变质岩储层优势岩性测井解释

白松涛,唐振兴,安纪星,周琦,曾静波,王俊骏

(1.中国石油集团测井有限公司测井应用研究院,陕西西安710077;2.中国石油大学(北京)地球物理与信息工程学院,北京昌平102249;3.吉林油田研究院,吉林松原138000;4.中国石油集团测井有限公司华北分公司,河北任丘062552)

0 引 言

变质岩油气藏是近年来各油田勘探的热点和难点。变质岩储层在矿物成分、岩石结构、构造及储集空间的类型等方面与传统沉积岩储层有着很大差异,一方面基岩潜山油藏岩性复杂,再加上遭受长期风化及后期构造运动的强烈改造,导致其具有复杂的储集空间和强烈的储层非均质性;另一方面由于不同岩性选取的工程措施不同,也对储层及流体性质识别影响大。××油田已在花岗岩、大理岩等多种岩性中见到油气显示,展示出基岩良好的评价潜力[1]。测井资料因其所揭示的岩石物理性质多样、纵向分辨率高等优点,使其在变质岩潜山的岩性和储层识别及评价方面具有独特的优势。本文以××油田伊通盆地变质岩地质认识为基础,以岩心标定测井为手段,利用钻井取心结合测井(常规、成像、核磁共振),开展变质岩岩性测井识别方法研究。总结变质岩测井响应特征,梳理出对识别变质岩岩性敏感曲线,应用交会图建立岩性识别标准,结合成像与核磁共振测井资料明确储层有效性,为该地区变质岩优势岩性评价提供依据。

1 变质岩岩石学及测井响应特征

根据结构构造、矿物组合成分特征以成因的差异,××油田变质岩可划分为4大类:即动力变质岩、接触变质岩、区域变质岩及混合岩[2]。每个系列的岩石基本类型再根据矿物、结构构造或等化学系列等特征进一步确定具体岩石名称。

勘探实践表明,研究区变质岩岩性复杂,4种类成因类型的变质岩均存在,主要以大理岩、混合花岗岩和片麻岩为主,间或出现部分片岩。对复杂岩性储层,其矿物组分的差异反映了岩性的变化,而岩性是影响测井响应的主要因素之一[3]。岩石的测井特征是岩石岩性(成分、结构)、物性(孔隙、孔隙结构、裂缝发育)及流体的叠加响应[4]。通过对该地区常规及高分辨率成像资料分析,建立4大类岩性响应特征图版。

1.1 动力变质岩类

动力变质岩在××油田主要表现为糜棱岩。测井曲线表现为自然伽马高值80～120 API、去铀自然伽马50～80 API,电阻率中值100～400 Ω·m,声波160～180 μs/m,密度2.7～2.9 g/cm3,中子孔隙度7%～10%,Pe4～5 b/eV,铀5～8 mg/L,钾0.5%,钍较高10%～15%左右,核磁共振孔隙度较发育,泥质束缚峰发育,可动峰不发育,成像表现为为亮黄-棕色、呈块状结构,裂缝较发育。

1.2 接触变质岩类

(1)大理岩。其保留了原岩的特征,呈块状或层状特征,自然伽马小于40 API,去铀自然伽马小于20 API,测井曲线表现为低、平直,电阻率中高值103～105 Ω·m,声波时差160 μs/m左右,体积密度2.75 g/cm3左右,补偿中子1%左右,Pe为5 b/eV左右,钍钾含量都很低一般小于2%,核磁孔隙度低,泥质束缚峰和可动峰都不发育,成像亮黄色、呈块状结构,有裂缝发育。地层元素上表现为低硅、低铁、低钛、高钙,电成像图像上裂缝发育,块状或层状特征明显。

(2)矽卡岩。在测井曲线上表现为自然伽马中高值100～140 API,去铀自然伽马80～100 API,电阻率低值20～50 Ω·m,声波时差200～240 μs/m,体积密度2.40～2.70 g/cm3,补偿中子大于5%,Pe值4～6 b/eV,铀低、钾高、钍较高,核磁孔隙度较小,泥质束缚峰发育,可动峰不发育,成像为深棕色、呈层状结构,裂缝发育。

1.3 区域变质岩类

(1)角闪岩。主要岩性有角闪岩和斜长角闪岩,岩石中暗色矿物含量(主要是角闪石)大于50%,测井响应特征表现高密度、高中子、高光电吸收截面指数和低自然伽马,一般在40～100 API之间,密度曲线与补偿中子曲线呈大的“负差异”特征,地层元素为表现为低硅、高铁、高钙、低钾特征,电成像图像上无侵入特征,与其他岩性过渡界面不明显。

(2)片麻岩。主要岩性有黑云斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩、混合岩化黑云斜长片麻岩等。这类岩石中含有一定量的暗色矿物(主要是黑云母),随着暗色矿物含量增加,密度增大、高中子、光电吸收截面指数增大,密度曲线与补偿中子曲线呈小的“负差异”或“绞合状”特征,由于片麻岩类岩石中的黑云母和碱性长石具有高放射性,但在岩石中分布不均匀,自然伽马高值140～160 API、去铀自然伽马80～100 API,呈高低起伏的“锯齿”状。电阻率分布在100～1 000 Ω·m,声波时差为180～190 μs/m,密度为2.55～2.65 g/cm3,中子孔隙度2%～6%,Pe2 b/eV,“高阻背景下的低阻”、“三孔隙度增大”,钍含量较高,核磁孔隙度谱表现为泥质束缚峰不发育、可动峰发育,成像为浅棕色、呈块层状结构,有裂缝发育,图像上片麻构造发育。

(3)片岩。其片理构造十分发育,原岩已全部重新结晶,由片状、柱状、粒状矿物组成,具鳞片、纤维、斑状变晶结构,片岩是区域变质岩系中最多的一类变质岩。在测井曲线上表现为自然伽马高值100～140 API,去铀自然伽马60～80 API,电阻率低值40～2 000 Ω·m,三孔隙度较大,声波时差160～180 μs/m,密度2.6～2.8 g/cm3,中子孔隙度4%～20%,Pe3～4 b/eV,钍较高10%～15%左右,核磁共振孔隙度谱表现为泥质束缚峰发育,可动峰较发育,成像为棕黄色、呈块层状结构,有裂缝发育。

图1 变质岩的岩性测井曲线交会图

1.4 混合变质岩类

(1)混合花岗岩。其主要岩性有斜长混合花岗岩、二长混合花岗岩。这类岩石混合岩化程度最强,碱性长石、斜长石、石英等浅色矿物含量高,黑云母等暗色矿物含量低于5%。在测井曲线上表现为低密度、低中子、低光电吸收截面指数特征。密度曲线与补偿中子曲线往往表现为“正差异”或“绞合状”特征,自然伽马一般在75 API以上,混合岩化作用使岩石成分均匀分布,自然伽马表现为“小锯齿”状,密度<2.66 g/cm3,中子孔隙度6 p.u.,中子密度交会重合,地层元素上表现为高硅,低铁、低钛、低钙,电成像图像上裂缝发育,块状构造为主,少量片麻构造。

(2)混合片麻岩。自然伽马中等、密度约为2.66～2.73 g/cm3,中子孔隙度约为3～8 p.u.,中子密度交会中等;地层元素表现为中高硅(0.294～0.323),较低铁(0.014～0.03);电成像图像上裂缝发育,片麻构造、条带构造发育。

(3)注入混合岩。由注入作用形成的各种混合岩的统称,岩石中以变质岩的基体为主,长石质或长英质脉体的含量占次要地位。在测井曲线上表现为自然伽马中等—高,中高密度>2.7 g/cm3,较大中子孔隙度6～10 p.u.,地层元素表现为中等硅(0.243～0.293),较高铁、低钛、中高钙,FMI图像上注入特征明显,岩性非均质性强。脉体厚大,岩脉相互穿插,强非均质性,见冷凝收缩缝。

2 变质岩岩性识别

由于测井资料的多解性和变质岩岩性类型的复杂性,任一岩性与任一类别测井曲线之间都不存在简单的一一对应关系,为了将各类岩性区分开,需要同时采用2种或多种测井响应参数[5]。另外,所区分的具体岩性不同,需要采用的测井曲线也有差别。在选择岩性敏感的测井曲线,不同矿物受其化学成分的影响测井响应井类别基础上,交会图技术有助于同时采用2种测井参数进行岩性识别,该技术可直观地展示出各类岩石的关键测井参数的变化情况,给出不同岩性的测井响应分区,进而区分出不同的岩性。

分析可知,混合花岗岩、大理岩、片麻岩在各类图版上容易识别,AC—GR图版可以识别出大理岩,DEN—Pe图版可识别出片麻岩、混合花岗岩、角闪岩、糜棱岩,CNL—DEN图版可识别出矽卡岩,Pe—GR图版可识别出注入混合岩,K—Th交会图版可识别出混合片麻岩,U—Pe图版可以识别片岩。岩性识别效果最好的为K—Th图版(见图1)。

3 变质岩裂缝识别及有效性分析

变质岩潜山油藏中的勘探开发结果表明,裂缝在储层中不但是流体渗流通道,还是主要的储集空间,而且裂缝的类型十分复杂(发育有晶间缝、次生构造缝、溶蚀缝等)。已有研究表明,受变质程度的影响,变质岩储层的储集空间通常分为变余粒间孔隙、变晶间缝隙和裂缝等类型,但一般以裂缝为主[6]。根据裂缝的产状又分为高角度缝、网状缝和水平缝等,这些不同成因、不同产状、不同充填特征的裂缝在不同测井曲线上的响应存在差别。

基岩的储集空间具有孔隙-裂缝双重介质的特点,具有非均质性强,很难用定量参数来描述,成像测井成果图上能够清晰、直观反映出井眼周围裂缝的形态、方位和孔洞情况,裂缝性储层在电成像测井图上均表现为连续或间断的深色条带,其形状取决于裂缝的产状[7]。垂直缝和水平缝分别为竖直和水平暗色条带,斜交缝为明显的正弦波状条带,倾向不同的裂缝相交形成的网状缝为交叉混乱的暗色条带,孔洞表现为块状暗斑结构(见图2)。

图2 变质岩成像裂缝特征图

在变质岩储层定性识别的基础上,对变质岩储层的描述进一步通过引入基岩孔隙度、裂缝孔隙度、裂缝开度等参数而加以定量化[8-9]。通过分析,该地区优势岩性序列表现为暗色矿物含量由低到高,形成储层由易而难,其裂缝参数也表现为明显的聚类关系(见表1)。

表1 研究区优势岩性序列

4 应用效果评价

在该地区Y18-3井进行岩性识别及优势岩性相分析,该井主要以接触变质岩类和区域变质岩类为主,具体表现为片麻岩、大理岩为主,部分层段存在矽卡岩。针对录井无显示、气测值低等难题,利用“常规+成像+核磁共振”测井方式确定优势岩石相为片麻岩。图3为该井的124-126号层,解释岩性为片麻岩,常规测井表现为高自然伽马、低电阻率、低Pe值,三孔隙度曲线呈包络特征,钍含量高,核磁共振谱表现为泥质束缚孔隙不发育,可动孔隙发育,有效孔隙度较大,成像图像上层状特征明显,裂缝发育,综合评价为II类储层,含油性评价为差油层。依据储层优势岩性相评价成果,优选压裂层段,建立岩性、流体性质、储层类别支撑工程措施改造,建议对3 113～3 139 m段片麻岩储层试油,获得日产量为7.97 t的工业油流。

图3 Y18-3井变质岩压裂优选综合评价图(片麻岩)

5 结论与认识

(1)针对变质岩岩性复杂,通过系统总结变质岩4大类成因的“常规+成像+核磁共振”测井响应特征,为中国其他区块基于“常规+成像+核磁共振”变质岩岩性识别及优势岩性相提供一定的参考和借鉴。

(2)受岩性特殊性的影响,常规测井中核测井系列(密度、自然伽马、中子测井)对变质岩岩性的识别相对更为有效,同时成像测井具有井筒高分辨率特征能够较好对岩性进行图像表达,在变质岩岩性直观识别及聚类分析具有独特优势,在有关变质岩探区测井作业中值得推广。

(3)在岩性识别的基础上,通过核磁共振测井对孔隙度、孔隙结构进行分析,结合成像对裂缝的定量评价,能够在变质岩储层裂缝识别中发挥重要的作用,为研究区优势岩性相评价提供重要依据。