引用本文
唐诚, 袁艳丽, 梁波, 王崇敬. 川西地区雷四段海相碳酸盐岩地层录井综合评价方法[J]. 录井工程, 2024,35(1): 61-66.
TANG Cheng, YUAN Yanli, LIANG Bo, WANG Chongjing. Mud logging comprehensive evaluation method for marine carbonate formations of the fourth member of Leikoupo Formation in western Sichuan[J]. Mud Logging Engineering, 2024,35(1): 61-66.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2024.01.010  
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川西地区雷四段海相碳酸盐岩地层录井综合评价方法
唐诚, 袁艳丽, 梁波, 王崇敬
中石化经纬有限公司西南测控公司

作者简介：唐诚 高级工程师,1979年生,2000年毕业于重庆石油高等专科学校石油地质专业,现在中石化经纬有限公司西南测控公司从事新技术研究工作。通信地址：610100 四川省成都市龙泉驿区文柏大道869号西南测控公司。电话：18084888276。E-mail：xnljtangcheng@163.com

收稿日期: 2024-01-12
基金: 中石化科技部项目“川西海相岩溶储层录井精细评价方法研究”（编号：JP18036）; 中石化经纬有限公司项目“复杂储层综合评价”（编号：JWKY2115）
摘要

川西地区雷四段储层溶蚀孔径小,孔隙度低,特征复杂,气测录井显示微弱,常规录井方法难以可靠评价。通过综合应用元素录井与工程录井进行定性评价,引进RoqSCAN技术分析岩石孔径与面孔率,建立岩石密度与孔隙度的计算模型,定性与定量评价结合建立综合评价标准,最终形成了地层综合评价方法,并在川西地区雷四段7口井进行应用,解释符合率85.71%,为测试选层提供了依据。

关键词: 雷四段; 碳酸盐岩; 录井; RoqSCAN; 微观结构; 孔隙度
中图分类号:TE132.1 文献标志码:A
Mud logging comprehensive evaluation method for marine carbonate formations of the fourth member of Leikoupo Formation in western Sichuan
TANG Cheng, YUAN Yanli, LIANG Bo, WANG Chongjing
SouthWest Measurement and Control Company of Sinopec Matrix Corporation, Chengdu, Sichuan 610100,China
Abstract

The reservoirs of the fourth member of Leikoupo Formation in western Sichuan have small dissolution pore size, low porosity, complex characteristics, and weak gas logging show. Conventional mud logging methods are difficult to reliably evaluate. Qualitative evaluation was conducted through comprehensive application of element logging and engineering logging, and RoqSCAN technology was introduced to analyze rock pore size and plane porosity. The calculation models for rock density and porosity were established. The comprehensive evaluation criteria were established by combining qualitative and quantitative evaluations. Finally, the comprehensive formation evaluation method was formed and applied to 7 wells of the fourth member of Leikoupo Formation in western Sichuan, with an interpretation coincidence rate of 85.71%, providing a basis for testing and selecting zones.

Keyword: the fourth member of Leikoupo Formation; carbonate rock; mud logging; RoqSCAN; microstructure; porosity
0 引言

四川盆地川西地区雷口坡组海相气藏已经取得重大突破, 是中石化天然气增储上产的重点领域, 具有较好的勘探开发前景[1, 2]。由于雷口坡组地层具有气藏埋深大、岩性复杂、储层非均质性强等特征, 纵向上储集空间类型多, 孔隙度低但孔隙结构复杂, 单井测试产量差异大[3, 4], 在钻进过程中, 油气显示非常微弱, 主要采用简易薄片鉴定、元素录井、气测录井等方法来初步确定岩性、划分地层、判断地层含气性[5], 在地层准确评价方面还存在较多难题。为此, 通过引进新技术, 并利用川西地区的完钻井资料研究新的评价方法, 建立了定性与定量结合的综合评价标准, 为川西地区雷口坡组四段（简称雷四段）的地层评价、测试选层等工作提供依据。

1 地质概况

前期研究表明, 川西地区雷四段地层的岩性主要是白云岩、灰质白云岩和白云质灰岩, 埋深为5 500~6 300 m, 储层表现出强非均质性, 为超厚碳酸盐岩中溶蚀孔洞发育的优质白云岩[6, 7], 应用岩屑录井、气测录井等常规录井手段难以将普通储层和优质储层区分开来。同时, 生产井数据表明地层高含硫化氢, 在钻井过程中钻井液密度高, 气显示微弱或无显示。如P 103井, 钻进过程中基本无气测全烃异常, 气测全烃值低于0.5%, 为气测背景值, 录井解释微含气层3层, 厚度34 m, 而完井测试产气12.65× 104 m3/d。实钻情况表明, 常规气测录井等评价手段已经不能满足勘探开发需求, 亟待研究新的地层评价技术。

2 评价方法研究

气测录井是表征地层含气性最直接的录井方法, 通常情况下, 优质储层普遍存在气测全烃异常, 隔层、盖层等非储层段普遍无气测全烃异常。由于川西地区雷四段高含硫化氢, 一般采用过平衡钻进, 钻井液密度普遍偏高, 因此储层段气测全烃异常不明显, 气测录井的作用受到了极大的限制。

本次研究应用元素录井与工程录井开展地层的定性评价, 在此基础上引进RoqSCAN技术。RoqSCAN是可以直接在野外环境（如钻井现场、岩心库等）使用的便携式扫描电子显微镜系统, 配备了高精度扫描电镜系统、能量色散能谱仪（EDS）和自动矿物分析软件, 能够对岩样（岩屑、岩心、井壁取心、薄片等）进行自动定量的测量。

通过RoqSCAN技术开展岩石微观结构的精细描述, 并研究岩石密度、孔隙度的定量计算模型, 定性评价与定量评价结合, 最终建立综合评价标准, 实现优质储层的精准识别与评价。

2.1 定性评价方法

2.1.1 元素录井评价

常规岩屑录井结合现场岩石薄片分析, 可以区分主要的岩性种类。川西地区雷四段岩性主要为白云岩、灰岩及过渡岩性, 岩石的颜色与结构相似, 优质储层主要岩性为白云岩, 岩屑录井使用放大镜、稀盐酸等难以准确识别, 但通过元素录井可以明显区分, 例如Mg元素的变化可以表征白云石含量的变化特征, 进而达到区分白云岩与灰岩的目的。川西地区雷四段的元素录井数据统计表明[8], 灰岩中Ca元素含量普遍高于45%, Mg元素含量低于5%, 白云岩中的元素含量则与之相反, Ca元素含量普遍低于45%, Mg元素含量高于5%。

2.1.2 地层可钻性评价

钻头在岩石中钻进的机械比能是指钻压和扭矩破碎单位体积岩石时单位时间所需的机械能, 也可认为是破碎单位体积岩石所消耗的能量, 破碎单位体积岩体消耗的能量越少, 说明该岩体更易破碎, 其孔渗性越好, 储层品质越好。袁艳丽[8]针对彭州工区的情况, 对扭矩、钻井工况等条件进行了修正, 建立了修正机械比能指数, 该指数越大, 反映储层的孔渗性越好。本文获取川西地区雷四段机械比能平均值后, 通过修正机械比能指数法应用了5口井, 在钻井过程中能定性地识别储层, 与测井解释结论对比, 平均解释符合率达到84.47%。

2.2 定量评价方法

2.2.1 岩石微观结构描述方法

地层可钻性评价方法本质上为间接评价, 钻井参数容易受到影响, 因此需要引进新的技术针对地层开展直接分析。RoqSCAN技术能够提供高精度背散射（BSE）图像、定量岩石结构信息（孔隙）、微裂缝等参数, 且在海相页岩气开发中得到了较多应用[9], 为本次研究提供了借鉴思路。

应用RoqSCAN技术可获得岩石样品的高精度背散射成像图, 通过分形理论与二值化图像处理[10]将图像转换为蓝白二值化图像, 突出显示孔隙部分, 定量提取孔隙的周长、长度、宽度、形状系数等参数, 准确计算孔隙面积及面孔率。P 1井5 818.64 m岩心分析结果表明, 其结构致密, 孔隙孔径极小, 20 μ m以下孔隙面积占总孔隙的85%左右, 面孔率4.48%（图1）。通过背散射成像分析, 获得了丰富的岩石微观结构信息。

图1 P 1井5 818.64 m岩心孔隙孔径分布

2.2.2 岩石密度与孔隙度计算模型

岩石密度、孔隙度是地层评价过程中的重要参数, 但录井过程中难以直接获得, 川西地区针对雷四段施工的井均较深, 井况复杂, 出于安全考虑基本取消了密度测井, 因此需要研究新的方法来获取岩石密度, 进而开展岩石孔隙度的计算。

川西地区雷四段储层为碳酸盐岩地层, 岩性以灰岩和白云岩为主, 硅质、泥质、黄铁矿等其他矿物少量, 矿物的元素组成相对确定。对M 1、P 1、P 103井按岩屑录井间距系统分别采集岩屑样品, 并进行RoqSCAN分析可知, 矿物含量最多的为方解石（铁白云石）、白云石、石英, 这3种矿物含量已大于95%, 另外见少量的黄铁矿, 其余矿物含量极低, 几乎可忽略不计。国内已经开展了大量的相关研究, 如李舟波等[11]应用元素俘获测井求取石英、黄铁矿等矿物含量, 苏伟明[12]应用XRF元素录井建立了方解石、白云石等矿物含量的计算方法, 所采用的方法均是根据矿物成分中特征元素的含量占比进行反算, 川西地区雷口坡组主要矿物的元素含量及理论密度见表1。

表1 川西地区雷口坡组主要矿物的元素含量及理论密度

石英矿物含量的计算最简便, 地层中Si元素主要来源于石英, 可以直接应用元素俘获测井方法进行计算。黄铁矿中包括Fe与S两种元素, 如果地层中Fe元素或者S元素均来自黄铁矿, 根据其中任意一个元素的含量均可以计算出黄铁矿的含量, 但如果地层中有几种矿物均含有Fe元素, 则不能直接应用Fe元素含量进行计算。为此需要将Fe元素劈分到不同的矿物中, 若不能准确劈分, 则需要应用S元素进行计算, 由于地层中含有少量的泥质, 其中含有Fe元素, 而没有其他矿物含有S元素, 因此本文采用S元素计算黄铁矿含量。因白云石中含有Ca、Mg两种元素, Ca元素不仅存在于白云石中, 也存在于方解石中, 但Mg元素只存在于白云石中, 所以应用Mg元素进行白云石含量计算。得到白云石含量后, 计算出白云石中的Ca元素含量, 用地层总的Ca元素含量减去白云石中的Ca元素含量, 剩下的Ca元素含量则全部来源于方解石。整理后可按下列各式由元素计算矿物含量。

W石英=WSi/0.467 4

W黄铁矿=WS/0.534 5

W白云石=WMg/0.129

W方解石=（WCa-W白云石× 0.212 7）/0.4

式中：W石英、W黄铁矿、W白云石、W方解石分别为石英、黄铁矿、白云石、方解石质量百分比, %; WSi、WS、WMg、WCa分别为Si、S、Mg、Ca元素质量百分比, %。

元素录井分析的对象为混合岩屑, 在测量、计算过程中可能存在一定的误差, 为确保后续计算的可靠性, 采用总和标准化的方法[13], 将计算矿物总量设为100%, 按照单个矿物含量/总矿物含量× 100%的算法, 依次对单个矿物含量进行标准化, 得到以上4种矿物的最终含量。将不同矿物的含量直接乘以该矿物的密度并相加, 获得地层岩石体积密度（ρ b）, 同时借鉴测井方法, 建立地层岩石孔隙度（ϕ ）计算模型[14]：

ρ b=（2.65W石英+4.9W黄铁矿+2.87W白云石+

2.71W方解石）/100

ϕ =100× （ρ m-ρ b）/（ρ m-ρ fl）

式中：ρ m为骨架密度, g/cm3, 方解石含量≥ 50%时取值2.71 g/cm3, 方解石含量< 50%时取值2.87 g/cm3; ρ fl为地层水密度, 取值为1 g/cm3。

由图2可见, 计算的地层岩石密度与实验数据对比, 二者变化趋势一致, r2=0.730 5, 可以借鉴测井解释方法, 进一步用上列公式计算获得地层岩石孔隙度, 与实验数据趋势一致, r2=0.740 6, 表明可应用上列公式的计算结果对川西地区雷四段开展储层评价。

图2 岩石密度、孔隙度实验室测量与计算结果相关性

2.3 综合评价标准

通过元素录井等方法在随钻过程中开展岩石成分的分析, 应用工程录井参数建立修正机械比能指数, 能够定性评价地层。在此基础上, 引进RoqSCAN技术开展岩石微观结构的精细描述, 应用元素录井建立岩石密度的计算方法, 进而获得岩石的孔隙度。将定性评价与定量评价方法结合, 形成川西地区雷四段地层综合评价标准（表2）。

表2 川西地区雷四段地层综合评价标准
3 应用效果

通过研究建立的地层综合评价方法在川西地区雷四段应用了7口井, 与测试结果对比, 解释符合率85.71%, 为测试选层提供了依据。

下面以P 42井为例, 说明本方法的应用效果。P 42井现场录井评价确认2层储层, 岩性均为细-微晶白云岩, 其中：上储层段5 922.0~5 959.0 m评价为含气层, 下储层段6 104.5~6 219.5 m评价为气层（表3）。

表3 P 42井雷四段地层综合评价

通过元素和修正机械比能指数准确识别出了雷四上亚段的上、下储层段, 应用综合评价标准解释出4层Ⅱ 类优质储层, 完井后测试产气100.7× 104 m3/d。从图3中岩石微观特征、图4中综合评价可看出, 优质储层集中在上储层段下部和下储层段中上部。采用综合评价标准后, 与现场录井解释相比, 解释符合率得到了较大的提升, 为完井作业与测试选层提供了可靠的依据。

图3 P 42井雷四段岩石微观特征

图4 P 42井雷四段综合评价

4 结论与认识

（1）本文应用元素录井开展主要的岩性识别, 应用工程录井建立地层可钻性的定性评价方法, 引进RoqSCAN技术开展岩石微观结构定量评价, 研究基于元素的岩石密度与孔隙度计算模型, 形成了川西地区雷四段地层的综合评价标准。

（2）应用本文技术方法、评价标准与现场录井解释结果相比, 解释符合率得到了提升, 为海相碳酸盐岩地层的解释评价、测试选层等提供了新的思路。

（3）应用RoqSCAN技术能获得丰富的岩石微观结构信息, 有必要进一步开展该技术的深化应用研究, 为复杂储层的解释评价提供更可靠的依据。

编辑 王丙寅

参考文献
[1] 秦川. 川西坳陷中北部三叠系雷口坡组-马鞍塘组储层特征及油气勘探前景[D]. 成都: 成都理工大学, 2012.
QIN Chuan. Reservoir characteristics and oil and gas exploration prospects of the Triassic Leikoupo Formation-Ma′antang Formation in the central and northern parts of western Sichuan depression[D]. Chengdu: Chengdu University of Technology, 2012. [本文引用:1]
[2] 李宏涛, 胡向阳, 史云清, 等. 四川盆地川西坳陷龙门山前雷口坡组四段气藏层序划分及储层发育控制因素[J]. 石油与天然气地质, 2017, 38(4): 753-763.
LI Hongtao, HU Xiangyang, SHI Yunqing, et al. Sequence division and controlling factors of reservoir development of the 4th member of Leikoupo Formation in foreland of Longmen Mountains in the western Sichuan depression, Sichuan Basin[J]. Oil & Gas Geology, 2017, 38(4): 753-763. [本文引用:1]
[3] 谢刚平. 川西坳陷雷四上亚段晶粒白云岩成岩作用和孔隙演化[J]. 长江大学学报(自科版), 2015, 12(17): 24-26, 53.
XIE Gangping. Diagenesis and pore evolution of grain dolomite in the upper part of the fourth member of Leikoupo Formation in western Sichuan depression[J]. Journal of Yangtze University(Natural Science Edition), 2015, 12(17): 24-26, 53. [本文引用:1]
[4] 陈昱林, 曾焱, 段永明, 等. 川西龙门山前雷口坡组四段白云岩储层孔隙结构特征及储层分类[J]. 石油实验地质, 2018, 40(5): 621-631.
CHEN Yulin, ZENG Yan, DUAN Yongming, et al. Pore structure characteristics and reservoir classification of dolomite reservoirs in fourth member of Leikoupo Formation, Longmen Mountain front, western Sichuan Basin[J]. Petroleum Geology & Experiment, 2018, 40(5): 621-631. [本文引用:1]
[5] 唐谢, 唐家琼, 罗于海, 等. 碳酸盐岩薄储层水平井随钻录井评价方法[J]. 天然气工业, 2013, 33(9): 43-47.
TANG Xie, TANG Jiaqiong, LUO Yuhai, et al. MWD analysis of thin carbonate reservoirs in horizontal wells[J]. Natural Gas Industry, 2013, 33(9): 43-47. [本文引用:1]
[6] 高恒逸, 邓美洲, 李勇, 等. 川西彭州地区中三叠统雷口坡组四段储层特征及成岩作用[J]. 海相油气地质, 2018, 23(1): 37-46.
GAO Hengyi, DENG Meizhou, LI Yong, et al. Diagenesis and reservoir characteristics in the middle Triassic Lei-4 Member of Leikoupo Formation in Pengzhou area of western Sichuan Basin[J]. Marine Origin Petroleum Geology, 2018, 23(1): 37-46. [本文引用:1]
[7] 李蓉, 胡昊, 许国明, 等. 四川盆地西部坳陷雷四上亚段白云岩化作用对储集层的影响[J]. 新疆石油地质, 2017, 38(2): 149-154.
LI Rong, HU Hao, XU Guoming, et al. Influences of dolomitization on reservoirs of upper part of the fourth member of Leikoupo Formation in western depression, Sichuan Basin[J]. Xinjiang Petroleum Geology, 2017, 38(2): 149-154. [本文引用:1]
[8] 袁艳丽. 川西海相雷四上亚段溶蚀储集层录井随钻评价技术[J]. 录井工程, 2019, 30(3): 106-111.
YUAN Yanli. Mud Logging evaluation technology while drilling for dissolved reservoirs of the upper part of the fourth member of Leikoupo Formation in western Sichuan marine facies[J]. Mud Logging Engineering, 2019, 30(3): 106-111. [本文引用:2]
[9] 陈明, 唐诚, 欧传根, 等. RoqSCAN技术在川南页岩气录井中的应用效果分析[J]. 录井工程, 2020, 31(2): 21-28.
CHEN Ming, TANG Cheng, OU Chuangen, et al. Application effect analysis of RoqSCAN technology in shale gas mud logging in southern Sichuan[J]. Mud Logging Engineering, 2020, 31(2): 21-28. [本文引用:1]
[10] 徐祖新, 郭少斌. 基于氩离子抛光-SEM和ImageJ软件的页岩储层孔隙结构分析: 以中扬子地区陡山沱组为例[J]. 东北石油大学学报, 2014, 38(4): 45-51.
XU Zuxin, GUO Shaobin. Analysis of the pore structure of shale gas reservoirs based on argon-ion milling SEM and ImageJ: A case study of Doushantuo Formation in Middle Yangtze area[J]. Journal of Northeast Petroleum University, 2014, 38(4): 45-51. [本文引用:1]
[11] 李舟波, 王祝文. 科学钻探中的元素测井技术[J]. 地学前缘, 1998, 5(1): 119-130.
LI Zhoubo, WANG Zhuwen. Technique of elemental logging in scientific drilling project[J]. Earth Science Frontiers, 1998, 5(1): 119-130. [本文引用:1]
[12] 苏伟明. 元素录井技术在塔中奥陶系碳酸盐岩地层中的应用[J]. 录井工程, 2021, 32(3): 37-45.
SU Weiming. Application of element logging technology to Ordovician carbonate formations in Tazhong area[J]. Mud Logging Engineering, 2021, 32(3): 37-45. [本文引用:1]
[13] 朱根庆, 黄志林, 邹克元. 数学录井理论的建立及应用前景探讨[J]. 录井工程, 2011, 22(4): 5-11.
ZHU Genqing, HUANG Zhilin, ZOU Keyuan. Discussion on the establishment and application prospects of mathematical mud logging theory[J]. Mud Logging Engineering, 2011, 22(4): 5-11. [本文引用:1]
[14] 罗宁, 唐雪萍, 刘恒, 等. 元素俘获谱测井在储层评价中的应用[J]. 天然气工业, 2009, 29(6): 43-45.
LUO Ning, TANG Xueping, LIU Heng, et al. Application of Elementary-Capture-Spectroscopy (ECS) log to the reservoir evaluation[J]. Natural Gas Industry, 2009, 29(6): 43-45. [本文引用:1]