井-震结合泥岩盖层分级评价在乍得D盆地的应用

冯国良，孙万高，王一帆，白建峰，史艳丽，杨文辉

（1.中油国际（乍得）上游项目公司，乍得 恩贾梅纳BP1102；2.中国石油 玉门油田分公司 勘探开发研究院，甘肃 酒泉 735019；3.中油国际海外研究中心，北京 100083）

乍得D 盆地位于非洲大陆中部，勘探面积约8 000 km2，是在中—新生代泛大陆解体背景下，受中非剪切带控制的陆内裂谷盆地[1-3]，研究区包括北部陡坡带、洼槽带、中部低隆带、南部缓坡带和东北部转换带5 个二级构造单元（图1）。D 盆地自下而上沉积了白垩系、古近系、新近系及第四系，其中下白垩统为主要勘探目的层，厚度1 700～5 000 m，自下而上可划分为Mangara 组，Kedeni 组，Doba 组和Koumra 组。20 世纪70年代以来，先后部署4口探井，仅D4井在Kedeni组获得低产油流，D1井、D2井和D5井均未获得油气，评价认为盆地内不存在区域盖层或盖层质量差，难以形成规模油藏。在北部陡坡带部署的D3 井获高产油流，在东北部转换带部署的D6井未获得油气，分析认为泥岩盖层发育程度为主要影响因素。

图1 乍得D盆地构造单元（a）及下白垩统划分（b）Fig.1.(a)Structural units and(b)stratigraphic division of the Lower Cretaceous in the D basin in Chad

笔者通过钻井资料分析及成藏研究认为，中部低隆带、南部缓坡带Kedeni 组和Doba 组发育的辫状河三角洲前缘砂体及北部陡坡带Kedeni 组和Doba 组发育的扇三角洲前缘砂体与泥岩盖层配置，形成良好的成藏组合[4]（图1）。然而，受盆地内有利沉积相带窄，缺乏稳定区域盖层的影响，6口井中仅D3井在Kedeni组获得高产油流，而前人工作主要集中于盆地构造模式分析，鲜有开展系统的盖层评价研究[4-7]。

作为油气成藏要素之一，盖层是保存条件研究的核心内容。盖层的性能及分布，直接影响着油气在储集层中的聚集和保存。泥岩盖层封闭机理一般有3种：毛细管力封闭，泥岩由于其毛细管力大而具有物性封闭的能力；高压异常封闭，厚层泥岩由于存在高压异常而具有封闭能力；烃浓度封闭，暗色泥岩由于是烃源岩而具有烃浓度封闭的能力。D 盆地泥岩盖层属于毛细管力封闭，对毛细管力封闭机理而言，泥岩盖层的突破压力是评价的关键参数[8-10]。

D 盆地勘探程度低，对盆地盖层条件的研究较薄弱，盖层品质和展布不清，制约了盆地的油气勘探。本文在钻井资料较少、缺乏泥岩实验分析数据的情况下，从单井着手，充分利用录井、测井和测试资料，计算出含砂量、孔隙度、厚度、突破压力等反映泥岩封闭能力的重要参数[11-17]，对单井单层泥岩盖层品质进行评价；结合突破压力与层速度的关系和泥地比与地震属性的关系，对盖层平面展布进行了分级评价。应用评价结果，部署的D7 井和D8 井与钻前盖层评价结果一致，证实其评价结果能为D盆地的油气勘探提供依据。

1 泥岩盖层测井评价参数的计算方法

泥岩盖层的质量主要反映在微观封闭能力和宏观展布范围2 个方面[18-21]，较强的微观封闭能力和一定的宏观展布范围是形成有效、高质量区域泥岩盖层的必要条件。反映泥岩盖层微观封闭能力的参数包括突破压力、泥岩含砂量、总孔隙度、有效孔隙度等，其中突破压力是最直接的参数；宏观展布范围主要受单层泥岩厚度及其稳定性的制约。鉴于D 盆地无盖层岩石样品实测数据，笔者利用测井资料计算得到上述关键参数，并尝试开展了研究区泥岩盖层定量评价。

泥岩可近似看成由含砂量、泥质含量和孔隙度组成[9-12]，即：

式中Vsd——含砂量，%；

Vsh——泥质含量，%；

ϕ——孔隙度，%。

1.1 含砂量

含砂量是刻画泥岩盖层品质的重要参数。一般认为，含砂量增大，有效孔隙相应增大，泥质含量降低，泥岩的渗流能力增强，脆性变好，易于产生裂缝，从而导致突破压力降低，封闭能力变差。

本文利用自然伽马测井曲线，结合中子—密度交会图、电阻率测井曲线，计算出含砂量，尽可能提高测井数据处理岩性剖面的精度。

1.2 孔隙度

孔隙度包括总孔隙度和有效孔隙度，孔隙度是影响突破压力的最直接因素，孔隙度越大，突破压力越小。

总孔隙度反映泥岩的压实程度，总孔隙度越小，压实程度越高，孔喉半径越小，泥岩孔隙毛细管力越大，封闭能力越强。分析总孔隙度同突破压力的关系的前提条件，是把泥岩盖层看成均一化的理想盖层。实际上，泥岩结构与孔隙在一定分布范围内差异较大，例如受各种成岩作用和构造作用，常产生次生孔隙、微裂缝等。因此，除了考虑总孔隙度对泥岩盖层封闭能力的影响之外，还应充分考虑有效孔隙度的影响。

总孔隙度和有效孔隙度利用中子—密度交会技术来计算，其关键点是干黏土和湿黏土的体积密度以及中子测井值的确定。

1.3 厚度

厚度是决定盖层封闭能力的宏观因素。国内外学者普遍认为，只要有几米厚泥岩就能封闭油气，但厚度的增加，空间展布面积的增大，能提高盖层的质量。单层泥岩厚度越大，分布越广，封闭油气的能力及范围就越大；反之，封闭油气的能力及范围就越小。本文依据测井数据统计单层泥岩厚度。

1.4 突破压力

突破压力是指岩石中最大连通孔隙的润湿相流体被非润湿相流体排替所需要的最低压力，是反映盖层微观封闭能力的最直接、最根本的参数[22-26]。

大量的实验数据表明，泥岩的突破压力与其孔隙度之间存在明显的反比关系[9-17]。根据文献［17］的突破压力与孔隙度关系图版，泥岩的突破压力与总孔隙度、有效孔隙度均呈非线性函数变化，但两者的变化规律有所不同，当有效孔隙度小于20%，总孔隙度小于30%时，突破压力随孔隙度的增加明显降低；当有效孔隙度大于20%，总孔隙度大于30%时，突破压力保持不变，趋向于零。同时，有效孔隙度与突破压力关系曲线的曲率明显比总孔隙度与突破压力关系曲线的曲率大，说明有效孔隙度较总孔隙度对突破压力的影响更明显，对盖层封闭能力的作用更强。

鉴于D 盆地无泥岩样品突破压力实测数据，本文采用中子—密度交会技术计算总孔隙度和有效孔隙度，然后根据突破压力与孔隙度关系图版[17]，计算突破压力。

用总孔隙度求取突破压力：

式中pbt——由总孔隙度确定的突破压力，MPa；

ϕt——总孔隙度，%。

用有效孔隙度求取突破压力:

式中pbe——由有效孔隙度确定的突破压力，MPa；

ϕe——有效孔隙度，%。

突破压力取由总孔隙度和有效孔隙度所确定的突破压力中的最小值：

式中pb——突破压力，MPa。

D3 井在Kedeni 组钻遇油层厚度为60.2 m，油气藏油气柱高度为75.0 m，对应的油气藏油气柱压力为0.74 MPa。该油气藏的直接泥岩盖层厚度为82.3 m，计算的泥岩盖层突破压力为3.46 MPa，油气藏油气柱压力小于泥岩盖层突破压力，与钻探结果相符，说明计算的突破压力可以作为评价泥岩盖层封闭能力的参数。

2 单井泥岩盖层评价

利用上述计算方法，结合测井资料计算出研究区内6 口井的泥岩含砂量、总孔隙度、有效孔隙度、泥岩厚度、突破压力等参数，进行Kedeni 组和Doba 组2 套主要泥岩盖层的定量评价。采用李国平等[8-9]泥岩物性封闭盖层的分类标准，对研究区单井泥岩盖层进行综合评价（表1）。评价结果表明，洼槽带和北部陡坡带D1井、D2井、D3井和D4井的泥岩盖层各项评价参数均好于中部低隆带的D5 井，东北部转换带的D6 井最差；纵向上，Kedeni 组泥岩突破压力大于Doba 组，Kedeni组泥岩盖层封闭能力较好。

表1 D盆地6口井Doba组和Kedeni组泥岩盖层参数统计及评价结果Table 1.Statistic and evaluation results of the parameters of the mudstone caprocks in Doba and Kedeni formations from 6 wells in the D basin

3 泥岩盖层平面展布特征

在区域上要形成有效的高质量泥岩盖层，须同时具备较强的微观封闭能力和较广的宏观展布范围。突破压力是反映泥岩盖层微观封闭能力的最直接参数，泥岩厚度可反映盖层分布的稳定性和宏观展布范围。

3.1 泥岩展布特征

鉴于D 盆地面积大、钻井少且地震资料多为二维，已发现油藏多为砂泥岩互层，单层泥岩在地震上不好识别追踪，泥地比尽管不代表单层泥岩的发育程度，但可间接反映地层中泥岩的总体发育程度，因此，本文用泥地比代替泥岩厚度评价泥岩盖层的空间分布连续性。通过分析D 盆地泥地比与地震属性的关系发现，泥地比与地震多道相关属性呈较好的线性关系，因此，利用测井处理得到的岩性剖面，统计出单井上Doba 组和Kedeni 组的泥地比，结合地震多道相关属性进行外推，绘制出Doba 组和Kedeni 组泥地比平面分布图（图2）。

图2 D盆地下白垩统Doba组和Kedeni组泥地比与地震多道相关属性关系及泥地比平面分布Fig.2.Relationships between mud-to-formation ratio and multi-trace seismic attributes and the plane distribution of the mud-to-formation ratio in the Lower Cetaceous Doba and Kedeni formations in the D basin

Kedeni 组泥岩盖层发育，有西厚东薄、中间厚向南向北变薄的趋势，洼槽带和北部陡坡带泥地比高，最大可达100%；中部低隆带和南部缓坡带次之，最大泥地比为85%；东北部转换带泥地比最低，最大为55%。Doba 组泥岩盖层发育，变化趋势与Kedeni 组相似，洼槽带和北部陡坡带泥地比高，最大可达90%；中部低隆带和南部缓坡带次之，最大泥地比为80%；东北部转换带泥地比最低，最大为50%。

3.2 突破压力展布特征

突破压力与孔隙度呈负相关，孔隙度与声波时差呈正相关[18]。D盆地井点处的突破压力与层速度相关性好，因此，利用井点处的突破压力与层速度进行相关拟合，绘制出D盆地泥岩突破压力平面分布图（图3）。

图3 D盆地下白垩统Doba组和Kedeni组突破压力与层速度关系及突破压力平面分布Fig.3.Relationship between break-out pressure and interval velocity and the plane distribution of the break-out pressure in the Lower Cretaceous Doba and Kedeni formations in the D basin

Kedeni组泥岩突破压力平面分布显示，洼槽带和北部陡坡带突破压力大，最大可达20 MPa，中部低隆带和南部缓坡带次之，最大为12 MPa，东北部转换带突破压力最低。Doba组泥岩突破压力平面分布显示，洼槽带和北部陡坡带突破压力较大，最大为5 MPa，中部低隆带和南部缓坡带次之，最大为3 MPa，东北部转换带突破压力最低。

3.3 泥岩盖层综合评价

将突破压力和泥地比平面分布图叠合，可直观反映泥岩盖层品质的好坏。本文用突破压力与泥地比的乘积作为权值，来综合反映泥岩盖层品质，即突破压力越大，泥地比越大，权值越大，泥岩盖层品质越好；突破压力越小，泥地比越小，权值越小，盖层品质越差。

根据D盆地钻井及油藏分析，结合权值平面分布特征，将泥岩盖层分为4级，即权值大于6为Ⅰ类，2～6为Ⅱ类，1～2为Ⅲ类，小于1为Ⅳ类（图4）。

图4 D盆地下白垩统Doba组和Kedeni组泥岩盖层综合评价Fig.4.Comprehensive evaluation of the mudstone caprocks in the Lower Cretaceous Doba and Kedeni formations in the D basin

Kedeni 组在洼槽带和北部陡坡带处发育Ⅰ类和Ⅱ类泥岩盖层，封闭能力强；中部低隆带和南部缓坡带主要发育Ⅱ类泥岩盖层，Ⅲ类泥岩盖层次之，封闭能力较强；东北部转换带钻井资料少，泥岩盖层不发育，为Ⅳ类泥岩盖层。Doba 组在洼槽带和北部陡坡带处发育Ⅱ类泥岩盖层，封闭能力较强；中部低隆带和南部缓坡带主要发育Ⅱ类和Ⅲ类泥岩盖层；东北部转换带泥岩盖层不发育，为Ⅳ类泥岩盖层。

4 应用效果

油气勘探实践表明，盖层的发育程度对油气成藏具有重要的控制作用。对D 盆地钻探分析和油藏解剖认为，油气成藏受构造、储集层及保存条件3 个因素控制，油气富集程度及分布受控于盖层发育及断层两盘岩性侧向对接情况。

通过对D 盆地下白垩统Kedeni 组和Doba 组2 套泥岩盖层的评价，认为Kedeni组泥岩盖层品质整体上好于Doba 组，具有泥岩含砂量低、孔隙度低和突破压力高的特征，从而进一步明确Kedeni组为D盆地主力成藏组合，Doba 组泥岩盖层品质较差，可作为兼探的次要成藏组合。

根据泥岩盖层评价结果，结合油源、圈闭、沉积相、构造演化等，优选北部陡坡带、中部低隆带和南部缓坡带为油气聚集的有利区带，也是泥岩盖层发育且品质好的区域。中部低隆带新部署的D7井在Doba组和Kedeni 组试油均获高产油流，D8 井仅在Kedeni 组试油获高产油流，钻井显示泥岩盖层评价结果与钻前预测结果基本一致（图2、图3、表2）。

表2 D盆地D7井、D8井Doba组和Kedeni组泥岩盖层参数统计及评价结果Table 2.Statistics and evaluation results of the parameters of the mudstone caprocks in Doba and Kedeni formations from D7 and D8 wells in the D basin

综上所述，本文所得泥岩盖层评价结果对D 盆地油气勘探具有良好指导意义，该研究方法可为类似低勘探程度盆地，特别是缺少泥岩岩心实测资料或缺乏实测条件的境外勘探项目的泥岩盖层评价提供一定借鉴。

5 结论

（1）测井、录井资料是评价泥岩厚度、质量的重要资料，利用中子—密度交会技术计算泥岩总孔隙度、有效孔隙度等参数，并求取泥岩突破压力的方法在D盆地可行。

（2）D 盆地下白垩统发育Kedeni 组和Doba 组2 套泥岩盖层，Kedeni 组泥岩盖层整体上好于Doba 组，具泥岩含砂量低、孔隙度低和突破压力高的特征，这也是Kedeni组油气明显较Doba组富集的主要原因。

（3）平面上，D 盆地Kedeni 组和Doba 组泥岩盖层在洼槽带和北部陡坡带突破压力和泥地比最高，泥岩盖层封闭能力强，为Ⅰ类和Ⅱ类泥岩盖层；中部低隆带和南部缓坡带次之，为Ⅱ类和Ⅲ类泥岩盖层；东北部转换带钻井资料少，初步评价为Ⅳ类泥岩盖层，品质较差，其认识有待验证。

（4）中部低隆带和北部陡坡带盖层、油源、圈闭及储集层条件相对更有利，为具有规模发现潜力的区带，已为近期钻探试油所证实；南部缓坡带部分区域位于盖层和储集层耦合有利区，是下步勘探的有利目标区。