大牛地氣田奧陶系馬家溝組各標志層元素錄井特征分析及應用

姜海申 邱田民

(中石化華北石油工程有限公司錄井分公司)

0 引 言

大牛地氣田位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東北部，根據已有探井及相關地質研究成果，奧陶系地層在大牛地氣田內廣泛發(fā)育和分布，自下而上分為冶里組、亮甲山組、馬家溝組[1]，其中馬家溝組是大牛地氣田奧陶系地層的主體，也是勘探開發(fā)的重點層位。

馬家溝組存在厚度大、非均質性強、儲集層薄且分散的特點，現場鉆井施工時應確保探井鉆達目的層位和水平井在目的層中穿行。而現場錄井地層劃分主要依據標志層和地層厚度，對于碳酸鹽巖地層的巖屑來說，由于巖屑細小破碎，即便是標志層，其“標志”也非顯而易見，往往受制于現場鑒定人員的經驗和巖屑狀態(tài)，存在誤判的可能性。

元素錄井(XRF)技術可以測量巖屑(心)樣品中的元素含量，定量解釋礦物類型和百分含量，并按照巖石學分類命名方案進行準確的巖性識別和解釋[2-3]。同時，元素錄井技術能夠獲取錄井井段的元素曲線、元素比值曲線，這些曲線能夠反映巖性、沉積環(huán)境的變化。利用元素礦物變化特征結合元素、元素比值曲線等可以準確識別出標志層，進而指導現場地層劃分對比，確保錄井工作順利實施和后期氣層開采取得良好效果。

1 馬家溝組小層劃分對比方案

對于鄂爾多斯盆地馬家溝組的研究和劃分前人做了大量工作，華北油氣分公司為了滿足科研及生產需要，結合鄰區(qū)地層劃分方案與成果，將馬家溝組自上而下劃分為五段，其中馬五段又細分為10個亞段，根據研究深入程度的差異又將馬五1至馬五5亞段細分為若干小層(表1)。

表1 大牛地氣田奧陶系下統(tǒng)馬家溝組地層劃分方案(據華北油氣分公司，略改)

2 標志層元素錄井特征

大牛地氣田奧陶系地層現場錄井地層劃分首先是依據區(qū)域性特殊巖性段。大牛地氣田上馬家溝組標志層普遍認為有4個[4]，自上而下分別是K 1(馬五14薄凝灰質層)、K 2(馬五22微-粉晶白云巖段)、K 3(馬五41微-粉晶白云巖)、K 4(馬五5黑灰?guī)r段)。除此之外，根據巖性特征和分層需要，本文在下伏地層中確定出5個標志層，為了論述方便，將各標志層進行逐一編號，分別是K 5(馬五7含灰白云巖)、K 6(馬五9灰質白云巖)、K 7(馬四段豹斑灰?guī)r)、K 8(馬二段微-粉晶白云巖)、K 9(馬一段泥質粉砂巖)，它們也是重要的輔助性分層標志。

2.1 K 1標志層

馬五14底部凝灰質層，巖性為深灰色凝灰質泥巖，鉆井巖屑呈鱗片狀，因位于奧陶系風化殼上部，故稱為上含凝灰質層，亦被視為奧陶系風化殼段的特殊標志之一。該標志層在元素錄井曲線上顯示Si、Al、K、Ti、Zr異常高，呈尖峰狀，Ca、Mg異常低的特征。在測井曲線上顯示高伽馬、高中子、中低電阻率特征。K 1標志層見于D 60、D 69、D 92、D 122等井。利用該標志層可將馬五1與馬五2進行區(qū)分(圖1)。

圖1 D 69井奧陶系馬五14底部凝灰質層元素錄井特征

以D 69井為例，在井段2 789～2 790 m，Ca、Mg含量相對較低，Si、Al含量增高，且Ti含量呈明顯尖峰狀。對該段元素特征進行統(tǒng)計，與盆地內已知凝灰?guī)r地化數據[5-6]進行對比(表2)，發(fā)現特征較一致。結合測井曲線上高伽馬、高中子、中低電阻率特征，分析認為該段為凝灰質層，是馬五1和馬五2的分界線。

2.2 K 2標志層

馬五22微-粉晶白云巖，巖性為準同生性質粉晶白云巖，橫向連續(xù)性較好，原生晶間孔及次生溶蝕孔縫等儲集空間較發(fā)育。測井上呈低伽馬和中電阻率形態(tài)，元素錄井上呈低Ca高Mg，在D 52、D 61、D 65、D 79、D 125等井都可觀察到，橫向對比性較強，是該區(qū)重要的分層對比標志和含氣層位。以D 79井為例，在井段2 790～2 795 m，Ca含量相對較低，Mg含量相對較高，Ca/Mg相對較低，為白云巖特征，需要指出的是，Si、Al含量整體較低夾一尖峰狀高值，與測井伽馬曲線特征一致，說明該段標志層發(fā)育泥質夾層，內部并非都是白云巖(圖2)。

2.3 K 3標志層

馬五41微-粉晶白云巖，屬馬五4亞段上部。巖性為灰色白云巖，該層在大牛地氣田特征較突出且分布穩(wěn)定，因而被視為奧陶系風化殼特殊標志層之一。利用該標志層可將馬五3與馬五4進行區(qū)分。以D 50井為例，在井段2 863～2 867 m，Ca含量相對較低，Mg含量相對較高，K、Si、Al含量較低，Ca/Mg相對較低，為白云巖特征(圖3)。

2.4 K 4標志層

馬五5亞段黑灰?guī)r段，巖性主要為大段灰黑色或深灰色厚層狀微-泥晶灰?guī)r，質地較純，巖性致密，易于辨認，測井上表現為厚層明顯箱狀低伽馬和特高電阻率曲線特征。橫向發(fā)育極為穩(wěn)定，厚度及巖性變化極小(18～32 m)，為奧陶系重要標志層之一。在元素錄井曲線上表現為高Ca、低Mg，低K、Al、Si，高P、高Ca/Mg、高P/S的特征。在D 49、D 52、D 112、D 126等井可見到該特征。利用馬五5亞段黑灰?guī)r標志層可將馬五6、馬五5和馬五4分開。

以D 126井為例，井段2 876～2 903 m，厚度27 m，巖性為深灰色、灰黑色泥晶灰?guī)r，元素曲線上表現為高Ca、低Mg，同時K、Al、Si含量較低，高含P的特征，元素比值曲線上表現為高Ca/Mg、高P/S的特征(圖4)。需要說明的是在工區(qū)局部區(qū)域，馬五5亞段地層發(fā)生了程度不等的白云化作用，如D 44、D 62、D 76、D 90、D 92、D 122、D 124等井其馬五5亞段的上部發(fā)育灰色白云巖，再比如D 60、D 64、D 66等井其馬五5亞段的中部發(fā)育灰色白云巖。

針對馬五5亞段以下的標志層，行業(yè)系統(tǒng)內并無完善的闡述。為了論述方便，對相關標志層做了系統(tǒng)梳理并初步給與代號，下面將按照自上而下順序逐一展開論述。

2.5 K 5標志層

馬五7亞段，巖性主要為灰色含灰白云巖，夾灰色含膏白云巖。測井上表現為低伽馬和中低電阻率曲線特征。在元素錄井曲線上表現為低Ca、高Mg，K、Al、Si、S含量相對較低，Ca/Mg較低，P/S相對較高的特征。以D 50井為例，井段2 960～2 979 m，厚度19 m，巖性為灰色含灰白云巖，元素曲線上表現為低Ca、高Mg的特征，同時K、Al、Si、S、Sr含量較低，元素比值曲線上表現為低Ca/Mg特征(圖5)。

表2 D 69等井五14底部凝灰質層元素錄井數據統(tǒng)計及對比分析%

圖2 D 79井奧陶系馬五22白云巖元素錄井特征

圖3 D 50井奧陶系馬五41白云巖元素錄井特征

圖4 D 126井奧陶系馬五5泥晶灰?guī)r元素錄井特征

2.6 K 6標志層

馬五9亞段，巖性主要為灰色含灰白云巖、灰質白云巖。測井上表現為低伽馬、中高電阻率特征。以D 50井為例，井段3 007～3 022 m，厚度15 m，巖性為灰色含灰白云巖，元素曲線上表現為低Ca、高Mg特征，S、Sr含量較低(圖5)。

此外，在D 122、D 124、D 125等井都可觀察到類似特征。利用元素曲線變化特征可以識別出馬五9亞段標志層，根據該標志層可以將馬五8亞段、馬五9亞段、馬五10亞段區(qū)分開來。

2.7 K 7標志層

馬四段，巖性為厚層塊狀灰?guī)r夾灰質白云巖、膏質白云巖。以D 50井為例，井段3 044～3 220 m，厚度176 m。測井上顯示低平伽馬、中高電阻率，中低密度。元素錄井曲線上表現為高Ca、低Mg、低S特征，上部井段因夾膏質白云巖而顯示S、Sr尖峰狀高異常特征，元素比值曲線上表現為高Ca/Mg、高P/S特征。據此可以把馬四段的頂底界識別出來(圖6)。

2.8 K 8標志層

馬二段，巖性主要為灰色微-粉晶白云巖、含泥白云巖，測井上表現為低平伽馬夾尖峰狀正異常，電阻率為中低值。以D 67井為例，井段3 347～3 383 m，厚度36 m。元素曲線上表現為高Mg、低Ca，同時S、Sr含量降低，P/S略有增加(圖7)。

2.9 K 9標志層

馬一段泥質粉砂巖段，位于馬一段底部，與下伏冶里組-亮甲山組呈角度不整合接觸。屬于海侵初期的產物。以D 125井為例，井段3 284～3 290 m，厚度6 m，測井曲線上表現為中高伽馬、中低電阻率、低密度、高聲波時差；元素錄井曲線上顯示低Ca、Mg，高Si、Al特征。利用該標志層可以將馬一段與下伏地層冶里組-亮甲山組區(qū)分開來(圖8)。

圖5 D 50井奧陶系馬五7、馬五9白云巖元素錄井特征

圖7 D 67井奧陶系馬二段白云巖元素錄井特征

圖8 D 125井奧陶系馬一段泥質粉砂巖元素錄井特征

3 應用實例

XH 1井位于大牛地氣田西南部，是部署在小壕兔低凸成藏帶東部的一口評價井。2020年4月12日開鉆，2020年5月20日完鉆，完鉆層位是中太古界，完鉆井深3 733.0 m。對現場巖屑(井段2 864 m至井底)逐包進行了元素錄井分析。對元素數據進行處理分析、巖性解釋后得到XH 1井馬家溝組元素錄井柱狀圖(圖9)。

縱觀整個馬家溝組元素錄井剖面，無Ti元素異常高的井段，說明不存在K 1標志層，即該井缺失馬五1亞段。井段2 947～2 980 m，視厚33 m，元素錄井曲線顯示高Ca、低Mg，K、Al、Si含量低，P、P/S異常高，為K 4標志層典型元素錄井特征，即井段2 947～2 980 m為馬五5灰黑色灰?guī)r段；其上井段2 908～2 917 m，視厚9 m，元素曲線顯示高Mg、低Ca，為K 3標志層，其下井段3 024～3 054 m，視厚30 m，元素錄井曲線顯示高Mg、低Ca，K、Al、Si含量較低，為K 5標志層典型元素錄井特征；井段3 072～3 087 m，視厚15 m，元素錄井曲線顯示上部高Mg、低Ca，下部低Mg、高Ca，為K 6標志層典型元素錄井特征；井段3 111～3 284 m，視厚173 m，元素錄井曲線整體顯示高Ca、低Mg，低Fe、Al、Si特征，P、P/S值高，為K 7標志層典型元素錄井特征;井段3 414～3 469 m，視厚55 m，元素錄井曲線顯示高Mg、低Ca，S含量較低，P/S相對略高，為K 8標志層典型元素錄井特征;井段3 484～3 493 m，視厚9 m，元素錄井曲線顯示低Ca、Mg，高Si、Al，巖性為泥質白云巖、泥質粉砂巖，為K 9標志層。對照前述各標志層元素錄井特征，準確識別出K 3、K 4、K 5、K 6、K 7、K 8、K 9標志層。利用識別出的標志層完成元素地層的劃分。

與現場錄井地層劃分方案對比，首先是細分了馬五1-4亞段，現場錄井將本溪組之下、馬五5之上的地層籠統(tǒng)地劃分為馬五1-4，通過元素錄井進一步識別出K 2、K 3標志層，從而細分為馬五2、馬五3、馬五4三個亞段，其中馬五2又細分為馬五21、馬五22，馬五4又細分為馬五41、馬五42、馬五43。另外,糾正了馬一段底界分層錯誤，現場錄井將馬一段底界定在3 519 m，通過K 9標志層重新厘定馬一段底界應在3 493 m，與測井分層馬一段底界3 495.42 m比較接近。

圖9 XH 1井馬家溝組元素小層劃分對比

與測井分層劃分方案對比，兩者分層界線基本一致，元素錄井分層誤差平均為2.95 m。說明在大牛地氣田奧陶系馬家溝組層位，單獨運用元素錄井進行層位劃分的方法是可行的，結果是可靠的。由于測井資料的滯后性，在鉆井現場，直接根據元素錄井特征便可開展層位劃分、定位取心等工作，具有及時、準確、高效的特點。

4 結 論

元素錄井分析巖屑礦物成分準確度高，可以有效識別大牛地氣田奧陶系馬家溝組標志層。標志層自上而下共發(fā)育9個，各標志層巖性各異，元素錄井特征明顯，厚度變化小，橫向分布穩(wěn)定。

利用元素錄井數據對XH 1井的馬家溝組進行了標志層識別，元素錄井小層劃分工作，其結果表明，元素錄井地層劃分比現場錄井地層劃分結果更加完善、準確，與測井分層結果相比其誤差較小，分層平均誤差小于3 m，說明準確度較高，效果較為理想。

鑒于勘探開發(fā)節(jié)奏加快、測井資料滯后的特點，在錄井現場，利用元素錄井輔助層位劃分、定位取心、完鉆卡層等是可行可信的，具有較好的推廣應用價值。