì)研究區(qū)巖石礦物成分測(cè)井參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，常見(jiàn)礦物參數(shù)取值見(jiàn)表1。

表1 礦物測(cè)井參數(shù)統(tǒng)計(jì)

為了確定泥質(zhì)的體積光電吸收截面指數(shù)USH，通過(guò)泥巖段GR與PE、DEN交會(huì)確定泥巖PE值為3.30 b/電子，密度值為2.65 g/cm3。

通過(guò)上述方法對(duì)實(shí)際測(cè)井資料進(jìn)行處理，圖 1為S61井馬五X(qián)亞段儲(chǔ)層礦物組分含量計(jì)算結(jié)果，與巖心分析資料相比，計(jì)算結(jié)果整體較為吻合，但仍有部分井段誤差較大。

3.2 復(fù)雜礦物組分分析法

圖1 S61井馬五X(qián)亞段儲(chǔ)層礦物組分含量計(jì)算結(jié)果

復(fù)雜礦物組分分析法適用于復(fù)雜的碳酸鹽巖剖面。設(shè)有C1、C2、C3與C4四種礦物成分，按其在交會(huì)圖上的位置，可與水點(diǎn)（PQR）構(gòu)成三個(gè)三角形圖，由上往下順序成為第一個(gè)、第二個(gè)及第三個(gè)三角形。數(shù)據(jù)點(diǎn)落入哪個(gè)三角形內(nèi)，就認(rèn)為是由哪兩種礦物組成（圖 2）。礦物可能是白云石、硬石膏、石英與方解石中的兩種，即采用標(biāo)準(zhǔn)的四礦物選擇法。通常利用交會(huì)圖技術(shù)，采用指定雙礦物求解法，選用兩種任意孔隙度測(cè)井組合，同時(shí)求出儲(chǔ)層兩種視礦物含量和視總孔隙度，并依據(jù)計(jì)算出的泥質(zhì)含量對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行平衡，最終求出儲(chǔ)層的孔隙度和礦物組分[15–17]。

圖2 CNL–DEN交會(huì)三角形示意圖

本文主要采用CNL–DEN與CNL–AC圖版進(jìn)行礦物組分含量計(jì)算，并比較這兩套方法的精度。通過(guò)上述方法對(duì)實(shí)際測(cè)井資料進(jìn)行處理，圖3為S95井馬五X(qián)亞段儲(chǔ)層礦物組分含量計(jì)算結(jié)果，與巖心分析資料相比，兩套方法計(jì)算精度整體都較高，但CNL–DEN圖版的計(jì)算結(jié)果在局部井段更加準(zhǔn)確，精度較CNL–AC圖版更高。

3.3 組合參數(shù)回歸模型

多元相關(guān)分析是處理變量相關(guān)關(guān)系的一種數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法。多元回歸分析的基本思想是：雖然因變量和自變量之間沒(méi)有確定性的、嚴(yán)格的函數(shù)關(guān)系，但可以設(shè)法找出最能代表他們之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)形式。礦物組分與測(cè)井多參數(shù)之間有著一定的相關(guān)性。本文在收集測(cè)井資料、巖心分析測(cè)試數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用多元線性回歸，結(jié)合測(cè)井變量，對(duì)白云石、方解石與CNL、DEN、PE、GR等曲線的單相關(guān)性進(jìn)行分析（圖4、圖5）。

根據(jù)單相關(guān)性分析結(jié)果，方解石與各測(cè)井參數(shù)相關(guān)性均較差，無(wú)法達(dá)到建模精度。白云石與各測(cè)井參數(shù)相關(guān)性相對(duì)較好，采用與白云石相關(guān)性最好的AC、CNL、DEN、PE、CGR進(jìn)行多元回歸，建立白云石的組合參數(shù)回歸計(jì)算模型，計(jì)算公式如下：

式（4）中的回歸相關(guān)系數(shù)R2=0.89，從回歸分析結(jié)果可以看出，多因素分析的相關(guān)系數(shù)高于單因素分析的相關(guān)系數(shù)，這是由于礦物含量與各單因素均有關(guān)系，且存在不同的相關(guān)關(guān)系。

運(yùn)用多參數(shù)模型與復(fù)雜礦物組分分析法對(duì)S133井馬五X(qián)亞段儲(chǔ)層進(jìn)行礦物組分含量計(jì)算，其中第6、7道分別為多參數(shù)模型和CNL–DEN法計(jì)算的白云石含量，第 8、9道分別為多參數(shù)模型與 CNL–DEN法計(jì)算的方解石含量。通過(guò)與實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果對(duì)比，CNL–DEN法計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果匹配度高（圖6）。

4 礦物組分計(jì)算模型應(yīng)用效果

基于上述三種碳酸鹽巖儲(chǔ)層骨架礦物組分含量的計(jì)算方法，開(kāi)展了28口井的測(cè)井資料巖性識(shí)別結(jié)果驗(yàn)證，識(shí)別結(jié)果與巖心分析的礦物組分含量吻合程度明顯提高。

圖3 S95井馬五X(qián)亞段儲(chǔ)層礦物組分含量計(jì)算結(jié)果

圖4 白云石與各測(cè)井參數(shù)的單相關(guān)性分析

圖5 方解石與各測(cè)井參數(shù)的單相關(guān)性分析

圖6 S133井馬五X(qián)亞段儲(chǔ)層礦物組分含量計(jì)算結(jié)果

圖7 白云石體積含量計(jì)算精度對(duì)比

圖8 方解石體積含量計(jì)算精度對(duì)比

由圖7、圖8可知，基于復(fù)雜礦物組分分析法的CNL–DEN圖版法，所計(jì)算的礦物組分含量精度最高，平均誤差最小，是適用于鄂爾多斯盆地東部馬五X(qián)亞段儲(chǔ)層礦物組分計(jì)算的模型。

表2是S36井與S10井試氣層段儲(chǔ)層測(cè)井參數(shù)對(duì)比，從表中可以看出，S36井與S10井測(cè)井參數(shù)相近，均具有電阻率值高、聲波時(shí)差值大、密度值低的特點(diǎn)。S36井儲(chǔ)層巖性為粉晶白云巖，試氣日產(chǎn)氣65 238.9 m3，結(jié)論為氣層；S10井儲(chǔ)層巖性為含灰白云巖，試氣日產(chǎn)氣為0，結(jié)論為干層，說(shuō)明含灰質(zhì)導(dǎo)致儲(chǔ)層含氣性變差。由此可見(jiàn)，巖性準(zhǔn)確識(shí)別對(duì)于碳酸鹽巖儲(chǔ)層的評(píng)價(jià)極為關(guān)鍵。

表2 S36井與S10井試氣層段儲(chǔ)層測(cè)井參數(shù)對(duì)比

5 結(jié)論

（1）鄂爾多斯盆地東部馬五X(qián)亞段儲(chǔ)層巖性以白云巖為主，含少量灰?guī)r；儲(chǔ)層充填物是決定儲(chǔ)層物性好壞的關(guān)鍵因素，隨著灰質(zhì)和泥質(zhì)含量的增加，儲(chǔ)層滲透性變差，含氣性變差。

（2）通過(guò)對(duì)比PE法、復(fù)雜礦物組分分析法（包括CNL–DEN圖版法和CNL–AC圖版法）、組合參數(shù)回歸模型法對(duì)礦物組分含量計(jì)算的結(jié)果精度表明，基于復(fù)雜礦物組分分析法的CNL–DEN圖版法精度最高，是適用于鄂爾多斯盆地東部馬五X(qián)亞段儲(chǔ)層礦物組分計(jì)算的模型。