常规有机地球化学方法评价生油岩存在不足

常规有机地球化学方法评价生油岩存在不足

苏北盆地生油岩主要集中在下第三系阜宁群。本段自上而下分为一级、二级和三级，黑色粘土段主要集中在二级和四级。通常对生油岩的研究,是采用有机地球化学方法,通过取心和大量的实验处理,进行观察和化学分析,往往费用高、时间长、分析数据有限,其结果并不能即时真实地反映地层的全貌。而测井资料提供的地层信息连续且易于获得,因此,利用测井信息评价生油岩,对油气资源的评价具有特殊的意义。本次研究的目的是应用测井资料对阜二、四段暗色泥岩段进行评价,重点是讨论应用测井资料计算有机碳,其中涉及到有机质成熟度等地化参数的分析。方法上选用蔺景龙(1993)提出的测井曲线重叠法定性识别生油层段和Q.RPassey(1990)提出地ΔlogR技术计算有机碳含量,该方法可靠,且具有普遍的实用价值。1有机质含量在纵向剖面上的非均质性在生油层评价中,常规岩样分析因受取心非连续性和岩屑样品的不确定性的限制,一般不能获得整段生油岩连续且精确的实验数据。有机质分布存在非均质性,单纯利用实验室测得的离散数据的算术平均值来评价生油层的潜力显然存在偏差。如何识别和度量有机质含量在纵向剖面上的分布的非均质性,便成为正确评价有效烃源岩及其生烃潜力所要解决的难题之一。而测井资料具有纵向连续性的优势,故利用测井信息并建立起有机质含量间的定量模型,进而计算出烃源岩段的有机质含量的连续分布值,无疑可有效的弥补实验室测样的不足,为烃源岩的评价研究提供更加合理的参数。2烃源岩有机碳的定量确定利用测井资料评价生油岩的主要方面是确定生油岩中的总有机碳含量(1)。从事该项研究的工作由来已久。早在40年代,Beer(1945)就尝试应用自然伽马曲线识别和定量分析有机碳丰度;六、七十年代,Swamson等人就将自然伽玛异常归因于与有机质有关的铀,指出铀与有机质存在一定的关系;Murray(1968)指出,Williston盆地中Bakken泥岩在自然伽玛测井、声波、中子以及电阻率曲线存在异常显示;七十年代以前的研究以定性分析为主。在七十年代末期由Fertl(1979)、Leventhal(1981)等人相继找出了放射性铀与总有机碳含量间的经验关系;Schmoker(1981-1989)等研究出采用密度、自然伽玛测井以及电阻率测井定量确定有机碳的方法;Schmoker(1983)提出用密度测井信息来估算地层总有机碳;Dellenbach(1983)提出用声波时差和自然伽玛曲线组合成的参数(I-X)与有机质丰度间的线性关系来确定有机质的丰度值;Meyer和Nederlof(1984)提出了电阻率、密度和声波测井组合来评价烃源岩;Herron(1986)提出用C/O中子测井信息来计算地层总有机碳;Mann和Muller(1988)利用自然伽玛能谱、体积密度、声波和电阻率测井组合来评价烃源岩;Mendelson等(1985)采用测井资料多元分析确定有机碳;1990年法国IFP学院又推出了一种新理论Carbolog方法计算出地层的总有机碳;1993我国的蔺景龙采用Bayes分析及相关分析计算有机碳值。综上可以看出,不同学者主要应用了以下测井曲线:声波时差、电阻率、密度、自然伽玛、自然伽玛能谱、C/O中子等来评价生油岩,其主要方面是确定有机碳含量。以上许多学者都研究了测井资料与烃源岩之间的对应关系,有的也提出了一些经验公式来定量计算烃源岩的有机碳值,但因多因素的影响,如单一测井信息的局限性、测井资料组合的不匹配性等,因而均没有提出具普遍意义的、能正确估算烃源岩有机质含量的定量模型(2)。但埃克森(Exxon)和埃索(Esso)公司研究的ΔlogR技术,既可以适合碳酸盐岩,又可适合于碎屑岩烃源岩的方法(3),能准确计算出不同成熟度条件下的有机质含量值。在世界许多地区应用取得不少成功的经验,“九五”期间,我国不同学者在塔里木盆地、辽河油田、胜利油田等地区也应用了该方法,都取得较好的效果。该方法利用声波时差曲线和电阻率曲线(由深探测仪提供,反映原始地层特征)的叠合即可完成。其基本原理是:非渗透性岩层中高的声波时差可能往往起因于高含量的低速有机质,而其电阻率的升高又可能指示源岩开始成熟并生成烃类流体。3生油岩测井曲线特征成熟生油岩包括岩石骨架、有机质、水和残留烃。由于沉积岩中分散的有机质(干酪根)具有特殊的物理性质(6),具导电性差、密度接近水的密度、声波时差为远大于砂和粘土矿物、含烃指数大、自然伽玛高等特点(表1)。因此生油岩在测井曲线上有明显的反映。对本地区数口井地化资料和测井资料进行系统研究表明:声波时差和电阻率曲线与有机质丰度存在很好的关系。3.1有机碳含量随声波时差值的变化声波测井记录两探头之间地层的平均声波时差,通常有机质富集的岩石有较大的声波时差值。从图1可以看出YC1井E1f4(井段2435.5-2660.5m)、E1f2(井段3018-3221m)随有机碳含量的增加声波增大;不同的井段,随着深度的增加、有机质成熟度高的,声波时差低。3.2有机碳的形成在本区以往的生油岩评价中,已注意到三套优质生油岩(K2t2下部、E1f2中的七尖峰-四尖峰、E1f4上部)在电性上的特征表现为十分明显的一些高阻尖峰(黄宛平等,1989)。电阻率与岩石骨架成分、孔隙度和孔隙流体性质有关。生油岩的电阻率高于非生油岩,这不仅是由于所含有机质不具导电性,也是由于它属极性分子,它的正离子抑制了粘土对其它正离子的吸附,从而减小泥质的导电能力,使生油岩的电阻率增大,另外对于生过烃的生油岩,由于孔隙中烃的存在,电阻率明显高于未生过烃的生油岩。普通泥岩和未生过烃的生油岩电阻率无明显的差异。YC1井E1f4(2435.5-2660.5m)中虽然声波时差幅度明显,表现为富含有机碳,但整段的电阻率曲线基本上无明显变化(图2A),主要表现为未大量生过烃的生油岩特征,这与生油岩演化资料(Ro%<0.63,地层温度75.5-84.4℃,该区大量生烃门限2800m)完全一致。YC1井E1f2(3018-3221m)电阻率曲线生油层段(2970-3050m)电阻率曲线幅度明显(图3A),反映生过烃的生油岩特征,则与E1f4的表现出明显的差异。ZH86井E1f4(3873-4364m)电阻率曲线出现明显的漂移(图4A),与其有机质处于大量生烃阶段完全一致。另外,研究表明本区自然伽玛、自然伽玛能谱测井资料与有机碳的关系并不明显;密度测井资料以及其他测井资料往往有限,不具备普遍性。4油气岩的rt1和dt2首先根据自然伽玛曲线、自然电位等识别并剔除油层、火成岩、蒸发岩、未压实的沉积物和井壁垮塌严重段等,将声波时差曲线和电阻率曲线重叠可以看出:贫有机质层段,这两条曲线相互重合或平行;富含有机质层段中两条曲线分离,主要由于低密度、低速率干酪根在声波时差曲线的反应和地层流体在电阻率曲线的反应;在未生过烃的富含有机质层段,仅声波时差增大造成的曲线分离;在生过烃的富含有机质层段,除声波时差偏大,由于烃类的存在使得电阻率增大。应用电阻率测井曲线和声波时差曲线重叠技术识别和划分生油层。要求两条曲线的比例一致,每50us/ft(164us/m)的声波时差Δt相当于电阻率RT的一个对数坐标单位(3),200个Δt(200-150-50-0us/ft)对应RT的4个对数坐标单位(0.01-0.1-1.0-10-100Ω·m)。在一定深度范围内,曲线正常的位置(重叠或平行)就是基线位置,重叠曲线变量如下:(1)RT1=lg(RT/RT基线)①(2)DT2=-0.02(Δt-Δt基线)②其中:RT为岩石的电阻率(Ω·m),Δt为实测的声波时差(us/ft),RT基线为相对于Δt基线的电阻率,系数0.02基于前面的每50us/ft(164us/m)的声波时差Δt相当于电阻率RT的一个对数坐标单位。两套曲线叠合在一起,一旦基线确定,富含有机质层段便可利用两条曲线的幅度差来识别(4)(表2)。非生油层的RT1和DT2等于或近于零;生油层RT1大于或等于零,同时DT2小于零,生过烃的生油岩RT1远大于未生过烃的,生过烃的生油岩DT2小于未生过烃的。重叠曲线可以看出,YC1井E1f42516-2620m井段作为基线Δt基线=95us/ft,RT基线=1.7Ω·m;E1f23127-3148m井段作为基线Δt基线=80us/ft,RT基线=3.0Ω·m。ZH86井E1f44255-4325m井段作为基线Δt基线=64us/ft,RT基线=15Ω·m。YC1井E1f42516-2600mRT1等于或接近于零,DT2总体基线接近于零,主要为未生烃的生油岩和非生油层;2390-2516mRT1接近于零,而DT2小于零,主要为富含有机质的生油层,但未大量生烃(图2B)。YC1井E1f2中3127-3148mRT1和DT2等于或接近于零,当作非生油层;其他段主要的RT1大于零,DT2小于零,表现为成熟生油岩的特征,含大量的残余烃类(图3B)。ZH86井E1f43870-3900m和4200-4320mDT2和RT1接近于零,当作非生油层,其余的RT1整体大于零,DT2小于零,表现为成熟生油岩的特征(图4B)。5有机碳的计算根据ΔlogR技术,两套曲线叠合后的幅度差,即叠合后的间距,定义为ΔlogR。对于某一深度两条曲线分离量:ΔlogR=lg(RT/RT基线)+0.02(Δt-Δt基线)③分离量(ΔlogR)与有机碳(TOC)呈线性关系,且是成熟度的函数(3)。由于所有的泥岩均含一定量的有机碳。在电阻率测井曲线和声波时差曲线重叠段当作非生油层,实际上含一定的有机碳背景值ΔTOC。故根据ΔlogR计算的TOC还须加一定的ΔTOC,即:TOC=ΔlogR10-0.944Ro+1.5374+ΔTOC④其中Ro(%)为镜质体反射率。实际上,对于样品较多的层位,可利用ΔlogR与有机碳TOC拟合出其间的关系式:TOC=a×ΔlogR+ΔTOC⑤。根据有机碳(TOC%)和ΔlogR关系图(图5),YC1井E1f4的TOC=4.0638ΔlogR+0.15,而实际基线段的样品分析有机碳为0.12%～0.27%,0.15%在该范围内;E1f2的TOC=4.0046ΔlogR+0.4。ZH86井E1f4的TOC=1.6874ΔlogR+0.1。值得注意的是,可能会产生与富含有机质生油岩无关的ΔlogR分离,多数情况下可能是在油层、火成岩、蒸发岩、井壁垮塌严重层段。6有机碳含量与声波时差关系1,将数口井的测井曲线计算所得的有机碳与岩心分析的有机碳进行比较,多数情况下对比的结果较好(图2C、3C、4C)。YC1井E1f4的误差通常在±0.30%之内,YC1井E1f2、ZH86井E1f4的误差稍偏大些,这可能与成熟生油岩的排烃及裂缝发育程度有关。2,对比表明,有机碳的含量与声波时差关系最为密切,与电阻率关系次之。本区生油岩有机碳含量与自然伽玛无明显的关系,这可能与湖相的沉积有关。B.L.Meter(1984)等认为浮游生物吸附放射性铀,而铀离子通常和其它微量元素存在于海水中;相反,湖泊中缺乏或不存在铀,无自然伽玛射性异常(5)。3,对于少数层段有机碳出现异常,可能是由于薄层(小于1m)效应,电测井和声波测井垂向分辨率的差异引起ΔlogR异常。7有机碳的充填层厚度和丰度上述方法所求的TOC是连续分布,可完整地用于评价整段生油岩的有机质丰度。陆相泥质生油岩公认的有机碳下限为0.4%,则可计算大于0.4%的有机碳占评价段的百分比,就可求取目的层段中有效生油层的厚度。用算术平均法计算该段的平均TOC,弥补统计分析样品有机碳作为评价段有机碳的不足(表3)。通过比较可以看出,本区应用的测井信息评价有效生油岩的厚度和丰度与大量统计分析样品的数据无太大出入、基本一致。进一步为有效烃源岩体参数取值补充