碳酸鹽岩測井沉積微相

碳酸鹽岩測井沉積微相是指對碳酸鹽岩儲層測井進行沉積微相研究，包括選擇與確定油氣田的關鍵井、建立碳酸鹽岩地質沉積微相模型等。

基本介紹

• 中文名：碳酸鹽岩測井沉積微相
• 外文名：Sedimentary microfacies of carbonate logging
• 學科：測井
• 研究內容：關鍵井確認、模型建立
• 背景：海相與陸相測井相應不同
• 回響特徵：自然伽馬能譜等

研究背景

以海相沉積為主的碳酸鹽岩沉積環境及沉積結構,與陸相砂泥岩地層有很大的區別,陸相沉積的砂泥岩剖面岩類較為單一,但粒度與層理變化較為複雜,它們反映了沉積環境及沉積相的變化；而海相碳酸鹽岩沉積,沉積礦物、岩類及岩石結構則是反映沉積環境的主要因素,水流變化、沉積層理則不如砂岩那樣重要,因而使沉積環境的物理性質也存在較大差別,勢必影響到測井回響的差異,如地層傾角對砂泥岩沉積環境是一種重要的指相工具,而對碳酸鹽岩則意義有限,而可以反映礦物成分變化的自然伽馬能譜測井則是進行碳酸鹽岩沉積微相分析的重要手段。因而在碳酸鹽岩中測井沉積微相應建立不同於砂泥岩地層的專門模型。

研究方法與流程

在碳酸鹽岩中用測井進行沉積微相研究內容包括以下幾個方面:。

(1)選擇與確定油氣田的關鍵井；

(2)建立碳酸鹽岩地質沉積微相模型；

(3)地質沉積與測井回響特徵確定；

(4)測井信息環境校正與歸一化；

(5)測井信息與地質微相相關分析；

(6)採用各種數理統計方法建立測井沉積微相模型；

(7)進行測井沉積微相劃分反饋驗證與模型修改。

模式建立

我國碳酸岩鹽油氣藏沉積環境多以海相為主,四川碳酸鹽岩具有代表性,屬於碳酸鹽岩海相潮沙沉積模式如上圖。

建模

1.碳酸鹽岩沉積相的測井回響特徵

1)自然伽馬能譜

由於不同沉積環境、岩類、物源及地球化學性質上的差別,使地層中的放射性元素鈾、釷、鉀的富集程度及相對含量的比例發生變化。淺海碳酸鹽岩生成於清水環境,直接生物堆識和間接生化作用影響自然伽馬能譜的回響,放射性鈾在一定程度上反映了生物富集及演化恃征,而泥質則影響了釷、鉀的分布,成岩後生變化及地下水溶蝕的裂縫都可形成放射性鈾的富集,自然伽馬能譜對沉積環境回響的規律是:

(1)在氧化環境釷礦物含量穩定,不易風化,在高能環境釷含量高於低能環境；

(2)鉀極易被帶負電荷的膠體吸附,因而在粘土礦物中鉀含量增高；

(3)粘土礦物含量與水動力條件及沉積低能環境有關,而釷鉀比及釷、鉀含量增加可確定泥質及粘土礦物含量的增高；

(4)鈾含量與有機質還原作用關係密切,特別與岩石中有機碳含量有好的正相關關係,有機碳及乾酪根反映生油母質的豐度,因而鈾含量可作生油母質的指示器,而釷、鉀比低則反映還原環境,相反則說明處於氧化環境。

2)總自然伽馬測井

總自然伽馬值主要反映泥質與粘土的含量,在生油層則反映生油母質的增加。它的規律是有機質含量很高的生油岩自然伽馬為異常高值,泥、頁岩為正常的高值,泥質石灰岩與白雲岩為中值,白雲岩為中低值,純石灰岩為低值,生物礁岩及石膏為最低值,鉀岩為高值。

3)電阻率測井

在碳酸鹽岩中,硬石膏及岩鹽為最高電阻率,可達數萬歐姆米,緻密石灰岩為高值,孔隙發育的石灰岩及白雲岩為中低值,泥、頁岩為最低值。

4)岩性密度測井

岩性密度測井包括兩種物理量,一種為有效光電吸收截面指數Pe 及岩石的體積密度。有效光電光電吸收截面指數與岩石化學元素光電吸收截面關係密切,因而它可以正確區分岩石礦物成分及岩性,如石灰岩Pe 為5.084,而白雲岩為3.142,硬石膏為5.055,砂岩為1.086,從而反映了岩石沉積與成岩環境。而岩石體積密度的差別不但反映不同岩類,而且反映了沉積環境,體積密度由高而低的岩類為:硬石膏、白雲岩、石灰岩、孔隙雲岩、孔隙灰岩、生物灰岩、岩鹽、泥質岩、頁岩及泥岩。

5)聲波測井

在碳酸鹽岩剖面中,緻密白雲岩縱波速度最大,緻密石灰岩也較高,它們在變密度測井曲線上表現黑白分明,石灰岩與白雲岩孔隙度增加使縱波聲速有所降低,變密度的灰度曲線表現為黑白反差減弱。對石膏層聲速雖然減小,但變密度曲線則黑白分明。岩石泥質增加與孔隙度增加特徵相似,泥、頁岩類縱波聲速最小,由於能量衰減,變密度曲線黑白反差很小。

6)中子測井

在中子測井石灰岩視孔隙度曲線上,硬石膏與緻密石灰岩都近於零值。鹽岩次之,白雲岩有0 ～ 3%視孔隙度讀數。隨地層孔隙度增大,中子讀數增高,泥質含量增高中子讀數也相應增大。泥、頁岩中子讀數增高,可達25%視孔隙度讀數。

2.碳酸鹽岩測井電相與沉積微相的關係

根據以上測井信息對沉積環境回響特徵看出,測井對沉積微相變化而造成岩石物理性質變化是敏感的。因而根據各種測井信息集總,可以形成隨井身沉積環境變化而引起岩石物理變化的連續剖面,雖然還不能說它直接反映某些明確的地質概念,但它能反映井眼內隨井深而變化的岩石各種物理性質的差異,我們稱之電相剖面。而實際地質各種沉積微相差別必然造成物理性質的差異,因而這種電相剖面可以轉化為地質信息,具體說就是沉積微相變化的信息。這種轉化是通過取心井段根據地質信息所劃分出的隨深度變化的沉積微相段與電相剖面相關分析得到的,通過各種統計數學的聚類方法,如非線性映射、多組判別、模糊聚類、神經網路等方法,建立起各種沉積微相的數學模型,並經過置信度檢驗,才能將電相剖面轉化為測井沉積微相剖面。

3.碳酸鹽岩電相確定和劃分

1)用最佳有序分割進行剖面電相分層採用多種測井信息作為多變數進行有序樣品的最佳分割是主要的電相自動分層方法。這是一種按多變數離差值進行最優分割的統計方法,它要求各分層內部樣品之間差異最小,各層段間差異達到最大。

2)採用非線性映射對電相進一步聚類

非線性映射是通過對多變數由多維空間降維映射到低維空間,用低維空間直觀顯示聚類點群分布的數理統計技術,它不考慮數據沿剖面的連貫性,因此在測井多變數最佳有序分割形成電相分層的基礎上,根據樣品的親疏關係,進行以電相特徵為基礎的進一步電相特徵聚類。

4.測井沉積微相模式建立與微相劃分方法

1)用多組判別建立測井沉積微相模式

在測井多變數數據進行電相聚類後,以已知關鍵井地質沉積微相作參照,建立測井多變數沉積微相判別函式,達到建立測井沉積微相模式的目的。根據總自然伽馬、無鈾自然伽馬、鈾、釷、鉀測量值、中子、密度、聲波、雙側向電阻率及微球形聚焦測井信息作為變數,以地質劃分的各種沉積微相作為判別標準,這樣就可構成碳酸鹽岩各種沉積微相的判別函式,它們就是建立起來的碳酸鹽岩測井沉積微相的模式及數學模型。

2)用模糊聚類法建立碳酸鹽岩沉積微相模式

利用測井信息進行碳酸鹽岩沉積微相劃分的實質是,由於沉積環境變化造成岩石與地層物理特徵的變化,而多種測井信息可由不同的角度來對這些變化進行回響,因而測井信息可用於沉積微相變化的區分。採用多種測井信息作為變數進行聚類分析,將相似程度高的點群聚類也是測井沉積微相劃分的重要手段。由於自然現象的複雜出現模糊現象,因而採用Fuzzy Clusterring 統計方法建立模糊聚類統計模型來進行碳酸鹽岩沉積微相測井劃分模型建立。

根據Fuzzy 集理論發展的模糊數學方法可以進行測井多變數沉積微相聚類與劃分,從而建立起碳酸鹽岩測井沉積微相模式。

3)神經網路技術進行測井沉積微相劃分

測井信息是地質沉積差別造成物理性質差異的反映,它屬於非結構性信息,難以用數學方程精確地描述,但存在大量實際資料可供學習,因而採用人工神經網路技術監督學習的方法,通過它的自組織、自適應的學習能力及對模糊與隨機信息的聯想、推理與類比能力。