大庆油田中浅层宽能域中子伽马能谱测井泥岩解释模型

高艳芳，樊玉秀，仇加宇

（大庆钻探工程公司测井公司，黑龙江 大庆163412）

0 引 言

沉积岩中较为常见的黏土矿物有高岭石、蒙脱石、伊利石、绿泥石、云母等。不同的黏土矿物在油田开发的不同阶段会引起不同的地质问题，与之相对应的解决方法也各不相同［1］，计算出泥岩中各种黏土矿物所占的比例就非常重要，也就是要建立接近地层真实状况的泥岩模型。

本文针对大庆地区中浅层实际地质条件，建立了以高岭石和伊利石为主、蒙脱石和绿泥石为辅的泥岩模型，并对1口井的实测资料进行了初步处理解释，为保证宽能域中子伽马能谱测井方法和氯能谱测井方法在大庆油田的顺利推广奠定了基础。

1 大庆地区中浅层泥岩概况

松辽盆地泥岩成分以高岭石和伊利石为主，平均各占40%左右；另有少量蒙脱石和绿泥石及蒙－绿混层等，不同区域不同沉积时期黏土矿物所占比例会有所变化。在大庆油田北部，萨、葡、高油层组的黏土矿物以伊利石、高岭石、蒙脱石－绿泥石混层为主，其他黏土矿物含量极少。太北地区以伊利石为主，其次为高岭石。太南地区及高台子油田的伊利石含量增高。葡萄花油田以高岭石为主，其次为伊利石。纵向变化方面，萨尔图和葡萄花油层属于早成岩阶段晚期，伊利石和高岭石含量较多，并出现蒙脱石－绿泥石混层，但数量不多；高台子油田属于中成岩阶段早期，蒙脱石－绿泥石混层大量出现，伊利石含量减少［2］（见表1）。

表1 大庆油田油层黏土矿物组成统计表

由于宽能域中子伽马能谱测井处理解释软件PRIME是以高岭石、蒙脱石、绿泥石和云母等4种黏土矿物为基础建立泥岩模型，而云母并不是大庆油田中浅层地区的主要泥岩成分，所以PRIME平台计算的泥岩模型不符合大庆油田中浅层的地质特点，需要针对大庆中浅层的实际地质情况建立新的泥岩模型，以满足生产的需要。

2 PRIME软件中泥岩模型算法

宽能域中子伽马能谱测井仪和氯能谱测井仪上都带有的自然伽马能谱测井短节，可以进行自然伽马能谱测井，以确定天然放射性元素（铀、钍、钾）的含量［3］；宽能域中子伽马能谱测井方法可以评价地层元素H、Ca、Si、Fe等的含量。这些元素含量和完井曲线相结合，利用PRIME处理解释软件可以建立细致的岩石物理模型。

PRIME软件建立的岩石物理模型由6种组分构成：泥岩、砂岩、石灰岩、有效孔隙、束缚水孔隙和钾长石。其中，泥岩的含量等于各黏土矿物相对含量之和。根据岩石物理模型中计算的泥岩相对含量和校正后的铀、钍、钾曲线，PRIME解释软件可以进一步得到泥岩模型［4］，具体计算方法见表2。由表2中的4个方程建立方程组，解方程组求得蒙脱石、绿泥石、云母和高岭石4个未知量，求得的这4种黏土矿物的含量就是泥岩模型的组成成分。再根据计算出的4个未知量反演出参与计算的4条曲线。将4条反演出的曲线与原相应曲线进行比较，若二者相差较大，则微调各个方程组中的相应权数，使反演出的曲线与原相应曲线拟合情况达到最好，此时认为建立的泥岩模型最为合理。

表2 建立泥岩模型的算法简表

表2中各个方程中的Pi含义相同，均指方程组中所要求得的4个未知量，当i＝1～4时，Pi分别带表未知量Mm、Chl、Mica和Kao。表2方程中的ji、li、mi分别代表该方程中未知量在所在组分中所占的权数。

杏××井是大庆油田杏树岗构造上的1口调整井，2011年9月26日进行了宽能域中子伽马能谱测井，测量井段1 009～1 060m（属于葡I组），利用PRIME系统中的泥岩模型进行了泥岩黏土矿物成分的识别，具体处理成果图见图1。

图1 杏××井改进前的建模成果图

由图1可见，计算得出的泥岩模型中不含伊利石，且绿泥石和蒙脱石含量偏高，与表1中岩心分析结果对比有较大偏差，不符合大庆油田中浅层的实际地质情况。

3 PRIME软件中泥岩模型的算法改进

3.1 泥岩模型改进

该井段位于杏树岗油田葡I油层组，该油层组泥岩矿物组成基本为伊利石30.2%、高岭石33.7%、绿泥石5.9%、蒙脱石0.7%、伊－蒙混层0.8%、蒙－绿混层28.7%（见表1）。其中不含云母成分，而伊利石占了很大比重，因此在计算该地区的黏土矿物成分时，应简化为高岭石、伊利石、蒙脱石和绿泥石4种，且泥岩相对含量为这4种矿物成分之和。

PRIME软件在开发时并未考虑伊利石的组成，所以在软件建模的操作界面中并没有伊利石这个选项。由于每种放射性元素所对应的方程形式是一致的，只是未知量在各个方程组中的相应权数不同，因此改进泥岩模型的计算步骤如下。

（1）模仿放射性元素计算高岭石、绿泥石等方程形式，给出含伊利石的计算方程，并添加到泥岩模型中，同时取消含云母的计算方程，使其不参与岩石建模。

图2 黏土成分交会图

（2）依据图2，查找到伊利石所对应的铀、钍、钾的方程中的权数，分别为12、17、8，将这些权数添加到方程中则得到改进以后的计算黏土矿物成分的新方程组

式中，Clay为泥岩相对含量；Kcor、Ucor和Thcor分别为校正后钾、铀和钍的相对含量；Kao、Mm、Chl和Illit分别为高岭石、蒙脱石、绿泥石和伊利石的相对含量。

（3）结合大庆油田中浅层的地层情况和反演曲线的拟合情况，微调各方程中的权数，使计算出的各种黏土矿物含量更加合理。

（4）泥岩模型计算完毕，输出伊利石相对含量参数，并对伊利石含量曲线进行相应图例的填充。

图3 杏××井改进后的建模成果图

表3 杏××井（1 020～1 024m段）改进前后的黏土矿物含量对比表

3.2 泥岩模型改进前后效果对比

利用改进后的泥岩模型对杏××井进行重新处理（见图3），并与改进前处理得到的结果进行了对比分析（见表3）。

改进后计算的高岭石、伊利石和云母的含量与该区块的岩心分析结论比较一致。但是岩心分析中很难区分出混层中每种成分所占的比例，改进后蒙脱石、绿泥石含量的和为31.0%，而岩心分析中蒙脱石、绿泥石与蒙－绿混层三者的和为35.3%，所以改进后蒙脱石和绿泥石的含量也可以看作与岩心分析吻合得较好。

总体看，改进后计算的泥岩模型中黏土矿物含量与改进前相比，与该区块岩心资料吻合得更好，提高了对大庆油田中浅层的适用性。

4 结 论

（1）针对宽能域中子伽马能谱测井泥岩解释模型在大庆油田地区的不适应性进行了改进，建立了更符合大庆地区地质情况的以伊利石和高岭石为主，蒙脱石和绿泥石为辅的泥岩模型。

（2）对大庆油田第1口宽能域中子伽马能谱测井资料（杏××井）进行了处理，经与该区块岩心分析的黏土矿物成分对比，认为改进后的泥岩模型更接近地层的真实情况。

（3）通过对这种泥岩模型改进方法的研究，可以实现在任意地区，配合当地的黏土矿物含量分析资料，建立了任意黏土矿物类型组合的泥岩模型。

［1］ 罗蛰潭，崔秉荃，黄思静，等.黏土矿物对碎屑岩储层评价的控制理论探讨及应用实例 ［J］.成都地质学院报，1991，18（3）：5－9.

［2］ 大庆油田石油地质志编写组.中国石油地质志卷二：上 ［J］.石油工业出版社，1991：465－466.

［3］ 刘菁华，王祝文，易清平.利用自然γ能谱测井资料确定黏土矿物的含量及其应用 ［J］.吉林大学学报：地球科学版，2010，40（1）：215－216.

［4］ Gaifullin Jackia.Rock and Clay Volume Model Building for Well Log［J］.Oktyabrsky OJSC，SPE VNIGIS，2011：31－60.