湖相混积岩有利储层岩性测井识别方法——以大王庄油田沙三上亚段为例.pdf

收稿日期：；修订日期：。作者简介：李楚楚（），女，在读硕士研究生，现从事地质工程研究。：。文章编号：（）湖相混积岩有利储层岩性测井识别方法 以大王庄油田沙三上亚段为例李楚楚，洪秀娥，韩登林，门南方，赵苗苗（长江大学地球科学学院，湖北武汉 ）摘要：利用岩石成分和物性分析、测井、录井以及试油试采等资料，对大王庄油田沙三上亚段湖相混积岩岩性及有利储层识别进行探讨。研究表明，大王庄油田沙三上亚段湖相混积岩可划分为陆源碎屑岩、碳酸盐岩滩坝、碳酸盐质碎屑岩三大类；根据岩心物性分析可知碳酸盐岩滩坝物性好，为有利储层；陆源碎屑岩和碳酸盐质碎屑岩物性差，为不利储层。选取自然电位、自然伽马建立二元图版，结合两种敏感因素的定量岩性判断参数模型，实现了混积岩岩石类型的识别，当岩性综合判断参数大于 时可判断为高孔高渗的碳酸盐岩滩坝，准确率达 以上。该方法对湖相混积岩岩性识别、寻找有利储层和提高剩余油挖潜效果具有一定指导意义。关键词：大王庄油田；陆源碎屑岩；碳酸盐岩滩坝；碳酸盐质碎屑岩；岩性识别中图分类号：文献标识码：，（，）：，：；于 年提出了“（混合沉积物）”的概念，即硅质碎屑与碳酸盐的混合沉积物，初步对混积岩进行了定义 ，混积沉积物逐渐成为国内外学者研究的热点 。杨朝青等（）将 年 月石 油 地 质 与 工 程 第 卷第 期混合沉积物浓缩为“混积岩”，泛指碳酸盐岩与陆源碎屑混合沉积形成的沉积物 。沙庆安等（）将“混积岩”划分为狭义和广义两种类型，狭义的混积岩是指岩层内碳酸盐质碎屑岩组分的混合；广义的混积岩既包括岩层内的混合，也包括层间碎屑岩沉积层与碳酸盐岩沉积层的间互沉积 。混积岩岩性复杂，影响混积岩分类的因素较多，目前尚未形成统一的混积岩分类方案 。按照沉积环境可将混积岩划分为湖相混积岩和海相混积岩两大类，湖相混积岩是指陆地湖泊环境中化学沉积与陆源碎屑沉积形成的混合沉积物 。以“陆源碎屑砂、黏土、碳酸盐碎屑、灰泥”四种物质组分建立了四端元立方图分类方法。解习农等提出以“陆源碎屑、化学成因碳酸盐、生物成因碳酸盐颗粒”三种物质组分建立的三端元分类方法，并应用该方法对渤中凹陷混积岩储层进行分类 。高梦天等将混积岩储层划分为陆源碎屑 碳酸盐岩、陆源碎屑 生物碎屑岩、生物碎屑 碳酸盐岩三种类型 。在对大王庄油田沙三上亚段混积岩储层分类识别的研究中，罗妮娜等提出以成分含量 为界限，将混积岩划分为砂质碳酸盐岩和灰质砂岩两大类 ，这种粗线条的分类方案不利于识别出有利储层。杨剑萍等则重点研究了碳酸盐含量较高的滩坝、泥晶云灰岩、碎屑质云灰岩等岩石类型 ，深化了碳酸盐岩沉积、成岩研究，并细化了分类，但缺少陆源碎屑岩和碳酸盐质陆源碎屑岩方面的研究，因而，宏观性与整体性不足，也不利于识别出有利储层。随着湖相混积岩油气勘探工作不断深入，国内许多沉积盆地中发现了混积岩油气藏 。虽然大王庄油田已针对沙三上亚段湖相混积岩开展了沉积相和储层特征研究，且多口井于混积岩储层投产，日产油 以上，但沙三上亚段混积岩的研究仍不够深入，混积岩的分类不够清楚，有利储层类型不明确、测井识别困难，部分井层因认识不清未射孔投产，制约了油田勘探开发的进一步发展。本文利用岩心、薄片、测录井、测试等资料，提出了适合沙三上亚段储层物性特点的混积岩分类方案，建立了分类岩性测井识别模型和图版，可识别出有利储层，为湖相混积岩储层油气勘探开发提供了技术支持。区域地质概况饶阳凹陷位于冀中坳陷中部，为东断西超式单断式凹陷，凹陷内断裂走向以北北东向为主。凹陷内呈隆凹相间格局，凹陷中央为隆起带，大王庄油田位于中央隆起带的中南部（图 ）。大王庄油田发育的主要断层走向与凹陷内的断裂系统一致，为北东向，但也发育部分北西向断层，两组断裂共同发育将研究区切割为多个断块，断层与鼻状构造相结合，为油气聚集提供了有利的圈闭条件 。岩石学特征以岩石成分与物性分析资料为基础，以识别有利储层为目的，根据岩性与物性变化，从宏观上全面划分混积岩的岩石类型。据罗妮娜等对大王庄油田沙三上亚段的混积岩分类结果，以及对研究区的岩心数据分析，沙三上亚段混积岩储层可划分为陆源碎屑 岩、碳 酸 盐 质 碎 屑 岩、碳 酸 盐 岩 滩 坝 三 类（表 ）。?陆源碎屑岩以细砂岩为主，其次为粉砂岩，少量为中砂岩。碎屑组分中石英含量 ，长石含量 ，岩屑含量 。?碳酸盐质碎屑岩包括生物碎屑质细砂岩、粉砂岩，内碎屑质细砂岩、粉砂岩，云灰质细砂岩、粉砂岩，以及少量云灰质中砂岩，碳酸盐含量 ，主要区间 ，陆源碎屑岩含量以 为主（图 、）。?湖相碳酸盐岩滩坝中岩石成分以碳酸盐为主，含量 以上；陆源碎屑含量小于 。主要岩石类型为鲕粒云灰岩（图 ）、藻屑云灰岩（图 ）、泥晶云灰岩及含陆源碎屑的藻屑 鲕粒云灰岩。其中，泥晶云灰岩生成于水动力较弱的湖湾环境，藻屑与鲕粒云灰岩生成于高能环境。滩坝中生物碎屑和碳酸盐岩颗粒直径为 ，颗粒之间孔隙发育。岩石物性特征根据研究区混积岩储层岩心物性资料统计，大王庄油田沙三上亚段混积岩层段孔隙度和渗透率均值在不同的岩石类型中差异较大，碳酸盐岩滩坝最好，高孔高渗的岩样居多，物性较好，且在此混积岩储层中不仅发育粒间孔、粒内孔、粒间溶孔、粒内溶孔等常规砂岩储层的原生孔隙类型（图 ），也石 油 地 质 与 工 程 年第 期发育填隙物溶孔、晶间孔、铸模孔（图 ）等碳酸盐岩储层中常发育的次生孔隙类型 。?碳酸盐岩滩坝普遍经历了白云石化作用，而白云石化作用有利于形成良好的储层 。留 井和留 井钻井取心获得了碳酸盐岩滩坝的岩石学资料。留 井取心井段的岩心描述为油浸生物碎屑灰岩，碳酸盐含量平均值为 ，平均孔隙度为 ，平均渗透率为 ；留 井取心井段的岩心描述为油浸灰质生物碎屑白云岩，碳酸盐含量平均值为 ，平均孔隙度为 ，平均渗透率为 （表）。图 研究区构造位置表 沙三上亚段混积岩岩性分类（据罗妮娜等（），修改 ）命名成分含量 陆源碎屑 碳酸盐岩石类型陆源碎屑岩 砂岩、泥岩碳酸盐质碎屑岩 云质砂岩、灰质砂岩碳酸盐岩滩坝 生屑颗粒云灰岩、泥晶云灰岩?陆源碎屑岩以细砂岩和粉砂岩为主，其次为少量中砂岩，岩心分析表明陆源碎屑岩物性较差。留 井取心井段的岩心描述为细砂岩，碳酸盐含量平均值为 ，平均孔隙度为 ，平均渗透率为 ；留 井取心井段的岩心描述为细砂岩、粉砂岩，碳酸盐含量平均值为 ，平均孔隙度为 ，平均渗透率为 （表 ）。?碳酸盐质碎屑岩物性普遍较差。留 井中岩石类型为钙质细砂岩、粉砂岩，碳酸盐含量为 ，平均含量 ，平均孔隙度为 ，平均渗透率为 （表 ）；留 井中岩石类型为钙质细砂岩，碳酸盐含量为 ，平均含量 ，平均孔隙度为 ，李楚楚等湖相混积岩有利储层岩性测井识别方法 含鲕粒砂岩，留 井，；亮晶含鲕粒砂岩，留 井，；亮晶薄皮鲕粒云岩，留 井，；介形虫云质灰岩，留 井，；粒内孔，留 井，；介形虫体腔孔，留 井，；藻格架孔，留 井，；粒内溶孔，留 井，；铸模孔，留 井，图 混积岩岩性及储集空间类型表 研究区岩心分析成果岩石类别井名井段 样品数 个孔隙度 渗透率 碳酸盐岩含量 碳酸盐留 岩滩坝留 陆源碎屑岩留 留 留 留 碳酸盐质碎屑岩留 留 平均渗透率为 。岩心物性分析资料证明，大王庄油田沙三上亚段陆源碎屑岩和碳酸盐质碎屑岩物性差，为不利储层；碳酸盐岩滩坝中的生物碎屑滩坝、颗粒滩坝、生物碎屑 颗粒混合滩坝物性好，高孔高渗，且孔隙类型多，连通性好，为有利储层。岩石岩电响应特征以上述取心井岩石类型与物性分析资料为基础（表 ），结合取心井段岩电响应特征（图 ），未取心井以岩屑录井为参考依据（图 ），研究不同类型岩石的岩电响应特征。?碳酸盐岩滩坝具有自然电位变化幅度大、自然伽马变化幅度大、标准化刻度值小、单层厚度大的岩电响应特征。留 井 井段，岩心描述为生物碎屑灰岩，自然电位平均值为 ；留 井 井段，岩心描述为灰质生物碎屑白云岩，自然电位平均值为 ，自然伽马平均值为 （图 ）。未取心的留 井、留 井、留 井岩电响应特征与取心井的生屑灰岩一致，可判断为碳酸盐岩滩坝（图 ）。?陆源碎屑砂岩单层厚度小，具有自然电位与伽石 油 地 质 与 工 程 年第 期书书书马变化幅度较小、刻度值大的岩电响应特征。留 井 井段的岩心描述为细砂岩、粉砂岩，单层厚度 ，碳酸盐含量平均值为 ，自然电位平均值为 ，自然伽马平均值为 （图 ）。未取心的留 井岩屑描述为砂岩段，且岩电响应特征与取心井段的砂岩一致，可判断为陆源碎屑砂岩（图 ）。图 留 井等取心井岩电响应特征图 留 井等岩屑录井岩电响应特征?碳酸盐质碎屑岩单层厚度变化范围较大，具有自然电位变化幅度小、刻度值大；自然伽马变化幅度较大的岩电响应特征。留 井 井段的岩心描述为钙质细砂岩、粉砂岩，单层厚度 ，碳酸盐含量为 ，平均含量为 ，自然电位平均值为 ，自然伽马平均值为 （图 ）。未取心的留 井、留 井碳酸盐质碎屑岩单层厚度中等到较大，自然伽马变化幅度较大，自然电位变化幅度小（图 、）。岩石测井识别方法通过岩电响应特征分析，岩石的测井敏感曲线为自然伽马和电位曲线，敏感特征为变化幅度大小，定李楚楚等湖相混积岩有利储层岩性测井识别方法量化参数为刻度值，且单层厚度大小与岩石类型具有一定相关性。选取取心和岩屑录井资料全的完钻井，读取目的层段自然电位与自然伽马的刻度值、单层厚度，为建立岩石测井识别的定量化模型奠定基础。?前人利用自然电位与电阻率交会识别岩性（图 ），但电阻率与岩性关系不明显，且部分陆源碎屑砂岩和碳酸盐质碎屑岩的自然电位变化幅度较大、刻度值较小，在刻度值小于 的区域，既有碳酸盐岩滩坝的分布，也含有部分陆源碎屑砂岩和碳酸盐质碎屑岩，岩性识别不准确。?利用测量自然伽马和自然电位测井资料，建立分类岩性的自然电位与自然伽马交会图版（图 ）。由图可得：碳酸盐岩滩坝位于自然电位值小于 、自然伽马值小于 的交会区，但也有部分碳酸盐质碎屑岩和陆源碎屑砂岩的数据点位于该区域，不完全准确。且陆源碎屑砂岩与碳酸盐质碎屑岩均具有较大的自然电位值，碳酸盐质碎屑岩的自然伽马值多低于陆源碎屑砂岩，二者难以区分。图 自然电位、伽马与岩性判断参数值交会岩性识别图版?二元交会图版岩性识别方法简单易行，但岩性识别过程中存在一些问题，为进一步提高有利储层识别的精度，选择自然电位与自然伽马建立岩性识别参数模型，模型中适当加大了自然电位的权重，具体如下：（）（）（）式中：为自然电位刻度值，；为自然伽马刻度值，；为岩性综合判断参数，无量纲。研究区内部分未测量自然伽马的井层，自然伽马统一赋值为 。自然电位与岩性综合判断参数交会识别岩性自然电位与模型计算的岩性综合判断参数交会后（图 ），岩性综合判断参数值大于 时可判断为碳酸盐岩滩坝，且准确率较高；在岩性综合判断参数值以 为界限时，仅一层碳酸盐岩滩坝被误判为砂岩。但该方法难以区分陆源碎屑砂岩与碳酸盐质碎屑岩。自然伽马与岩性综合判断参数交会识别岩性自然伽马与模型计算的岩性综合判断参数交会后（图 ），岩性综合判断参数值大于 时可判断为碳酸盐岩滩坝，未出现误判情况；在岩性综合判断参数值小于 、自然伽马刻度值小于 时，可判断为碳酸盐质碎屑岩。该方法虽然也存在难以识别和区分部分碳酸盐质碎屑岩与陆源碎屑砂岩的问题，但在以识别出有利储层为目的的实际应用过程中，能够准确识别出碳酸盐岩滩坝才是研究的重点。岩性展布与识别结果验证?根据区域地质研究成果，沙三下亚段地层沉积时期，大王庄油田处于辫状河三角洲平原亚相环境，地层岩性为紫红色泥岩和砂岩 。沙三上亚段地层沉积时期，沉积环境由辫状河三角洲平原转变为浅水三角洲与湖泊沉积体系，物源来自西南方向 。石 油 地 质 与 工 程 年第 期利用分类岩性识别结果绘制沙三上亚段不同岩性分布图（图 ）。由图可知，留 井区为碳酸盐岩滩坝连片发育区，留 井区和留 井区发育小规模的碳酸盐岩滩坝。钻井揭示沙三上亚段碳酸盐质碎屑岩分布范围广，几乎覆盖所有井区；纵向上，只有部分小层为碳酸盐质碎屑岩，剩余的小层为陆源碎屑岩；陆源碎屑岩与碳酸盐质碎屑岩分布规律相似。图 研究区岩性分布?沙三上亚段碳酸盐岩滩坝物性好，为有利储层；陆源碎屑岩和碳酸盐质碎屑岩物性较差，为不利储层。因此，碳酸盐岩滩坝准确识别为研究重点，岩性识别准确率的判别验证也主要体现在碳酸盐岩滩坝识别的准确率上。在实际应用中，针对研究区未取心、但岩屑录井的井位，根据自然电位、自然伽马和岩性综合判断参数的交会图版可以准确识别出高孔的碳酸盐岩滩坝，从 而 判 断 有 利 储 层 的 展 布。以 留 井 井段为标准层，取心证实为碳酸盐岩滩坝，岩心物性分析证实为高孔高渗储层，年 月投产，初期日产油 ，已累计产油 ；留 井 井段，岩屑录井描述为碳酸盐岩滩坝，年 月投产，初期日产油 ，已累计产油 ；留 井 井段，岩屑录井描述为碳酸盐岩滩坝，年 月投产，初期日产油 ，已累计产油 。留 井和留 井未取心，利用建立的参数岩性识别模型计算 值为 和 ，判断为碳酸盐岩滩坝，岩屑录井和投产资料证实为高孔高渗的碳酸盐岩滩坝。以上资料证明，所建立的碳酸盐岩滩坝岩性识别模型参数准确可靠。李楚楚等湖相混积岩有利储层岩性测井识别方法在十几口尚未于沙三上亚段碳酸盐岩滩坝井段投产的钻井中，留 井等部分井未进行岩屑录井，但在 井段，具有单层厚度大、自然电位和自然伽马变化幅度大且刻度值小的典型碳酸盐岩滩坝岩电响应特征，该井位于碳酸盐岩滩坝连片发育区，利用建立的参数岩性识别模型计算 值为 ，判断为碳酸盐岩滩坝，为有利储层分布区域。结论）以识别有利储层为目的，大王庄油田沙三上亚段的岩石可划分为陆源碎屑岩、碳酸盐岩滩坝、碳酸盐质碎屑岩三大类。岩石成分与物性分析表明碳酸盐岩滩坝物性好，为有利储层。）碳酸盐岩滩坝为高孔高渗储层，具有单层厚度大、自然伽马和电位变化幅度大的岩电响应特征，自然电位值以小于 为主，自然伽马值以小于 为主。陆源碎屑岩和碳酸盐质碎屑岩为低孔低渗储层，陆源碎屑岩单层厚度小，具有中低变化幅度的自然伽马和自然电位。碳酸盐质碎屑岩单层厚度、自然伽马变化幅度和刻度值变化范围大，自然电位变化幅度小。）碳酸盐岩滩坝岩电响应的最敏感信息为自然电位，量化指标为自然电位多小于 ，其次为自然伽马多小于 ，单层厚度多大于 。岩性识别参数模型可定量计算出岩性判断参数值 ，当 值大于 时可判断为高孔碳酸盐岩滩坝。参考文献 ，（）：王国忠，吕炳全，全松青 现代碳酸盐和陆源碎屑的混合沉积作用 石油与天然气地质，（）：张锦泉，叶红专 论碳酸盐与陆源碎屑的混合沉积 成都地质学院学报，（）：张雄华 混积岩的分类和成因 地质科技情报，（）：李泉泉，鲍志东，肖毓祥，等 混合沉积研究进展与展望 沉积学报，（）：杨朝青，沙庆安 云南曲靖中泥盆统曲靖组的沉积环境：一种陆源碎屑与海相碳酸盐的混合沉积 沉积学报，（）：沙庆安 混合沉积和混积岩的讨论 古地理学报，（）：高梦天，杜学斌，叶茂松，等 渤海湾盆地石臼坨凸起东缘混积岩储层特征及物性主控因素 油气地质与采收率，（）：罗妮娜，侯守探，纪友亮，等 渤海湾盆地饶阳凹陷大王庄地区古近系沙三上亚段混积模式研究 沉积学报，（）：杨剑萍，杨君，邓爱居，等 河北饶阳凹陷中央隆起带古近系沙三段上部碳酸盐岩沉积模式研究 沉积学报，（）：徐伟，杜晓峰，黄晓波，等 混合沉积研究进展与关键问题 沉积学报，（）：郭福生，严兆彬，杜杨松 混合沉积、混积岩和混积层系的讨论 地学前缘，（）：解习农，叶茂松，徐长贵，等 渤海湾盆地渤中凹陷混积岩优质储层特征及成因机理 地球科学，（）：张宁生，任晓娟，魏金星，等 柴达木盆地南翼山混积岩储层岩石类型及其与油气分布的关系 石油学报，（）：杨剑萍，李亚，陈瑶，等 冀中坳陷蠡县斜坡沙一下亚段碳酸盐岩滩坝沉积特征 西安石油大学学报（自然科学版），（）：邹伟宏，戴俊生，王余泉，等 饶阳凹陷构造成因分析 新疆石油地质，（）：王余泉，漆家福，郑荣华，等 饶阳凹陷中部地区古近纪构造变形及控制因素 大地构造与成矿学，（）：蒋有录，苏圣民，刘华，等 渤海湾盆地古近系油气富集差异性及主控因素 石油与天然气地质，（）：张跃 饶阳凹陷大王庄地区沙三段碳酸盐岩储层地质特征研究 青岛：中国石油大学（华东），吕正祥，宋修章，张健，等 渤海海域中部古近系深埋藏湖相高孔隙度白云岩储层特征及其成因 天然气工业，（）：张大智，纪友亮，韩春元，等 饶阳凹陷沙河街组辫状河三角洲沉积特征及储集性 中国地质，（）：李占东，鲍楚慧，胡慧婷，等 饶阳凹陷沙河街组沙三下亚段沉积特征及意义 中国矿业大学学报，（）：郑清，信荃麟 饶阳凹陷大王庄地区沙三上及沙一下碳酸盐岩沉积模式与含油性 华东石油学院学报（自然科学版），（）：朱茂，朱筱敏，曾洪流，等 冀中坳陷饶阳凹陷浅水曲流河三角洲沉积体系 岩性油气藏，（）：（编辑杜建波）石 油 地 质 与 工 程 年第 期