基于元素录井技术的大牛地气田马五₅亚段白云化特征分析

0 引 言

大牛地气田位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡东北部,钻井表明该气田下古生界碳酸盐岩地层天然气资源潜力巨大。马五₅亚段岩性主要为一套稳定的厚层状深灰色-灰黑色灰岩,夹微晶砂砾屑灰岩,为典型的开阔潮下带沉积环境产物^[1,2]。马五₅亚段在整个大牛地气田横向发育稳定,厚度变化较小,一般为25~32 m,均可追踪对比,为一区域性标志层。在马五₅亚段的局部区域因白云化作用而形成了一层较为发育的粉晶白云岩,为天然气聚集的有利场所。如何对整个气田马五₅亚段白云化作用的发育程度、范围进行快速全面认识、进而指导今后井位部署成为当务之急。

X射线荧光(XRF)元素录井技术是一项录井新技术,它能够测量岩屑(心)样品中的元素含量,定量解释矿物类型和百分含量,并按照岩石学分类命名方案进行准确的岩性识别和解释^[3,4,5]。大牛地气田岩屑录井间距通常为1~2 m/包,因此通过岩屑得到的元素录井曲线的纵向分辨率较高。通过绘制对应井段的白云石含量曲线,结合其他矿物特征能够准确评价白云化作用。

另一方面,由于历史客观原因的限制,大多数探井无元素录井数据。为了控制整个气田,笔者大致按照五纵五横的井网间隔共选取28口关键井进行元素录井数据的补充采集。

1 单井元素录井剖面恢复

马五₅亚段岩性以灰黑色灰岩、深灰色云质灰岩为主,碳酸盐岩矿物以方解石、白云石为主。因此选择Ca、Mg、Al等元素进行矿物类型及百分含量的确定。首先根据Mg含量(X_Mg,%)计算白云石含量(X_白云石,%)。

X_白云石=(X_Mg/M_Mg)×M_白云石

然后根据Ca含量(X_Ca,%)计算方解石含量(X_方解石,%)。

X_方解石=(X_Ca/M_Ca-X_Mg/M_Mg)×M_方解石

对于泥质,由于黏土矿物类型多变、结构复杂,根据前人已有扫描电镜资料及研究成果来看,大牛地气田下古生界地层黏土矿物以伊利石为主。因此,本文将马五₅亚段黏土矿物简化为单一的伊利石模型,伊利石理想分子式是K_0.75Al_1.75[Si_3.5Al_0.5O₁₀](OH)₂,根据Al含量(X_Al,%)计算泥质含量(X_泥质,%)。

X_泥质=X_Al/(2.25M_Al)×M_伊利石

其中M_Mg、M_Ca、M_Al、M_白云石、M_方解石、M_伊利石分别代表Mg、Ca、Al的相对原子质量和白云石、方解石、伊利石的相对分子质量。

以大牛地气田D 37井马五₅亚段为例,通过元素Mg、Ca、Al逐一计算岩屑样品中的白云石含量、方解石含量和泥质含量,再根据碳酸盐岩成分命名规则进行岩性准确定名。矿物相对百分含量及岩性定名结果见图1。

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图1   D 37井马五₅亚段元素录井解释剖面

   

从图1可以看出,D 37井马五₅亚段顶界测深2 911 m,底界测深2 938 m,地层厚度27 m。测井特征整体呈低自然伽马、高电阻率、低平中子,元素特征整体高Ca,低Mg、Si、Al,方解石平均含量在75%以上,白云石平均含量在25%以下,岩性以灰黑色灰岩为主,仅马五₅亚段顶部发生白云化作用,形成了厚度为1 m的灰质白云岩(井段2 911~2 912 m)。

笔者用亚段内云质岩类(包括白云岩、灰质白云岩、含灰白云岩、含泥白云岩等)累计厚度与亚段地层厚度之比来评价马五₅亚段整体白云化程度,则D 37井马五₅亚段白云化程度约为4%(1 m/27 m)。依照同样的方法对余下27口关键井进行了元素录井剖面恢复和白云化程度评价,评价结果见表1。

为了研究白云化作用在纵向上的分布特征,对马五₅亚段云质岩类发育井段的相对位置进行统计分析。从图2可以看出,这28口关键井的马五₅亚段中,共有19口井(占比约68%)的局部井段发生了白云化作用,其中12口井(占比约43%)发育在顶部, 6口井(占比约21%)发育在中部,1口井(占比约4%)发育在底部,余下9口井(占比约32%)马五₅亚段没有发生白云化作用。据此认为大牛地气田内大多数井马五₅亚段都发生了白云化作用,且云质岩类井段集中发育在顶部,其次是中部,而底部最不发育。进一步推测白云化作用是自上而下进行的,富镁海水中的Mg²⁺从浅层逐步交代泥微晶灰岩中的Ca²⁺而使文石、方解石转变成白云石,顶部交代程度彻底,白云化程度最高,而底部交代作用最弱,白云化程度最低。

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图2   大牛地气田马五₅亚段云质岩类发育相对位置统计

   

2 白云化作用平面特征分析

为了分析评价大牛地气田马五₅亚段白云化作用的平面特征,将云质岩类累计厚度与亚段地层厚度之比作为白云化程度的评价参数,绘制白云化评价参数的平面等值线图(图3)。

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图3   大牛地气田马五₅亚段白云化程度等值线图

   

从图3可以看出,大牛地气田白云化程度相对较高(≥50%)的区域主要分布在西北部D 48井区、D 96井区和东北部D 59井区,此外东部D 78井区、西南部D 122井区、D 62井区也有少量分布,基本上呈环带状展布,而大牛地气田东南部白云化程度最低(<20%)。根据前人研究成果^[5,6,7],马五₅亚段沉积时地势东南低、西北高,海水由东南方向侵入,且马五₅亚段白云化作用为准同生期泥微晶灰岩粉晶白云化作用。通过对比可以看出,大牛地气田马五₅亚段白云岩的发育与沉积时的浅水区具有较好的一致性,即马五₅亚段云质岩类主要分布在古海水较浅区,该区域因准同生白云化作用而形成了一套粉晶白云岩储集体,并因其具有良好的储集物性而成为天然气聚集成藏的有利场所,成为下一步井位部署的重点区域。

3 结 论

元素录井分析岩屑矿物成分准确度高、纵向连续性好,可以用来进行泥微晶灰岩白云化作用的识别评价,笔者通过实践表明利用元素录井技术进行白云化程度评价是可行的。大牛地气田马五₅亚段大多数区域都发生了白云化作用,且纵向上云质岩类井段集中发育在顶部,其次是中部,而底部最不发育。平面上云质岩类主要发育在气田的西北、东北部,东南部白云化作用最弱。因此,纵向上马五₅亚段顶部,横向上的西北、东北部应是今后井位部署的重点区域。

(编辑 王丙寅)

参考文献

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