唐诚
, 顾炎午
Tang Cheng, Gu Yanwu
中图分类号: TE132.1
文献标识码: A
责任编辑:
收稿日期: 2018-02-23
网络出版日期: 2018-06-25
版权声明: 2018 《录井工程》杂志社 《录井工程》杂志社 所有
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作者简介:
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,现在中石化西南石油工程有限公司地质录井分公司从事录井技术研究工作。通信地址:621000 四川省绵阳市科创园区园艺街13号。电话:(0816)2381432。E-mail:xnljtangcheng@163.com
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摘要
Y地区龙马溪组-五峰组页岩颜色相似,肉眼难以区分。通过研究建立元素与岩石组分之间的数学模型,形成了基于XRF元素录井的三端元图板,将工区内的页岩划分为石英+长石、碳酸盐、黏土、混合4种类型。该图板显示龙马溪组一段-五峰组页岩自上而下主要集中在黏土区、混合区、石英+长石区,划分出的页岩类型与综合评价的Ⅲ类、Ⅱ类、Ⅰ类储集层对应性较好。在该地区两口井中应用结果表明,基于XRF元素录井的三端元图板能有效区分页岩类型,为页岩气的评价提供依据。
关键词：
Abstract
In Y area, the shale color of Longmaxi formation-Wufeng formation is similar and the unaided eye is difficult to distinguish. Based on the study, the mathematical model between elements and rock constituents was established, and a ternary chart based on XRF element logging was formed. The shale in the working area was divided into four types: quartz +feldspar, carbonate, clay and mixing. The chart shows that the shale from the first member of Longmaxi formation to Wufeng formation is mainly concentrated in clay area, mixed area and quartz +feldspar area from top to bottom. The classified shale types correspond well with type Ⅲ,type Ⅱand type Ⅰ reservoirs of comprehensive evaluation. The application of two wells in this area showed that the ternary chart based on XRF element logging can effectively distinguish shale types and provide reference for shale gas evaluation.
Keywords：
四川盆地Y地区龙马溪组-五峰组海相页岩分布广,资源潜力巨大,是国内的主要勘探开发目标,也是当前的研究热点[1,2,3,4,5,6]。众多学者根据野外露头、岩心描述,综合应用录井、测井、薄片观察、电镜扫描等开展了页岩岩石特征与岩相研究,根据岩石成分、沉积构造、生物组成的特征,采用不同的依据,划分出了多种岩性与岩相类型[7,8,9]。但总体而言,龙马溪组-五峰组页岩颜色差异小,难以在钻探现场通过肉眼、简易放大镜等常规手段进行准确划分。
本文介绍了一种页岩分类方法,通过XRF元素录井建立岩石成分的三端元图板,可实现Y地区龙马溪组一段-五峰组页岩的精细分类,并快速识别出优质页岩。
Y地区龙马溪组-五峰组沉积环境为低能还原环境,构造活动不明显,为局限的泥质浅海陆棚相沉积,主要发育黑色页岩,且富含笔石化石[8,9,10]。以该区已经施工完成的Y 1井为例,其主要目的层龙马溪组一段(龙一段)-五峰组为连续沉积的页岩,根据焦石坝地区的小层划分方案[3],综合测井、录井参数将该井目的层页岩自下而上划分为9个小层,电性特征如表1所示。上部为深灰色、灰黑色、黑色页岩,中部为灰黑色、深灰色页岩,下部为灰黑色、黑色页岩、硅质页岩,夹薄层灰岩。总体而言,纵向上电性特征有差异,电性参数测值区间变化大,但页岩颜色差异不大,通过肉眼观察难以区分,难以通过常规手段快速进行页岩分类,识别出优质页岩段。
表1 Y 1井龙一段-五峰组9个小层页岩特征
| 小层 | 岩性 | 电性特征 |
|---|---|---|
| ⑨ | 黑色页岩夹深灰色页岩 | GR 120.5~145.6 API,AC 71.2~80.0 μs/ft,DEN 2.67~2.73 g/cm3 |
| ⑧ | 黑色、深灰色、灰黑色页岩 | GR 128.5~152.0 API,AC 74.68~79.8 μs/ft,DEN 2.65~2.73 g/cm3 |
| ⑦ | 灰黑色页岩 | GR 84.6~199.0 API,AC 63.0~83.9 μs/ft,DEN 2.61~2.74 g/cm3 |
| ⑥ | 深灰色、灰黑色页岩 | GR 129.7~179.5 API,AC 75.2~85.6 μs/ft, DEN 2.58~2.66 g/cm3 |
| ⑤ | 深灰色、灰黑色页岩 | GR 140.3~160.8 API, AC 75.1~83.4 μs/ft, DEN 2.57~2.64 g/cm3 |
| ④ | 灰黑色页岩 | GR 151.3~184.3 API,AC 77.7~85.2 μs/ft,DEN 2.57~2.67 g/cm3 |
| 上部:GR 124.5~165.9 API,AC 73.2~78.8 μs/ft,DEN 2.54~2.63 g/cm3 | ||
| ③+② | 灰黑色、黑色页岩、 硅质页岩 | 下部:GR 138.9~396.8 API,AC 70.9~82.2 μs/ft,DEN 2.44~2.56 g/cm3 |
| ① | 黑色硅质页岩、灰质页岩、 页岩,顶部见深灰色灰岩 | GR 82.6~231.0 API,AC 61.0~76.0 μs/ft, DEN 2.51~2.72 g/cm3 |
本次研究基于Y地区Y 1等3口井龙一段-五峰组的398块岩心样品。采用CIT-3000SY型元素录井仪,能测量常见的Mg、Al、Si、P、S、Mn、Fe、K、Ti、Ca、Cl、Sr等20余种元素,能量范围1~30 keV,高压0~30 kV,管流1 μA~1 mA,整机能量分辨率160 eV,检测时间<200 s。
众多学者对页岩岩性与岩相分类开展过深入研究,基本上是以岩石矿物组分的相对含量、岩石结构、特殊现象等为依据,进行岩石类型的细分,总结了多种分类方案[7,8,9],但普遍需要结合岩心、电镜扫描、分析化验等多种手段或方法才能确定最终种类,分类方案复杂且难以在录井现场直接应用。为满足录井现场实用、便捷的需求,本文借鉴沉积岩石学中砂岩三端元分类方法[11],研究并建立页岩三端元精细分类方法。
龙马溪组-五峰组页岩的组分较为复杂,通过岩石组分分析,按照岩石组分的性质相似性原则,将其划分为黏土矿物、碳酸盐岩矿物、硅质组分(石英+长石)3类[7,12]。北美地区以3类组分为3个端元,细分为4类16种页岩类型[13]。国内吴蓝宇等依据该方法在涪陵气田建立了类似的页岩岩相划分方案[7];郝运轻等将该方法简化为用粉砂质、碳酸盐质、泥质3个端元划分粉砂岩区、泥质岩区、碳酸盐岩区以及三者过渡区4类页岩分类[14];鄢继华等在沧东坳陷基于X射线衍射数据建立了细粒沉积岩的类似方法[15]。通过比较,16种类型的分类方案能精确区分不同页岩之间的微小差异,但方案复杂,难以在钻探现场推广应用。本文使用简化后的页岩分类方法,采用石英+长石、碳酸盐、黏土三端元划分4个岩性区(图1):当石英+长石含量大于50%时,为石英+长石区;当黏土含量大于50%时,为黏土区;当碳酸盐含量大于50%时,为碳酸盐区;石英+长石、碳酸盐、黏土三端含量均小于50%时,为中间的混合区。
XRF元素录井获取的是岩石元素种类与含量,为转换为矿物成分,需要开展元素与岩石组分的计算转换。国内外开展了大量的相关研究,一般是基于岩石组分的化学分子式解析,建立元素-矿物-岩石组分的数学计算模型,其中最有代表性的是斯伦贝谢公司研发的ECS测井技术。该技术采用闭合氧环分析将干元素比重转换为干岩石组分比重[16,17],计算结果较为可靠,但计算过程与约束条件非常复杂,难以直接借鉴。因此,本文采用ECS测井计算的岩石组分与XRF元素录井数据进行拟合,建立XRF元素与ECS岩石组分之间的计算模型。首先应用主成分分析方法进行元素数据降维[17],剔除部分相关性极差的元素种类,再根据岩石组分的化学构成优选出元素组合,最后开展XRF元素组合与岩石组分之间的回归分析[17],建立区块内的ECS岩石组分与XRF元素之间的计算模型(表2)。
表2 XRF元素与ECS岩石组分计算模型
| 计算项目 | 转换模型 | Y地区推荐模型 | 相关系数 |
|---|---|---|---|
| 碳酸盐 | y=f(Mg,Ca,Ti,Mn) | 碳酸盐=0.01Mg+0.02Ca+0.30Ti-0.98Mn | 0.63 |
| 黏土 | y=f(Si,Ca,Fe,Al) | 黏土=1.14-0.01Si-0.02Ca+0.02Fe+0.01Al | 0.73 |
| 石英+长石 | y=f(Al,Si,K,Fe) | (石英+长石)=0.05-0.02Al+0.01Si+0.17K-0.01Fe | 0.61 |
从表2可以看出,计算模型的相关系数最低为0.61,最高达到0.73。相关系数偏低的主要原因是个别井段存在极值,如图2所示,在3 821~3 822 m、3 860~3 861 m等井段存在高含钙的尖峰,ECS测井曲线响应明显,而XRF元素录井由于取样间距的影响,没有反映出高含钙的尖峰特征。但整体而言XRF元素录井与ECS岩石组分计算模型具有一定的相关性,且计算过程相对简单,能够满足现场应用页岩三端元图板分类的要求。
根据中石化西南油气分公司内部评价标准,结合测井、录井与分析化验数据综合分析,将Y 1井龙一段-五峰组页岩第⑧-⑨、④-⑦、①-③小层分别评价为Ⅲ类、Ⅱ类、Ⅰ类储集层。
根据XRF元素计算的岩石成分,应用建立的三端元图板分析,效果如图3所示。Y 1井页岩分布在黏土区、混合区以及石英+长石区,碳酸盐区无分布,其中:第⑧-⑨小层集中在黏土区,GR曲线呈现中等幅度且具有多个低值尖峰, DEN高,AC低,元素含量表现为高Si、高Al、低Ca的特征,有气测异常;第④-⑦小层主要分布在混合区,次为石英+长石区,GR逐渐升高,GR、CNL见多个低值尖峰,AC见高值尖峰,对应处元素特征同步变化,反映出Si、Al元素曲线低值尖峰,Ca元素曲线高值尖峰,气测异常明显;第①-③小层分布在石英+长石区,表现为高GR、AC,低CNL、DEN,气测显示好,高Si、Ca,低Al。整体表现为随着埋深增加,含气性逐渐变好,页岩类型逐渐由黏土区向混合区过渡,下部最优质的页岩位于石英+长石区。通过三端元图板能对页岩类型进行精细分类,同时页岩类型的变化与储集层级别的变化对应性较好。
该页岩元素三端元图板在Y 2井和Y 3井进行了应用,主要用于龙一段-五峰组页岩的分类。
通过对比分析,Y地区龙一段-五峰组页岩的特征较为稳定,主要的测井参数与元素的平均值见表3。Y 2井第⑧-⑨小层GR最低,AC中等,DEN最高,Si中等,Al最高,Ca最低;第④-⑦小层GR升高,AC最高,DEN中等,Si最低,Al最高,Ca较高;第①-③小层GR存在多个高值尖峰,但平均值较低,AC与DEN均最低,Si、Ca最高,Al最低。Y 3井的数值有一定变化,主要测井参数与主要元素含量的平均值均略大于Y 2井,但总体上具有相似的变化趋势,纵向上底部具有高GR井段但平均值不高,DEN逐渐降低,Si含量逐渐升高,而Al含量逐渐降低,中部Ca含量明显高于顶、底部等。通过肉眼观察,岩性均为灰黑色、黑色页岩,底部夹薄层灰岩,通过测井参数与主要元素含量难以直接区分页岩。
表3 Y 2井与Y 3井龙一段-五峰组9小层页岩特征
| 层位 | GR/API | AC/(μs·ft-1) | DEN/(g·cm-3) | Si/% | Ca/% | Al/% | 岩性 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Y 2井⑧-⑨小层 (最小-最大/平均) | 117-147 /130 | 71-78 /75 | 2.64-2.72 /2.68 | 53-60 /56 | 0.2-2.2 /0.5 | 13.4-17.9 /15.8 | 灰黑色页岩 |
| Y 2井④-⑦小层 (最小-最大/平均) | 91-195 /162 | 64-83 /79 | 2.58-2.66 /2.62 | 34-59 /53 | 0.7-20.9 /4.8 | 6.3-23.1 /14.2 | 灰黑色页岩 |
| Y 2井①-③小层 (最小-最大/平均) | 61-253 /136 | 60-81 /71 | 2.48-2.69 /2.56 | 37-82 /60 | 1.2-23.9 /4.9 | 3.6-18.2 /11.8 | 灰黑色页岩 夹薄层灰岩 |
| Y 3井⑧-⑨小层 (最小-最大/平均) | 116-171 /135 | 73-85 /78 | 2.63-2.80 /2.70 | 53-58 /56 | 0.5-1.9 /1.0 | 14.0-18.0 /16.4 | 灰黑、黑色页岩 |
| Y 3井④-⑦小层 (最小-最大/平均) | 94-193 /165 | 64-86 /81 | 2.55-2.69 /2.62 | 44-59 /55 | 2.6-18.4 /6.5 | 11.1-17.2 /15.2 | 黑色页岩 |
| Y 3井①-③小层 (最小-最大/平均) | 81-275 /141 | 61-85 /75 | 2.42-2.72 /2.53 | 51-74 /62 | 1.0-14.2 /4.7 | 3.5-22.5 /12.4 | 黑色页岩 夹薄层灰岩 |
通过应用XRF元素组合与ECS岩石组分之间的数学模型进行计算,分别获得页岩的石英+长石、碳酸盐、黏土组分,绘制三端元图板,如图4、图5所示。从图中可以看出,Y 2井、Y 3井与Y 1井的应用效果基本一致。第⑧-⑨小层主要集中在黏土区,为Ⅲ类储集层,第④-⑦小层主要位于混合区,为Ⅱ类储集层,而最优质的第①-③小层主要位于石英+长石区,为Ⅰ类储集层。
Y 3井不同类页岩之间的界线清晰,Ⅲ类储集层(第⑧-⑨小层)完全位于黏土区,Ⅱ类储集层(第④-⑦小层)大部分位于混合区,个别样品进入了石英+长石区,但紧靠混合区,与Ⅰ类储集层(第①-③小层)的大部分样品有明显区别。Y 2井Ⅰ类储集层(第①-③小层)与Ⅱ类储集层(第④-⑦小层)差异明显,除一个Ⅰ类储集层的样品落入混合区外,其余Ⅰ类储集层全部位于石英+长石区,Ⅱ类储集层大部分位于混合区,少量样品位于黏土区,而Ⅲ类储集层主要位于黏土区,少量样品进入混合区。虽然Ⅱ类与Ⅲ类储集层的组分含量存在一定的重叠,但总体而言Ⅲ类储集层具有高黏土低碳酸盐含量的特征,Ⅱ类储集层的特征为低黏土中等碳酸盐含量,二者之间有较为明显的界线,应用三端元图板能将龙一段-五峰组的9个小层的页岩区分为3种不同类型的页岩,其中位于石英+长石区的页岩为最优质的页岩,位于黏土区的页岩相对较差,介于两者之间的页岩一般分布于混合区。
(1)针对Y地区龙马溪组一段-五峰组页岩较为相似,常规手段难以区分难题,通过研究,形成了XRF元素与岩石组分之间的计算模型,采用石英+长石、碳酸盐、黏土三端元划分为4个岩性区,建立了基于XRF元素录井的页岩三端元图板。
(2)通过Y 2、Y 3两口井的应用,区内龙一段-五峰组页岩纵向上能够划分为黏土区、混合区、石英+长石区3种不同类型的页岩,与Ⅲ类、Ⅱ类、Ⅰ类储层对应良好,应用三端元图板能够快速进行页岩分类,同时能够对储集层进行快速分级评价,取得了较好的应用效果。
The authors have declared that no competing interests exist.
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