X断陷火二段火山岩储层岩性识别技术研究

刘继龙 宋延杰 孙 红 权新荣

1. 东北石油大学地球科学学院， 黑龙江 大庆 163318；2. “非常规油气成藏与开发”省部共建国家重点实验室培育基地， 黑龙江 大庆 163318；3. 中国石油吉林油田分公司勘探开发研究院， 吉林 松原 138000

0 前言

随着火山岩油气藏的不断发现和投入开发,准确进行火山岩储层岩性识别至关重要,它不仅直接关系到储层孔隙度和饱和度的确定,也是储层特征研究、储量计算和地质建模等开发研究的基础[1-3]。由于火山岩岩性复杂,成分以及结构难以识别。目前,最常用的火山岩岩性识别方法为常规测井响应交会图法[4-6],交会图法一般能够识别成分相差较大的岩性,难于识别成分相近、结构不同的岩性。随着测井技术的发展,ECS测井和成像测井在火山岩岩性识别中得到应用,但ECS测井只能识别成分相差较大的火山岩岩性[7],难以识别火山岩结构特征,成像测井则能够弥补这一缺点[8-9]。通过对广泛应用于岩性识别的神经网络、判别分析、主成分分析、模糊聚类、支持向量机、决策树等数学算法的研究,认为决策树模型算法稳定、识别率高、能自动分析各个参数的敏感性,且模型属于“白盒”封存,用户可以直接获取属性-数值的相关分析[10-19],应用性更强。因此,本文利用图版法划分火山岩的中性和酸性特征,在此基础上,应用决策树模型结合FMI成像测井信息,实现对火山岩结构的有效划分。

1 酸性和中性火山岩测井响应特征

测井岩性识别主要通过薄片分析等手段对取心资料进行岩石定名,然后将经过深度归位的岩性信息与测井曲线匹配,建立岩性与测井参数的对应关系。本次研究确定了X断陷火二段主要岩性为安山岩、安山质火山角砾岩、安山质沉火山角砾岩、安山质凝灰岩、安山质沉凝灰岩、流纹岩、流纹质沉火山角砾岩、流纹质火山角砾岩、流纹质凝灰岩等岩性,优选出对酸性火山岩以及中性火山岩敏感的GR、CNL、Th、Ti、Si等测井曲线,从中性到酸性,GR值增大,CNL降低;Si含量增加、Ti含量降低;Th含量增加。各条曲线的主要分布范围见表1。

表1X断陷不同岩性测井响应特征表

岩性测井响应GR/APICNL/(%)Th/(10-6·g·g-1)Ti含量/(%)Si含量/(%)安山岩分布范围42～8313～294.82～7.320.002 0～0.009 40.238 7～0.315 3均值68216.160.006 80.279 1安山质沉火山角砾岩分布范围52～8618～264.05～5.190.004 1～0.009 70.256 2～0.288 3均值67214.620.006 90.272 3安山质沉凝灰岩分布范围68～8812～233.55～9.110.003 8～0.012 10.265 4～0.319 3均值76187.150.007 70.291 2安山质火山角砾岩分布范围58～1234～304～14.070.000 5～0.009 30.238 7～0.37均值82.3168.120.005 60.296 3安山质凝灰岩分布范围46～1125～253.1～9.370.002 6～0.0110.280 7～0.316 4均值77147.40.006 30.305 7流纹岩分布范围81～1991～176.19～18.910.000 3～0.003 10.305～0.382 2均值136914.440.001 10.35流纹质沉凝灰岩分布范围79～1683～259.1～22.580.001～0.003 30.322 3～0.367 4均值1291115.590.002 10.337 6流纹质火山角砾岩分布范围89～1601～226.05～23.080.000 4～0.005 70.285 3～0.382 2均值1211013.440.001 90.340 1流纹质凝灰岩分布范围80～1786～2411.23～20.80.000 1～0.003 90.326 4～0.367 5均值1331716.710.001 50.344 3

2 酸性和中性火山岩岩性测井识别

2.1 交会图法识别火山岩成分特征

利用常规测井、伽马能谱测井以及ECS测井数据,优选对中性和酸性火山岩敏感测井响应,建立了识别中性和酸性火山岩的GR-CNL图版、GR-HTHO图版以及Si-Ti图版,见图1～3。从交会图中可以看出,火山岩的岩性主要为安山质火山岩和流纹质火山岩。表2给出了三种图版识别不同成分火山岩岩性的符合率,符合率均在90%以上,因此将三种图版结合来识别不同成分的火山岩。但对于X断陷成分相近而结构不同的火山岩利用交会图法难以识别火山岩结构特征。

图1 安山质火山岩、流纹质火山岩GR-CNL岩性识别图版

图2 安山质火山岩、流纹质火山岩GR-Th岩性识别图版

图3 安山质火山岩、流纹质火山岩Si含量-Ti含量岩性识别图版

表2 交会图法识别安山质、流纹质火山岩数据表

方法薄片分析岩性数目/层符合率/(%)常规测井图版法13392.5ECS测井图版法11397.3能谱测井图版法11295.5

2.2 决策树模型识别火山岩结构特征

决策树作为一种很实用的分类算法,它采用“自上而下,分而治之”的递归方式把训练数据集分成互不相交的子集,从而形成预测模型,对未知数据进行预测[20]。

决策树主要由建树阶段和调整阶段组成。本文采用的是决策树C 4.5算法,决策树的生成过程见图4,由于研究区测井曲线主要以常规测井为主,因此,考虑建立常规测井的决策树模型,以自然伽马、声波时差、中子、密度、深浅侧向电阻率作为模型的输入曲线,分别建立训练集和测试集,通过训练,确定出识别每种岩性的决策树模型。并对15口井进行了岩性处理，岩性解释准确率高于80%。表3给出了利用决策树模型识别火山岩结构的结果。

图4 决策树生成过程示意图

表3 决策树模型划分火山岩细分岩性数据表

岩性类别1岩性类别2岩性划分标准识别率/(%)安山岩安山质火山角砾岩安山质沉火山角砾岩安山质凝灰岩安山质沉凝灰岩GR<61.4 API且RLLD>83 Ω·m时,为岩性类别1;否则为岩性类别291.2安山质火山角砾岩安山质凝灰岩安山质沉火山角砾岩安山质沉凝灰岩AC<225.2 μs/m且CNL<18.6%时,为岩性类别1;否则为岩性类别285.7安山质火山角砾岩安山质凝灰岩CNL<12%且GR<69.2 API时,为岩性类别2;否则为岩性类别175.7安山质沉火山角砾岩安山质沉凝灰岩DEN>2.58 g/cm3,为岩性类别2;否则为岩性类别1100流纹岩流纹质火山角砾岩流纹质沉凝灰岩流纹质凝灰岩CNL<13.2%且AC<231.1 μs/m,为岩性类别1;否则为岩性类别267流纹质火山角砾岩流纹质沉凝灰岩流纹质凝灰岩CNL<14.9%,为岩性类别1;否则为岩性类别267.4流纹质沉凝灰岩流纹质凝灰岩RLLS<72.3 Ω·m且AC<231.3 μs/m,为岩性类别1;否则为岩性类别271.4

2.3 FMI识别火山岩结构特征

FMI成像测井能够清晰地显示火山岩的结构、构造特征,因此,利用成像测井可以弥补常规测井对火山岩结构变化不敏感的缺陷,以达到准确识别火山岩结构的目的。通过对研究区火山岩成像测井特征进行分析,得到相应的成像模式，见图5～6。在成像测井图上,角砾会出现棱角状的亮色特征,凝灰岩大多呈现细条带状亮色特征,利用决策树识别的不同结构的火山岩岩性,结合FMI测井资料,就可以识别火山岩的结构特征。

图5 凝灰岩FMI动静态图

图6 火山角砾岩FMI动静态图

3 应用效果分析

根据上述岩性识别方法,编制了基于决策树模型的火山岩岩性识别的程序,对XX等井进行岩性识别。在图版识别火山岩成分的基础上,利用决策树模型对火山岩结构进行识别,结合成像测井,实现火山岩不同结构的划分。利用决策树模型对15口井进行岩性解释，并将结果与取心分析岩性进行对比，图7为XX 1井岩性解释成果图，XX 86-XX 88 m，图版解释岩性为流纹质火山岩，决策树判别岩性为流纹质凝灰岩，FMI显示为层理特征，综合解释岩性为流纹质凝灰岩；与取心岩性一致。XX 88-XX 92.5 m，图版解释岩性为安山质火山岩，决策树判别岩性为安山质火山角砾岩，FMI显示为层理特征，综合解释岩性为安山质凝灰岩；XX 92.5-XX 96 m，图版解释岩性为流纹质火山岩，决策树判别岩性为流纹质沉凝灰岩，FMI显示为层理特征，综合解释岩性为流纹质沉凝灰岩；XX 96-XX 97 m，图版解释岩性为流纹质火山岩，决策树判别岩性为流纹质凝灰岩，FMI显示为层理特征，综合解释岩性为流纹质凝灰岩；XX 97-XX 04 m，图版解释岩性为流纹质火山岩，决策树判别岩性为流纹质沉凝灰岩，FMI显示为层理特征，综合解释岩性为流纹质沉凝灰岩；XX 04-XX 08 m，图版解释岩性为流纹质火山岩，决策树判别岩性为流动构造，FMI显示为流动构造，综合解释岩性为流纹岩；XX 08-XX 09 m，图版解释岩性为流纹质火山岩，决策树判别岩性为流纹质凝灰岩，FMI显示为流动构造，综合解释岩性为流纹岩；XX 09-XX 10 m，图版解释岩性为流纹质火山岩，决策树判别岩性为流纹岩，FMI显示为流动构造，综合解释岩性为流纹岩，与取心岩性一致。

图7 XX1井岩性自动识别效果图

4 结论

1)X断陷火二段储层岩性复杂,火山岩种类繁多,主要发育的中性火山岩有安山岩、安山质火山角砾、安山质沉火山角砾、安山质沉凝灰岩、安山质凝灰岩,主要发育的酸性火山岩有流纹岩、流纹质火山角砾岩、流纹质沉火山角砾岩、流纹质沉凝灰岩。其中火山岩由中性变酸性,伽马值增大,中子降低,Ti含量降低、Si含量增加,Th含量降低。

2)基于敏感测井响应特征,建立CNL-GR,GR-Th、Si-Ti的岩性识别图版,综合利用三种岩性识别图版,按成分差异将火山岩划分为酸性和中性火山岩;在火山岩成分特征识别的基础上,应用决策树模型进行火山岩结构的自动识别,结合FMI测井,实现对火山岩结构的准确划分。

3)将识别的不同结构的火山岩与取心岩性进行对比,结果表明，岩性识别准确性达到80%,满足了研究区岩性识别要求。