引用本文
刘达贵, 田蒙, 刘兴, 杨琳, 何林蔚, 孟森淼. 特殊录井在相国寺构造地下储气库钻探中的应用[J]. 录井工程, 2023,34(1): 35-39.
LIU Dagui, TIAN Meng, LIU Xing, YANG Lin, HE Linwei, MENG Senmiao. Application of special mud logging technology in the drilling and exploration of Xiangguosi underground gas storage[J]. Mud Logging Engineering, 2023,34(1): 35-39.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2023.01.006  
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特殊录井在相国寺构造地下储气库钻探中的应用
刘达贵, 田蒙, 刘兴, 杨琳, 何林蔚, 孟森淼
中国石油川庆钻探工程有限公司地质勘探开发研究院

作者简介： 刘达贵 高级工程师,1970年生,1991年毕业于重庆石油学校石油地质勘探专业,现在中国石油川庆钻探工程有限公司地质勘探开发研究院从事油气地质勘探和录井解释评价工作。通信地址：610051 四川省成都市建设北路一段83号。电话：13550100638。E-mail：liudg-sc@cnpc.com.cn

收稿日期: 2023-02-01
基金: 川庆钻探工程有限公司地质勘探开发研究院2021年科研计划项目“元素与伽马能谱录井技术在相国寺构造区域栖霞组-黄龙组应用研究”（编号：CQ2021B-F-9-1）
摘要

为了解决相国寺地下储气库目的层（黄龙组）固井、取心卡层难题,以相国寺构造栖霞组-黄龙组自然伽马能谱录井和X射线荧光元素录井为研究对象,分析了自然伽马能谱录井与自然伽马能谱测井、X射线荧光元素录井与地层元素俘获测井的相关性,建立了相国寺构造栖霞组-黄龙组自然伽马能谱录井、X射线荧光元素录井层位判别图板及识别标准,用于判别层位和卡准固井、取心层位。研究结果表明：（1）自然伽马能谱录井与自然伽马能谱测井相关系数为0.88,X射线荧光元素录井与地层元素俘获测井相关系数为0.92,能够依据自然伽马能谱录井和X射线荧光元素录井对层位进行判别;（2）自然伽马能谱录井值栖霞组为76~87 nGy/h、梁山组为90~122 nGy/h、黄龙组为82~96 nGy/h,创建的层位判别图板聚类效果好,根据判别图板建立了层位识别标准;（3）Al元素和Mg元素对栖霞组、梁山组及黄龙组3个层位最为敏感、区分度较高,根据Al元素和Mg元素含量建立的层位判别图板和识别标准,能够满足录井现场栖霞组、梁山组和黄龙组层位判别。应用自然伽马能谱录井和X射线荧光元素录井建立的层位判别图板和识别标准,能够解决相国寺构造地下储气库目的层卡层难题。

关键词: 相国寺; 栖霞组-黄龙组; 特殊录井; 识别标准; 地下储气库
中图分类号:TE132.1 文献标志码:A
Application of special mud logging technology in the drilling and exploration of Xiangguosi underground gas storage
LIU Dagui, TIAN Meng, LIU Xing, YANG Lin, HE Linwei, MENG Senmiao
Geological Exploration & Development Research Institute, CNPC Chuanqing Drilling Engineering Company Limited,Chengdu, Sichuan 610051, China
Abstract

In order to solve the problems of cementing and coring in the target layer （Huanglong Formation） of Xiangguosi underground gas storage, the natural gamma spectrum mud logging and XRF element logging of Qixia-Huanglong Formation in Xiangguosi structure are taken as the research objects. The correlation between natural gamma spectrum mud logging and natural gamma spectrum logging, XRF element mud logging and formation element capture logging is analyzed, and the natural gamma spectrum mud logging of Qixia-Huanglong Formation is established. The XRF element mud logging horizon identification chart and identification standard are used for horizon identification and accurate cementing and coring horizon. The research results show that: （1）the correlation coefficient between natural gamma ray spectrum mud logging and natural gamma ray spectrum logging is 0.88, and the correlation coefficient between XRF element logging and formation element capture logging is 0.92, which can be used to horizon identification; （2）The natural gamma ray spectrum logging Qixia Formation is 76~87 nGy/h, Liangshan Formation 90~122 nGy/h, Huanglong Formation 82~96 nGy/h, with good clustering effect of the created horizon identification chart, and according to the chart, the horizon identification standard is established; （3）Al and Mg elements are the most sensitive and highly distinguishable to the three horizons of Qixia, Liangshan and Huanglong Formation. The horizon identification chart and identification standard established by the content of Al and Mg elements can meet the horizon identification of these three formations at the logging site. The conclusion is that the layer identification chart and identification standard established by natural gamma ray spectrum mud logging and XRF element mud logging can solve the problem of the target layer of the underground gas storage in Xiangguosi structure.

Keyword: Xiangguosi; Qixia-Huanglong Formation; special mud logging; identification criteria; underground gas storage
0 引言

随着四川盆地油气勘探开发不断深入, 地层识别难度逐渐增大。虽然自然伽马能谱测井和地层元素俘获测井能较为准确地解释岩性和划分层位, 但因测井基于钻后评价, 无法满足录井现场实时判断层位。随着录井新技术、新方法的应用发展, 自然伽马能谱录井和X射线荧光元素录井在常规油气勘探中得到了广泛应用。通过分析自然伽马能谱录井与自然伽马能谱测井、X射线荧光元素录井与地层元素俘获测井的相关性, 发现其测量原理相似、相关系数高, 因此能够应用自然伽马能谱录井和X射线荧光元素录井解决录井现场实时解释岩性和判别层位的难题。

自然伽马能谱录井技术是利用能谱分析方法将测得岩屑中的铀（U）、钍（Th）、钾（K）混合谱进行解析, 从而确定岩样总剂量率（TDR）以及铀（U）、钍（Th）、钾（K）分量值的一种录井技术[1]。其测量原理与自然伽马能谱测井相同, 可以用于录井现场岩性解释及层位划分等[2]。X射线荧光元素录井是以岩石地球化学理论为基础, 应用岩石X射线荧光分析, 测量岩石中不同元素含量的技术。其测量原理与地层元素俘获测井相似, 能够灵敏地捕捉到地层变化的信息, 通过不同元素含量的变化, 进行岩性解释、层位判别及地层划分[3, 4]。

1 区域地质背景

相国寺构造位于四川盆地川东高陡构造带, 石炭系黄龙组气藏构造形态为“ 断垒型” 的狭长梳状背斜, 轴向NNE, 背斜构造两翼断层发育, 岩层产状复杂, 倾角大[5, 6, 7]。在钻探过程中, 因地层产状复杂, 相同层段岩层钻厚差异较大, 加之钻井采用螺杆和PDC钻头, 高转速切削岩层, 致使岩屑呈粉末状, 肉眼识别困难, 地层对比难度大。若不借助特殊录井技术, 难以卡准固井、取心层位（黄龙组）。目前该构造钻探过程中采用自然伽马能谱录井和X射线荧光元素录井等特殊录井方法, 在层位判别及地层对比划分方面应用效果较好。

特殊录井层段栖霞组-黄龙组岩电特征：栖霞组为厚层石灰岩, 近底部夹薄层硅质石灰岩, 自然伽马低值, 深、浅双侧向电阻率中高值; 梁山组为泥岩、粉砂岩、页岩、铝土质泥岩夹煤线, 自然伽马高值, 深、浅双侧向电阻率中低值; 黄龙组为白云岩, 底部夹薄层灰质白云岩、白云质石灰岩, 自然伽马中值, 深、浅双侧向电阻率中值。

2 测录相关性分析
2.1 自然伽马能谱测录相关性

针对相国寺地下储气库应用自然伽马能谱录井的钻探井（XC 12、XC 17、XC 18井）与自然伽马能谱测井进行相关性研究, 从自然伽马能谱录井与自然伽马能谱测井曲线对比分析来看, 其趋势基本一致, 但难以准确描述其相关性, 因而建立交会图对其相关性进行分析。XC 12井层位栖霞组-黄龙组, 井段2 460~2 575 m, 样品点数81, r值0.86（图1a）; XC 17井层位栖霞组-黄龙组, 井段2 300~2 455 m, 样品点数121, r值0.86（图1b）; XC 18井层位栖霞组-黄龙组, 井段2 394~2 788 m, 样品点数264, r值0.91（图1c）。3口井r值平均为0.88, 说明能够依据自然伽马能谱录井进行地层对比划分和层位判别。

图1 自然伽马能谱录井与自然伽马能谱测井交会

2.2 元素测录相关性

相国寺地下储气库钻探井未进行地层元素俘获测井, 无法对X射线荧光元素录井与地层元素俘获测井进行相关性研究。四川盆地双鱼石构造油气井钻探中X射线荧光元素录井及地层元素俘获测井资料齐全, 并且栖霞组-观雾山组与相国寺构造栖霞组-黄龙组岩性组合相似, 因此选取该构造ST 7、ST 8井栖霞组-观雾山组X射线荧光元素录井与地层元素俘获测井进行相关性分析。

ST 7井栖霞组-观雾山组（井段7 590~7 774 m）, Mg元素相关系数最高, r值0.92, Al元素相关系数最低, r值0.90, Ca、Mg、Si、Al、Fe 5种主量元素（其含量占全元素80%~90%）平均相关系数r值为0.91（表1）。

表1 X射线荧光元素录井与地层元素俘获测井数据相关性统计

ST 8井栖霞组-观雾山组（井段7 290~7 525 m）, Ca元素和Mg元素相关系数最高, r值均为0.94, Al元素相关系数最低, r值0.91, Ca、Mg、Si、Al、Fe 5种主量元素（其含量占全元素80%~90%）平均相关系数r值为0.93（表1）。

根据双鱼石构造ST 7、ST 8井栖霞组-观雾山组X射线荧光元素录井和地层元素俘获测井数据相关性分析结果得出, 相关系数较高, r最高值0.93, r最低值0.91, r平均值0.92（表1）。

3 建立层位识别标准
3.1 自然伽马能谱录井识别标准

应用XC 12、XC 17、XC 18井自然伽马能谱录井数据, 创建层位判别图板。该图板聚类效果好, 可以根据自然伽马能谱录井图板判别层位、对比划分地层, 从而卡准固井、取心层位（黄龙组）, 建立层位识别标准。

XC 12井：栖霞组井段2 460~2 561 m, 自然伽马能谱录井值78~87 nGy/h; 梁山组井段2 561~2 567 m, 自然伽马能谱录井值96~105 nGy/h; 黄龙组井段2 567~2 596 m, 自然伽马能谱录井值88~96 nGy/h（图2）。

图2 栖霞组-黄龙组自然伽马能谱录井层位判别图板

XC 17井：栖霞组井段2 300~2 433 m, 自然伽马能谱录井值77~82 nGy/h; 梁山组井段2 433~2 445 m, 自然伽马能谱录井值90~100 nGy/h; 黄龙组井段2 445~2 455 m, 自然伽马能谱录井值82~85 nGy/h（图2）。

XC 18井：栖霞组井段2 394~2 715.00 m, 自然伽马能谱录井值76~85 nGy/h; 梁山组井段2 715~2 747 m, 自然伽马能谱录井值93~122 nGy/h; 黄龙组井段2 747~2 788 m, 自然伽马能谱录井值85~92 nGy/h（图2）。

从XC 12、XC 17、XC 18井地质资料及自然伽马能谱录井图板可知：栖霞组为石灰岩, 质纯, 少含泥质, 自然伽马能谱录井值76~87 nGy/h; 梁山组为泥岩、页岩及粉砂岩, 夹煤线, 自然伽马能谱录井值90~122 nGy/h; 黄龙组为白云岩, 质纯, 少含泥质, 自然伽马能谱录井值82~96 nGy/h。由此建立自然伽马能谱录井层位识别标准（表2）。录井人员根据层位识别标准, 较为容易判断层位变化。

表2 自然伽马能谱录井层位识别标准
3.2 X射线荧光元素录井识别标准

相国寺构造无元素俘获测井数据, 但根据四川盆地双鱼石构造X射线荧光元素录井与地层元素俘获测井相关性研究结果, 其相关系数较高, 可以依据X射线荧光元素录井判别层位和划分对比地层。如果仅用元素曲线形态划分栖霞组、梁山组及黄龙组, 其特征不明显, 难以判断。本文利用X射线荧光元素录井创建层位判别图板, 聚类效果较好, 由判别图板建立X射线荧光元素录井层位识别标准。

研究发现, 在沉积岩中12种主量元素里Al元素和Mg元素对栖霞组、梁山组及黄龙组3个层位最为敏感、区分度较高, 因此根据Al元素和Mg元素的含量建立了层位判别图板。XC 5井栖霞组（井段2 700~2 817 m）Mg< 6%、Al< 2%; 梁山组（井段2 817~2 831 m）Mg< 4%、Al> 10%; 黄龙组（井段2 831~2 850 m）Mg> 3%、Al< 8%, 聚类效果较好（图3）; XC 9井栖霞组（井段2 300~2 407 m）Mg< 8%、Al< 2%; 梁山组（井段2 407~2 446 m）Mg< 2%、Al> 10%; 黄龙组（井段2 446~2 470 m）Mg> 7%、Al< 7%（图3）。

图3 栖霞组-黄龙组X射线荧光元素录井层位判别图板

从XC 5、XC 9井X射线荧光元素录井图板可知, 栖霞组Mg< 8%、Al< 2%, 梁山组Mg< 3%、Al> 10%, 黄龙组Mg> 3%、Al< 8%。由此建立X射线荧光元素录井层位识别标准（表3）。录井人员根据层位识别标准, 较为容易判断地层变化。

表3 X射线荧光元素录井层位识别标准
4 应用实例

利用自然伽马能谱录井、X射线荧光元素录井层位判别图板和识别标准, 对近期完钻的XC 20、XC 21井进行随钻层位判别, 判识栖霞组、梁山组及黄龙组3个层位的效果较好, 卡准了XC 20、XC 21井黄龙组固井层位, 完钻后与测井分层井深吻合。

4.1 XC 20井

XC 20井未进行自然伽马能谱录井, 钻进过程中仅依靠X射线荧光元素录井层位判别图板和识别标准进行层位识别。XC 20井钻进中, 井段2 420~2 532 m, X射线荧光元素录井Mg< 7%、Al< 2%, 根据层位判别图板和识别标准判断为栖霞组; 当钻至井深2 533 m时Mg含量下降至2%, Al含量上升至16%, 根据层位判别图板和识别标准已钻入梁山组, 井段2 532~2 540 m, Mg含量1%~2%, Al含量11%~19%, 符合梁山组层位判别图板和识别标准, 判定该段地层为梁山组; 当钻至井深2 541 m时Mg含量上升至7%, Al含量下降至3%, 根据层位判别图板和识别标准已钻入黄龙组, 井段2 540~2 550 m, Mg含量6%~11%, Al含量0.3%~7%, 符合黄龙组层位判别图板和识别标准, 判定该段地层为黄龙组（图4）。完钻后测井分层：栖霞组底界井深2 532.40 m, 梁山组底界井深2 541.00 m, 黄龙组底界井深2 549.60 m, 与测井分层井深吻合。

图4 X射线荧光元素录井图板

4.2 XC 21井

XC 21井钻进中, 井段2 362~2 539 m, 自然伽马能谱录井值77~82 nGy/h, X射线荧光元素录井Mg< 6%、Al< 2%, 根据层位判别图板和识别标准判断为栖霞组; 当钻至井深2 540 m时自然伽马能谱录井值上升至101 nGy/h, Mg含量下降至2%, Al含量上升至16%, 根据层位判别图板和识别标准已钻入梁山组, 井段2 539~2 552 m, 自然伽马能谱录井值持续在92~122 nGy/h之间, Mg含量0.7%~3%, Al含量12%~23%, 符合梁山组层位判别图板和识别标准, 判定该段地层为梁山组; 当钻至井深2 553 m时自然伽马能谱录井值下降至86 nGy/h, Mg含量上升至6%, Al含量下降至7%, 根据层位判别图板和识别标准已钻入黄龙组, 井段2 552~2 572 m, 自然伽马能谱录井值持续在84~90 nGy/h之间, Mg含量4%~8%, Al含量0.1%~7%, 符合黄龙组层位判别图板和识别标准, 判定该段地层为黄龙组（图4）。完钻后测井分层：栖霞组底界井深2 540.10 m, 梁山组底界井深2 551.20 m, 黄龙组底界井深2 572.70 m, 与测井分层井深吻合。

5 结论与认识

（1）自然伽马能谱录井与自然伽马能谱测井相关系数0.88, X射线荧光元素录井与地层元素俘获测井相关系数0.92, 能够依据自然伽马能谱录井和X射线荧光元素录井判别层位。

（2）自然伽马能谱录井值栖霞组为76~87 nGy/h, 梁山组为90~122 nGy/h, 黄龙组为82~96 nGy/h, 据此建立的层位判别图板和识别标准, 适用性强。

（3）Al元素和Mg元素对栖霞组、梁山组及黄龙组3个层位最为敏感、区分度较高, 利用Al元素和Mg元素含量建立的层位判别图板和识别标准, 能够帮助录井人员判别层位。

（4）对相国寺构造XC 20、XC 21井实钻验证表明, 与层位判别图板和识别标准一致, 应用效果较好, 适用性强, 具有普适性。

(编辑 陈娟)

参考文献
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