引用本文
马福罡, 李战奎, 苑仁国, 魏雪莲, 李谦, 管宝滦. XRD录井技术在渤中A构造随钻地质评价中的应用[J]. 录井工程, 2025,36(4): 113-118.
MA Fugang, LI Zhankui, YUAN Renguo, WEI Xuelian, LI Qian, GUAN Baoluan. Application of XRD logging technology to geological evaluation while drilling in Bozhong A structure[J]. Mud Logging Engineering, 2025,36(4): 113-118.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2025.04.017  
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XRD录井技术在渤中A构造随钻地质评价中的应用
马福罡①, 李战奎②, 苑仁国①, 魏雪莲①, 李谦①, 管宝滦①
①中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司
②中海石油（中国）有限公司天津分公司

作者简介：马福罡 工程师,1989年生,2013年毕业于长江大学资源勘查工程专业,目前在中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司从事海上油气勘探作业相关工作。通信地址：300452 天津市滨海新区海川路2121号渤海石油管理局C座。E-mail：mafg@cnooc.com.cn

收稿日期: 2025-11-03
基金: 中海油能源发展股份有限公司重大科研专项（课题）“井漏风险随钻预警技术研究”（编号：HFKJ-ZX-GJ-2023-05-01）
摘要

针对渤海湾盆地渤中A构造古生界碳酸盐岩潜山勘探中存在的岩性定名不精准、界面卡取精度低、地层划分与对比困难、优质储层识别缓慢等问题,引入X射线衍射（XRD）录井技术。通过建立岩性定名三角图板,实现了碳酸盐岩过渡岩性的精细定名;基于上覆泥岩矿物含量的“三段式”变化规律,建立了潜山界面预警与识别方法;利用长石含量与自然伽马测井曲线的拟合模型,实现了随钻地层精细划分与对比;结合矿物成分与岩石脆性关系,建立了基于脆性指数的优质储层快速识别方法。该技术在渤中A构造7口探井中应用结果表明,岩性定名符合率达92%,界面卡取精度控制在界面以下的3 m以内,地层层位划分误差不超5 m,优质储层解释符合率达83%,有效支撑了钻井安全与勘探决策。

关键词: XRD录井技术; 碳酸盐岩潜山; 岩性定名; 界面卡取; 地层划分; 储层评价
中图分类号:TE132.1 文献标志码:A
Application of XRD logging technology to geological evaluation while drilling in Bozhong A structure
MA Fugang①, LI Zhankui②, YUAN Renguo①, WEI Xuelian①, LI Qian①, GUAN Baoluan①
①CNOOC Ener Tech-Drilling & Production Co., Tianjin 300452, China
②CNOOC China Limited Tianjin Company, Tianjin 300450, China
Abstract

To address issues in the exploration of Paleozoic carbonate rock buried hills of the Bozhong A structure in Bohai Bay Basin, such as inaccurate lithology naming, low precision in interface determination, difficulty in stratigraphic division and correlation, and slow identification of high-quality reservoirs, X-ray diffraction （XRD） logging technology has been introduced. By building a lithology naming triangular chart, the precise naming of carbonate transitional lithologies was achieved. Based on the "three-stage" variation law of mineral concentration in overlying mudstone, a method for early warning and identification of the buried hill interfaces was established. The fitting model combining feldspar content with natural gamma logging curve enabled fine stratigraphic division and correlation while drilling. Integrating mineral composition with rock brittleness, a rapid identification method for high-quality reservoirs based on brittleness index was established. The application of this technology to seven exploration wells in Bozhong A structure shows that the lithology naming coincidence rate is 92%, the interface determination accuracy is controlled within 3 meters below the interface, the stratigraphic horizon division error does not exceed 5 m, and the interpretation coincidence rate of high-quality reservoirs is 83%, effectively supporting drilling safety and exploratory decisions.

Keyword: XRD logging technology; carbonate buried hill; lithology naming; interface determination; stratigraphic division; reservoir evaluation
0 引言

位于渤海湾盆地的渤中区域是我国东部重要的油气富集区之一, 其古生界碳酸盐岩潜山作为深层勘探的重点目标, 具有广阔的勘探前景。该区潜山储层经历了多期次构造运动与岩溶作用改造, 形成了复杂的岩性组合与储集空间结构, 具备形成规模性油气藏的潜力[1, 2, 3]。在渤中A构造勘探评价阶段, 主要面临4项技术挑战：①钻井提速导致岩屑细碎, 传统肉眼观察和滴酸反应等方法难以实现岩性的精准识别与定名; ②潜山顶部裂缝发育导致漏失风险高, 要求界面卡取精度控制在3 m以内, 而地震预测深度存在偏差, 精准卡层困难; ③古生界地层各组段岩性相似、沉积环境差异小, 随钻地层精细划分与对比难度大; ④优质储层以白云岩为主, 储集空间多为裂缝, 目前在井场快速识别优质储层、确定电缆测井取样深度以及支持勘探决策等方面仍存在技术瓶颈。

面对上述难题, 常规录井或测井方法均存在一定局限性。X射线衍射录井技术（简称XRD录井技术）可对岩石矿物成分进行快速、定量分析, 为解决这些问题提供了新的技术途径[4]。本文结合测井、岩心及薄片等资料, 系统研究XRD录井技术在渤中A构造古生界潜山勘探中岩性定名、界面卡取、地层划分与储层评价等方面的综合应用, 形成有效的技术方法体系, 对碳酸盐岩潜山勘探具有重要借鉴意义[5, 6, 7, 8, 9]。

1 XRD录井技术原理

XRD录井技术以布拉格定律为理论基础。当一束单色X射线照射至晶体样品时, 晶体内部规则排列的原子会使入射X射线发生衍射, 在特定方向上产生强衍射光束。由于每种结晶矿物均具有独特的晶体结构, 其晶胞参数固定, 对应一套特定的衍射角度和强度特征图谱, 犹如矿物的“ 指纹” , 通过分析样品的XRD录井图谱, 并与标准矿物图谱数据库比对, 即可实现对样品中各类矿物组成的定性与定量分析[10]。该技术分析结果不受样品形态、结构等宏观特征影响, 能够准确识别混合样品中的矿物成分, 为岩石的精细定名与研究提供基础。

2 XRD录井技术在勘探中的应用
2.1 基于矿物组成的碳酸盐岩精细定名方法

研究区古生界潜山储层以白云岩和石灰岩为主, 并广泛发育灰质云岩、云质灰岩、泥质灰岩等多种过渡岩性。传统的碳酸盐岩含量测定方法依赖人工识别反应曲线拐点, 主观性强、误差大, 仅能实现岩性的大类划分。X射线荧光（XRF）元素录井技术虽能获取元素数据, 但需经氧闭合模型转换为氧化物, 再回归计算得到矿物含量, 转换过程易引入误差, 难以准确反映实际矿物组成。因此, 传统方法在过渡岩性的精细定名方面存在局限。

为实现岩性的精确识别, 本研究基于岩石矿物学分类原理, 选取方解石（灰岩端元）、白云石（云岩端元）和黏土矿物（泥岩端元）作为三角图板的3个端元, 而任何复杂碳酸盐岩岩性均可视为这3种端元矿物以不同比例混合的结果。样品在三角图中的位置由其3种矿物组分的相对百分比含量决定, 从而直观、定量反映岩性在连续矿物系列中的分布规律。

本研究共采集研究区780个样品, 并利用XRD录井技术获取矿物含量数据。为构建三角图板, 将每个样品的方解石、白云石和黏土矿物含量进行归一化处理, 使其总和为100%, 以消除其他微量矿物的干扰, 聚焦于核心岩性分类。在通过薄片鉴定与测井响应交叉验证数据可靠性的基础上, 建立了以3种矿物为端元的岩性定名三角图板（图1）。该图板的使用方法为：将未知岩性样品的归一化矿物含量数据投点至图板中, 依据其落点区域实现岩性的快速、精细定名。

图1 方解石-白云石-黏土矿物岩性定名三角图板

2.2 潜山界面预警与精准卡取

精准卡取潜山界面是避免钻井严重漏失、保护潜山顶部优质储层、确保工程安全的关键。渤中A构造古生界潜山界面卡取主要面临4项作业难点：①邻区实钻揭示, 同类潜山揭开超过3 m易发生严重漏失, 因此需将中完井深控制在界面以下3 m以内; ②潜山上覆厚层泥岩岩性单一, 缺乏明显标志层, 随钻难以准确判断钻头位置; ③提速工具的广泛应用导致机械钻速、扭矩等工程参数变化不明显, 影响关键地质循环时机的选取; ④受深部地震资料分辨率限制, 界面预测存在一定误差, 实钻风险较高。

针对上述难点, 通过系统分析渤中A构造已钻井XRD录井数据, 发现上覆泥岩段中敏感矿物（方解石、长石、石英）的纵向变化具有良好的规律性和区域可对比性, 据此建立基于矿物成分变化的“ 三段式” 预警方法, 以实现潜山界面的随钻预测与精准识别（图2）：

一段预警：进入潜山上覆泥岩稳定段, 敏感矿物含量基本稳定。方解石含量5%~8%, 长石含量20%~24%, 石英含量30%~34%。代表正常湖相泥岩沉积环境, 矿物组成平稳, 已接近潜山顶界。

二段预警（距潜山界面顶约70 m）：矿物含量开始出现变化。方解石含量维持5%~10%, 长石含量由20%下降至15%, 石英含量由34%下降至29%。反映沉积微环境或物源体系发生改变, 已进入界面敏感层段, 应提高取样密度并加强分析。

三段预警（距潜山界面顶约30 m）：矿物含量发生突变。方解石含量由8%上升至23%, 长石含量由15%下降至10%, 石英含量由32%下降至22%。指示成岩流体活动或古风化作用强烈, 即将进入潜山地层, 根据钻压、钻时变化及时停钻循环。

图2 “ 三段式” 潜山界面预警与卡取

利用敏感矿物含量突变准确识别潜山界面：界面处常见矿物含量拐点, 清晰区分上覆泥岩与下伏碳酸盐岩。该方法克服了地震预测偏差和工程参数敏感性不足的难题, 通过矿物变化趋势实现界面卡取从“ 被动判断” 向“ 主动预警” 的转变, 显著提高卡层成功率和作业安全性。

2.3 地层层序精细划分与对比

地层层序精细划分与对比一直是古生界勘探的技术难点。由于地层组段多、岩性相似, 常规录井手段在随钻过程中难以实现有效的地层划分与对比。自然伽马测井曲线作为碳酸盐岩层序识别的重要指标, 能够较好地反映泥质含量变化及层序界面特征[11], 但该参数通常在完钻后获取, 严重制约了随钻决策的时效性。

针对这一难题, 本研究基于渤中A构造XRD录井与测井数据进行分析。以A 3井为例, 长石含量与自然伽马（GR）值之间存在显著的正相关关系, 通过匹配257组数据并进行回归分析, 建立了基于长石含量计算模拟GR值的数学模型：

GRsim=0.78Cf2-1.25Cf+5.6841

式中：GRsim为模拟GR值, 无量纲; Cf为长石含量, %。

该模型拟合优度R² 达到0.8311, 表明在古生界地层长石含量能够有效解释GR值变化的主要趋势, 为随钻阶段实时模拟GR曲线提供了数据支撑。

在实际应用中, 通过实时获取岩屑的XRD录井数据, 利用上述数学模型可快速生成随钻GRsim曲线。如图3所示, 将GRsim曲线与已钻井GR测井曲线进行对比, 能够清晰识别多个关键层序界面。例如, 钻至马家沟组底部时, GRsim曲线呈现预期的中值异常; 进入亮甲山组底部时, 则再现典型的高值尖峰特征。该技术实现了从“ 事后对比” 到“ 实时监测” 的跨越, 显著提升了地层划分与区域对比的精确性和作业时效性。

图3 A 3井GRsim曲线与GR曲线对比

2.4 优质储层快速识别

渤中A构造古生界潜山优质储层主要为白云岩, 储集空间以构造裂缝为主, 其发育程度直接决定储层的渗流能力和产能。钻井过程中快速、准确识别这类优质储层, 为测井取样位置选取、中途测试决策提供关键数据支撑。

传统岩性定名方法（如滴酸反应、镜下观察等）受岩屑细碎和人为因素干扰较大, 难以实现矿物组成的定量分析, 更无法有效反映岩石力学特性。此外, 常规测井资料在随钻阶段无法实时获取, 导致优质储层识别滞后, 严重影响现场决策效率。XRD录井技术可对岩屑样品进行快速、定量的矿物分析, 不仅能够准确识别岩性, 还可通过矿物组成推断岩石脆性, 为裂缝型储层的随钻识别提供直接依据[12]。

岩石脆性是控制裂缝发育的关键力学参数。在碳酸盐岩体系中, 脆性主要受矿物组成控制。研究表明：白云石作为典型脆性矿物, 含量越高, 岩石脆性越强, 越易形成裂缝; 黏土矿物作为典型塑性矿物, 含量增高会增强岩石韧性, 抑制裂缝发育; 方解石在岩石力学性质上表现出一定过渡特征, 其脆性不如白云石明显。

基于XRD录井技术分析数据, 采用以下脆性指数计算公式：

BI=VdolomiteVdolomite+Vcalcite+Vclay

式中：BI为脆性指数, 无量纲; Vdolomite、Vcalcite、Vclay分别为白云石、方解石和黏土矿物的含量, %。

该模型通过量化脆性矿物（白云石）在总矿物组成中的相对比例, 能够准确反映碳酸盐岩的力学特性。结合岩性定名结果, 建立研究区脆性评价标准：

高黏土含量岩性（如泥质灰岩、泥质云岩）：脆性指数低（BI< 0.3）, 裂缝不发育。

过渡性岩性（如石灰岩、云质灰岩）：脆性指数中等（BI为0.3~0.6）, 具有一定的裂缝发育潜力。

高白云石含量岩性（如白云岩、灰质云岩）：脆性指数高（BI> 0.6）, 裂缝极易发育, 为最优储层。

3 应用实例分析

XRD录井技术在渤中A构造古生界潜山的7口探井中应用效果显著：在岩性定名方面, 定名符合率达92%; 在界面卡取方面, 精度控制在界面以下的3 m以内; 在地层划分方面, 随钻层位划分与测井层位划分误差不超5 m; 在储层评价方面, 随钻储层评价与钻后解释的符合率达83%。基于上述成果, 成功对3口井实施了测试和电缆测井取样作业并获取了地层流体样品。本技术的应用全面提升了各项关键环节的精度与效率, 为勘探决策提供了关键依据。

以A 10井为例, 利用岩性定名三角图板对12个样品进行投点（图1）, 投点结果与薄片鉴定定名对比符合率达100%。如表1所示, 该井揭示了包括灰岩（方解石归一化含量82.37%~87.32%）、云岩（白云石归一化含量88.05%~90.13%）、泥岩（黏土矿物归一化含量76.43%~76.70%）以及云质灰岩、灰质云岩等多种过渡岩性在内的完整岩性序列。三角图板精准刻画了从灰岩端元到云岩端元的连续矿物演化, 为实钻地质剖面的精确构建提供了可靠依据。

表1 A 10井图板投点与薄片鉴定定名对比

在“ 三段式” 预警应用方面, 该井依据“ 三段式” 矿物变化预警模型, 从预测界面以上100 m开始进行矿物组成的连续监测, 在井深3 714 m根据矿物含量的显著突变准确卡取潜山界面, 中完井深精准控制在界面以下的3 m以内, 有效避免了严重漏失, 确保了钻井作业安全。

在地层划分方面, 利用随钻XRD录井技术获取的长石含量数据, 通过已建立的GRsim模型实时生成自然伽马曲线。该曲线在多个关键层位（如亮甲山组底部、凤山组顶部）表现出与GR测井曲线高度一致的响应特征, 实现了地层层序的随钻精细划分与对比, 为随钻地层层序判断提供实时依据。

在储层评价中, 基于XRD录井技术计算的脆性指数, 结合岩性定名结果, 对裂缝型储层进行快速识别与分类。如图4所示, 对BI> 0.6的曲线进行红色填充, 在井深3 952.5 m处, 识别出高脆性（BI=0.78）、高白云石含量的裂缝发育段, 结合气测全烃升高和荧光显示增强等录井异常, 将该层段优选为测井取样点, 最终成功获取地层流体样品900 mL, 证实该层具有良好的储集能力和产能潜力。

图4 A 10井综合信息图

图4展示了A 10井综合应用XRD录井技术的地质成果, 包括“ 三段式” 矿物变化预警、GRsim曲线进行地层划分、脆性指数识别优质储层, 充分展现了XRD录井技术在随钻分析与储层评价中的优势。

4 结论

（1）XRD录井技术通过矿物成分的定量分析, 解决了渤中A构造古生界潜山勘探中岩性定名、界面卡取、地层划分和储层评价四大技术难题。

（2）基于矿物含量的“ 三段式” 预警模式可依据多矿物含量突变, 实现潜山界面的提前预警和精准识别, 保障钻井工程安全。

（3）利用长石含量拟合自然伽马曲线, 实现了在无测井资料条件下随钻地层层序的精细划分与对比。

（4）基于矿物成分的岩石脆性评价技术, 为快速识别以白云岩为主的裂缝型优质储层提供了有效手段, 支撑了随钻勘探决策。

（5）XRD录井技术的成功应用, 对渤海乃至其他地区类似碳酸盐岩潜山的勘探具有推广价值。

（编辑 王丙寅）

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