鄂博梁地区测井孔隙度解释模型及对压实特征的影响

陈　萌，王奕松，闻金华，李阳阳，王　军

(西北大学地质学系 /大陆动力学国家重点实验室，陕西 西安 710069)



鄂博梁地区测井孔隙度解释模型及对压实特征的影响

陈萌，王奕松，闻金华，李阳阳，王军

(西北大学地质学系 /大陆动力学国家重点实验室，陕西 西安 710069)

[摘要]研究地层岩石压实特征为了进一步了解地层孔隙度随深度变化的关系，正常压实段的趋势直接反映地层的压实速率特征，并影响最大埋深时期异常段过剩压力计算、盆地埋藏历史及异常压力演化恢复结果。通过一系列测井方法对青海省柴达木盆地西北缘鄂博梁地区鄂博梁三号构造带正常压实段地层岩石物理性质中的孔隙度进行解释。运用地球物理测井方法中的密度测井，补偿中子孔隙度测井以及中子-密度交汇图版法建立对柴西北缘鄂博梁地区岩石孔隙度解释模型。通过孔隙度拟合压实曲线与传统的声波时差压实曲线对比，取得了较为相似的解释结论，证明了密度、中子测井计算孔隙度拟合压实曲线的方法可靠性。通过解释模型对研究区正常压实段压实特征有较为具体的解释。

[关键词]孔隙度；密度测井；中子测井；测井解释模型；压实特征

柴达木盆地西北临阿尔金山，东北临南祁连山脉，西南毗邻昆仑山脉，东为日月山，东西长约800 km，南北最宽处约350 km，面积约257 768 km2，地势由西北向东南倾。盆地内沉积岩广泛分布，最大厚度17.2 km，厚度大于1 000 m的沉积岩分布面积96 000 km2[1]。

鄂博梁构造带主体部位于伊北凹陷中部(图1)，而伊北凹陷位于柴北缘西端。在下侏罗统凹陷盆地基础上，第三系以来形成三排大型构造带：北部第一排构造为冷湖五号四高点-冷湖七号-马海古凸起；第二排构造为鄂博梁Ⅰ号-葫芦山-鄂博梁Ⅱ号-鄂博梁Ⅲ号-南陵丘，处于伊北凹陷中央；第三排构造为碱山-红三旱三号构造带。除了北部冷湖五号-冷湖七号-马北凸起勘探程度较高以外，另外两排构造勘探程度都非常低。

图1　研究区构造图

鄂博梁构造带由鄂博梁Ⅰ号、鄂博梁Ⅱ号、葫芦山、鄂博梁Ⅲ号和鸭湖五个构造组成。多年来的勘探经验及综合研究认为，本构造带位于生烃中心附近，具有较好的源岩条件，同时各局部构造圈闭面积巨大，具有良好的勘探潜力。

柴达木盆地由中生界到新生界依次分布着侏罗系、白垩系、古近系、新近系和第四系的地层(图2)。

图2　鄂博梁一号构造带综合岩性柱状图

1测井孔隙度解释模型

在计算地层岩石孔隙度时，最常用的是三种测井方法，即声波时差测井、中子孔隙度测井和密度测井。因为声波时差测井受到岩石孔隙几何形状影响，即地层孔隙度与岩石骨架岩性指数的大小[5]，所测定出来的孔隙度往往存在误差。

1.1研究区泥岩压实规律

一般情况而言，沉积微相、岩性组合、最大泥岩层厚度、泥地比、构造和沉积速率等因素都会影响到泥岩压实特征。然而对于鄂博梁地区而言，影响泥岩压实特征的主控因素为沉积速率。由于研究深度段为正常压实段，沉积速率一般较低，随着埋藏深度的增大，泥岩会逐渐的将水分排出、颗粒排列规则，从而使泥岩孔隙度随着深度的增大而逐渐有规律的降低(图3)。

图3　研究区泥岩压实特征

1.2密度法孔隙度解释

对于正常压实段，其压实特征往往符合压实规律，而且深度浅，据泥岩压实规律，鄂7井正常压实段到下油砂山组截止，鄂深1井、鄂深2井正常压实段到上油砂山组截止，根据研究区勘探现状，这些层位的泥岩不具生烃能力，也不是储层，因此油气含量少，可以视为含水纯地层，因此使用公式:

来计算岩石孔隙度；式中Φ为地层孔隙度；ρma、ρb、ρf分别为骨架密度、岩石密度和孔隙流体密度，g/cm3。

其中，由于岩心资料极少，无法运用ρma-Ф交会图求取骨架密度值，所以取各井岩心实测数据中骨架密度的最大值作为ρma值；ρf取对应井孔隙水密度测试值(表1)。

表1　密度法测井孔隙度解释参数数值表

在研究区内，采用密度法建立Φ-DEN交汇图(图4)，对鄂7井、鄂深1井、鄂深2井进行回归分析，结合青海油田岩心分析数据，获得如下结果：

鄂深1井由于岩心取样测试对应深度处密度曲线缺失，无法判定其实测数据与拟合曲线的相关关系，故其岩心分析数据没有列出。

随着地层岩石密度的增大，其孔隙度相应的减小，通过上图可以了解经过计算所获得的Φ-DEN曲线与实测岩石孔隙度相比偏大。其原因在于，对于密度测井法计算岩石孔隙度而言，由于测井曲线测定的是地层中岩石的密度值，而处于地层条件下的岩石所受围压往往大于岩心实测时岩石所受的压力，造成测井密度值大于实测密度值，所以在交会图上，处于相同深度的岩石，岩心实测的岩石孔隙度偏高，密度偏小。其次，密度测井所测定的是岩石的总孔隙度，而岩心实测的孔隙度往往是岩石的有效孔隙度，这就造成了岩心中的死孔隙和无法允许流体通过的孔隙无法测定的情况，因而实测孔隙度偏低。除此之外，密度测井探测范围很浅，通常仅多十几厘米，受井眼扩大或井壁不规则等因素的影响较大，对于井壁规则的底层，测得的曲线也较好[5]。最后，密度测井容易受到钻井泥浆的影响，这些都会造成密度测井值拟合而成的曲线与实测岩心数据的差异。

图4　鄂7井、鄂深1井、鄂深2井Φ-DEN交汇图

1.3中子法孔隙度解释

同理，对于正常压实层段，深度浅，没有油气影响，可以视为含水纯地层，因此使用公式:

来计算地层岩石孔隙度；式中Φ为地层孔隙度；(Φn)ma、Φn、(Φn)f分别为骨架孔隙度、岩石孔隙度和孔隙流体孔隙度，%。

其中，对于岩心分析数据建立Ф-Фn交会图，回归成一条曲线，当Фn=0时取得的Ф值令其为(Фn)ma；(Φn)f=100(表2)。

表2　中子法测井孔隙度解释参数数值表

在研究区内，采用密度法建立Φ-CNL交汇图，对鄂7井、鄂深1井、鄂深2井进行回归分析，结合油田实测岩心数据，获得如图5的结果。

在Φ-CNL交汇图中可以看到，对于鄂7井，曲线与实测数据相关度较好，实测点基本平均分布在曲线的左右两侧。

图5　鄂7井、鄂深1井、鄂深2井Φ-CNL交汇图

由以上结果可知，随着中子孔隙度的增大，地层岩石孔隙度也随之而增大，二者呈现较好的正相关性。总体而言，中子孔隙度测井与实测岩心孔隙度较密度测井法所计算出的孔隙度值与岩心实测数据相关度较密度测井好，所计算出来的孔隙度公式呈现高度的一致性。

但是，对于中子测井而言，其测井值易受到井孔，地层元素的影响，造成测量结果偏差，与岩心数据产生误差[6]。

图6　鄂7、鄂深1、鄂深2井中子-密度交会图

1.4密度—中子交汇图法孔隙度解释

在运用交汇图法解释地层岩石孔隙度时，还有一种常用的办法即建立中子-密度交汇图，用以同时确定孔隙度和泥质含量，由于研究区地层岩性复杂，以含砂泥岩居多，因此运用这种图版可以较好的解释该区地层岩石泥质含量以及孔隙度大小，而且结果清晰、一目了然。

在此，假定三个点，即纯水点、纯泥点和纯砂点：

纯泥岩点，ρsh=2.65g/cm3，(Φn)sh=50%。

纯砂岩骨架点，ρma=2.65g/cm3，(Φn)ma=0。

水点，ρf=1g/cm3，(Φn)f=100。

再按照线性分割的方法，在绘制的三角形上绘制刻度，将得到的测井数据投入该图。

在图6中可以清楚地看到，鄂7、鄂深1、鄂深2井正常压实段泥岩泥含量基本在20%～80%之间，属含砂泥岩；孔隙度不高，约在0～20%。

2新模型对泥岩压实特征的影响

2.1泥岩、砂岩压实系数对比

结合前人资料，将鄂7、鄂深1、鄂深2井的声波时差—深度、密度—深度和通过上文中公式所计算出的该深度段的孔隙度值，绘制出来的孔隙度—深度图(图7、图8、图9)三者进行比较。

Y = exp(-0.000288×X) ×440.497

Y = exp(-0.000294×X)×496.722

Y=exp(-0.000234×X)×397.487

R2=0.818064

Y=exp(8.72E-005×X)×2.201

R2=0.772328

Y=exp(-0.000482×X)×32.564

R2=0.763587

图9鄂深2井压实特征图

纵观研究区三口井的数据，结合井位关系，鄂7井、鄂深2井、鄂深1井成西北-东南走向分布，鄂深1井压实系数最大，而鄂深1井位于研究区东南方，说明对于鄂7井、鄂深2井其沉积速率最大，泥岩排出水分和颗粒紧密的排列的程度不如鄂7井和鄂深2井，这样才会使鄂深1井孔隙度随着深度减小的速度小于鄂7、鄂深2井；在研究区西北部沉积速率较慢、东南方沉积速率较快。虽然压实系数计算所获得的压实斜率与声波时差压实斜率差异较大，这其中的原因既有两种解释方法本身所带来的差距，也有两种解释方法各自的误差，但是他们都反映了这三口井沉积速率的不同，具有共同的解释结果，由此可见利用计算得到的孔隙度压实曲线和声波时差压实曲线具有一致性。

2.2特征变化的原因讨论

综合以上各图分析，表明在鄂博梁三号构造带上的三口井运用密度测井方法计算孔隙度所回归的曲线斜率相近、公式相似，而使用中子孔隙度测井数值计算孔隙度所回归的曲线公式完全相同，但是由于岩心实测数据有限，无法使用大量正常压实段岩心数据验证两种方法计算的孔隙度值的准确性；在运用中子-密度交会图法解释鄂博梁三号构造带上的三口井，使得该区正常压实段上岩石孔隙度和泥质含量区间一目了然，便于大体了解该区岩石大概物性状况；使用密度、中子测井数据绘制泥岩压实曲线，所计算出来的压实曲线斜率要高于声波时差压实曲线斜率，但是总体而言，这种方法回归出来的孔隙度-深度曲线趋势与声波时差-深度曲线趋势相同，由于横坐标值差异造成的斜率差异在所难免(表3)。

除此之外，造成其他差异的原因可能有以下几点：(1)声波时差测井其测量值的大小不仅仅取决于岩石总孔隙度的大小，而且取决于孔隙的形状，岩石中泥质含量的大小[7]，从而造成声波时差所计算出的压实曲线斜率发生变化；(2)密度测井、中子测井和声波测井均会受井眼扩大或井壁不规则等因素的影响较大，容易造成测井曲线数值产生误差；(3)本文中讨论的模型仅仅只是将研究层段视为纯含水地层，从而忽略了地层中油气、泥浆以及泥质含量大小的影响，因而会造成一些偏差；(4)钻井过程中钻机对周围地层产生了破坏，造成测井仪无法准确测量；(5)测井操作人员在进行测井过程中操作失误产生误差，对测井数值产生影响；(6)测井仪本身的误差。

表3 　鄂7、鄂深1、鄂深2井数据统计表

3结语

对于研究区，在正常压实段，运用密度，中子测井数据计算孔隙度，拟合孔隙度压实曲线与传统的声波时差测井数据拟合压实曲线得到的结果虽然压实斜率不同，但是能够反映该区正常段压实特征，即随着深度的增大，地层岩石孔隙度逐渐变小。声波测井数据虽然是用声波时差数值来反映岩石的总孔隙度大小随着深度的变化，但是它会受到孔隙形态的影响，难以做到精确反映；利用本文中的密度、中子测井数据计算孔隙度再用孔隙度拟合压实曲线具有直观方便的特点，根据趋势线，可以方便的查到该深度段对应的孔隙度，这是声波时差拟合压实曲线所不具有的，但它同时也具有不可避免的诸如井眼扩大、钻井泥浆或井壁不规则等因素的影响。在具体分析一个地区岩石压实特征时候，将二者结合，能够尽可能的排除彼此本身特点决定的误差，得到最好的分析效果。

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[收稿日期]2015-09-13

[作者简介]陈萌(1991-)，男，甘肃定西人，在读硕士研究生，主攻方向：沉积储层。

[中图分类号]P584

[文献标识码]B

[文章编号]1004-1184(2016)01-0097-04