基于测井信息泥岩盖层评价技术综述

赵军龙，高秀丽

(西安石油大学地球科学与工程学院，陕西 西安 710065)

0 引言

自20世纪70年代以来，随着对天然气藏赋存机理的深入研究，逐渐认识到盖层的重要性[1]。不同学者也提出了不同的评价方法。肖无然(1984年)首先提出用吸附法、压汞法测得排替压力;付广(1992年)、黄志龙(1994年)认为直接驱替法测得泥岩盖层排替压力更为准确从而有效评价物性封闭的泥岩盖层;陈章明(1995年)对实验室条件下测得的排替压力进行时间校正和温度校正。付广(1995年)、高哲荣(1996年)提出利用声波时差测井数据预测、求取排替压力，对泥岩盖层的物性封闭质量进行评价[2-3]。刘方槐(1992年)的理论计算结果表明，压力系数为1.3的超压泥岩靠超压封盖的气柱高度是靠毛细管封盖的气柱高度的11倍;当压力系数为2.0时，则可高出37倍，可见压力封闭油气的效率极高。黄志龙(1995年)建立了盖层为烃源岩和非烃源岩条件下天然气通过单位面积盖层的扩散量计算公式，作为衡量盖层烃浓度封闭能力的相对标准。王振平(1996年)提出盖层内烃类的来源有盖层自身生成和烃类运移进入盖层并滞留其中等2种方式，通过盖层内烃类不同的垂向分布模式评价盖层的封闭能力。

国内外对盖层的研究虽已进入到宏观定性与微观参数相结合的阶段[4]，但评价标准不统一，且缺乏系统性。此外，大多数盖层的评价方法要依附于取心和实验，在实际应用过程中，大量取样测试实践比较困难且费用较高。与此相比，测井资料不仅信息丰富，而且精度高，便于获取。因此，加强泥岩盖层的测井评价对提高泥岩盖层评价效果意义重大。

1 盖层的概念及封闭机理

1.1 盖层的概念及分类

盖层[5]的分类方法很多，张树林等(1993年)、陈荣书(1994年)、郑朝阳等(1996年)、何光玉(1997年)、柳广弟(1999年)、张占文(1996年)等从不同的角度将盖层分为不同的类型[5-10](见表1)。

表1 盖层分类

Grunau H R(1987年)对世界上334个大油气田进行了研究，结果表明其中以泥质岩为盖层的占65%，膏岩类为盖层占33%，其他盖层仅占2%[11]。由于泥岩具有较低的孔隙度和渗透率，并且塑性大，不容易发生破裂，因此泥岩的封闭性能仅次于盐岩和石膏，是作为优质盖层的有利岩性。

1.2 泥岩盖层封闭机理

研究表明，泥岩作为盖层其封闭机理包括物性封闭机理、超压封闭机理以及烃浓度封闭机理[9，12-19](见表 2)。

2 测井响应特征及测井评价技术

2.1 泥岩盖层的常规测井响应特征

刘文碧(1995年)、侯连华(1996年)、冯琼(2011年)等分析研究了典型泥岩盖层的测井响应特征[20-22](见表 3)。

表2 泥岩盖层封闭机理

表3 典型泥岩盖层的测井特征

2.2 泥岩盖层测井评价技术

2.2.1 泥岩盖层测井评价参数及其厘定方法

泥质岩盖层的封闭能力好坏主要反映在宏观展布面积的大小和微观封闭能力强弱2个方面。只有同时具备一定的宏观展布范围和较强的微观封闭能力，才能在整体上具有较强的封闭性，并在区域上形成有效的、高质量的盖层。泥岩盖层宏观展布面积的大小主要受其单层厚度的制约，而反映微观封闭能力的最直接参数是排替压力，间接参数有含砂量、孔隙度、渗透率。因此，可以将厚度、含砂量、总孔隙度、有效孔隙度和排替压力作为评价盖层质量的参数[16、23-35](见表 4)。

表4 泥岩盖层评价参数

图1 排替压力与含砂量关系曲线[16]

图2 排替压力与总孔隙度关系曲线[16]

图3 排替压力与有效孔隙度关系曲线[16]

2.2.2 泥岩盖层的评价标准

付广等(1997 年、1998 年)[15、23]郝石生等(1991年)[36]研究得出泥岩盖层封闭性等级划分的标准(见表5)。

2.2.3 泥岩盖层测井评价方法

(1)物性封闭的泥岩盖层测井评价方法。泥岩的排替压力与泥岩厚度、含砂量、孔隙度和渗透率具有很好的相关性[25-27]。因此，在评价泥岩盖层的封闭能力时，根据测井数据得到泥岩的厚度、含砂量、总孔隙度、有效孔隙度和渗透率等参数，再根据排替压力与各个参数的关系计算出排替压力，从而综合判断泥岩盖层的有效性。

根据测井数据研究盖层封闭性时，常常采用声波时差、密度测井等资料确定排替压力[2、28、38-39]。利用岩心刻度的测井方法将盖层排替压力数据、孔隙度、渗透率等岩心数据与测井数据进行对比、回归并进行优化，最终能用于盖层封闭能力评价的测井计算模型[28]。

(2)超压封闭的泥岩盖层测井评价方法。超压封闭一般仅存于有欠压实孔隙流体的泥岩盖层中，而泥岩有无比正常压实泥岩异常高的孔隙度是确定超压封闭是否存在的根本标志。由于异常孔隙流体压力很难直接测得，因此，通常只能采用间接方法研究超压封闭。一般是利用声波时差代替孔隙度定性确定泥岩超压是否存在，其封闭能力大小可以根据声波时差值利用等效深度法计算得到[29]。

表5 泥岩盖层等级划分标准

欠压实地层在单位体积内具有较高的含水饱和度，声波传播速度较慢，故其在测井曲线上的反映是声波时差突然增大，偏离正常压实下的泥岩声波时差随深度的变化趋势，若下部地层中含气，由于气的侵入，更会加大这种偏离。偏离越多则证明欠压实情况越严重，盖层质量越好，封闭性能也越好[16、31]。

李军等(2003年)在吐哈盆地根据葡北1井和葡北101井的声波时差测井数据找到了该区的欠压实带(见图4)。

图4 吐哈盆地欠压实泥岩盖层声波时差特征[38]

(3)烃浓度封闭的泥岩盖层测井评价方法。盖层烃浓度封闭作用能力大小除主要取决于盖层与下伏地层孔隙水中含气浓度差大小外，还与盖层本身岩石扩散系数的大小有关。盖层与下伏地层孔隙水中含气浓度差越大，盖层本身岩石扩散系数越小，盖层的烃浓度封闭能力越强，天然气的扩散损失量越小;相反，盖层的烃浓度封闭能力越弱，天然气的扩散损失量越大[40-42]。根据付广(1998年)的研究，利用声波时差可求取盖层与下伏地层孔隙水中含气浓度差[42]。

3 泥岩盖层测井评价新技术及展望

3.1 泥岩盖层测井评价新技术

测井新技术的应用越来越广泛[42、45]，利用测井新技术进行泥岩盖层评价也将成为必然趋势。核磁共振测井技术可以反映地层的孔隙结构，计算孔喉半径，也可以不受岩石骨架和泥质的影响而测量岩石的有效孔隙度[43-44]。根据孔喉半径可以计算毛细管压力，而毛细管压力差越大，物性封闭能力越强。有效孔隙度是泥岩盖层评价的重要参数之一。

阵列声波成像测井的一个主要应用就是计算岩石的孔隙度和渗透率[43]。泥岩盖层的孔隙度与其排替压力具有明显的反比关系，而排替压力是评价泥岩盖层最直接、最综合的参数;渗透率是泥岩盖层评价的重要参数之一。

阵列感应成像测井技术可真实反映地层电阻率[45]。泥岩盖层的电阻率可以反映盖层的含砂量，而含砂量是泥岩盖层评价的参数之一。

井壁成像测井技术可以描述岩石的复杂孔隙结构，诸如裂缝、溶孔、溶洞、层理等，可用于沉积、构造等地质研究;偶极横波成像测井技术也可有效地进行岩石裂缝研究[45]。这2项新技术可用于泥岩盖层宏观展布特征的评价。

3.2 泥岩盖层测井评价技术展望

泥岩盖层评价不再局限在定性方面，而且已经进入定量评价阶段，虽然泥岩盖层的定量研究现在还是处在初级阶段，但它直观地体现影响泥岩盖层的地质参数、泥岩盖层研究的综合性、泥岩盖层封闭性综合评价指标。因此，定量研究泥岩盖层是发展的必然趋势。笔者认为泥岩盖层评价发展呈现以下趋势特征。

(1)应加强对泥岩盖层岩石物理特征研究，尤其应开展不同封闭机理盖层取心及岩心分析测试研究工作，探索更为有效的泥岩盖层质量评价参数。

(2)开展常规测井响应特征与泥岩盖层评价参数(包括新的评价参数)的关系研究，建立多维的、非线性的(比如神经网络技术、灰色关联技术等)泥岩盖层参数测井预测模型，提高常规测井信息预测泥岩盖层评价参数的效果。

(3)开展测井新技术应用于泥岩盖层质量评价方法研究，充分发挥测井新技术的优势，提高泥岩盖层质量评价参数预测精度、增强泥岩盖层质量评价效果。

(4)将地层应力场分布、压力测试等动态生产资料与地质、岩心及测井等静态资料相结合，开展动静态资料综合研究，建立泥岩盖层评价新技术体系(含新评价参数等)，提高泥岩盖层质量评价效果。

4 结论

(1)盖层其封闭机理有物性封闭(毛细管封闭)、超压封闭(压力封闭)以及烃浓度封闭;泥岩盖层的评价参数有厚度、含砂量、总孔隙度、有效孔隙度、渗透率以及排替压力。

(2)泥岩盖层测井响应特征包括:其自然电位曲线靠近泥岩基线、自然伽马曲线呈现为高幅值、扩径显著、电阻率曲线和微电极曲线幅值低且微电极曲线没有幅度差、声波时差曲线呈现高幅值或曲线剧烈起伏、补偿密度测井曲线为低幅值、补偿中子曲线呈现最大值。

(3)泥岩盖层测井评价的核心是建立泥岩盖层评价参数测井解释模型，利用常规测井信息预测泥岩盖层评价参数、评价盖层质量;物性封闭、超压封闭(压力封闭)以及烃浓度封闭的泥岩盖层测井评价的侧重点有别。

(4)测井新技术方法为泥岩盖层的精细评价提供了良好的技术支持;加强泥岩盖层岩石物理特征研究，建立多维的、非线性的泥岩盖层参数测井预测模型，将静态及动态资料相结合完善泥岩盖层评价技术体系意义重大。

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