楊玉卿，崔維平，田 洪

(中海油田服務(wù)股份有限公司）

碎屑巖成像測(cè)井沉積學(xué)研究及其在海上油田的應(yīng)用

楊玉卿，崔維平，田 洪

(中海油田服務(wù)股份有限公司）

基于成像測(cè)井技術(shù)在我國(guó)海域含油氣盆地的應(yīng)用積累，提出了碎屑巖成像測(cè)井沉積學(xué)的概念。碎屑巖成像測(cè)井沉積學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容包括地層巖性識(shí)別、沉積構(gòu)造解釋、沉積序列與微相分析、砂體物源與古流向分析、砂體分布預(yù)測(cè)等五個(gè)方面。利用南海西部的實(shí)際資料，運(yùn)用成像測(cè)井技術(shù)，對(duì)五方面的應(yīng)用逐一分析或提出了應(yīng)用前提、使用步驟、注意要點(diǎn)、已有規(guī)律特征以及典型實(shí)例。

碎屑巖；成像測(cè)井沉積學(xué)；沉積相分析；儲(chǔ)層預(yù)測(cè)；海上油田

20世紀(jì)末期，成像測(cè)井技術(shù)開(kāi)始引入我國(guó)，經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，它在沉積相分析［1-4］、儲(chǔ)層研究［5-6］和硬地層評(píng)價(jià)［7-9］等方面發(fā)揮了積極而重要的作用，逐漸成為油田勘探開(kāi)發(fā)的重要組成部分之一，并已成為測(cè)井地質(zhì)學(xué)的核心內(nèi)容［9］。

成像測(cè)井技術(shù)在沉積相分析和儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用，已經(jīng)逐漸形成成像測(cè)井沉積學(xué)學(xué)科分支的主要內(nèi)容，它在我國(guó)陸上油田［1-2，10-11］和海上油田［3-6］均得到了良好應(yīng)用。我國(guó)各海域含油氣盆地基本為碎屑巖系地層，目的層段沉積相類(lèi)型多樣，有陸相、海相和海陸過(guò)渡相，儲(chǔ)層的成因、分布及物性變化大，加之地震資料的分辨率較差［3］，因此儲(chǔ)層研究的難度很大。近年來(lái)，各海域油田有愈百口井采集了成像測(cè)井資料，主要分布于南海西部油田。由于采集解釋費(fèi)用昂貴，大多油田的采集量一般在2～4口井，但這些資料在復(fù)雜儲(chǔ)層的沉積學(xué)研究中發(fā)揮了積極作用［3，6］。

碎屑巖成像測(cè)井沉積學(xué)涉及的主要內(nèi)容可以歸納為五個(gè)方面，即地層巖性識(shí)別、沉積構(gòu)造解釋、沉積序列與微相分析、砂體物源與古流向分析、砂體分布預(yù)測(cè)。下面對(duì)這五個(gè)方面逐一介紹成像測(cè)井沉積學(xué)研究及其在海上油田的應(yīng)用情況。鑒于成像測(cè)井資料在海上油田的分布比較分散，本文重點(diǎn)以南海西部珠江組海相沉積為例，來(lái)闡述成像測(cè)井沉積學(xué)研究的方法、應(yīng)用及體會(huì)。

1 地層巖性識(shí)別

碎屑巖通常根據(jù)粒度、成分和成因等進(jìn)行分類(lèi)，按照粒度可以分為四類(lèi)，即礫巖、砂巖、粉砂巖和泥巖［12］，這種按粒度的分類(lèi)方法因直觀易用，故在油田應(yīng)用普遍。目前基于成像測(cè)井資料識(shí)別巖性最為普遍的方法是根據(jù)圖像的顏色變化或色標(biāo)值大小，參考巖心和常規(guī)測(cè)井進(jìn)行定性的圖版式識(shí)別［2-3，13-14］，它對(duì)建立區(qū)域性復(fù)雜地層序列發(fā)揮了重要作用。李潮流等［15］將成像測(cè)井圖像色標(biāo)值定量地轉(zhuǎn)化為巖性粒度信息，并將碎屑巖地層按粒度大小劃分為泥質(zhì)、粉砂質(zhì)和砂質(zhì)三種巖性，這種巖性計(jì)算方法具有定量特色，但仍屬于相對(duì)定量，它與沉積巖石學(xué)中粒級(jí)的劃分尚有差異［12］。

巖石的準(zhǔn)確定名是非常困難的，基于成像測(cè)井圖像色標(biāo)值識(shí)別巖性，因忽略流體性質(zhì)和成巖作用的影響，會(huì)使結(jié)果與實(shí)際存在差異。根據(jù)筆者多年的成像測(cè)井沉積學(xué)應(yīng)用研究和油田沉積相分析，本文提出一種綜合定量確定地層巖性的方法①，主要思路和步驟如下所述。

（1）根據(jù)常規(guī)測(cè)井自然伽馬曲線與巖性較密切的關(guān)系，以巖心宏觀描述為準(zhǔn)，刻度自然伽馬測(cè)井曲線，經(jīng)過(guò)處理，建立宏觀的巖性剖面。

（2）根據(jù)巖心或壁心實(shí)驗(yàn)資料，主要是巖礦鑒定和粒度分析，定量統(tǒng)計(jì)出各粒級(jí)顆粒所占比例，參照多組分命名原則［12］，按粒級(jí)確定巖石的準(zhǔn)確名稱(chēng)。定名時(shí)還需要參考錄井和宏觀描述資料，因?yàn)槲⒂^分析因樣品有限，不能充分體現(xiàn)出一些礫石的存在，成像圖像因精度有限有時(shí)也難以反映出礫石。

（3）根據(jù)準(zhǔn)確的巖石名稱(chēng)進(jìn)一步標(biāo)定宏觀巖性剖面，建立目的層段連續(xù)的巖性剖面。依據(jù)成像測(cè)井的縱向高分辨率特性，即圖像的高分層能力，把不同的巖性細(xì)分開(kāi)來(lái)，分層的精度一般為分米級(jí)，完全能適合沉積相分析和高精度的層序地層學(xué)研究。

上述地層巖性識(shí)別方法是傳統(tǒng)的巖石學(xué)鑒定與測(cè)井相分析的結(jié)合，克服了流體性質(zhì)與成巖作用等的影響，系統(tǒng)連續(xù)地反映了地層沉積的變化，巖性識(shí)別的精度比常規(guī)測(cè)井要高數(shù)倍，即所識(shí)別的地層厚度可以大為減薄。這一方法來(lái)源于對(duì)海上油田的研究，適用于海洋勘探，但也同時(shí)適用于陸上或其它地區(qū)。

圖1是南海西部E-1井地層巖性識(shí)別成果圖，從中可以看出，就中下部（井深1698～1725m）細(xì)砂巖段的靜態(tài)圖像特征看，它受流體性質(zhì)的影響明顯，上下部色調(diào)變化很大，但巖性基本穩(wěn)定。再看該細(xì)砂巖段之上的粉砂巖（井深1690～1694m），它在靜態(tài)圖像上巖性沒(méi)有明顯變化，但在動(dòng)態(tài)圖像上，縱向變化較大，顯示出分層精度很高，其中在井深1693m之下有三層較純凈的色調(diào)較亮的粉砂巖層，上部最薄的一層厚約11cm，表現(xiàn)出比常規(guī)測(cè)井高得多的分層能力。

圖1 南海西部E-1井成像測(cè)井地層巖性識(shí)別成果圖

2 沉積構(gòu)造解釋

原生沉積構(gòu)造包括層理構(gòu)造和層面構(gòu)造，尤其層理構(gòu)造是沉積巖最重要的特征之一，是沉積介質(zhì)和沉積環(huán)境能量狀況的重要標(biāo)志。研究沉積構(gòu)造通常僅僅是在露頭進(jìn)行觀察，而傾角和成像測(cè)井技術(shù)的應(yīng)用為揭示沉積構(gòu)造提供了新的技術(shù)方法，盡管基于傾角矢量模式解釋沉積構(gòu)造的理論基礎(chǔ)尚不十分成熟［9］。

就層理構(gòu)造而言，組成層理的最小單位紋層厚度一般以毫米（mm）度量，但隨著介質(zhì)能量增大，紋層厚度也可達(dá)到厘米（cm）級(jí)，對(duì)于紋層系或相同巖性組成的紋層組而言，其厚度可達(dá)厘米（cm）到米（m）的數(shù)量級(jí)［16］。成像測(cè)井的縱向、橫向分辨率約為5mm，與中厚紋層和一般紋層系的厚度接近［16］，這為利用成像測(cè)井技術(shù)識(shí)別層理內(nèi)部紋層或紋層系界面（相當(dāng)于1—2級(jí)界面［17］）提供了基礎(chǔ)依據(jù)。由于紋層面可以平行于地層的層系界面，也可能與地層層系界面成一定角度［16］，因此在識(shí)別層理構(gòu)造時(shí)要對(duì)紋層系界面和地層層系界面仔細(xì)加以區(qū)分，這樣才能得出可靠的結(jié)論。

對(duì)層理構(gòu)造的處理，通常采用分米級(jí)窗長(zhǎng)和厘米級(jí)步長(zhǎng)的小尺度參數(shù)，以反映層理內(nèi)部微細(xì)紋層面的構(gòu)造形態(tài)。對(duì)于厚度小于3～5m的砂體或各測(cè)量極板相關(guān)性不好時(shí)，要參考巖心并采用必要的人機(jī)交互處理進(jìn)行解釋。目前層理構(gòu)造的解釋主要基于傾角矢量模式特征，并建立了常見(jiàn)的層理構(gòu)造與傾角矢量模式之間的關(guān)系［9，18］。近年來(lái)，成像測(cè)井的廣泛應(yīng)用，也總結(jié)了較豐富成像圖像與層理構(gòu)造的識(shí)別模式［14，19-22］。在研究中，可以依據(jù)傾角矢量角度判斷層理形成時(shí)的水動(dòng)力條件，一般把微細(xì)紋層傾斜角度大于20°確定為高能沉積環(huán)境（最高不超過(guò) 33°～35°），10°～20°為中等能量沉積環(huán)境，低于10°為低能沉積環(huán)境。

近幾年，在海上利用成像測(cè)井圖像識(shí)別出的層理構(gòu)造非常豐富，包括常見(jiàn)的板狀交錯(cuò)層理、槽狀交錯(cuò)層理、雙向交錯(cuò)層理和波狀層理等①（圖2）。基于成像測(cè)井圖像特征、地層傾角矢量特征以及對(duì)應(yīng)的地質(zhì)模型，筆者總結(jié)建立了七種在我國(guó)海上油田中常見(jiàn)層理構(gòu)造的成像圖像、傾角矢量及地質(zhì)模型一體化的綜合識(shí)別模式（圖3），為正確、快速判別常見(jiàn)沉積層理構(gòu)造提供了可靠的手段。在研究中，筆者利用成像測(cè)井資料還識(shí)別出了其他多種沉積構(gòu)造，包括層面構(gòu)造沖刷面、變形構(gòu)造卷曲層理、生物擾動(dòng)構(gòu)造、化學(xué)成因構(gòu)造結(jié)核、特殊礦物黃鐵礦等，其中在南海西部珠江組識(shí)別出的結(jié)核類(lèi)型多樣，它們與沉積環(huán)境密切相關(guān)［4］。

圖2 我國(guó)海上油田主要層理構(gòu)造成像圖像與傾角矢量模式

圖3 我國(guó)海上油田常見(jiàn)層理構(gòu)造綜合識(shí)別模式

3 沉積序列與微相分析

成像測(cè)井資料的最大優(yōu)勢(shì)在于縱向上的高分辨率，基于巖性識(shí)別結(jié)果，可以建立研究區(qū)目的層段的沉積序列，其縱向分層精度可達(dá)幾個(gè)厘米到十幾個(gè)厘米（圖1）。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)背景資料，高精度縱向沉積序列的建立對(duì)于研究區(qū)域沉積微相分析、沉積環(huán)境演化、高精度層序地層分析可起到很好的指導(dǎo)作用。筆者曾基于成像測(cè)井資料建立過(guò)南海西部地區(qū)兩種不同成因地層的高精度沉積序列［6］。另外，對(duì)珠江組的沉積微相系統(tǒng)研究后，將其劃分為三種沉積相①，即潮控型濱海相、浪控型濱海相以及淺海相，并劃分出八種沉積微相，分別是潮汐水道、潮汐砂壩、潮汐淺灘、沿岸砂壩、席狀砂、淺海泥、淺海風(fēng)暴砂以及濱外砂壩。在這些微相的識(shí)別與研究中，成像測(cè)井資料所確定的古流向和沉積構(gòu)造如羽狀交錯(cuò)層理的識(shí)別對(duì)潮汐水道微相的確定，沖刷面、粒序?qū)永淼葘?duì)風(fēng)暴砂沉積微相的確定等，在地質(zhì)資料缺乏的情況下，都發(fā)揮了積極而重要的作用。

4 物源與古流向分析

碎屑巖物源與古流向分析是研究沉積巖形成過(guò)程與形成環(huán)境的重要內(nèi)容，方法和手段多種多樣。對(duì)于粗碎屑巖而言，從地層傾角和成像測(cè)井資料確定物源區(qū)的方法比較成熟，一般來(lái)說(shuō)，用于沉積構(gòu)造解釋的傾角矢量成果圖的藍(lán)模式及綠模式代表了古流向，與之相反的方向就是物源區(qū)［9,18］。

值得注意的是，基于成像測(cè)井資料確定的古流向，代表的基本是井點(diǎn)處的水流方向，要確定較大范圍內(nèi)的水流方向應(yīng)有較多的井點(diǎn)古流向資料或大井段古流向統(tǒng)計(jì)資料，并要結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景。如一條河流中，不同部位的水流方向可能差異較大，只有綜合判斷砂體的沉積特征才能得出可靠的認(rèn)識(shí)。對(duì)于大型湖盆和濱海近岸砂壩沉積，由于古流向變化較大，可能有向岸流、離岸流以及沿岸流等，要確定出不同古流向的指示意義就要先確定岸線、陸地與湖盆（海盆）的大致方向，然后依據(jù)傾角矢量成果圖來(lái)分析，角度較大的方向通常為向岸流方向，角度小的為離岸流方向，水流模式是“雙型”的［23］。

下面列舉南海西部油田W2和W3井的成像測(cè)井資料分析成果，它們分別針對(duì)兩種不同成因的沿岸砂壩和潮汐水道砂體，這是兩個(gè)難得的典型分析實(shí)例。

實(shí)例1 W2井珠江組一段開(kāi)闊海沿岸砂壩沉積古流向分析圖（圖4） 其中傾角矢量朝向?yàn)镹W的藍(lán)模式傾角較大，代表了向岸流方向，上部很低角度的綠模式主要為SE向，代表了朝向海盆的離岸流方向，結(jié)合其他地質(zhì)背景資料，確定沿岸砂壩的古流向?yàn)殡p向，主要為NW向，物源區(qū)在NW方向，砂體加厚方向也在NW向。

實(shí)例2 W3井珠江組二段潮汐水道沉積古流向分析圖（圖5） 在圖上部的水道型砂體中，從動(dòng)態(tài)圖像上看出砂體雙向水流發(fā)育，為NW—SE向，其中下部的角度較大，介于12°～23°，屬于中高能量的水動(dòng)力條件，上部角度在10°左右，屬于較低能條件，綜合分析物源區(qū)在NW方向。對(duì)于潮汐型水道，遠(yuǎn)岸的潮下帶砂體更為發(fā)育，故砂體加厚方向在SE向。

圖4 南海西部油田W2井中新統(tǒng)珠江組一段成像測(cè)井古流向分析

圖5 南海西部油田W3井珠江組二段成像測(cè)井古流向分析

5 砂體分布預(yù)測(cè)

利用成像測(cè)井資料并結(jié)合常規(guī)測(cè)井資料，可以對(duì)砂體的幾何形態(tài)和平面分布進(jìn)行預(yù)測(cè)，主要的方法步驟如下：

（1）基于砂體宏觀的常規(guī)測(cè)井響應(yīng)特征，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景判斷砂體的成因類(lèi)型，如水道型（中心、邊緣）、砂壩型或扇型。

（2）采用較大尺度參數(shù)的窗長(zhǎng)和步長(zhǎng)進(jìn)行處理，其成果可反映砂體內(nèi)部的宏觀沉積結(jié)構(gòu)，如對(duì)于曲流河點(diǎn)砂壩沉積，傾角矢量方向相當(dāng)于三級(jí)界面，即點(diǎn)砂壩增生單元的界面［17］，其厚度一般為20 cm到1m以上。

（3）基于不同砂體的沉積作用方式不同，其傾角矢量模式各異，可以判斷不同成因砂體的幾何形態(tài)［23］。

砂體的主要沉積作用方式有八種［24］，其中常見(jiàn)的有四種，即前積作用、填積作用、側(cè)向加積作用（側(cè)積作用）和垂向加積作用（加積作用），對(duì)應(yīng)的砂體分別稱(chēng)前積砂體、填積砂體、側(cè)積砂體和加積砂體（表1）。

表1 不同成因類(lèi)型砂體的測(cè)井響應(yīng)及分布特征

從表1可以看出，不同成因的砂體其測(cè)井響應(yīng)特征不同，可據(jù)此作為識(shí)別標(biāo)志。但需注意的是，對(duì)于垂向加積作用形成的砂體，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本均勻并相互平行，傾角矢量為綠模式，定性指示砂體分布較穩(wěn)定廣泛。對(duì)于側(cè)向加積作用形成的砂體，其傾角矢量為藍(lán)模式，主要指示砂體的遷移方向而非古流向。對(duì)于前積作用和填積作用形成的砂體,其傾角矢量分別為藍(lán)、紅模式，可指示砂體加厚和尖滅方向，其中藍(lán)模式指示下傾尖滅，紅模式指示上傾尖滅，根據(jù)砂體頂?shù)撞績(jī)A角差異可以定量估算砂體尖滅的水平距離，其公式為［25］：

式中：L——尖滅距離，m；

α、β ——砂體頂、底面傾角，°；

H——儲(chǔ)層厚度，m。

在水下分流河道中心部位，傾角矢量可顯示藍(lán)模式，指示河道的延伸方向。對(duì)于快速沉積或重力流扇型沉積，通常為塊狀構(gòu)造，內(nèi)部雜亂無(wú)序，但不同期次形成的砂體傾角隨深度增加而減小，即傾角矢量為大藍(lán)模式，其傾向與古流向相同，可以指示扇體形狀［23，26］。

在上節(jié)中給出的圖4和圖5，分別針對(duì)兩種不同成因的沿岸砂壩和潮汐水道砂體，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景就其分布（主要是砂體的加厚方向）進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，在實(shí)際研究中，確定砂體的成因至關(guān)重要，之后再結(jié)合局部井點(diǎn)古流向以及區(qū)域性地震資料，則可對(duì)砂體的展布特征取得更可靠的認(rèn)識(shí)。

6 認(rèn)識(shí)與展望

（1）成像測(cè)井沉積學(xué)解釋?xiě)?yīng)以深厚的沉積學(xué)理論為指導(dǎo)，豐富的解釋經(jīng)驗(yàn)為支撐，清晰的區(qū)域地質(zhì)背景為立足點(diǎn)，并與其它資料如常規(guī)測(cè)井、宏觀巖心描述、微觀地質(zhì)分析、甚至地面地震資料相結(jié)合才能得出可靠的結(jié)論。

（2）成像測(cè)井資料可以提供豐富的沉積學(xué)信息，能彌補(bǔ)露頭、巖心資料的不足，使沉積環(huán)境與沉積相分析的精度大大提高。

（3）海上油田越來(lái)越廣泛的應(yīng)用表明，成像測(cè)井為解決復(fù)雜儲(chǔ)層的成因、砂體幾何形態(tài)、砂泥巖薄互層評(píng)價(jià)、多因素疊加造成的儲(chǔ)層非均質(zhì)性以及地層沉積特征描述與高精度沉積序列建立等提供了新的方法和技術(shù)，應(yīng)用前景廣闊。

（4）成像測(cè)井技術(shù)的應(yīng)用還有待進(jìn)一步發(fā)展和深化，如有些沉積現(xiàn)象的解釋圖版不夠確定，傾角矢量尚不能完全反映出層理的微細(xì)構(gòu)造，部分傾角矢量模式因反映層系界面導(dǎo)致古流向解釋具多解性，碎屑顆粒的結(jié)構(gòu)特征如大小、形態(tài)、定向性等還不能準(zhǔn)確表征。其次資料的應(yīng)用程度也不夠充分，多以單井為主，多井及區(qū)域研究因采集量有限而所發(fā)揮的作用還很不夠。另外，還需要加強(qiáng)測(cè)井和地質(zhì)專(zhuān)業(yè)綜合性解釋人才的培養(yǎng)，測(cè)井儀器在縱向分辨率和覆蓋率方面也需繼續(xù)改進(jìn)升級(jí)。因此，成像測(cè)井沉積學(xué)的發(fā)展方興未艾，任重而道遠(yuǎn)。

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Study of Imaging Logging Sedimentology for Clastic Rocks and Its Application in Offshore Oilfields

Yang Yuqing,Cui Weiping,Tian Hong

In the light of imaging logging technique that is applied in the offshore petroliferous basins in China,the concept of imagine logging sedimentology for clastic rock is introduced,which deals with the recognition of stratigraphic lithofacies,interpretation of sedimentary structures,the analysis of sedimentary sequences and microfacies,the analysis of sandbody provenances and paleocurrent directions,and the prediction of sandbody distribution.For some classical cases,the imagine logging technique is applied to resolve the available data from oilfields in the western part of South China Sea.

Clastic rocks;Imagine logging sedimentology;Sedimentary facies;Resvervoir prediction;Offshore Oilfield

TE111.3；P631.86

A

10.3969/j.issn.1672-9854.2012.03.006

1672-9854(2012)-03-0040-07

2011-12-30；改回日期：2012-03-09

楊玉卿：1963年生，高級(jí)工程師。1995年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京），獲博士學(xué)位。主要從事沉積學(xué)及測(cè)井地質(zhì)應(yīng)用研究工作。通訊地址：101149北京市232信箱 中海油服油田技術(shù)事業(yè)部；電話：(010)84523133

① 楊玉卿，崔維平，李國(guó)軍.珠江口盆地西部成像測(cè)井沉積相研究［R］.中海油田服務(wù)股份有限公司，2010.

吳厚松

Yang Yuqing：male,Ph.D.,Senior Engineer.Add:China Oilfield Services Limited，Box 232,Beijing，101149,China