蔣錢濤 呂文海

(①中海石油(中國)有限公司深圳分公司；②北京永盛通科技發(fā)展有限公司)

0 引 言

隨著珠江口盆地恩平凹陷勘探開發(fā)不斷地深入，在陸續(xù)取得勘探成果的同時，對該區(qū)域隨鉆錄井評價也提出更高的要求。恩平凹陷是受兩條斷層控制的斷塊圈閉，該構造主要目的層為下韓江組(T 35)、珠江組(T 40)、珠海組、恩平組(T 70)。恩平凹陷沉積包括兩部分：斷陷期發(fā)育的陸相湖泊-河流相沉積以及坳陷期發(fā)育的海相三角洲沉積體系。與此相對應，儲蓋組合可分為兩大組合：下部陸相河流與湖泊三角洲砂泥巖組合，上部為古珠江三角洲平原-前緣相帶砂泥巖互層。在快速鉆井條件下，砂泥巖薄互層的巖性劃分、特殊巖性的識別以及隨鉆過程中的物性初步認識，成為目前需要解決的難題。為此，在恩平凹陷勘探開發(fā)中廣泛應用了XRD礦物分析技術。本文結合該項技術原理，總結出了恩平凹陷砂泥巖巖性劃分標準、特殊巖性劃分評價圖板以及嘗試建立了儲集層物性初步判別方法。

1 XRD礦物分析技術原理及特點

1.1 技術原理

當一束X 射線入射到晶體內(nèi)時，由不同原子散射的 X 射線相互干涉，并在某些特殊方向上產(chǎn)生強 X 射線衍射，衍射線在空間分布的方位和強度與晶體結構密切相關，每種晶體所產(chǎn)生的衍射結果都反映出該晶體內(nèi)部的原子分配規(guī)律，這就是 X 射線衍射的基本原理[1-2]。晶面間距的變化直接反映晶胞的尺寸和形狀，每一種結晶物質(zhì)，都有其特定的結構參數(shù)，包括點陣類型、晶胞大小等。晶體的衍射峰數(shù)目、位置和強度如同人的指紋，是每種物質(zhì)獨有的特征。盡管物質(zhì)的種類成千上萬，但沒有兩種衍射譜圖完全相同的物質(zhì)，由此可以對不同物質(zhì)進行物相的定性分析[3-4]。

1.2 技術特點

(1)樣品分析周期短，每份樣品分析周期為7～17 min。

(2)微量化檢測，檢測僅需15 mg的樣品裝入震動樣品池中，可以得到極好X衍射譜圖，可在實際上避免定向影響帶來的問題。

(3)無線傳輸WIFI，采用WIFI實現(xiàn)儀器與計算機或手機無線連接，可遠程操控及傳輸采集的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的現(xiàn)場化和數(shù)據(jù)處理的及時性。

(4)功能強大的分析軟件，能直接測定出巖石中的各種礦物組成(黏土礦物、石英、鉀長石、斜石、方解石、白云石、黃鐵礦等)，并通過軟件計算出各種礦物的相對含量，同時給出巖性定名。

2 利用XRD礦物分析技術建立標志層

從礦物曲線交會連井對比圖(圖1)上可以看出，韓江組、珠江組、珠海組、恩平組均為砂泥巖不等互層，對較大的油層組界限單從礦物含量劃分有一定難度，可以通過油層組內(nèi)部細化尋找特征清楚的標志層。

圖1 恩平凹陷礦物曲線交會連井對比圖

XRD礦物分析技術主要是采集地層中各種礦物的相對含量，并系統(tǒng)采集各種礦物的標準譜圖，包括石英、鉀長石、斜長石、方解石、白云石、黃鐵礦等近30種礦物成分，通過其相對含量可以確定巖石巖性[5-8]。利用XRD礦物分析技術對恩平凹陷的4個主要目的層系進行分析，可以看出韓江組中部、珠海組中下部這兩套物性較好的厚砂層，石英和長石含量明顯升高，這兩套砂層可以作為本層巖性標志層；恩平組中下部石英含量下降，長石含量降低，也可以作為本組段一套標志層。縱向上對比，珠海組砂層較珠江組、恩平組地層厚，砂層石英含量明顯高于其他層位。

各層位之間通過黏土礦物、石英、長石、方解石含量對比可以看出，同為砂泥巖互層的4個油層組中：韓江組、珠江組、珠海組整體的巖性特征相似，黏土礦物含量小于18%，石英含量都在56%～60%之間，長石含量在15%～16%之間，方解石含量在10%～12%之間；恩平組與以上三個油層組對比，黏土礦物含量升高到20%，石英含量明顯降低到50%，長石含量明顯升高超過25%?？梢岳眠@些數(shù)據(jù)變化判斷是否進入恩平組地層(圖2)。

圖2 各油層組礦物含量對比

3 巖性劃分

3.1 砂泥巖劃分

本文通過10口井6 487個數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，XRD礦物分析技術在恩平凹陷砂泥巖劃分中存在一定規(guī)律。區(qū)分砂泥巖主要看黏土礦物在被檢測樣品中的含量，黏土礦物含量大于或小于20%是區(qū)分砂泥巖的一個界限，大于該界限為泥巖，小于該界限為砂巖(圖3)。

圖3 恩平凹陷不同層位砂泥巖類巖性劃分圖板

但是對于泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖，XRD礦物分析技術的數(shù)據(jù)特征跟砂巖、泥巖沒有表現(xiàn)出明顯的數(shù)據(jù)差異，泥質(zhì)粉砂巖的數(shù)據(jù)特征跟砂巖的數(shù)據(jù)特征基本一致；粉砂質(zhì)泥巖的數(shù)據(jù)特征跟泥巖的數(shù)據(jù)特征基本一致。分析原因有兩點：一是隨鉆過程中的巖屑數(shù)據(jù)都是混合樣品進行采集，巖屑在上返過程中代表性巖屑是呈逐漸遞增到逐漸遞減的過程的，造成采集到各礦物含量數(shù)據(jù)受到影響；二是泥質(zhì)粉砂巖屬于砂巖類巖性，從礦物含量特征上分析也是石英含量高，黏土礦物含量低，跟砂巖礦物含量特征一致，粉砂質(zhì)泥巖屬于泥巖類巖性，從礦物含量特征上分析也是石英含量低，黏土礦物含量高，跟泥巖礦物含量特征一致。手搓泥質(zhì)粉砂巖的砂感更強些，而粉砂質(zhì)泥巖細膩些?；诖耍罁?jù)礦物成分分析能初步判斷砂巖與泥巖，且分辨率高。對于細粒儲集層泥質(zhì)粉砂巖與粉砂質(zhì)泥巖，要進一步細分還需結合現(xiàn)場觀察砂樣的粒度粗細、自然伽馬曲線來判斷。

3.2 特殊數(shù)據(jù)巖性圖板

在恩平凹陷勘探過程中，XX 1021井鉆遇到花崗巖地層，層位是前古近系?；◢弾r屬于酸性巖漿巖中的侵入巖，多為淺肉紅色、淺灰色、灰白色。主要礦物為石英、鉀長石和酸性斜長石。砂巖中石英含量為主，長石次之，而花崗巖的礦物含量特征正好相反，石英含量明顯降低，而長石類(鉀長石、酸性斜長石)礦物含量有明顯升高，偶爾見到含量低于15%的輝石?；诖?，依據(jù)恩平凹陷5口井珠海組砂巖、泥巖數(shù)據(jù)與恩平凹陷XX 1021井前古近系花崗巖數(shù)據(jù)，以長石和黏土礦物含量參數(shù)為坐標建立了花崗巖、砂巖、泥巖分類圖板(圖4)，從圖板上可以看出：花崗巖的長石含量基本大于30%，黏土礦物含量小于18%；砂巖長石含量小于30%，黏土礦物含量小于20%；泥巖長石含量小于30%，黏土礦物含量大于20%。該圖板適用于現(xiàn)場隨鉆快速判斷地層巖性。

圖4 花崗巖、砂巖、泥巖隨鉆評價圖板

4 儲集層物性識別

在XRD礦物分析技術的擴展應用上，嘗試利用砂巖成熟度指標與電測中反映泥巖含量的自然伽馬數(shù)據(jù)相結合，建立基于礦物含量變化來判斷地層物性的方法。

成分成熟度是指砂巖中碎屑組分在風化、搬運、沉積作用的改造下接近最穩(wěn)定的終極產(chǎn)物的程度。一般來說，不成熟的砂巖是靠近物源區(qū)堆積的，含有很多不穩(wěn)定碎屑，如巖屑、長石和鐵鎂礦物。高成熟度的砂巖是經(jīng)過長距離搬運，遭受改造的產(chǎn)物，幾乎全部由石英組成，也就是儲集層物性更好。因此，砂巖中存在的巖屑及碎屑礦物的種類和相對豐度即成分成熟度，是物源區(qū)地質(zhì)條件、風化程度和搬運距離遠近的反映。

本文中砂巖成熟度計算方法采用的是石英含量除以長石和黏土礦物含量的總和，砂巖成熟度的高低可在一定程度上體現(xiàn)儲集層物性的好壞。由韓江組物性識別圖板可以看出(圖5)，自然伽馬小于70 API時，物性最好。自然伽馬介于75～100 API之間時，砂巖成熟度數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出明顯的差異，泥質(zhì)粉砂巖的砂巖成熟度大于2，物性較好；粉砂質(zhì)泥巖和泥巖的砂巖成熟度小于2，物性最差。這說明自然伽馬介于75～100 API之間的物性評價還需要借助于砂巖成熟度數(shù)據(jù)進一步劃分，相同的自然伽馬數(shù)據(jù)，砂巖成熟度不同，儲集層的物性存在差異。同樣從恩平組物性識別圖板可以看出(圖6)，自然伽馬數(shù)據(jù)小于100 API，砂巖成熟度均大于1.5，物性最好，巖性為細砂巖；自然伽馬數(shù)據(jù)在100～150 API之間時，砂巖成熟度小于2，物性較差，巖性為泥質(zhì)粉砂巖；自然伽馬數(shù)據(jù)大于150 API時，砂巖成熟度小于1.5，物性最差，巖性為粉砂質(zhì)泥巖和泥巖。

圖5 韓江組儲集層物性判別圖板

圖6 恩平組儲集層物性判別圖板

從以上韓江組和恩平組自然伽馬數(shù)據(jù)與砂巖成熟度對應關系可以看出，這兩個層位在儲集層物性判斷上，相同的自然伽馬數(shù)據(jù)，不同的砂巖成熟度，儲集層的物性是有差異的?？梢哉J為砂巖成熟度參數(shù)在隨鉆過程中可以初步判斷儲集層物性，從韓江組和恩平組儲集層物性判別圖板可以看出，不同區(qū)塊不同層位自然伽馬與砂巖成熟度的界限區(qū)間有差異，不同地區(qū)不同層位需要重新建立劃分標準。

5 結束語

XRD礦物分析技術在恩平凹陷經(jīng)過大量數(shù)據(jù)分析總結和嘗試性擴展應用，在該項技術的應用方向和應用方法上都取得了一定的收獲和認識。

(1)對于恩平凹陷砂泥巖互層沉積特征，大的油層組層位單從礦物含量劃分有一定難度，但是對于層內(nèi)的石英、長石含量變化明顯的層段可以作為本層內(nèi)標志層段用于鄰井對比。

(2)在巖性劃分上，砂泥巖的劃分標準以黏土礦物含量20%為界限，且準確率高。但是對于泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖的巖性劃分，單純依據(jù)XRD礦物分析技術只能定性判斷砂泥巖，從粒度大小對其進行細分確實存在一定難度，可以結合現(xiàn)場巖屑實物觀測法進一步認定。

(3)對于特殊巖性的認識，恩平凹陷前古近系的花崗巖是該區(qū)域的特殊巖性，依據(jù)長石和黏土礦物建立的評價圖板充分反映了各巖性中礦物組分特征，該評價方法適合于隨鉆快速評價巖性，同時對于現(xiàn)場地質(zhì)研究提供了有利技術依據(jù)。

(4)本文嘗試進行了儲集層物性識別，是XRD礦物分析技術突破性應用。利用礦物分析獲得的參數(shù)計算砂巖成熟度與電測的伽馬參數(shù)相結合，對于儲集層物性可以更加精細地判斷和認識。