彭 超 曹 軍 胡 云 苑仁國(guó) 袁亞東

(①中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司；②中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司)

0 引 言

渤中X油田位于渤海南部海域，其構(gòu)造位于黃河口凹陷中洼南斜坡帶，成藏條件有利。該構(gòu)造緊鄰郯廬斷裂中支，構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，斷裂系統(tǒng)發(fā)育，為復(fù)雜斷塊構(gòu)造。該油田東一段、東二段沉積期為火山大規(guī)?；顒?dòng)的時(shí)期，發(fā)育了大套火成巖，主要含油層段東三段和沙一段、沙二段也發(fā)育有少量火成巖，目前鉆遇的火成巖主要有玄武巖、安山巖、凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r。本文利用已鉆井資料對(duì)X油田火成巖錄井特征和測(cè)井特征進(jìn)行深入研究，并在分析巖電關(guān)系的基礎(chǔ)上，創(chuàng)建了適合渤中X油田使用的火成巖巖性識(shí)別圖板，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)快速識(shí)別火成巖，提高整體作業(yè)時(shí)效，起到了一定的指導(dǎo)作用。

1 渤中X油田火成巖分類

火成巖是地表以下高溫的熔融巖漿侵入地表或噴出地表經(jīng)過冷凝、堆積、固結(jié)所形成的巖石[1]?；鸪蓭r根據(jù)巖相可分為溢流相的火山熔巖、爆發(fā)相的火山碎屑巖、火山沉積相的火山碎屑沉積巖三大類，渤中X油田常見的火成巖具體分類如表1所示。

表1 渤中X油田火成巖分類

2 火成巖錄井識(shí)別特征分析

2.1 巖屑錄井識(shí)別特征

據(jù)已鉆井資料可知，渤中X油田目前鉆遇的火成巖巖性主要包括玄武巖、安山巖、凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r，其巖屑錄井識(shí)別特征分析如下。

(1)玄武巖：玄武巖(圖1)屬于基性噴出巖，化學(xué)成分類似輝長(zhǎng)巖，該巖性一般顏色較深，呈深灰、灰黑色，巖屑容易清洗干凈；頂篩巖屑主要呈片狀-塊狀，底篩巖屑細(xì)小，呈“爐灰渣”狀，手捻粗糙，具棱角，無磨圓，無明顯的陸源碎屑；常見氣孔狀、杏仁狀構(gòu)造，以隱晶質(zhì)或顯微斑狀結(jié)構(gòu)為主；斑晶主要為基性斜長(zhǎng)石和輝石，輝石有時(shí)可見綠泥石化現(xiàn)象；基質(zhì)主要由斜長(zhǎng)石板條組成，斜長(zhǎng)石格架內(nèi)分布瑰石和磁鐵礦，有時(shí)可見裂縫被方解石或白云石充填，具磁性。

圖1 玄武巖巖屑

(2)安山巖：安山巖(圖2)是一種中性鈣堿性噴出巖，顏色一般呈灰色、紅褐色、淺褐色及淺紫紅色；多為斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶成分主要為斜長(zhǎng)石、角閃石(褐色，具有暗色花邊)及少量黑云母或輝石；基質(zhì)多為隱晶質(zhì)，手感粗糙，頂篩多呈塊狀，少量為片狀；底篩巖屑細(xì)碎，無明顯陸源碎屑，部分可見杏仁體，多被綠泥石、石英充填、致密、堅(jiān)硬。

(3)凝灰?guī)r：凝灰?guī)r(圖3)主要是由火山噴出地表的火山灰堆積成巖的產(chǎn)物，由顆粒直徑小于2 mm的晶屑、巖屑及玻屑組成，巖屑多呈豆?fàn)?，成分主要是火山灰，外貌疏松多孔，粗糙，顏色多樣，有黑色、紫色、紅色、白色、淺綠色等。

凝灰?guī)r在巖屑錄井上與泥巖較難區(qū)分，就兩種巖石的成因來說，泥巖屬于沉積巖，由河流湖泊等沉積形成，而凝灰?guī)r屬火山巖類，是火山噴發(fā)后火山灰堆積固結(jié)成巖的產(chǎn)物。兩者主要的差異在于沉積物質(zhì)不同，凝灰?guī)r是火山物質(zhì)，可能由于巖體成巖過程中的溫度變化不同會(huì)形成大小、形狀不一的晶屑或巖屑，而泥巖則是黏土物質(zhì)。同時(shí)凝灰?guī)r和泥巖遇水的情況不太一樣，泥巖遇水膨脹，而凝灰?guī)r不會(huì)。

(4)沉凝灰?guī)r：沉凝灰?guī)r(圖4)顏色呈綠灰色、黑色，沉凝灰結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造。由火山碎屑物小于2 mm的凝灰物質(zhì)及陸源碎屑組成，火山碎屑由巖屑、晶屑、玻屑及火山灰組成；陸源碎屑以砂、粉砂及少量泥質(zhì)為主；火山碎屑物及陸源碎屑分選較差，巖石層理明顯。

圖4 沉凝灰?guī)r巖屑

沉凝灰?guī)r在巖屑錄井上與凝灰?guī)r較難區(qū)分，沉凝灰?guī)r是一種由火山碎屑巖向正常沉積巖過渡的巖石類型。這類巖石中火山碎屑物的含量大于正常沉積物，多形成于離噴發(fā)中心有一定距離的地方，特別是在有水下火山活動(dòng)的海湖盆地。正常沉積混入物包括陸源的、生物的和化學(xué)沉淀的三種成因類型，它們主要通過風(fēng)的搬運(yùn)、水流或拍岸浪的搬運(yùn)、水底滑動(dòng)等多種形式同正常的火山碎屑物相摻雜，再由壓結(jié)和水化學(xué)沉淀物膠結(jié)成巖。而凝灰?guī)r多形成于近噴發(fā)中心的附近，沉積物質(zhì)主要為火山噴發(fā)后的火山灰，并未混入正常沉積物，且由于大多沒有經(jīng)歷風(fēng)、水流等物理搬運(yùn)作用，其分選較沉凝灰?guī)r而言相對(duì)較好，所以可以通過巖屑中火山灰物質(zhì)和正常沉積物的含量以及火山碎屑物的分選對(duì)兩種巖性加以區(qū)分。

2.2 工程參數(shù)錄井識(shí)別特征

本文選取渤中X油田20口已鉆井資料，統(tǒng)計(jì)了20口井鉆遇火成巖時(shí)工程參數(shù)的變化情況。通過對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，油田內(nèi)鉆遇火成巖時(shí)均有鉆壓大、扭矩大、鉆時(shí)高、dc指數(shù)高(dc指數(shù)是用來反映地層可鉆性的指數(shù)，其值越高地層可鉆性越差)等工程參數(shù)響應(yīng)特征，然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆遇不同火成巖時(shí)鉆井參數(shù)的變化(表2)，從巖相的角度總結(jié)確定X油田火成巖工程參數(shù)錄井識(shí)別特征，如表3所示。

表2 渤中X油田火成巖工程參數(shù)平均值

表3 渤中X油田火成巖工程參數(shù)錄井識(shí)別特征

3 火成巖測(cè)井識(shí)別特征分析

3.1 測(cè)井響應(yīng)特征

(1)自然伽馬響應(yīng)特征：根據(jù)X油田內(nèi)20口已鉆遇火成巖的井為研究樣本，統(tǒng)計(jì)分析了火成巖自然伽馬的響應(yīng)特征。通過研究發(fā)現(xiàn)自然伽馬對(duì)火成巖的巖石成分具有較好的響應(yīng)，整體趨勢(shì)表現(xiàn)為從基性巖到中基性巖再到中性巖，自然伽馬值逐漸增加。X油田內(nèi)玄武巖表現(xiàn)為低伽馬響應(yīng)特征，伽馬值一般在17～65.8 API之間，平均值為37.3 API；安山巖為高伽馬響應(yīng)特征，伽馬值在58～229.5 API之間，平均值為103.7 API；凝灰?guī)r表現(xiàn)為低-中伽馬響應(yīng)特征，伽馬值在47～90 API之間，平均值為60 API；沉凝灰?guī)r為低-中伽馬響應(yīng)特征，伽馬值在40～80 API，平均值為64 API。

(2)電阻率響應(yīng)特征：電阻率可以綜合反映巖石的礦物成分、熱液燭變、孔縫發(fā)育程度和含油氣性[2]。整體上看，X油田巖性從火山熔巖到火山碎屑巖再到火山碎屑沉積巖，電阻率大體上表現(xiàn)為逐漸降低的趨勢(shì)：玄武巖電阻率在1.26～42 Ω·m之間，安山巖電阻率在2.9～38.3 Ω·m之間，凝灰?guī)r電阻率在0.8～10.5 Ω·m之間，沉凝灰?guī)r的電阻率最低，在1.2～5.13 Ω·m之間。

(3)中子孔隙度響應(yīng)特征：通過分析對(duì)比發(fā)現(xiàn)，X油田通過中子孔隙度測(cè)井較難對(duì)火成巖的類型進(jìn)行區(qū)分，但可以提供輔助識(shí)別的作用。X油田玄武巖的中子孔隙度為14%～36%，安山巖的中子孔隙度為14%～38%，而凝灰?guī)r的中子孔隙度為20%～30.1%，沉凝灰?guī)r的中子孔隙度為30%～45%，整體上表現(xiàn)為火山熔巖的中子孔隙度低于火山碎屑巖和火山碎屑沉積巖的中子孔隙度。當(dāng)巖石產(chǎn)生蝕變時(shí)，次生的綠泥石、沸石等含有大量的結(jié)晶水和結(jié)構(gòu)水，經(jīng)常會(huì)表現(xiàn)出很高的中子孔隙度值，尤其是蝕變嚴(yán)重時(shí)，中子孔隙度測(cè)井反映較為敏感。

(4)密度響應(yīng)特征：密度測(cè)井同樣為火成巖巖石成分的輔助識(shí)別方法[3]。研究發(fā)現(xiàn)，從基性巖到中性巖，火成巖中鐵、鎂礦物的含量依次減少，巖石密度逐漸降低。X油田玄武巖密度一般大于2.50 g/cm3，最高可達(dá)2.81 g/cm3，平均為2.64 g/cm3；安山巖密度一般在2.35～2.59 g/cm3之間，平均為2.40 g/cm3；凝灰?guī)r的密度在2.16～2.52 g/cm3之間，平均為2.31 g/cm3，呈低-中密度的趨勢(shì)；沉凝灰?guī)r的密度在2.00～2.40 g/cm3之間，平均為2.27 g/cm3，呈低密度趨勢(shì)。

(5)聲波時(shí)差響應(yīng)特征：巖石中的巖石結(jié)構(gòu)、礦物成分、致密程度以及流體性質(zhì)是聲波時(shí)差值的主要影響因素[4]。通過分析發(fā)現(xiàn)，X油田火成巖聲波時(shí)差測(cè)井值從基性巖到中性巖，呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)?；鹕剿樾紟r的聲波時(shí)差值大于火山熔巖而小于火山碎屑沉積巖。X油田內(nèi)玄武巖和安山巖的聲波時(shí)差值一般低于75 μs/ft(1 ft=0.304 8 m，下同)，凝灰?guī)r的聲波時(shí)差一般為75～90 μs/ft，沉凝灰?guī)r的聲波時(shí)差一般高于90 μs/ft。

3.2 測(cè)井定量識(shí)別特征

通過對(duì)X油田20口已鉆火成巖井資料的整理，結(jié)合前文對(duì)火成巖測(cè)井響應(yīng)特征的綜合分析，總結(jié)歸納出了X油田不同火成巖測(cè)井響應(yīng)特征及測(cè)井定量識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)，如表4所示。

表4 渤中X油田不同火成巖測(cè)井響應(yīng)特征及測(cè)井定量識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)

4 火成巖巖性綜合識(shí)別圖板

通過對(duì)渤中X油田優(yōu)選的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行交會(huì)分析，并根據(jù)已鉆火成巖的可靠資料，對(duì)交會(huì)在坐標(biāo)系中的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)落點(diǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，優(yōu)選中子孔隙度與聲波時(shí)差、自然伽馬與密度，建立了以下兩個(gè)渤中X油田巖性綜合識(shí)別圖板，其主要目的是對(duì)火成巖錄井進(jìn)行校正，提高現(xiàn)場(chǎng)火成巖識(shí)別率。

4.1 中子孔隙度與聲波時(shí)差巖性識(shí)別圖板

通過研究發(fā)現(xiàn)，中子孔隙度、聲波時(shí)差數(shù)據(jù)受火成巖的巖石成分影響較小，對(duì)其結(jié)構(gòu)有較好的響應(yīng)特征[5]。因此，利用中子孔隙度、聲波時(shí)差數(shù)據(jù)進(jìn)行交會(huì)分析可得出一個(gè)較為可靠的識(shí)別規(guī)律：整體上看，火山碎屑沉積巖的聲波時(shí)差測(cè)井值和中子孔隙度測(cè)井值均高于火山碎屑巖和火山熔巖，所以可先將火山碎屑沉積巖與火山碎屑巖和火山熔巖進(jìn)行區(qū)分，之后從聲波時(shí)差數(shù)據(jù)點(diǎn)可以發(fā)現(xiàn)，火山碎屑巖聲波時(shí)差值一般位于75～90 μs/ft之間，而火山熔巖聲波時(shí)差值小于75 μs/ft，據(jù)此又可將火山碎屑巖與火山熔巖進(jìn)行區(qū)分(圖5)。

圖5 中子孔隙度與聲波時(shí)差巖性識(shí)別圖板

4.2 自然伽馬與密度巖性識(shí)別圖板

中子孔隙度與聲波時(shí)差交會(huì)圖板只可對(duì)不同結(jié)構(gòu)的火成巖進(jìn)行區(qū)分，而無法區(qū)分相同結(jié)構(gòu)的火成巖。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，自然伽馬、密度受火成巖結(jié)構(gòu)影響較小，但對(duì)火成巖成分有很好的響應(yīng)趨勢(shì)，所以通過建立自然伽馬測(cè)井值與密度測(cè)井值交會(huì)圖板[6]來分析不同成分的火成巖(圖6)。

根據(jù)圖板可以看出，玄武巖具有低伽馬、高密度的響應(yīng)特征，安山巖具有中-高伽馬、中等密度的響應(yīng)特征，據(jù)此通過自然伽馬與密度交會(huì)圖板可將同為火山熔巖的玄武巖和安山巖進(jìn)行區(qū)分。

圖6 自然伽馬與密度巖性識(shí)別圖板

5 應(yīng)用效果

渤中X油田錄測(cè)綜合識(shí)別方法的成功應(yīng)用，使得現(xiàn)場(chǎng)火成巖識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)到90%。在此識(shí)別成果的指導(dǎo)下，通過優(yōu)選鉆頭、優(yōu)選合適的鉆井參數(shù)以及優(yōu)選井筒軌跡等方法，使得油田火成巖段平均機(jī)械鉆速提高10%左右，有效提高了油田鉆井作業(yè)效率。以渤中XX 6井和渤中XX 8井為例，對(duì)上述方法的應(yīng)用情況進(jìn)行說明。

5.1 渤中XX 6井

由圖7可以看出，渤中XX 6井在2 509～2 520 m井段，巖屑呈灰色，成分以細(xì)小火成巖碎屑為主，凝灰質(zhì)結(jié)構(gòu),現(xiàn)場(chǎng)與稀鹽酸反應(yīng)中等；致密；鉆壓平均值為5.02 t，扭矩平均值為3.90 kN·m，鉆時(shí)平均值為2.17 min/m，dc指數(shù)平均值為0.77，自然伽馬值為75～92.7 API，電阻率值為1.2～3.7 Ω·m，聲波時(shí)差值為80～94.5 μs/ft，中子孔隙度值為22%～30%，密度值為2.15～2.52 g/cm3。綜合錄測(cè)響應(yīng)特征，可將該段巖性初步判斷為爆發(fā)相凝灰?guī)r。

該井2 552～2 560 m井段，巖屑呈灰黑色，主要由斑晶和基質(zhì)組成，斑晶主要為板條狀斜長(zhǎng)石，基質(zhì)為細(xì)小的斜長(zhǎng)石略定向排列，基質(zhì)斜長(zhǎng)石內(nèi)充填大量磁鐵礦；鉆壓平均值為6.25 t，扭矩平均值為6.14 kN·m，鉆時(shí)平均值為4.38 min/m，dc指數(shù)為0.81，自然伽馬值為58.8～63.7 API，電阻率值為3.8～21.6 Ω·m，聲波時(shí)差值為59.5～74.8 μs/ft，中子孔隙度值為26.5%～31%，密度值為2.46～2.68 g/cm3。根據(jù)錄測(cè)響應(yīng)特征，可初步判斷該段巖性為溢流相玄武巖。

該井2 560～2 576 m井段，巖屑呈綠灰色，成分由隱晶-細(xì)晶級(jí)的火山碎屑為主,部分陸源碎屑，陸源碎屑中含粉砂；鉆壓平均值4.50 t，扭矩平均值3.01 kN·m，鉆時(shí)平均值1.74 min/m，dc指數(shù)平均值0.69，自然伽馬值68.2～79.8 API，電阻率值0.3～3.4 Ω·m，聲波時(shí)差值98～123 μs/ft，中子孔隙度值27%～46%，密度值2.25～2.44 g/cm3。其綜合響應(yīng)特征與火山沉積相沉凝灰?guī)r一致，初步判斷為沉凝灰?guī)r。

依據(jù)錄測(cè)響應(yīng)特征所得出的巖性初步識(shí)別結(jié)果，利用巖性綜合識(shí)別圖板進(jìn)行檢驗(yàn)和校正，由于渤中XX 6井三段巖性分屬不同結(jié)構(gòu)的火成巖，選取對(duì)其結(jié)構(gòu)有較好響應(yīng)特征的中子與聲波時(shí)差識(shí)別圖板進(jìn)行識(shí)別(圖5)。

經(jīng)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)交會(huì)后，圖板識(shí)別特征與巖性初步判斷結(jié)果一致，證明三段巖性識(shí)別正確。

5.2 渤中XX 8井

由圖8可以看出，渤中XX 8井2 786～2 796 m井段，巖屑呈深灰色，成分以輝石為主，少量黑云母，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，構(gòu)造為杏仁狀；堅(jiān)硬,致密；鉆壓平均值6.56 t，扭矩平均值6.95 kN ·m，鉆時(shí)平均值4.96 min/m，dc指數(shù)平均值0.82，自然伽馬值42～67 API，電阻率值6.2～40.2 Ω·m，聲波時(shí)差值50～57.8 μs/ft，中子孔隙度值15%～24%，密度值2.58～2.70 g/cm3。綜合錄測(cè)響應(yīng)特征，該段巖性可初步判斷為溢流相玄武巖。

該井2 807～2 831 m井段，巖屑呈灰色,成分以斜長(zhǎng)石為主,少量輝石、角閃石，基質(zhì)主要為斜長(zhǎng)石；堅(jiān)硬,致密；鉆壓平均值6.43 t，扭矩平均值5.80 kN·m，鉆時(shí)平均值4.96 min/m，dc指數(shù)平均值0.87，自然伽馬值105～145 API，電阻率值10.6～33.6 Ω·m，聲波時(shí)差值59～62 μs/ft，中子孔隙度值17%～25%，密度值2.35～2.54 g/cm3。根據(jù)錄測(cè)識(shí)別特征，可初步判斷該段巖性為溢流相安山巖。

基于初步判斷的巖性結(jié)果，利用巖性綜合識(shí)別圖板進(jìn)行檢驗(yàn)校正，因渤中XX 8井兩段巖性為同結(jié)構(gòu)不同成分的火成巖，所以可選取對(duì)火成巖成分響應(yīng)明顯的自然伽馬與密度識(shí)別圖板進(jìn)行識(shí)別。經(jīng)交會(huì)分析后，圖板識(shí)別特征(圖6)與初步識(shí)別的巖性結(jié)果相吻合。

圖7 渤中XX 6井錄測(cè)綜合解釋圖

圖8 渤中XX 8井錄測(cè)綜合解釋圖

6 結(jié) 論

(1)根據(jù)已鉆井資料，將渤中X油田鉆遇的火成巖進(jìn)行了系統(tǒng)性分類，根據(jù)巖相將火成巖分為溢流相、爆發(fā)相、火山沉積相三類，根據(jù)巖石類型將火成巖分為火山熔巖、火山碎屑巖、火山碎屑沉積巖三類，最后根據(jù)成分將火成巖分為基性、中基性、中性三類。

(2)通過對(duì)X油田已鉆火成巖錄井特征、測(cè)井特征總結(jié)分析得出，X油田鉆遇火成巖時(shí)都具有鉆壓大、扭矩大、鉆時(shí)高等工程參數(shù)響應(yīng)特征，其中溢流相火成巖工程參數(shù)值較爆發(fā)相、火山沉積相高，可鉆性差，并且發(fā)現(xiàn)聲波時(shí)差、中子孔隙度、自然伽馬、密度測(cè)井曲線是對(duì)X油田火成巖響應(yīng)較出色的四種曲線，其特點(diǎn)是火成巖成分由基性到中基性再到中性，自然伽馬值逐漸增大，密度測(cè)井值逐漸降低；凝灰質(zhì)結(jié)構(gòu)和沉凝灰質(zhì)結(jié)構(gòu)的巖性具有中-高中子、高聲波時(shí)差的特征。

(3)通過優(yōu)選渤中X油田的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，建立了適合該區(qū)使用的巖性綜合識(shí)別圖板。利用中子孔隙度與聲波時(shí)差巖性識(shí)別圖板可將不同結(jié)構(gòu)的火山熔巖、火山碎屑巖、火山碎屑沉積巖進(jìn)行區(qū)分，利用自然伽馬與密度巖性識(shí)別圖板則可將相同結(jié)構(gòu)不同成分的火山熔巖進(jìn)行區(qū)分。