測井地質(zhì)學(xué) -緒論

1、測井地質(zhì)學(xué)國景星國景星博士教授主要經(jīng)歷1986年7月畢業(yè)于華東石油學(xué)院勘探系石油地質(zhì)專業(yè),留校任教2002年6月獲博士學(xué)位研究方向:油藏描述及儲層研究層序地層學(xué)測井地質(zhì)學(xué)第一章緒論第一節(jié)測井地質(zhì)學(xué)概述一、測井地質(zhì)學(xué)的涵義二、測井地質(zhì)學(xué)的研究內(nèi)容三、測井地質(zhì)學(xué)的研究方法第二節(jié)測井地質(zhì)學(xué)的進(jìn)展第三節(jié)測井信息影響因素一、測井地質(zhì)學(xué)的涵義測井地質(zhì)學(xué)是以地質(zhì)學(xué)和巖石物理學(xué)的基本理論為指導(dǎo),綜合運(yùn)用各種測井信息,解決地層學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、沉積學(xué)、石油地質(zhì)學(xué)以及油田地質(zhì)學(xué)中各種地質(zhì)問題的一門科學(xué)。測井地質(zhì)學(xué)是地質(zhì)和測井兩大學(xué)科相互交叉、滲透而派生和發(fā)展起來的新興邊緣學(xué)科,是80至90年代石油勘探事業(yè)和石油科技

2、飛速發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生的地球物理和地質(zhì)學(xué)相結(jié)合的一個分支學(xué)科。地質(zhì)學(xué)和地球物理測井學(xué)是兩門自成體系相對獨立的學(xué)科,都有著各自的基本理論和解決問題的方法。隨著勘探難度的加大,石油勘探中提出的地質(zhì)問題越來越復(fù)雜。必須通過地質(zhì)、測井緊密結(jié)合,采取多學(xué)科綜合研究即測井地質(zhì)學(xué)來解決這些難題。-類似于地質(zhì)與地震的結(jié)合進(jìn)行儲層預(yù)測。測井地質(zhì)學(xué)是石油勘探生產(chǎn)實踐活動的產(chǎn)物,反過來它又能較好地解決石油勘探中的實際問題,從而促進(jìn)生產(chǎn)實踐活動的進(jìn)一步發(fā)展。二、測井地質(zhì)學(xué)的研究內(nèi)容測井地質(zhì)學(xué)將通過各類測井手段獲取信息,經(jīng)過計算機(jī)的加工和處理,來解決基礎(chǔ)地質(zhì)、石油地質(zhì)和油田工程地質(zhì)領(lǐng)域中的問題。1、測井地質(zhì)學(xué)的基礎(chǔ)地質(zhì)研究主

3、要包括:地層層位標(biāo)定及地層格架的建立;構(gòu)造地質(zhì)研究;沉積及成巖方面的研究;地層層位標(biāo)定及地層格架的建立基礎(chǔ)地質(zhì)學(xué)中的首要任務(wù)是充分利用地質(zhì)資料和測井信息并與地表資料、地震資料相配合進(jìn)行地層層序劃分和標(biāo)定,建立區(qū)域性的統(tǒng)一的地層層序,確定體系域,找出不同體系域的測井曲線響應(yīng),進(jìn)行井間層序和沉積體系的分析,這是區(qū)域地質(zhì)綜合研究的基礎(chǔ)。沉積體系-是一組在沉積環(huán)境和沉積作用上有成因聯(lián)系的沉積相的三維組合。體系域-指一個同期沉積體系的組合。Ng2Ed2Es1Es2上Es3唐7-12標(biāo)定結(jié)果沙三中T4T6渤海灣盆地東營凹陷地層對比圖(據(jù)勝利油田,2005渤海灣盆地東營凹陷某連井地震剖面SE 西馬裂斷任南斷

4、裂高陽低凸起構(gòu)造帶任丘潛山帶T2T4Tg T6T2T3T5T7饒陽凹陷中北部Inline5781測線地震解釋剖面高陽低凸起構(gòu)造帶T2T3T5T7T2-古/新近系分界T3-Ed/Es1分界T4-Es1/Es2分界T5-Es2/Es3分界T6-Es3/Es4分界T7-Es4/Ek分界利用測井信息進(jìn)行區(qū)域和局部構(gòu)造以及斷層研究,編制構(gòu)造圖是測井地質(zhì)學(xué)最基本、最常規(guī)的研究內(nèi)容。除此以外,還可以構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的基本理論為指導(dǎo),充分利用測井信息進(jìn)行構(gòu)造裂縫的定性和定量研究,通過構(gòu)造應(yīng)力場的分析,確定其性質(zhì)、產(chǎn)狀、組系發(fā)育和分布規(guī)律、裂縫發(fā)育的控制因素、形成機(jī)制等,從而為油氣勘探和油氣田的合理開發(fā)提供依據(jù)。 構(gòu)

5、造地質(zhì)研究測井沉積的研究是測井地質(zhì)學(xué)研究的重要組成部分,近期獲得了迅速發(fā)展。測井相分析是測井曲線巖性解釋最有效的方法和手段。利用傾角測井資料進(jìn)行層理構(gòu)造的研究,進(jìn)而綜合其他資料進(jìn)行沉積相的標(biāo)定、沉積微相分析和古水流方向的研究已取得了突破性的進(jìn)展和良好的效果。 沉積及成巖方面的研究成巖研究方面:利用測井信息進(jìn)行:欠壓實泥巖的研究、粘土礦物研究;結(jié)合粘土礦物的類型、豐度和組合,對鉆井液配制、儲層性質(zhì)、油層保護(hù)都具有重要意義。例如,測井法預(yù)測異常地層壓力:電阻率測井聲波測井頁巖密度測井測井法預(yù)測異常地層壓力電阻率測井若巖石為純頁巖,地層水礦化度為一定值,則地層(頁巖的電阻率主要受孔隙度的影響。正常壓

6、實情況下:頁巖或泥巖的孔隙度隨埋藏深度的增加而減小,電阻率隨埋藏深度的增加而加大。高異常地層壓力井段:由于孔隙度增加,其中所含地層水?dāng)?shù)量增加頁巖電阻率向電阻率降低方向偏離正常趨勢線。以研究井純頁巖井段的電阻率對數(shù)值1gR為橫坐標(biāo),以相應(yīng)sh井深為縱坐標(biāo),將頁巖電阻率數(shù)據(jù)按相應(yīng)深度點投點獲得一散點圖回歸分析求出lgR sh與井深的關(guān)系曲線,曲線上開始偏離正常趨勢線的位置即為高壓異常過渡帶頂部位置。右圖中,高異常地層壓力過渡帶頂部大約在4038.6m處。墨西哥灣岸某井的頁巖電阻率曲線(據(jù)瓦爾特,1976聲波測井-預(yù)測異常地層壓力對頁巖或泥巖,聲波測井曲線基本上為一條反映孔隙度變化的曲線。正常壓實:

7、聲波傳播速度隨埋深增加而增大,傳播時間隨埋深增加而減少。高異常壓力過渡帶:聲波傳播時間向增加方向偏離正常趨勢。聲波時差與深度關(guān)系曲線預(yù)測方法與電阻率測井或聲波測井相同。圖中兩條曲線均較清晰地反映出高異常地層壓力過渡帶的頂面約在3352.8m處,這兩種資料所得結(jié)果吻合較好。頁巖密度測井頁巖密度資料分析對比(據(jù)Fertl 和Tomko ,1970密度測井巖屑頁巖密度,g/cm 3此外,利用測井信息研究沉積巖中微量元素的類型、性質(zhì)和豐度是測井沉積學(xué)研究的新領(lǐng)域,它對古環(huán)境的確定具有重要意義。利用測井信息進(jìn)行成巖作用研究,劃分成巖段、確定成巖環(huán)境,也是測井地質(zhì)學(xué)的任務(wù)之一。2、測井地質(zhì)學(xué)的石油地質(zhì)研究

8、利用測井信息解釋油、氣、水層,確定含油巖系的孔隙度、含油飽和度。利用測井信息研究生油層、蓋層及生-儲-蓋組合-不同類型、不同豐度的生油層,不同特性的蓋層,不同的生、儲、蓋組合具有不同的測井響應(yīng)。該問題的研究和解決對含油氣盆地預(yù)測和評價將起著重要的作用。利用測井信息研究儲量參數(shù)、地下流體性質(zhì)、分布狀況是測井地質(zhì)學(xué)的實際問題之一。3、測井地質(zhì)學(xué)的油田工程地質(zhì)研究在油氣勘探和開發(fā)的生產(chǎn)實踐中,綜合各種測井信息,應(yīng)用于地震解釋、鉆井設(shè)計、油井壓裂、試油過程中的鉆井液配制、套管的損傷和變形、油層保護(hù)等工程地質(zhì)的研究等。除上述研究內(nèi)容外,綜合測井信息還可以應(yīng)用于:大地應(yīng)力場研究、巖石力學(xué)性質(zhì)及可鉆性的研究

9、,三次采油中剩余油飽和度及剩余油分布的研究等。三、測井地質(zhì)學(xué)的研究方法測井地質(zhì)學(xué)的研究建立于地質(zhì)學(xué)和巖石物理學(xué)理論基礎(chǔ)之上,以地質(zhì)信息和測井信息的提取為依據(jù),通過地質(zhì)信息和測井信息間的正演和反演過程,建立測井解釋地質(zhì)模型,以期解決地質(zhì)問題。1、測井地質(zhì)學(xué)研究的邏輯步驟1鉆井巖心和野外露頭的觀察2地質(zhì)刻度測井3測井資料的處理4測井資料的地質(zhì)解釋1鉆井巖心和野外露頭的觀察通過露頭和巖心的觀察可獲取諸如地層、巖性、巖石物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、沉積組合、生、儲、蓋條件等大量的地質(zhì)信息和第一性資料。以此為基礎(chǔ),可以建立地層層序、沉積相和生儲蓋組合等概念模型。2 地質(zhì)刻度測井應(yīng)用野外露頭、鉆井巖心和實驗室分

10、析化驗獲取的地質(zhì)信息和參數(shù),進(jìn)行各種測井曲線的標(biāo)定和刻度;通過建立正演和反演模型,建立正確可靠的巖-電關(guān)系,為提高測井地質(zhì)解釋精度奠定堅實的基礎(chǔ)。3 測井資料的處理根據(jù)各種地質(zhì)基礎(chǔ)資料和測井系列,進(jìn)行資料的可行性評價及數(shù)據(jù)處理,并對測井曲線進(jìn)行校正(環(huán)境校正-井眼、鉆井液侵入及儀器偏心、深度校正等和資料處理。4 測井資料的地質(zhì)解釋在巖石物理研究的基礎(chǔ)上,以大量的地質(zhì)資料所建立的地質(zhì)模型和測井資料處理結(jié)果為依據(jù),完成測井地質(zhì)解釋工作。2、測井地質(zhì)學(xué)研究的定量及定性分析方法測井資料實質(zhì)上是井剖面巖層各種物理性質(zhì)的二維或三維分析,是一組數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)僅僅間接反映巖石地質(zhì)特性(如巖石的成分和結(jié)構(gòu);但是

11、,巖性描述的大量信息的是不便于數(shù)量化的知識信息。為了完成由數(shù)據(jù)信息到知識信息的轉(zhuǎn)換,測井地質(zhì)學(xué)研究中使用了許多新近發(fā)展起來的數(shù)學(xué)分析方法:統(tǒng)計方法小波分析方法分形幾何方法人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法混沌及隨機(jī)行走分析方法小波時頻能量圖上,局部能量團(tuán)隨深度增加而逐漸減弱;小波系數(shù)圖上,幅度隨深度增加逐漸減小、頻率逐漸變低。退積型地層模型例如:小波分析方法(陳鋼花論文 量團(tuán)隨深度增加逐漸增強(qiáng);小波系數(shù)圖上,幅度隨深度增加而增大、頻率變高。進(jìn)積型地層模型 量團(tuán)隨深度沒有大的變化,相對穩(wěn)定;小波系數(shù)圖上,幅度和頻率不隨深度變化。加積型地層模型巖性突變界面對應(yīng)能量大小尺度(高低頻都有分布位置,相應(yīng)的小波系數(shù)的峰谷交

12、界處可作為地層突變(層序界面-沉積間歇面或剝蝕面,反映沉積環(huán)境改變。右圖中2292m處,時頻能量圖分為左右兩個局部能量團(tuán)、小波系數(shù)曲線震蕩較劇烈,可劃分為兩個層序-SQ1和SQ2。選用1100尺度作小波分析,觀察其時頻能量圖及尺度為20和10的小波系數(shù),在SQ1層序內(nèi)2425m處,時頻能量異常、小波系數(shù)震蕩劇烈,可將SQ1劃分為2個準(zhǔn)層序組;在SQ2層序內(nèi)2135m和2220m處時頻能量異常、小波系數(shù)震蕩劇烈,將SQ2劃分為3個準(zhǔn)層序組。 第一章緒論第一節(jié)測井地質(zhì)學(xué)概述第二節(jié)測井地質(zhì)學(xué)的進(jìn)展一、測井地質(zhì)學(xué)的進(jìn)展二、研究中存在的問題及探索方向第三節(jié)測井信息影響因素一、測井地質(zhì)學(xué)的進(jìn)展目前,測井資

13、料已經(jīng)在巖石學(xué)、沉積學(xué)、地層學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、油氣儲層評價、生油巖及油氣蓋層的評價等地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。其中巖性分析、儲層參數(shù)分析、斷層分析都已經(jīng)較為成熟并且開發(fā)出一些較實用的計算機(jī)輔助解釋程序。如:斯倫貝謝公司的LITHO 及FACILOG程序;阿特拉斯公司的STRATADIP程序;石油大學(xué)(北京的CALIS程序等;(一 國外的測井地質(zhì)學(xué)研究進(jìn)展20世紀(jì)80年代以來,隨著測井技術(shù)的發(fā)展和計算機(jī)的進(jìn)步,國外的測井地質(zhì)學(xué)研究在以下一些方面取得了較明顯的進(jìn)展:1、識別巖石成分和結(jié)構(gòu)4、層序地層學(xué)研究2、相和相序的研究5、生油巖的測井分析3、成巖作用研究6、儲層預(yù)測及油氣區(qū)域研究1、識別巖石成分

14、和結(jié)構(gòu)繼自然伽馬測井和自然伽馬能譜測井之后,斯倫貝謝公司在80年代中后期推出了以探測巖石礦物成分為主要目標(biāo)的地球化學(xué)測井方法,該方法基本原理是利用加速器產(chǎn)生的中子源轟擊地層的粒子,使之產(chǎn)生活化作用,測量并分析元素活化生成的次生伽馬線能譜,可以計算出: K、Th、U、A1、Ca、Si、Fe、S、Ti (鈦、Cd(鎘、Cl、H等12種元素的含量,并用其合成六種礦物成分,據(jù)此識別巖石的成分。該方法在識別和劃分火成巖方面見到較好效果。巖石結(jié)構(gòu)-指巖石組分的幾何特征,如顆粒大小、形狀、分選和排列等。傳統(tǒng)方法上:依靠SP和GR曲線特征研究碎屑巖巖石顆粒大小;借助測井資料計算的孔隙度研究顆粒分選性;利用巖石

15、電導(dǎo)率各向異性研究顆粒排列方式。成像測井的發(fā)展使地質(zhì)家有可能應(yīng)用井壁測井成像圖來估算結(jié)構(gòu)復(fù)雜的礫巖、碳酸鹽巖的結(jié)構(gòu)。2、相和相序的研究相反映了沉積物沉積時的物理、化學(xué)、生物條件;相序反映沉積物沉積的時間和空間的變化。自20世紀(jì)80年代以來,不少人沿用了O.Serra提出的電相和電序列概念來研究沉積相和相序。其基本方法是通過測井曲線值和形狀變化進(jìn)行巖性分析、電相分析和電序列(曲線變化趨勢分析。分析的準(zhǔn)確性主要取決于用巖心、露頭、地震反射波刻度和約束測井資料的精度。3、成巖作用研究沉積巖是由沉積物被埋藏以后經(jīng)過一系列物理、化學(xué)、生物作用(石化作用而形成的-成巖作用,主要的成巖作用有:壓實、膠結(jié)、重

16、結(jié)晶、交代、水化等。成巖作用使沉積物在粒度、形狀、表面結(jié)構(gòu)、取向、礦物成分、孔隙度、滲透率諸方面發(fā)生變化,而這些變化在常規(guī)測井及成像測井資料上都能得到響應(yīng)。利用測井資料分析成巖作用對儲集層的影響-西北大學(xué)地質(zhì)系張小莉等測井資料壓實作用、孔隙演化裂縫、礦物成分成巖作用各個階段對儲集層性能影響分析成巖作用對儲集層影響的物理基礎(chǔ)指出應(yīng)用測井資料分析成巖作用不同階段對儲集層影響的可行性研究思路利用測井資料分析成巖作用對儲集層的影響具體方法(1成巖作用早期:應(yīng)用孔隙度測井和巖性測井資料,通過壓實曲線分析壓實作用區(qū)間;(2成巖作用中期:根據(jù)孔隙度測井資料分析聲波孔隙度、密度-中子測井孔隙度,分析次生孔隙,

17、并應(yīng)用交會圖技術(shù),確定礦物成分,分析膠結(jié)、交代作用形式和強(qiáng)度;根據(jù)泥質(zhì)指示測井確定泥質(zhì)含量,進(jìn)一步利用自然伽瑪能譜測井,尤其是Th、K含量分析粘土礦物;(3成巖作用晚期:進(jìn)行次生孔隙、裂縫、顆粒成分與含量、粘土礦物分布規(guī)律研究。4、層序地層學(xué)研究測井資料直接響應(yīng)的是巖性變化層序地層學(xué)研究的是沉積地層的時間格架準(zhǔn)層序響應(yīng)時間地層格架巖性格架其核心內(nèi)容-層序界面的確定和旋回研究。通過這些研究將層理研究和層序研究結(jié)合起來。測井層序地層學(xué)5、生油巖的測井分析測井中用于儲層評價時的主要研究對象是砂巖;在生油巖評價中測井解釋的主要對象是泥巖。實踐證明富含有機(jī)質(zhì)的泥巖的電阻率比不含有機(jī)質(zhì)的泥巖的電阻率高數(shù)倍

18、。通過對泥質(zhì)巖石電導(dǎo)率、自然伽馬能譜分析、聲波縱橫波速度差異的研究,測井可有效識別生油巖。6、儲層預(yù)測及油氣區(qū)域研究通過測井曲線的標(biāo)準(zhǔn)化刻度和井間對比,可以在油氣區(qū)塊上制作出各種各樣的地球物理相態(tài)等值圖,如:自然伽馬、電阻增大率、膠結(jié)指數(shù)(阿爾奇公式中的m、測井孔隙度、滲透率、泥質(zhì)含量等區(qū)域分布圖,這些圖與含油飽和度、沉積相等有著極為密切的關(guān)系,依靠這些圖的研究可以得出油氣儲層在區(qū)塊上的時空展布,為科學(xué)布井和開采提供了依據(jù)。(二 國內(nèi)測井地質(zhì)學(xué)研究進(jìn)展國內(nèi),經(jīng)過“七五”計劃油藏描述科技攻關(guān)及“八五”計劃儲層預(yù)測攻關(guān)等,測井地質(zhì)學(xué)研究取得了顯著成效,并廣泛得到應(yīng)用,比如:油藏中飽和度分布規(guī)律的測

19、井研究;測井預(yù)測油/水界面;測井精細(xì)構(gòu)造解釋(包括高陡構(gòu)造、逆沖斷層、復(fù)雜小斷塊、裂縫分布規(guī)律研究;測井沉積學(xué)研究(包括測井沉積微相、古水流分析研究等;低電阻層機(jī)理與地質(zhì)研究;現(xiàn)代地應(yīng)力測井分析;地層壓力剖面解釋和預(yù)測等。(二 國內(nèi)測井地質(zhì)學(xué)研究進(jìn)展此外,還有測井對泥巖生烴能力評價、測井層序地層學(xué)、垂直地震測井解釋等。在測井與地震資料結(jié)合解釋方面也取得了很多成果,測井約束條件下的地震反演,人工合成地震剖面已經(jīng)在油藏描述中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來,我國開發(fā)出了一些測井、地質(zhì)、地震聯(lián)合解釋軟件平臺,并已廣泛應(yīng)用于實踐,取得了比較好的效果,如GRISTATION、NEWS、LEAD 等。國內(nèi)測井地質(zhì)學(xué)研究進(jìn)展LEAD 2.0測井綜合應(yīng)用平臺中國石油集團(tuán)測井有限公司聯(lián)合國內(nèi)多家單位共同開發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的測井資料處理解釋集成軟件。是基于Windows操作系統(tǒng)的測井資料一體化處理解釋軟件,具有網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)據(jù)管理、開放式底層平臺、集成化的應(yīng)用模塊、可視化的處理流程,具備常規(guī)測井、成像測井、生產(chǎn)測井以及特殊測井等資料處理分析評價能力,可滿足現(xiàn)場快速直接解釋、測井精細(xì)解釋及儲層綜合評價等不同層次用戶需求。較LEAD1.0增加了地層組份分析、水淹層評價、固