一种考虑邻近泥岩特征的油水层识别方法

郑建东，王晓莲，高吉峰

（大庆油田勘探开发研究院，黑龙江 大庆163712）

0 引 言

塔木察格盆地南贝尔凹陷白垩系南屯组一段储层，岩性以火山碎屑沉积岩为主，普遍含凝灰质，孔隙结构特征差异大、非均质性强［1］；研究区以岩性－构造油藏类型为主，整体无统一油水界面，油藏埋藏深度范围（1 400～2 900m井段）变化大；受压实、成岩作用影响，测井响应特征复杂，油水层电阻率对比度低［2］。应用以往的各种经验图版在目标区效果都不理想，流体性质识别难度大。准确判别储层流体性质成为南贝尔凹陷勘探、开发的关键技术和亟待解决的重点问题。本文通过对地层应力条件下泥岩测井响应特征与油气分布关系研究，形成了一种在储层分类基础上考虑邻近泥岩测井响应特征的流体识别方法，提高了断陷盆地复杂储层流体识别精度。

1 地层应力条件下泥岩测井响应特征与油气分布关系

1.1 泥岩测井响应特征

研究发现，在地层应力活跃区泥岩电阻率和声波时差对地层应力响应敏感［3］。在正常压实条件下，泥岩的声波时差与电阻率随深度呈指数变化规律，反映在单对数坐标图上是一条直线，这就是通常的正常压实趋势线。当岩石受较强地层应力作用时，会造成泥岩电阻率、声波时差偏离正常趋势线，即电阻率变大，声波时差变小；欠压实泥岩段由于压实程度不够，泥岩的孔隙度相对增大，密度相对较小，声波时差变大，电阻率变小。前人研究表明［4］，在挤压应力较强的克拉2井区，泥岩电阻率的变化清晰地显示出地层应力在井筒方向上的变化。强挤压应力段泥岩电阻率达20～30Ω·m，与正常沉积区或弱挤压应力区泥岩电阻率（一般小于5Ω·m）相比，电阻率呈数量级增大，可见泥岩电阻率能够较灵敏地反映地层应力的存在与相对强弱。

Patchett J G［5］在研究具有高阳离子交换能力蒙脱石胶体和低阳离子交换能力的高岭石胶体电阻率与孔隙度、介质矿化度关系的基础上，推导出孔隙度小于30%地层条件下泥岩电导率的响应方程式

式中，B0、B1、B2、B3、B4、B5为常数；Csh为泥岩电导率；Δt为岩石声波时差，μs／m；Δtma为非黏土矿物骨架声波时差，μs／m；Z为深度或负载压力，MPa；CEC为阳离子交换能力，mmol／g；T为温度，℃。

由式（1）可知，泥岩电导率主要与深度（温度）、等效负载压力、泥岩组分等有关。当泥岩组分相对稳定时，地层应力大小、埋藏深度（温度）是泥岩电阻率变化的主要因素。

1.2 泥岩测井响应特征与油气分布关系

大量地区的统计表明，在泥岩电阻率高值背景下，挤压应力强，邻近砂岩储层物性很差，基本为干层或水层；而在泥岩电阻率较低处，挤压应力较弱或欠压实状态，往往发育高产能的油气层［6］。理论上分析产生上述现象的原因，当泥岩欠压实带富含有机质时，由于异常地层压力伴随着地层温度上升，有机质更容易向烃类转化，可形成大量油气；造成生油岩中孔隙流体压力增高，在生油层与储集层中产生流体压力差，从而使泥（页）岩中的烃类较容易运移进邻近的砂岩层内，形成油气层。由于砂岩颗粒被烃类润湿后不易被胶结或充填，减少了成岩作用带来的孔隙度损失，所以在泥岩欠压实带往往形成所谓的高孔隙带储层。同时，若泥岩层处于欠压实，其相邻砂岩层也会处于欠压实状态，使储集层中流体排泄受阻而形成异常地层压力，降低了岩石的破裂强度，一旦受到后期构造作用的影响，岩石很容易产生破裂，能大幅提高储层渗透性。

2 南贝尔凹陷泥岩测井响应特征

塔木察格盆地南贝尔凹陷是中国贝尔凹陷向南的延伸部分，为多期改造的复式断陷湖盆，整体呈现东断西超、箕状半地堑组合。南贝尔凹陷经过强烈构造活动，构造演化划分为断陷、断拗、拗陷、反转拗陷4个成盆时期，包括初始断陷、强烈断陷、挤压反转、断拗沉降、张扭拗陷、扭压反转、反转拗陷等7个构造演化阶段［7］。南一段时期主要为强烈断陷构造演化阶段，受持续的NW—SE向拉张应力作用，有大量的NE向张性正断层伴生；从南屯组二段开始至大磨拐河组一段为挤压反转构造演化阶段，这一时期区域应力场发生了重要变革，由NW—SE向拉张应力体制转换为NW—SE向挤压体制，使断陷期沉积的地层遭受强烈改造。

图1（a）中，塔 A井大磨拐河组层段（900～1 200m）泥岩声波时差偏离正常趋势线，呈减小趋势；该段泥岩电阻率则明显较大，表明在此层段挤压应力较强，这与该时期挤压应力作用相对应。南一段储层1 360～1 680m井段泥岩声波时差显著偏离正常趋势线，呈增大趋势；而泥岩电阻率则明显减小，表明在该层段挤压应力明显较小，为弱挤压或张性应力带，这与该时期持续的拉张应力作用有关。该层段也是该井油层的主要发育层段，共计油层有效厚度73.8m，试油3个层，分别日产1.36t（自然）、34.8t（压裂后），显示该区弱应力挤压带产油能力可观。塔B井南一段储层埋藏较深，且位于凹陷边部。图1（b）中可以看到泥岩声波时差减小，泥岩电阻率较大，达到10Ω·m，表明该井南一段挤压应力较强，该井在2 230.6m处试油，自然产能21.84m3水。

图1 南贝尔凹陷南一段不同地层应力条件下泥岩测井响应随深度变化关系图

通过对南贝尔凹陷南一段76个层试油段的邻近泥岩电阻率与泥岩声波时差统计（见图2）可以看出油层往往发育在邻近泥岩电阻率较低、声波时差较大的砂岩储层中，而水层则正好相反。从单井纵向连续测井剖面图上也可以看出，泥岩电阻率越低，声波时差越大，则邻近砂岩储层的物性、含油性越好。可见，南贝尔凹陷南一段储层邻近泥岩的电阻率与声波时差值的大小可较好地反映砂岩储层含油性的好坏。

图2 南贝尔凹陷南一段油水层邻近泥岩电阻率与声波时差关系图

3 考虑邻近泥岩特征的油水层识别方法

通过对测井地层应力与油水层分布研究可知，泥岩电阻率越低，声波时差越大，则邻近砂岩储层的含油性越好。根据这一点，借鉴电阻增大系数的思想，应用油水层的邻近泥岩测井响应特征值定义校正视电阻率R′t（RLLd×Δt泥／RLLd泥），相对于深侧向电阻率RLLd，R′t主要突出了砂岩储层的含油性，使得油层、水层电阻率分得更加明显，在油水层识别图版上能较好地区别油层、油水同层和水层，有效提高了研究区的流体识别精度。通过对影响流体识别的其他主控因素分析，特别是储层孔隙结构的影响，研究采用分区块（南洼槽、北洼槽），分层位（南二段、南一段）、分储层类别（Ⅲ类、Ⅰ—Ⅱ类）分别建立油水层识别图版。

图3 南贝尔凹陷北洼槽南一段储层电阻率校正前后油水层识别图版对比图

图4 南贝尔凹陷塔C井测井解释综合成果图

以南一段为例，应用研究区38口井75个层测井和试油资料，建立了北洼槽南一段油水层识别图版［见图3（a）］。其中油层54个层，油水同层7个层、水层14个层，图版中油层误出3个层，水层误入油水同层区2个层，油水同层误入油层区1个层，图版精度92%。与电阻率校正前所建图版对比［见图3（b）］，油水层识别精度有了明显的提高。

图4为油水层识别方法在塔C井中的应用效果图。图4中第7道的红色实线为计算的校后视电阻率R′t曲线，蓝色虚线为图3中Ⅰ＋Ⅱ类储层区的油水同层与水层的界限线。当R′t值大于水层线时，为含油层，两者交会幅度差越大，含油性越好；当R′t值小于水层线时，可判断为水层。从图4中可以看出，19、20号层2条曲线交会明显，解释为油层；21、22、23号层曲线未见明显交会，解释为水层。对上述2个层段分别进行了试油，证实了该方法的准确性。

4 结 论

（1）泥岩电阻率和声波时差对地层应力反映灵敏，且与储层物性和含油性关系密切，泥岩电阻率越低，声波时差越大，则邻近砂岩储层的含油性越好。

（2）考虑邻近泥岩测井响应特征的油水层识别方法较适用于多物源、构造活动强烈、储层埋深变化大的断陷盆地和构造应力发育的山前挤压构造带等地区，可有效提高断陷盆地复杂储层流体识别精度。

［1］ 王小琴.塔木察格盆地南贝尔凹陷火山碎屑岩储层成岩作用 ［D］.长春：吉林大学地球科学学院，2009.

［2］ 闫伟林，郑建东，张朴旺，等.塔木察格盆地复杂岩性储层流体识别［J］.大庆石油地质与开发，2012，31（1）：158－162.

［3］ 李军，王贵文，欧阳健.利用测井信息定量研究库车坳陷山前构造带地应力 ［J］.石油勘探与开发，2001，128（5）：93－95.

［4］ 李军，张超谟，王贵文，等.挤压盆地泥岩对地应力响应特征机理及地质应用 ［J］.测井技术，2004，28（2）：141－144.

［5］ Patchett J G.An Investigation of Shale Conductivity［C］∥ The 16th SPWLA Annual Logging Symposium，New Orleans，June 4－7，1975.

［6］ 孟庆聪，王涛，王毅，等.川西新场地区须家河组泥岩欠压实与油气层关系 ［J］.新疆石油天然气，2010，6（1）：20－23.

［7］ 张君龙，蒙启安.断陷盆地多期构造变形特征与油气聚集——以海拉尔塔木察格盆地南贝尔凹陷为例［J］.石油实验地质，2012，34（4）：368－375.