三塘湖盆地芦草沟组致密油烃源岩总有机碳含量计算

施培华, 范宜仁, 顾定娜, 王成荣, 王现良, 郝先勇

(1.中国石油集团测井有限公司吐哈事业部, 新疆 哈密 839009; 2.中国石油大学(华东)地球科学与技术学院, 山东 青岛 266580)

0 引 言

烃源岩控制着油气分布,对其识别评价是油气地质研究的基础工作之一,快速准确识别烃源岩一直是研究的热点。岩心样品分析虽能提供准确的烃源岩地球化学指标[1-3],但受样品来源和分析化验经费的限制,单井往往难以获得连续的分析数据,特别是当缺少取心样品或岩屑受到污染时,评价结果受到严重影响,难以满足油气勘探的需要。近年来,国内外学者对烃源岩地球化学参数与测井信息二者之间的关系进行了广泛而深入的探讨,在烃源岩识别、烃源岩有机质丰度和成熟度的定量解释以及烃源岩测井评价等方面提出了多种研究方法。本文主要研究了利用测井曲线以不同方法计算总有机碳含量,以期达到连续计算的目的。研究区位于三塘湖盆地,其中芦草沟组主要为一套具有形成碳酸盐岩条件的湖泊相沉积,岩性较复杂,沉积了一套厚度大、分布稳定且有机质丰度较高的烃源岩,为二叠系芦草沟组和条湖组油气藏的形成提供了油源。芦草沟组烃源岩总有机碳含量较高,有机质类型以Ⅰ型和Ⅱ1型为主,烃源岩多处于成熟和低熟阶段,是盆地内有效的烃源岩。

1 测井曲线计算总有机碳含量的基本原理

测井曲线是井筒周围一定范围内地质体某一物理特征的综合响应。对于泥岩,声波时差测井曲线值随其埋藏深度的增加而减小,而当地层中含有机质或油气时,就会造成地层声波时差测井曲线值增大;泥岩一般表现为电阻率测井曲线值较低,但富含有机质的泥岩层,电阻率测井曲线值总是比相同条件下不含有机质的地层要高;此外,烃源岩的密度小于不含有机质的泥岩密度,且地层密度随有机质含量的变化也存在差异,因此泥岩密度与有机质含量存在一定的函数关系。成熟度也会对测井曲线响应特征产生一定的影响。相对于相同条件下未成熟烃源岩,成熟烃源岩段声波时差和电阻率测井曲线值都会增大,若将其声波时差和电阻率测井曲线值反向刻度,这2条叠加曲线的幅度差增大;对于相同成熟度的烃源岩,其所对应的声波时差和电阻率测井曲线值越高、密度测井曲线值越低,则有机质含量则越高,反之越低[4]。

测井曲线中包含了反映有机质丰度及成熟度的相关信息,因此,可用测井曲线进行反演,求得有机质丰度等相关参数。

2 烃源岩测井响应特征

有机质具有独特的物理化学性质,使得烃源岩与非烃源岩的测井响应差别明显。已有研究成果表明,对有机质敏感的测井曲线主要有自然伽马、伽马能谱、电阻率、声波、密度、中子等测井曲线[5-6],这是利用测井资料识别和评价烃源岩的资料基础。一般情况下,有机碳含量越高的地层测井曲线异常越明显,可据此识别并计算烃源岩的各项指标。

通过对研究区的岩心分析总有机碳含量(TOC)与测井资料之间的关系,得到三塘湖盆地芦草沟组的TOC和AC、CNL、RLLd成正比,与DEN成反比,与GR关系不明显(见图1)。因此,根据研究区测井曲线的“三高一低”(高声波、高中子、高电阻率、低密度)的特点可以定性地识别烃源岩。

3 总有机碳含量数学模型

3.1 Δlog R法原理

Passey等[7]提出能精确预测不同成熟条件下TOC的烃源岩评价技术,适用于碳酸盐岩和碎屑岩。ΔlogR法将声波测井曲线和电阻率测井曲线重合,1个电阻率对数刻度对应声波时差-164 μs/m(见图2),当2条曲线在一定范围完全重叠时为基线,即为非烃源岩层段(如A段),若2条曲线有幅度差(记为ΔlogR,如C段)为烃源岩。ΔlogR与TOC是线性关系,幅度差越大则烃源岩有机质含量就越高,计算步骤如下[8-9]

图2 ΔlogR技术识别烃源岩[6]

(1) ΔlogR定义:用自然伽马、电阻率、声波(或密度、中子)等测井曲线求取ΔlogR,见式(1)～式(3)

ΔlogR=lg (R/Rb基线)+0.02(Δt-Δtb基线)

(1)

ΔlogR=lg (R/Rb基线)+4.0(φn-Δφn基线)

(2)

ΔlogR=lg (R/Rb基线)-2.5(ρb-ρb基线)

(3)

式中,R为实测电阻率;Rb基线为非烃源岩电阻率;Δt为实测声波时差;Δtb基线为非烃源岩声波时差;φn为烃源岩的中子孔隙度;φn基线为非烃源岩的中子孔隙度;ρb为烃源岩的密度值;ρb基线为非烃源岩的密度值。

(2) 确定基线:非烃源岩的层段即基线位置,多数情况下非烃源岩层的声波时差与电阻率测井曲线重叠,重叠段即基线位置。若2条曲线不重叠,则左右平移其中1条曲线,使2条曲线尽可能重合。

(3) 确定热变指数LOM:热变指数与镜质体反射率Ro关系如图3所示,以此确定LOM。

图3 TOC与Ro关系图版

(4) 计算TOC:Passey等经过大量统计分析后,提出经验公式[7]

TOC=102.297-0.016 88LOM×ΔlogR

(4)

3.2 多元回归分析法

为提高测井资料烃源岩评价的精度,尝试用多元回归分析技术建立烃源岩测井解释模型。在进行烃源岩测井响应特征的基础之上,选择对烃源岩敏感的曲线,分析曲线间的相关性,进行多元回归建立TOC含量与测井曲线之间的统计关系。多元统计回归具有很强的地域性,在不同的地区公式不同[10]。

根据之前对研究区烃源岩测井响应特征的研究,TOC含量与AC、CNL、RLLd成正比,与DEN成反比,与GR关系不明显,因此,将AC、CNL、RLLd、DEN作为TOC计算模型的敏感因子,即

TOC=a×AC+b×CNL+c×logRLLd-

d×DEN+e

(5)

运用SPSS统计软件对其进行多元线性回归分析,获得芦草沟组烃源岩TOC值的计算公式为

TOC=0.002×AC+0.206×CNL+

1.368×logRLLd-0.076×DEN+4.091

(6)

3.3 模型应用及效果分析

图4 三塘湖盆地芦草沟组Δlog R法计算TOC与实测TOC对比图

依据研究区实测TOC数据和测井资料,应用上述2种模型对TOC进行了反演求取,在此基础上对2模型的计算精度进行了对比分析。首先对三塘湖盆地芦草沟组相关测井数据进行了直方图标准化处理,以消除不同时期和不同测井系列以及测井环境所造成的系统误差;然后对芦草沟组268个实测TOC数据及相应深度的声波时差和电阻率测井曲线值,按照ΔlogR法应用式(1)和式(4)进行计算,得到TOC计算值。最终计算结果与实测TOC值相关性分析(见图4)显示,相关系数为0.73,平均相对误差为19.5%,平均绝对误差为2.11%。其次,应用相同的实测数据,将与实测的TOC值对应深度的声波时差、中子、电阻率和密度测井曲线值按照式(6)进行计算,求得TOC计算值。计算结果与实测值对比结果显示(见图5),该模型计算求取值和实测值的相关系数为0.86,平均相对误差为10.8%,平均绝对误差为1.05%(见表1)。与上述ΔlogR法相比,多元回归法计算结果与实测值更为接近。因此,研究优选多元回归法作为研究区求取TOC的最终方法。

取芦×井作为检验井,将2种方法计算TOC值与实测TOC值进行了比较,结果显示多元回归法反演计算求取的TOC值更精确(见图6),相对误差较小。

表1 Δlog R法与多元线性回归模型精确度分析结果

图5 三塘湖盆地芦草沟组多元回归法计算TOC与实测TOC对比图

图6 三塘湖盆地芦×井ΔlogR法与多元线性回归法计算TOC与实测TOC对比*非法定计量单位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同

4 结 论

(1) 三塘湖盆地芦草沟组烃源岩有机质丰度较高,测井相应特征呈现“三高一低”(高声波、高中子、高电阻率、低密度)的特征,即有机质含量与声波中子、电阻率成正比,与密度成反比,与自然伽马相关性差。

(2) 利用现有的测井资料进行有机质含量计算,可以采用ΔlogR法与多元回归法,对三塘湖盆地芦草沟组而言,ΔlogR法精度相对较低,而且基值的选取较复杂,采用不方便,多元回归法具有较高的计算精度,能更客观地反映烃源岩丰度,且操作简单,更适合采用。

参考文献:

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[10] 王方雄, 侯英姿, 夏季. 烃源岩测井评价新进展 [J]. 测井技术, 2002, 26(2): 89-92.