摘 要

摘　要：火成岩、变质岩气藏的测井综合评价面临的挑战有岩性的划分、有效储层的确定、裂缝孔隙度及溶蚀孔的计算、流体性质的识别等。为此，综合岩心、元素俘获谱、自然伽马能谱

摘　要：火成岩、变质岩气藏的测井综合评价面临的挑战有岩性的划分、有效储层的确定、裂缝孔隙度及溶蚀孔的计算、流体性质的识别等。为此，综合岩心、元素俘获谱、自然伽马能谱测井等资料，划分了柴达木盆地东坪基岩气藏的岩性：研究区北部区块主要为酸性侵入岩，并夹有薄层的中基性岩脉；南部区块则以花岗片麻岩、斜长片麻岩和钙质片麻岩为主，岩性与物性无明确的关系。在岩性识别的基础上，将核磁测井、高分辨率电成像测井与常规测井相结合，建立了基岩的孔隙度计算公式，分别求取了总孔隙度、裂缝孔隙度及溶蚀孔隙度。最后，采用双孔介质裂缝储层饱和度模型计算了含气饱和度，并在多井分析的基础上，结合试气、试采等资料分析了该基岩气藏的成藏特征。结论认为，研究区为底水块状气藏，北部区块气柱高度相对低，南部区块的气柱高度超过350m。该认识已被后续新钻井的测试所证实，所形成的一整套测井综合评价方法为类似气藏的勘探开发提供了技术支撑。

关键词：柴达木盆地  气藏  基岩  裂缝  溶蚀孔  侵入岩  变质岩  测井  评价

Logging evaluation of parameters for the complex basement gas reservoir in the Qaidam Basin

Abstract：The major challenges facing the logging evaluation of igneous and metamorphic gas reservoirs include lithology identification，effective reservoir determination，fracture and corrosion porosity estimation，and fluid type identification．One integrated solution was put forward with a case study in this paper．The lithology of the Dongping basement reservoir in the Qaidam Basin was identified based on core，elemental capture spectroscopy(ECS)，and natural gamma ray spectrum logging data．The acid intrusive rocks with some thin basic rock dyke is predominant in the northern part of the study area，while metamorphic rocks such as granlte metamorphic，amphibolite metam。rphic and calcium metamorphic rocks are dominant in the southern part．There is no obvious relation ship between lithology and poroperm characteristics．A formula for matrix porosity was established through the integration of NMR，resistivity image，and triple-combo data，and was used to calculate the total porosity，fracture porosity，and dissolution Pore porosity respectively．The dual porosity fractured reservoir saturation model was adopted to calculate the gas saturation．The basement reservoir was analyzed based on testing and pilot production well data of multiple wells．It was believed that the gas reservoir in the study area is a massive gas reservoir with bottom water，the gas column height of which was relatively low in the north，and the gas column height is more than 350m in the south．This was validated by the new data of subsequent new drilling wells．These logging evaluation methods can aid exploration and development of similar gas reservoirs．

Kevwords：Qaidam Basin，gas reservoir，basement rock，fracture(rock)，dissolution pore，intrusive rock，metamorphic rock,logging，evaluation

东坪气田位于柴达木盆地阿尔金山前东段，西面为茫崖凹陷与大风山凸起，东面为昆特依地区、冷湖构造带，东南面紧邻一里坪生烃凹陷。整体为一南倾斜坡背景，受近SN向断层的控制，在东坪、牛东地区形成大型南倾鼻状隆起。在中生代—早第三纪的控制断层形成早期，具有古鼻隆或古斜坡背景。区内自西向东为尖北斜坡、东坪鼻隆、牛中斜坡、牛东鼻隆、冷北斜坡的“两隆三带”构造格局，各构造内部被一系列小断层切割形成背斜、断背斜、断块等圈闭形态。该气田是以火成岩、变质岩储层为主，储层具有岩性多变、储集空间复杂、非均质性强等特点^[1]，气田的勘探开发难度很大。目前，利用常规测井、成像测井和地震属性等资料评价裂缝型储集层虽见到一定的效果^[2-5]，但该气田在勘探评价阶段还采用常规电缆测井、元素俘获谱测井、微电阻率扫描、偶极子声波、核磁共振等成像测井系列，形成了一整套岩性识别、裂缝评价、孔隙度和饱和度计算、流体类型识别及有效厚度确定在内的测井综合评价方法。笔者以此为手段对东坪基岩气藏进行了评价。

1　岩性识别与划分

储层岩性识别是油气藏评价的前提和基础工作，与常见的沉积岩不同的是基岩岩性复杂多变，测井识别困难。地面露头踏勘和钻井岩心分析表明东坪气田的基岩包括火成岩和变质岩两大类岩性(图1)，北部3井区基岩以侵入岩为主，南部1井区以变质岩为主。研究表明侵入岩主要为花岗岩，中间夹有辉绿岩、闪长玢岩的岩脉。变质岩可分为3大类，分别为花岗片麻岩、斜长片麻岩和钙质片麻岩。侵入岩和变质岩的区分可利用钾和自然伽马的交会图(图2)。由于侵入岩以钾长石含量较高的花岗岩为主，其钾含量和自然伽马为相对高值，变质岩的钾和自然伽马相对低值。因此侵入岩位于交会图的右上角而变质岩位于交会图的左下方。利用元素俘获谱资料实现两大类岩性的细分。二氧化硅与氧化钠和氧化钾之和的交会图(图3)实现侵入岩的细分，花岗岩的二氧化硅含量高，为66％，辉绿岩为45％～53％，闪长玢岩为53％～66％。据此实现了北部3井区基岩储层岩性的识别与划分。变质岩的种类繁多且其成因复杂，因而变质岩的识别与划分相对侵入岩要复杂得多。通常认为在变质岩的形成过程中化学成分稳定，这为利用元素俘获谱测井划分岩性提供了有利条件，同时由于矿物成分的不同其密度与中子值也有所不同。因此常规曲线对岩性的划分也提供了好的资料。

 

 

 

在岩心归位的基础上，利用不同岩性的数据点绘制中子密度交会图，花岗片麻岩的样本点落在砂岩线上或其上方，斜长片麻岩的样本点在白云岩线上，钙质片麻岩的样本点在石灰岩线和白云岩线之间。元素俘获谱测井可以得到地层中主要的元素含量，可用于化学成分不同的变质岩的区分^[6]。花岗片麻岩的石英长石含量高，暗色矿物含量低，因此元素俘获谱上硅元素含量高，而铝元素含量低；钙质片麻岩含有较多的碳酸盐矿物，因此元素俘获谱上钙元素含量高、硅元素含量低；斜长片麻岩含有较多的角闪石等暗色矿物，因此元素俘获谱上硅元素含量相对低而铝元素含量相对高，不同岩性的元素含量如表1所示。

 

岩心资料、元素俘获测井和常规曲线的结合给出了东坪气田基岩储层的岩性识别与划分结果，表明北部的3区以花岗岩为主，夹有薄层的中基性侵入岩脉，侵入岩脉的厚度多在1～3m之间(图4)，与计算的孔隙度等参数对比，认为侵入岩脉可作为储层，且由于侵入主要是沿断层等进行的，侵入过程诱导裂缝产生。因此岩脉的侵入对于储层是一个积极的因素。南部的l区基岩以变质岩为主，图4是北部东坪306井的岩性划分结果。位于区块东北角的该井为钙质片麻岩，区块内已钻的其他井多为花岗片麻岩和斜长片麻岩，结合孔隙度、裂缝等参数分析认为岩性对物性的控制作用不明显，这3种不同类型的变质岩都可以发育好的储层。

 

2　裂缝分析

变质岩中几乎不存在任何原生孔隙，加上本身不易溶蚀，次生孔洞也不发育。因此变质岩裂缝发育即代表储层发育，裂缝发育是形成变质岩油气藏的重要条件^[7]。变质岩基质物性条件差，变质岩油气藏储集性能依赖于断裂作用和风化淋滤溶蚀作用形成的微观裂缝系统，渗流则依靠宏观裂缝起作用^[8-12]。从基岩形成到后期上覆沉积了新近系的碎屑岩地层，期间历经了l0多亿年。根据前人研究成果，阿尔金山东段地区主要经历了3个大的构造演化阶段，分别为：燕山早期断陷阶段——中生代(侏罗系)为伸展断陷阶段；喜马拉雅早期断坳阶段——路乐河组  下干柴沟组上段为拉分断陷阶段，东坪地区在断裂的控制下，具有了古斜坡背景；喜马拉雅中晚期挤压反转阶段——上干柴沟组—下油砂山组为坳陷阶段。裂缝的形成与上述3期构造运动密切相关。其中靠近大的断裂相对较近的或者处在断裂相交的位置裂缝相对发育。裂缝的评价有多种方法，早期主要是基于常规曲线进行评价^[13]，开启裂缝在常规曲线上的特征为：侧向电阻率相对上下围岩裂缝不发育段明显低。如果裂缝以高角度为主则深浅侧向有正差异，低角度裂缝发育段深浅侧向出现负差异，网状裂缝深浅侧向差异不明显。常规资料评价裂缝的主要优势是成本低、方法简单、资料丰富，缺点是应用环境非常局限、受影响因素比较多、具有多解性、不能量化裂缝产状、裂缝密度和长度等参数。随着成像测井的出现，裂缝的评价主要依赖声电成像来进行。其优势是裂缝解释定量化、直观可靠性高、适用于多种环境，缺点是价格相对较高、采集的井数相对少。本研究中裂缝的评价主要是以高分辨率的电成像为手段，并结合偶极子声波测井和深浅侧向电阻率来开展的。通过对电成像的精细解释可以得到高导裂缝的产状、裂缝的密度、长度、宽度及孔隙度等参数。解释结果表明自上而下随着距离基岩顶面的距离增大，裂缝孔隙度逐渐降低，但在南部的1井区在基岩顶面400m以下仍然有裂缝发育，这主要是由于断层切入基岩的深度较大导致裂缝发育和溶蚀得以继续进行。区内基岩储层在漫长的地质历史过程中历经多次构造运动。因此裂缝的走向在区内不同的位置走向不同。主要发育北东—南西向、北西—南东向、近南北向三组裂缝，裂缝的走向与其附近的断层走向一致，这从另一角度说明裂缝主要是构造缝。电成像测井解释的诱导缝走向与高导裂缝的走向基本平行或者呈锐夹角。由此说明目前的应力状态是有利于裂缝保持开启的状态。

裂缝孔隙度的计算是利用浅侧向刻度过的电成像，根据人机交互精细解释的裂缝来实现的。裂缝宽度的计算公式如下^[14]：

W＝cARm^bRxo^1-b

式中c、b为系数，其值完全取决于FMI成像测井仪器的具体结构，b无量纲，c的单位是mm^-1；W为裂缝张开度，(°)；A为由裂缝造成的电导异常面积；Rxo为裂缝岩石骨架电阻率，W·m；Rm为裂缝中流体电阻率，W·m。

在裂缝宽度计算结果的基础上，结合裂缝长度、井径等就可得到裂缝孔隙度，其计算公式为：

 

式中Lj为裂缝长度；Wj为裂缝宽度；R为井径；H为井段；c为微电阻率成像井壁覆盖面积百分数。

计算结果表明裂缝孔隙度主要分布在0～0.5％之间，少数裂缝非常发育的层段可超过0.5％。

测量原理决定了基于电成像解释的裂缝为高导裂缝，其是否开启还需要阵列声波测井的辅助，通常是根据斯通利波的衰减及反射系数。在该区块首次采用了快慢横波频散分析的方法判断裂缝是否开启。交叉偶极子通过四分量旋转得到的快慢横波的差异是由多种因素导致的，包括应力与裂缝导致的各向异性等，频散分析通过快慢横波的形态实现了各向异性原因的确定。如图5所示在电成像观察到高导裂缝的层段，频散说明各向异性是裂缝导致的。因此这些高导裂缝是开启的，其有效性好，岩心的观察也表明裂缝多为半充填。

 

3　储层参数计算

基岩储层参数主要是计算孔隙度和含水饱和度，其中孔隙度包括裂缝孔隙度和溶蚀孔隙度两部分。裂缝作为主要的渗流通道，同时溶蚀也是由于裂缝的存在而产生的，而溶蚀形成的孔隙是主要的储集空间。裂缝孔隙度的计算主要基于电成像，前已述及。溶蚀孔隙度的计算是利用声波进行，其主要的原因在基岩的矿物成分比较复杂，其密度和中子的骨架值难以确定，而不同矿物的声波时差骨架值差异比较小，故采用声波计算溶蚀部分的孔隙度。基岩储层的岩心物性分析数据缺乏代表性，因此采用了经过气校正的核磁孔隙度与声波时差建立关系式，孔隙度的计算公式为：

j＝0.228DT-37.929

式中j为孔隙度；DT为声波时差，ms／m。

当孔隙度为0时，声波时差值为164ms／m，应用声波时差与电阻率交会图检验，电阻率随声波时差的降低而增大的趋势非常明显，本区研究认为当电阻率大于1000W·m时为非储层，该值对应的声波时差值可认为基岩的骨架值，从该图看出其确定出的岩石骨架值与前面确定的基本一致。

裂缝型储层的含气饱和度计算方法比较复杂，主要是因为此时裂缝对导电的贡献比较大，计算含气饱和度时必须考虑裂缝对电阻率的影响。本次采用的方程为：

 

式中Rd为深电阻率，W·m；Rw为地层水电阻率，W·m；Rm为钻井液的电阻率，W·m；Swb为溶蚀孔部分的含水饱和度；mb为溶蚀孔的胶结指数，取1.6；nb为溶蚀孔的饱和度指数，取l.5；mf为裂缝的胶结指数，取1.4。

上述公式计算了溶蚀孔部分的含气饱和度，还需要计算裂缝部分的含气饱和度，法国石油实验室的研究人员提出的计算方法为：

Swf＝3B/2W

式中Swf为裂缝含气饱和度；B为水膜的厚度，mm，取值为0.32；W为裂缝的宽度，mm。

根据电成像计算的裂缝宽度，其主要分布在5～120mm之间，平均值为40mm。因此根据裂缝含气饱和度的计算公式得到的含气饱和度可达到99％，本次统一取值为95％，然后根据孔隙度进行加权平均。

采用深、浅侧向的差异同深电阻率的比值与声波的交会图来确定流体性质(图6)。从图6中看出气层点都位于右上方，而水层点位于左下方，从测井的原理上看含气好的层段深浅侧向有较大的正差异特征或者小的负差异，而水层由于淡水钻井液的侵入会使得电阻率出现负差异，当然裂缝的发育情况及产状对电阻率的影响比较大，但从解释结果看都是以网状裂缝为主。因此认为电阻率的差异与流体类型存在一定的联系。

 

气层与干层的确定是以孔隙度大大小进行划分的。核磁资料表明当孔隙度为2％时，可动流体只有1％，同时参考了国内外众多的古潜山油气藏，以孔隙度2％作为有效储层的下限。据前述方法对区块内的井进行了综合评价，如图7所示为东坪306井的评价成果图。该井1894.5m以下为花岗岩，电成像表明高导裂缝非常发育，裂缝孔隙度分布在0.05％～0.5％之间，总孔隙度为6.2％，计算的含气饱和度为70％，深、浅侧向有小的正差异气测录井显示较好(中部因取心气测低)，解释为气层；下部岩性、物性与上部相当，但电阻率明显降低，且深、浅侧向基本重合，气测无显示，解释为水层，据此确定了气水界面。其数据为：井段1894.5～1950.0m，电阻率20～100W·m，核磁可动孔隙度3.2％，溶蚀孔隙度6.2％，裂缝走向NWSE，裂缝孔隙度0.02％～0.50％，含气饱和度70％，解释为气层；井段1950.0～2097.3m，电阻率4～80W·m，核磁可动孔隙度1.5％，溶蚀孔隙度4.0％，裂缝走向NWSE，裂缝孔隙度0.05％～0.80％，含气饱和度为0，解释为水层。

 

4　对气藏的认识

在流体识别、储层参数计算、有效厚度确定的基础上，通过多井对比，对气藏有如下认识：基岩气藏为双重孔隙结构，气藏内部受裂缝发育，后期岩脉侵入等影响，纵向及平面上均表现出一定的非均质性，北部的3井区和南部的l井区基岩段均为底水块状气藏，基岩气藏上部和侧向与断层下盘对接的地层为E1+2致密泥岩层及膏岩层，对厚层基岩气藏起到了很好的封堵作用(图8)。

 

5　结论

新的测井系列与岩心及常规测井结合实现了基岩储层岩性的划分。北部3井区以花岗岩为主，夹中基性的侵入岩脉。南部的1井区基岩主要为花岗片麻岩、斜长片麻岩和钙质片麻岩，岩性对物性的控制作用不明显。除在1井区的东北角发育钙质片麻岩外，其他区域以花岗片麻岩和斜长片麻岩为主。

基岩裂缝非常发育，裂缝孔隙度随离基岩顶面的距离增大而降低，但在距离顶面300m以下仍然有好的裂缝发育段。快慢横波的品散分析提供了新的手段识别裂缝的有效性。

建立的孔隙度计算图版、饱和度计算图版及流体识别图版满足了基岩裂缝孑L隙型储层评价的需要，并在多井评价的基础上，深化了基岩气藏的认识。

 

参考文献

[1]杨洪伟，吕洪志，崔云江，等．JZ-S油田变质岩潜山储层的测井评价新方法及其应用[J]．中国海上油气，2012，24(增刊1)：47-49．

YANG Hongwei．LYU Hongzhi,CUI Yunjiang，et al．New techniques of logging evaluation and their application in the metamorphic buried-hill reservoir，JZ-S oilfield[J]．China Offshore Oil and Gas，2012，24(S1)：47-49．

[2]童亨茂．成像测井资料在构造裂缝预测和评价中的应用[J]．天然气工业，2006，26(9)：58-61．

TONG Hengmao．Application of imaging well log data in predication of structural fracture[J]．Natural Gas Industry，2006，26(9)：58-61．

[3]黄继新，彭仕宓，王小军，等。成像测井资料在裂缝和地应力研究中的应用[J]．石油学报，2006，27(6)：65-69．

HUANG Jixin，PENG Shimi，WANG Xiaojun，et al．Applications of imaging logging data in the research of fracture and ground stress[J]．Acta Petrolei Sinica，2006，27(6)：65-69．

[4]王学军，陈钢花，张家震，等．古潜山油藏裂缝性储层的测井评价[J]．石油大学学报：自然科学版，2003，27(5)：25-27．

WANG Xuejun，CHEN Ganghua，ZHANG Jiazhen，et al．Logging evaluation of fractured reservoirs in buried hills[J]．Journal of the University of Petroleum，China：Edition of Natural Science，2003，27(5)：25-27．

[5]牛虎林，胡欣，徐志强，等．基岩油气藏裂缝性储层的成像测井评价及裂缝预测[J]．石油学报，2010，31(2)：264-269．

NIU Hulin，HU Xin，XU Zhiqiang，et al．Evaluation of imaging logging and fracture prediction in fractured basement reservoirs[J]．Acta Petrolei Sinica，2010，31(2)：264-269．

[6]程华国，袁祖贵．用地层元素测井(ECS)资料评价复杂地层岩性变化[J]．核电子学与探测技术，2005，25(3)：233-238．

CHENG Huaguo，YUAN Zugui．Evaluation of formation Ethology changes using elemental capture spectroscopy(ECS)logging[J]．Nuclear Electronics＆．Detection Technology，2005，25(3)：233-238．

[7]黄保纲，汪利兵，赵春明，等．JZS油田潜山裂缝储层形成机制及分布预测[J]石油与天然气地质，2011，32(5)：710-717．

HUANG Baogang，WANG Libing，ZHAO Chunming，et al．Formation mechanism and distribution of fractured buried hill reservoir in JZS oilfield[J]．Oil&Gas Geology，20ll，32(5)：710-717．

[8]刘乐，杨明慧，李春霞，等．辽西低凸起变质岩潜山裂缝储层及成藏条件[J]．石油与天然气地质，2009，30(2)：188-194．

LIU Le．YANG Minghui，LI Chunxia，et al．Fractured reservoirs in metamorphic buried-hills in the Liaoxi low uplift and their hydrocarbon accumulation conditions[J]．Oil&Gas Geology，2009，30(2)：188-194．

[9]杨明慧．渤海湾盆地潜山多样性及其成藏要素比较分析[J]．石油与天然气地质，2008，29(5)：623-631．

YANG Minghui．Diversity of buried hills and comparis6n of their hydrocarbon-pooling factors in the Bohai Bay Basin[J]．Oil&Gas Geology，2008，29(5)：623-631．

[10]钱宝娟．兴隆台古潜山储层特征及成藏条件研究[J]．特种油气藏，2007，14(5)：35-37．

QIAN Baojuan．Xinglongtai buried hill reservoir character istics and hydrocarbon accumulation conditions[J]．Special Oil＆Gas Reservoirs，2007，14(5)：35-37．

[11]肖淑蓉，张跃明．辽河盆地基岩潜山油藏裂缝型储层特征[J]．中国海上油气：地质，2000，14(2)：108-111．

XIAO Shurong，ZHANG Yueming．Fractured reservoirs of buried hill basement in Liaohe Basin[J]．China Offshore Oil and Gas：Geology，2000，14(2)：108-111．

[12]黄太明．牛心坨地区太古界变质岩储层特征研究[J]．特种油气藏，2003，10(5)：22-25．

HUANG Taiming．Study on characteristics of Archaeozoic metamorphic reservoirs in Niuxintuo area[J]．Special Oil&Gas Reservoirs，2003，10(5)：22-25．

[13]卢颖忠，黄智辉，管志宁．用常规测井资料识别裂缝发育程度的方法[J]．测井技术，2000，24(6)：428-432．

LU Yingzhong，HUANG Zhihui，GUAN Zhining．A new method for discrimination of the degree of fracture development using conventional log data[J]．Well Logging Technology，2000，24(6)：428-432．

[14]欧阳健，王贵文．测井地质学EM]．北京：石油工业出版社，1998．

OUYANG Jian，WANG Guiwen．Logging geology[M]．Beijing：Petroleum Industry Press，1998．

 

 

本文作者：张审琴  段生盛  魏国  李亚峰  吕伟

作者单位：中国石油青海油田公司

  斯伦贝谢中国公司