雷东凹陷区域探井X1井变质...底元素变化特征及其指导意义_莫国炎.pdf

第 卷第期 年月非常规油气 引用：莫国炎，张闻苑，陈沛，等 雷东凹陷区域探井 井变质砂岩基底元素变化特征及其指导意义 非常规油气，（）：，（）：雷东凹陷区域探井 井变质砂岩基底元素变化特征及其指导意义莫国炎，张闻苑，陈沛，谢献辉（中海油能源发展股份有限公司工程技术湛江分公司，广东 湛江 ；中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东 湛江 ）摘要：元素录井是解决当今 钻头钻井条件下粉末状岩性难以辨识、地层判断复杂及层间界面卡取等问题的一种录井方法。针对雷东凹陷区域风险探井变质砂岩基底岩性与上覆碎屑砂岩相似度高以及卡山难度大的问题，钻后运用元素录井数据展开归纳分析，总结出单井纵向上敏感元素的变化特征。结果表明：）雷东凹陷区域探井 井进入风化层后，易迁移元素 和 具有反向的变化规律，相对富集，显著流失；）弱迁移元素 和惰性元素 存在富集趋势，但绝对值变化较小；）找出了几种单元素和元素比值交会图，现场可通过快速投点来判断基底面。这些变化特征对该区后续钻探变质砂岩基底提供一种卡山思路，也对其他区块钻探变质岩基底有一定借鉴价值。关键词：元素录井；变质砂岩基底；敏感元素；交会图中图分类号：文献标识码：，（.，；.（），）：，：），收稿日期：第一作者简介：莫国炎（），男，本科，工程师，研究方向为地质录井。：年月莫国炎等：雷东凹陷区域探井 井变质砂岩基底元素变化特征及其指导意义 ，；），；），：；引言自 年英国研制出适用于地质部门的射线荧光分析仪后，元素分析技术在矿产勘探中已发展近 年。我国自 年起将元素分析技术引入到钻井地质录井中，填补了该项技术在国内现场录井方面的空白。从陆地找矿到油气田勘探中的应用，从岩相古地理研究到岩屑录井剖面建立及水平井地质导向应用，元素录井挖掘出的应用正不断丰富。但无论是哪种应用，其核心在于元素在地壳中因沉积环境、成岩作用及其迁移能力不同，在地层中产生差异性聚集。利用这一原理寻找金属成矿带、风化层和卡潜山等，在油气田钻探中应用最多的是卡基底以及辅助识别岩性。尤其是在卡基底方面，元素录井表现出非常优异的适用性，为钻揭基底提供了可靠的技术支持和安全保障，甚至可借用元素测井在潜山内幕划分小层的做法为钻探提供指导。近些年，由于对深层系油气田勘探力度的加大，基底潜山钻探井越来越多，得益于元素录井在渤海油田的大规模应用，利用元素录井卡潜山的应用研究也在渤海油田蓬勃发展，；而南海西部油田该方面研究尚在起步阶段，数据缺乏。在区域风险探井中分析基底的元素特征变化，有助于及时判断潜山界面，准确划分地层，为后续勘探提供参考。变质砂岩基底区域概况梁修权等 对来自雷东凹陷邻近的海南岛北部、雷州半岛、廉江、遂溪、吴川、电白以及阳江一带钻井或地表露头资料进行分析，推测在二叠系侏罗系这段地史时期雷东凹陷基本上处于隆起状态，容易受到多次和多种变质作用叠加，形成类型丰富的变质岩。回顾北部湾盆地钻探历程，由于基底地质条件复杂，钻探到基底的井数太少，确认为变质砂岩基底的井数更是寥寥可数，且多是钻揭即完钻。由于缺乏钻探资料，南海西部油田对于变质砂岩基底的研究尚处于初步阶段，其发育及分布规律未摸清，且目前国内多数油田对变质砂岩的研究沿用其他岩类的方法，缺乏针对性和系统性，测录井识别及评价体系不完善。录井现场对于变质砂岩的识别更是经验不足，常造成岩屑解释及归位错误，在基底过度钻进，即在井场薄片快速鉴定技术应用之前，多是通过送样至室内进行薄片鉴定，耗时长，远远满足不了现场钻井对时效的要求。火成岩和灰岩基底在元素录井方面已给出多种识别方法，甚至在进山前已能有效给出预警；而变质砂岩基底在录井方向的研究程度更低，情报调查显示目前主要的研究方向多集中在元素地球化学特征及地质意义，通过对变质砂岩的原岩恢复来分析物源及构造环境等 ，录井方面则缺乏对变质砂岩特征的归纳分析。图 井碎屑沉积岩屑与基底岩屑直观对比图 变质砂岩基底录井上的困难主要有个方面：）变质砂岩由于变质程度低，重结晶作用和变晶作用不彻底，岩石主要由少部分变质作用形成的低温矿物和大部分原岩残留矿物组成，原岩的组构保存好，致使变质砂岩与沉积砂岩不易区分。特别是经过 钻头磨碎后，其变余砂状结构及块状构造均已被破坏，部分变质矿物在岩屑清洗时容易水化及流失，导致宏观上变质砂岩基底岩屑与沉积岩岩屑差别不大（如图所示）。）变质砂岩继承了原岩的矿物成份，所以很难依靠常规的 全岩矿物分非常规油气油气勘探 析来进行识别（见表），石英和长石等常见物质含量也并无明显变化，基底界面并未出现明显界线。目前行业内识别变质砂岩基底主要靠薄片鉴定，但缺乏时效性，不能及时指导生产现场，元素录井的引入，对识别同一区域的变质砂岩基底提供一种新的思路。表 井全岩矿物 分析（部分井段）（）层位黏土矿物石英钾长石斜长石方解石白云石铁白云石菱铁矿黄铁矿绿辉石菱镁矿铁方解石流沙港组三段 流沙港组三段 流沙港组三段 流沙港组三段 流沙港组三段 流沙港组三段 流沙港组三段 前古近系 前古近系 前古近系 前古近系 前古近系 前古近系 前古近系 前古近系 前古近系 前古近系 前古近系 变质砂岩基底的元素变化特征根据风化壳地层中元素迁移特征，归纳及分析了全井段单质元素的分布特征，期望通过这种规律特征为后续雷东凹陷卡准变质岩基底提供参考，也可为盆地内其他凹陷识别变质岩基底提供借鉴。易迁移元素垂向分布特征古近系流沙港组三段发育大套碎屑沉积砂岩，与下伏前古近系变质砂岩在时空上较近，且，和 等常量易迁移元素在进入基底前曲线上并无明显突变，或者其绝对值与上部浅层的碎屑岩相当（如图所示），难以通过这几种易迁移元素确定是否已经进入变质砂岩基底。经过全井段逐个元素统计分析，发现一组矛盾的元素关系：理论上同为易迁移元素的 和 ，在基底前的风化层应该同步相对流失或者其中一种流失，但实际上微量元素 在风化层和变质砂岩基底是显著流失的，而 却相对富集（如图所示）。通过钻后取样重复检测，证实这种矛盾关系与仪器无关，是真实存在的关系。根据 和 提出的双变量投影分析确定元素活动性方法，投影说明活动元素 存在加入。薄片鉴定见裂缝被铁方解石充填，证明后期有流体经过，铁方解石多富 和 而贫 元素，分析认为部分富集元素由后期流体经过沉淀形成的可能性较小。随着基底深度增加，黑云母自型程度更高，定向排列特征更明显，出现变质矿物石榴石（如图所示），这也说明随着变质程度增加，可能会进一步置换增多，但条件所限，无法通过探针分析石榴石的元素含量来判断变质程度及沉积物源 。综上，相对富集更倾向于中高温热液运移过程中通过渗透作用被带入，同时 被带出。这组 和 的相反变化关系，可以作为研究区钻揭变质砂岩基底的一种判断。年月莫国炎等：雷东凹陷区域探井 井变质砂岩基底元素变化特征及其指导意义图 井元素录井图 弱迁移（迁移）元素垂向分布特征剖面上，和 等迁移元素以及，和 等弱迁移元素虽然与上覆流沙港组三段厚层砂岩存在一个明显变化过程，但绝对值与上部浅层砂岩区别太小，不能简单作为判断其进入变质砂岩基底的手段，需要结合层位深度、地震剖面等进行分析。但是 在进入基底后较上部所有地层有一个相对富集的趋势，只是绝对值变化较小（图中以 为界线）。惰性元素分布特征通常只对常见微量元素，和 等进行分析研究，缺乏对其他元素的敏感性，则往往会忽略这些微量元素的特征分布，特别是地壳中含量较低的元素。较 和 活动性更弱，按照分类，属于惰性元素。在地壳中的天然化合物在物理和化学性质上都非常稳定，不易溶于水且还原困难，其在风化壳中的含量变化与氧化还原环境、值以及变质阶段等相关，。正是因为 的这种特性，决定了其在浅变质下不会轻易迁移和发生化学变化，也就是说会有一个相对富集的过程。分析 井的 变化，发现其在变质砂岩基底风化层发生较明显突变，含量均大于上部地层（图中以 为界线），呈现增加趋势。单元素及元素比值交会图谱特征对于一些数值变化范围太窄的元素，可以通过计算不同元素之间的比值对某种变化进行放大，并用交会图直观表现这种定性关系。通过逐项的数据组合对比分析，不论是，和，还是，和 等比值，在交会图上很难找出碎屑岩和基底岩屑的关系，但可以从其他微量元素筛选出几种能较好区分出碎屑岩和基底岩屑的交会图谱。这些图谱不需要经过复杂运算，适合辅助现场录井快速判断是否进入基底，给研究区后续的基底钻探提供参考。由于研究区仅有 井这口钻井，其准确度及适用范围有待进一步商榷和验证。非常规油气油气勘探 图基底岩屑薄片 ）交会图在 散点图上，基底岩屑集中分布在右上角，即 含量高于 ，同时 含量高于 ，如图所示。）交会图对 和 作比值后与 进行投点，基底岩屑分布在左 上角，即 含 量 高 于 ，同 时 比值高于，如图所示。）线性关系法通过分析软件寻找到 和 存在的某种线性关系，其相关程度较高（如图所示），这可能与 表现出的亲铁习性有关。但由于 常富集在黏图 单元素交会图 土中，基底岩性与上部碎屑沉积泥岩地层在投点区存在重叠区域。在应用上，需要根据综合录井图 年月莫国炎等：雷东凹陷区域探井 井变质砂岩基底元素变化特征及其指导意义刨除碎屑沉积泥岩段数据，只保留碎屑沉积砂岩和基底岩屑数据（如图所示），值高达 。由这种线性关系可知，当 含量高于，并由录井人员落实并非泥岩，就要考虑钻揭研究区基底的可能性。图 比值交会图 图 线性关系图（未剔除碎屑沉积泥岩段）（）图 线性关系图（剔除碎屑沉积泥岩段）（）钻录井现场指导意义元素录井虽然起步较晚，但近年来发展较为迅速，其快速、低成本以及不占井口的优势为现场钻录井的大规模使用扫除了障碍。在岩性剖面建立、地质导向和卡山方面报道较多，在页岩油和页岩气开发方面寻找地质、工程甜点也屡有报道。该文主要讨论元素录井在变质岩基底卡山方面的研究和应用。情报调研显示，元素录井对火成岩、云灰岩潜山的卡取应用较多，对变质砂岩基底的卡取应用报道较少。南海西部海上油气田元素录井起步较晚，多数油田及新区块缺乏可对比性数据，加上钻揭基底的深井越来越多，给钻井工程安全带来极大的挑战。钻头条件下，返出岩屑多成粉末状和碎块状，这对录井卡层人员提出了更高的要求，元素录井给出了一种快速判断是否进入基底的手段。加强区域探井元素录井资料的研究，了解区块内进入基底的元素变化特征，对后续研究区块钻探基底有重要的意义：）钻井上，在缺乏随钻电测情况下，利用元素变化特征，快速卡准变质砂岩基底面，防止井下发生井涌井漏风险；）开发上，若研究区后续发现潜山油田，元素录井可快速给出技术套管下深方案，为潜山油层创造低比重钻井液钻进条件；）录井上，可辅助岩性识别，校正录井剖面。结论通过对区域探井基底元素特征分析，总结出以下几种钻揭变质砂岩基底面的识别方法：）进入基底风化层后，剖面上易迁移元素 和 具有相反的规律，即 发生显著流失，却增多。这种矛盾关系尚未得到详细研究，但不失为一种识别研究区基底地层的方法。）迁移元素中的 在风化层也发生轻微增多的变化，需要仔细识别。惰性元素 在全井段的比较中，其变化规律与 同样较为显著。）作单元素或元素比值交会图，快速判断基底地层。其中 和 交会图较为明显；也可利用 的线性关系进行判断，但应用上需要考虑综合录井数据，增加“剔除剖面上碎屑沉积泥岩段数据”这个附加条件。参考文献：李一超，李春山，刘德伦 射线荧光录井岩屑录井技术录井工程，（）：，（）：非常规油气油气勘探 阚留杰，谭忠健，胡云，等元素录井沉积岩相古地理特征研究探索 录井工程，（）：，（）：周越洋，陆旭康，夏竹君，等 射线元素录井技术在南海东部岩性识 别 中 的 应 用 化 学 工 程 与 装 备，（）：，（）：阎荣辉，田伟志，鲍永海，等 元素录井技术在鄂尔多斯盆地致密砂岩水平井地质导向中的研究与应用录井工程，（）：，（）：黄华，王晓阳 风化壳地层中元素特征与录井识别方法 录井工程，（）：，（）：赵振华微量元素地球化学原理 版北京：科学出版社，：，邢志贵，蒋学君，许小红 微量元素在变质岩地层对比中的应用特种油气藏，（）：，（）：张建斌，谭忠健，李鸿儒，等渤海油田潜山界面元素组合识别模式及判别方法录井工程，（）：，（）：余