烴源岩測井分析是指依據各項測井數據對烴源岩的測井回響、識別以及生油岩進行評價。
基本介紹
- 中文名：烴源岩測井分析
- 外文名：The analysis of hydrocarbon source rock of well logging
- 依據：測井數據
- 學科：測井
- 內容：測井回響、識別、評價
- 回響曲線：自然伽馬曲線、密度伽馬曲線等
烴源岩的測井回響,烴源岩的測井識別,生油岩的測井評價參數,
烴源岩的測井回響
1.地層的組成
地層可分為非源岩層和源岩層兩大類，其中源岩層又可分為成熟源岩層和非成熟源岩層。假設富含有機碳的岩石由三部分組成：岩石骨架，固體有機質和孔隙流體。非生油岩僅由兩部分組成：岩石骨架和孔隙流體。在未成熟的生油岩中固體部分包括固體有機質和岩石骨架，地層水充填孔隙空間（φt=φw）。當生油岩成熟時，一部分有機質轉化為液態烴，並且運移進孔隙中（φog）替代了地層水。此時，總孔隙度φt=φw+φog。這種組成的差異是利用測井曲線求取TOC的基礎。
在上述生油岩體積模型中，同常規模型相比，增加了固體有機質（乾酪根）部分，並將其作為岩石骨架的一部分設定。固體有機質具有低速度、低體積密度和高含氫含量的物理化學性質（ρ=1.0g/cm，Δt=60－170us之間，通常最高值與任意壓實狀態下的富含有機質的頁岩有關）。
因此，固體有機質有高聲波時差，低體積密度和高中子孔隙度的測井回響。這些測井回響使由中子，密度，聲速測井計算的孔隙度產生增值，同時，不因孔隙度的增值降低電阻率值，即不因孔隙度的增值降低電阻率測井值。不僅如此，伴隨有機質成熟度生烴，使生油岩中的含油飽和度上升，引起生油岩的電阻率增加。
2.基本原理
由於源岩層含有固體有機質，這些有機質富含有機碳，而有機質具有密度低和吸附性強等特徵。因此，源岩層在許多測井曲線上具有異常反應。在正常情況下，含碳越高的源岩層，其測井曲線上的異常反應就越大。通過測定異常值的高低，就能反算出含碳量的大小。
對源岩有異常反應的測井曲線主要有：
（1）自然伽馬曲線。在該曲線上表現為高異常。這是因為富含碳的源岩層往往吸附有較多的放射性元素鈾。
（2）密度和聲波時差曲線。富含碳的源岩層，其密度低於其它岩層，因而在密度曲線上表現為低異常，在聲波時差曲線上表現為低（高時差）異常。
（3）電阻率曲線。成熟的岩層由於含有不易導電的液態烴類，因而在該曲線上表現為高異常。利用這一特徵可識別源岩層成熟與否。
烴源岩的測井識別
1.烴源岩的單一測井方法分析
1)自然伽馬測井
根據地球各圈層放射性物質豐度，沉積層基底和沉積層中不同岩性的放射性元素平均含量以及含油盆地中鈾與生油物質（有機質）的關係，可認為油田放射性異常的主要物質來源是生油岩。眾多研究表明，富含有機質的生油岩，常伴隨著高的放射性元素。因此，生油岩常有高的自然伽馬值。
用自然伽馬測井的優點是受井眼的影響較小，以及在垂向上對非均質頁岩可進行連續採樣。但是，Schmoler注意到他研究地區的總自然伽馬法明顯的降低了某些層段的有機質含量。因此，在大範圍內用它來定量解釋有機質是必須小心的，它不是生油岩的有機質含量的良好的定量指示器。
在一般沉積岩中，主要是固體骨架中的粘土中的鉀使頁岩具有放射性，少量的釷也可以影響頁岩骨架的放射性。具有一定含水孔隙度的不含有機質的頁岩是一種特定的骨架組成，並且，其單位重量的放射性是不變的。例如：如果含水孔隙度隨深度的增加而下降，則放射性隨岩石密度的增加而增加，那么最終記錄的放射性數值是不變的。因此，沿著不同的不含有機質的泥岩層可以確定一條放射性基線。這就是為什麼自然伽馬測井曲線可作為泥質砂岩中泥質含量的指示曲線的原因。
2)自然伽馬能譜測井
近幾年來，自然伽馬能譜測井的套用顯著增加。由於鈾和有機質之間有很好的經驗關係（Swanson，1960），Fertl（1980），建議用自然伽馬能譜測井來有效的確定有機質豐度，並且認為，比值法（釷/鈾，鉀/牡釷）由於其考察了岩性（即泥質含量的變化），並且對這種變化自動補償，所以更可靠。但遺憾的是，它們之間也沒有通用性，靠經驗統計隨地區變化較大。
3)密度測井
因為固體有機質的密度（ρo=1.0g/cm）比周圍岩石骨架密度（ρm=2.3～2.7g/cm）要低，所以，Schmoker（1979）建議用密度測井來估計有機碳含量。有機質體積百分數=（ρo-ρs）/（ρsh-ρo），並且指出FDC（補償密度）探測器的垂向解析度為2ft（60cm）。泥岩密度在2.25g/cm以上時，密度測井曲線反映有機質的最低限度為1%。但在有重礦物（黃鐵礦）存在和井眼不規則時，密度測井就不可能是有機質的可靠的指示器（FDC為貼井壁儀器，受井眼影響較大）。
4)中子測井
通常，岩石中的大量氫並不屬於孔隙水，頁岩骨架和乾酪根（或油氣）兩者的氫含量都很高，並且相互替換，在中子測井中不會有明顯的差異。故不是油氣良好的指示器。同時井壁對中子測井的影響也很大。但當孔隙中含氣時，中子測井會由於挖掘效應，易於識別。
5)脈衝中子能譜測井
連續的中子測井在評價生油岩中有機碳含量時有局限性（Herro，1986，1988）。但這一方法的優點是對低含量的有機碳反映敏感，且不需要做岩石校正，但需要做無機碳校正。
6)電阻率測井
電阻率測井在理論上可以用來評價烴源層。因為烴源層多呈頁狀，電性上呈各向異性。用球狀電源測井時，會增加電阻率值。不含有機質頁岩的電阻率取決於：
（1）它們的骨架類型和特徵；
（2）充滿孔隙的原生水的電阻率；
（3）孔隙度的大小。
即使前面兩種因素不變，頁岩的電阻率變化並不遵循阿爾奇公式。因為岩石骨架是導電的。認為唯一的電阻率效應是含水孔隙度增加時，岩石電阻率降低。富含有機質岩段的電阻率比周圍的不含有機質的頁岩的電阻率高（有時為10倍以上）。這是因為不導電的乾酪根和油氣置換了部分導電的泥質骨架或部分原生水，甚至是置換了兩者。Meissner 認為電阻率測井是成熟度的指示，而不是TOC的指示。儘管他沒有提出一個定量的方法確定有機質豐度，但是利用電阻率曲線確定成熟生油岩的位置，是值得借鑑的。
7)聲波測井
聲波測井可以彌補密度測井不可靠時的不足。由於有機物的低密度性，使聲波時差相對升高對應著有機質含量較高的層。當密度曲線受井壁不規則或黃鐵礦存在影響時，聲波時差曲線可能比密度曲線更可靠。當聲波速度相對減小，電阻率增加，表明為非滲透沉積岩中的富含有機質層。有機質的聲速比任何一種沉積物的聲速都低得多。聲波在頁岩中的傳播速度大於4km/s，碳酸鹽岩中約為6km/s，石油中約為1.2～1.25km/s，在乾酪根中則不超過1.5Km/s。
因此，沉積岩的△t在150～200us/m 之間，有機質的△t約為600us/m。骨架岩石與其中所含有機質的速度差（約為4）比密度（約為2.5）要大。因而聲波測井與岩石有機質含量的相關性比密度測井大得多。實際上通常是將兩種測井結合起來用。由於層速度受水/有機質比率、礦物成分、碳酸鹽岩/粘土含量比值、粒間壓力等因素影響，不能單獨用聲波測井來估算烴源層的有機質含量，但若與密度測井、岩心並用，聲波測井仍然有效。
2.用交會圖識別烴源岩
圖1
1)自然伽馬一聲波測井交會圖Dellenbach（1983）提出，利用聲波時差和自然伽馬曲線提出了一個參數Ix，它與有機質豐度呈線性相關。生油岩的聲波時差相對較長而自然伽馬強度相對較高（如圖1）。這裡，不含有機質的頁岩具有放射性，但其放射性與孔隙度和骨架密度無關，其放射性接近於一個常數值，形成泥岩基線（GR1）。
在整個岩層中，Ix 應被認為是總有機質含量的相對量度，由相同深度的岩屑或岩心得到的乾酪根，油氣的測量數據相加得到有機質的總含量。利用有機質的重量來刻度Ix是有可能的。伽馬放射性對固體有機質相當敏感，而時差對油氣十分敏感。所以，低d（GR）高d（Δt）的層段應有一些氣；而高d（GR）低d（Δt）應含有較多的固體有機質；中間則是兩者的混合段。
2)電阻率一自然伽馬交會圖
純地層或略含泥質的地層落在圖的下面。在某一自然伽馬值（GR）之上的層段都是頁岩層：富含有機質或不含有機質的頁岩。當它們的放射性增高並偏離高電阻率常數時，可推斷骨架中含有有機質；自然伽馬值隨著電阻率增加而增加，則這些孔隙中肯定含有油氣及乾酪根。
3)電阻率一聲波時差交會圖
刪去純地層，保留下來的泥質或泥岩的自然伽馬值都高，可以確定三種類型的層段：
（1）當孔隙度增加時，不含有機質的泥岩和頁岩層段電阻率減小；
（2）含乾酪根頁岩段，電阻率隨孔隙度略有變化；
（3）含乾酪根、油氣的頁岩段，電阻率隨孔隙度增加。
3.聲波一電阻率曲線重疊法
Passey（1989）研究了一種可以適用於碳酸鹽岩和碎屑岩生油岩的技術。據介紹能夠精確預測不同成熟條件下的TOC。這一方法便是將聲波和電阻率曲線重疊。在套用時，時差曲線和電阻率曲線刻度為每兩個對數電阻率刻度對應的聲波時差為-100us/ft，把非生油岩曲線疊在一起作為基線，當兩條曲線在一定深度範圍內一致或完全重疊時為基線。確定基線以後，用兩條曲線的距離來識別富含有機質的層。兩條曲線的距離為Δ lgR，每一個深度增量測一次。
Δ lgR與TOC線性相關，並且是成熟度的函式。如果可以確定成熟度（單位為LOM；Hood，1975），那么利用Δ lgR-TOC 關係圖可以把Δ lgR直接換算成TOC。成熟度LOM可以從大量的樣品分析中得到（如熱變指數R。），或從埋藏史和熱史的評價中得到。如果成熟度LOM估算不對，那么TOC絕對值將有誤差，但仍正確反映TOC的垂向變化。
3.生油岩的多元地質統計
如果存在兩個或更多個與應變數密切相關而它們本身又並不相關的自變數，那么多元回歸結果都可能都優於單變數的結果。多元回歸方程是根據每個數據組的相關矩陣來計算的。
4.測井層序中有機質變化模式
用測井曲線求有機質含量，已有很多研究成果。但與層序地層結合起來，得到成因解釋，並對作出整體預測有廣泛的意義。圖2是有機質在層序地層中的變化模式，說明有機質最富集的部位是最大水位面附近高水位體系域的底與水進體系域的頂。平面上在盆地邊角。在水進體系域的底初次水泛面也會發育次一級豐度的有機質。這樣，在評價盆地生油能力、生油量及運移時，就要在縱向上牢牢抓住有機質最富集的期（年代單位，地層單位則為段）及平面上有機質最富集的區域（即油源區）。
圖2
生油岩的測井評價參數
1.生油岩含油氣飽和度
關於飽和度的計算，已經有許多經典的闡述，這裡也不再贅述。研究表明，好的已經成熟的油氣源岩中，不但含有豐富的殘餘有機物（乾酪根），而且含大量的尚未運移出去的油氣。這些殘餘的油氣，是測井評價生油岩的重要標誌，它不僅反映生油氣岩的有機質豐度，而且反映了生油氣岩的成熟度。因此，它是有機質豐度和成熟度的綜合指標。油氣從生成開始，便在各種地質應力的作用下，以不同的相態從油氣源岩向外運移。但是，無論是早期運移，還是晚期運移，無論是以水溶相態運移，還是以游離相態運移，油、氣、水從源岩中被部分擠出後，殘留在源岩中的飽和度不變。排短作用並不降低源岩的含油飽和度。不僅如此，隨著埋藏深度的增加壓實排短作用的進程，源岩的孔隙度和含水量進一步減少。因此，源岩孔隙中的含油飽和度隨埋深的增加而增加。
源岩中的含油氣飽和度不但隨埋深的增加而增加，而且與有機物質的豐度成正比，並與有機質類型和成熟度有直接的關係。因此，油氣源岩的含油飽和度，直接反映了油氣源岩的生油潛力。
2.生油氣岩總孔隙度和有效孔隙度
生油氣岩的總孔隙度反映了生油氣岩的壓實排烴狀況。高孔隙度的生油氣岩標誌著壓實.程度低，排烴不充分，對油氣聚集貢獻小稱之為無效的生油氣岩；低孔隙度的生油氣岩標誌著源岩生成的油氣已經隨埋深壓實產生了油氣的初次運移，已對油氣初次運移作出了貢獻。稱之為有效的生油氣岩。
當已知短源岩的生油氣門限深度時，根據各層生油氣岩的總孔隙度和門限處的總孔隙度的差值，結合含油氣飽和度計算各層生油氣岩的排烴量。這次排烴量是研究油氣富聚規律的關鍵參數。生油氣岩的有效孔隙度，反映了生油氣岩的次生孔隙和裂縫的發育狀況，它反映了生油氣岩自身排烴的物理條件，對研究油氣的初次運移有參考價值。
3.生油氣岩剩餘先聖含量VHC
生油氣岩的剩餘烴含量，指的是殘留於油氣源岩孔隙中的油氣含量，VHC的大小，與生油氣岩有機質的類型、豐度、成熟度和產烴率有關。有機質豐度高，成熟度高，則VHC值大；反之或是有機質豐度低，或是成熟度低，VHC都表現為低值。因此，VHC是反映生油氣岩是否已經生成油氣和生油氣量大小的一個參量。VHC是區別有效生油氣岩和無效生油氣岩的指標。
另外，當生油氣岩尚未成熟時，VHC的大小只是由有機質對孔隙度測井的回響引起的，與電阻率關係不大。這時VHC隨有機質的變化僅有較小的變化。當生油氣岩成熟後，VHC的大小由孔隙中的油氣和有機質對孔隙度測井和對電阻率測井的回響共同引起。這時VHC的值將有明顯的變化，成熟度越高，VHC幅度越大。
