用地层元素测井资料确定储层粘土含量

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第! 期石油大学学报(自然科学版)

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用地层元素测井资料确定储层粘土含量

程华国%,袁祖贵! ,刘

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(胜利油田有限公司石油工程技术管理处,山东东营! ;%-&, " " %! -石油大学资源与信息学院,

北京%;山东东营! )" ! ! ) ’#-胜利油田有限公司地质科学研究院,&, " %&

摘要:地层元素测井(. )是一种实时测量地层中元素含量的新型测井方法。介绍了. 根据/0/0的方法和原理,王庄油田) 口井的. 确定出该区的地层矿物含量,依据矿物含量并/0资料及氧化物闭合模型和综合处理解释结果,结合自然伽马能谱测井方法确定出研究区的粘土含量及类型。结果表明,研究区沙三段碎屑岩储层粘土矿物以伊/蒙混层为主,其含量平均为&其他矿物含量依次为:高岭石平均为! 伊利石平均为%绿泥石平均为+" 1;" 1,&1,1。伊/蒙混层比平均为, 粘土成分以蒙脱石为主。将测井解释得到的粘土含量及类型与2衍射分析结果进行了对(1,$比,验证了测井解释结果的可靠性。根据研究区的粘土含量和类型,提出了该区储层改造时应采用的几项措施。

关键词:地层元素测井(. );地层;粘土矿物;储层改造;王庄油田/0中图分类号:,3(#%-+%, 3(#%-+%’

文献标识码:4

斯伦贝谢公司在本世纪向中国市场推出了一种新型测井仪器

地层元素测井(. ,/05657589:6

)仪,这种仪器的测量原理与其; :9=>5? 5; 9>@? ; @早先推出的次生伽马能谱仪(B 和储层饱和度探0C )测仪(D 相类似,但. 并同时测0C )/0测量速度快,量记录了非弹性散射与俘获时产生的瞬发伽马射

[]%。利用剥谱分析直接得到地层中的氢、氯、硅、线

" #$%仪器及其特性

地层元素测井仪由47$F 5中子源、F B G 晶体探测器、光电倍增管、高压放大电子线路构成(图)。该仪器采用单谱计,处理比较简单,组合性强,%

总长) 测速可达&,而且不受钻井液-) &7,&"7/H 密度、流体类型和井眼状况的

[]%。影响

钙、铁、硫、钛、钆、氧、镁、硼和碳元素含量,然后通过氧化物闭合模型和综合处理解释,可定量得到地层的矿物含量。

在测井过程中,. /0仪器通过47$F 5中子源发出能量为(平均能量)的中子诱发)I 5J

地层发生非弹性反应,同时放射出" 射线,经过多次散射中子减速形成热中子,热中子被俘获产生元素的特征俘获" 射线,用F B G 晶体探测器可以探测并记录这些非弹性散射" 能谱和俘获" 能谱。

. /0测井仪中有一个标准的&()’!B F %(/L 47$F 5中子K 源和一个大的F B G 探头。利用47$F 5中子源大大减少了探头部分的复杂性,但F B G 探头

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(. )的原理! 地层元素测井/0

核测井是用不同中子源,如! 粒子、氘核E 、质

[]! 。快中子与地子

层中原子量较大的核作用产生非弹性散射,再与地层中的某些原子核发生活化反应,与地层中的氢原子作用发生弹性散射并减速为热中子,最后被地层中的某些原子核俘获。. 它测/0也是一种核测井,

量的是非弹性散射与辐射俘获核反应时产生的瞬发伽马射线,探测器探测到的伽马射线谱是中子与地层中所有元素相互作用放出的伽马射线谱的叠加,其中硅、钙、铁、硫、钛和钆是. /0谱数据解释的主要元素。

收稿日期:! " " #$%" $#"

基金项目:“十五”中国石化集团公司重点科技攻关项目()%" &#’

作者简介:程华国(,男(汉族),安徽安庆人,高级工程师,从事石油工程技术综合研究与管理工作。%’() *)

第2; 卷第2期

程华国等:

用地层元素测井资料确定储层粘土含量

・25・

需要在温度低于! " #的条件下测井。这是因为$%&的温差效应较差,’"#时其发光强度已降为"

[]

所以在制造时采用了一个() *+, 颈#时的一半’,

瓶和一个热接收器系统。

的极少数元素作为该矿物的代表,如铝元素与粘土(高岭石(B [D ]・[&)、伊利石(E C &B C ? ]0/08" ; 8%81! 0

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! 用" #$资料确定地层矿物

通过氧化物闭-. /探测的是地层元素的含量,

合模型和综合处理解释可定量得到如下矿物含

[,]0! 量:燧石、钾长石、钠长石! 硅酸盐岩中有石英、

杂的矿物,则可以选取2%’种元素作为指示元素,如钾长石(E )可以选取硅、铝和钾作为指示&B C /D ’; 元素,而且可以按钾含量的多少与伊利石进行区别。

和钙长石;" 碳酸盐岩中有方解石、白云石、铁白云石、文石、菱铁矿、镁菱铁矿、菱镁矿和高镁方解石;#粘土岩中有伊利石、蒙脱石、高岭石、绿泥石和海绿石;$其他矿物有白云母、黑云母、黄铁矿、蛋白石、石膏、硬石膏、重晶石、赤铁矿、天青石和萤石。

用-. /资料确定储层粘土含量和粘土类型

1&研究区概况

胜利油田王庄地区区域构造位置处于东营凹陷北部陡坡带西段、潜山油藏和古近系新近系地层型油藏广泛发育的复合式油气聚集带,勘探面积约为

" " 342,该地区累积上报石油地质储量达56! 67"

09。该地区地层结构复杂,储层厚度可达’"4以上,岩性较疏松,有的储层只靠稠油胶结,储层存在水敏、酸敏、速敏、盐敏、碱敏现象,储层非均质严重。

为充分认识和定量评价王庄油田地层的岩性变化、矿物元素含量、胶结物的类型等,在本区郑’66,郑08:,郑02" 和坨; 22井进行了地层元素测井。1’确定储层矿物含量的可行性分析

虽然-. /仪器在设计的过程中已在82口试验井中对地层元素含量进行了校检分析(/?) , @A >

! " #$%,2" " " ),但在胜利油田尚未进行地层元素的对比分析,图2是郑’66井岩心分析的钛元素含量与-. /测量的钛元素含量对比。在地层中钛元素的含量很少,从仅有的少数点看到测量的数值大致是一致的。-. /测量的钛元素含量高是由于测井测量的是地层在某一点周围的全部钛元素在探测器的综合反映,而岩心分析数据则是某一点的数值,所以测井所反映的数值比实验室测量的数值要高。可以说,-. /测量的地层元素含量更接近于地层的真实情况。

运用一定的技术手段,将获取的地层元素含量转换成沉积矿物,就可以满足储集层研究的需要。每种矿物的指示元素都是选取能够表征该矿物特征

图’郑! ((井岩心分析与-. /测量的

钛元素含量对比

%1! 用-. /与自然伽马能谱测井确定粘土类型

利用测井曲线识别粘土类型的方法有多种,但传统的方法难以克服岩石骨架和流体的影响,而-. /直接测量地层中铁、铝、硅、钙、钾、钍等元素的含量,这对粘土含量的计算及其类型区分起着至关重要的作用,同时可克服岩石骨架和流体的影

响[6]。这是因为不同类型粘土所含有的特征元素

及其含量是不同的,如伊利石的特征元素为钾等。利用-. /测量的地层元素含量,并结合自然伽马能谱测量的地层中钍和钾元素含量等微观测井特征,可区分并计算出地层中粘土含量及其类型(见图’

)。图中顶部和右侧分别是钍和钾元素的频率分布。由图看出,本区粘土矿物以伊/蒙混层为主。%) %用" #$与*+

衍射分析确定粘土类型及矿物含量在实验室内,对钻井取心岩石样品中粘土矿物的测定主要是利用K @衍射仪进行分析。其分析流程不但需要一定周期,而且由于受取心条件所限,往往无法完整反映储层的粘土特征,对粘土总量的分析结果一般较实际略低。采用-. /方法,则可在钻井现场测井过程中直接对地层中的粘土进行分析,方便快捷,且准确度亦较高。

以坨; 22井沙三段地层为例,利用-. /结果与K @

衍射分析的5块样品实测值进行对比,结果见图0

。可见两种分析结果数值虽不相同,但二者间对应%%28%,

・I ) ・

石油大学学报(自然科学版)

() ) L 年L 月

关系良好,具有基本相同的分析结果趋势。若排除实验分析误差因素,其对比结果应更为接近。因此,利用! " #资料对地层粘土矿物进行分析其结果是准确可靠的。考虑到地层元素测井是在井筒中进行,因而对在钻井过程中发现的油气层,可直接获取地层粘土资料,并与其他测井资料进行综合分析对比。

时,由于粘土矿物中高岭石、蒙脱石易分散运移,亦有可能使储层岩石结构在采油过程中遭到破坏。

考虑到油层水敏性强,王庄油田注水开发时,水的矿化度不得低于临界值,并应加入防膨剂和粘土矿物稳定剂。由于油层所含原油主要为稠油,在热采时,热蒸汽应为中性(),且必须加入高温防/! , . 膨剂和粘土稳定剂,以防止碱性条件下高温产生的图! 郑! " " 井#$%与自然伽马能谱

测井结合确定粘土类型

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衍射分析粘土总量对比

地层元素测井及$%衍射分析结果均表明,研究区沙三段碎屑岩储层粘土矿物成分以伊/蒙混层为主,平均占&&’,其次为高岭石,平均占() ’,伊利石平均占*&’,绿泥石平均占+’。伊/蒙混层比平均为, -’,

粘土成分以蒙脱石为主。#$%资料在王庄油田储层改造中的

应用

对王庄油田碎屑岩储层的! " #资料和其他资料进行综合分析。结果表明,该区砂岩基本以粘土胶结为主,结构疏松。由于粘土成分以蒙脱石为主,水敏性强,极易吸水膨胀,存在着较严重的粘土矿物水化膨胀现象。粘土矿物中含有一定量的绿泥石,具有一定的酸敏性,可能对储层造成酸敏伤害。同

硅质溶解和粘土矿物膨胀分散迁移,从而对储层造成伤害或使储层大量出砂。

由于酸化,可使固结疏松的碎屑岩中的碳酸盐和黄铁矿等成岩胶结物溶解,最终导致储层大量出砂,故本区碎屑岩储层不宜采取酸(盐酸和土酸)化措施。

结束语

地层元素测井作为一项新型的测井技术,基本测出了岩石骨架的全部成分,由于其探测的是快中子与地层发生非弹性散射与热中子被地层俘获所释

放出的瞬发伽马射线,几乎包含了中子与地层的全部核反应,因此所采集到的地层信息是非常丰富的。由于探测的元素多,因而可以准确确定储层的粘土类型及含量,为储层改造、开发措施的确定和对地下储层特征的正确认识提供可靠的资料。参考文献:

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(]黄隆基; 放射性测井原理[J ]; 北京:

石油工业出版社,*K +&; I ]孙汉城; 稀土闪烁体的研究进展[A ]; 同位素,() ) (,*&(增刊):+, H K ) ; L ]2013A1,#" /M ! N O P ! 0A#,! " #$%1Q ? 6

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(责任编辑刘艳荣)

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摘要:地层元素测井(. )是一种实时测量地层中元素含量的新型测井方法。介绍了. 根据/0/0的方法和原理,王庄油田) 口井的. 确定出该区的地层矿物含量,依据矿物含量并/0资料及氧化物闭合模型和综合处理解释结果,结合自然伽马能谱测井方法确定出研究区的粘土含量及类型。结果表明,研究区沙三段碎屑岩储层粘土矿物以伊/蒙混层为主,其含量平均为&其他矿物含量依次为:高岭石平均为! 伊利石平均为%绿泥石平均为+" 1;" 1,&1,1。伊/蒙混层比平均为, 粘土成分以蒙脱石为主。将测井解释得到的粘土含量及类型与2衍射分析结果进行了对(1,$比,验证了测井解释结果的可靠性。根据研究区的粘土含量和类型,提出了该区储层改造时应采用的几项措施。

关键词:地层元素测井(. );地层;粘土矿物;储层改造;王庄油田/0中图分类号:,3(#%-+%, 3(#%-+%’

文献标识码:4

斯伦贝谢公司在本世纪向中国市场推出了一种新型测井仪器

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" #$%仪器及其特性

地层元素测井仪由47$F 5中子源、F B G 晶体探测器、光电倍增管、高压放大电子线路构成(图)。该仪器采用单谱计,处理比较简单,组合性强,%

总长) 测速可达&,而且不受钻井液-) &7,&"7/H 密度、流体类型和井眼状况的

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钙、铁、硫、钛、钆、氧、镁、硼和碳元素含量,然后通过氧化物闭合模型和综合处理解释,可定量得到地层的矿物含量。

在测井过程中,. /0仪器通过47$F 5中子源发出能量为(平均能量)的中子诱发)I 5J

地层发生非弹性反应,同时放射出" 射线,经过多次散射中子减速形成热中子,热中子被俘获产生元素的特征俘获" 射线,用F B G 晶体探测器可以探测并记录这些非弹性散射" 能谱和俘获" 能谱。

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核测井是用不同中子源,如! 粒子、氘核E 、质

[]! 。快中子与地子

层中原子量较大的核作用产生非弹性散射,再与地层中的某些原子核发生活化反应,与地层中的氢原子作用发生弹性散射并减速为热中子,最后被地层中的某些原子核俘获。. 它测/0也是一种核测井,

量的是非弹性散射与辐射俘获核反应时产生的瞬发伽马射线,探测器探测到的伽马射线谱是中子与地层中所有元素相互作用放出的伽马射线谱的叠加,其中硅、钙、铁、硫、钛和钆是. /0谱数据解释的主要元素。

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作者简介:程华国(,男(汉族),安徽安庆人,高级工程师,从事石油工程技术综合研究与管理工作。%’() *)

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通过氧化物闭-. /探测的是地层元素的含量,

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和钙长石;" 碳酸盐岩中有方解石、白云石、铁白云石、文石、菱铁矿、镁菱铁矿、菱镁矿和高镁方解石;#粘土岩中有伊利石、蒙脱石、高岭石、绿泥石和海绿石;$其他矿物有白云母、黑云母、黄铁矿、蛋白石、石膏、硬石膏、重晶石、赤铁矿、天青石和萤石。

用-. /资料确定储层粘土含量和粘土类型

1&研究区概况

胜利油田王庄地区区域构造位置处于东营凹陷北部陡坡带西段、潜山油藏和古近系新近系地层型油藏广泛发育的复合式油气聚集带,勘探面积约为

" " 342,该地区累积上报石油地质储量达56! 67"

09。该地区地层结构复杂,储层厚度可达’"4以上,岩性较疏松,有的储层只靠稠油胶结,储层存在水敏、酸敏、速敏、盐敏、碱敏现象,储层非均质严重。

为充分认识和定量评价王庄油田地层的岩性变化、矿物元素含量、胶结物的类型等,在本区郑’66,郑08:,郑02" 和坨; 22井进行了地层元素测井。1’确定储层矿物含量的可行性分析

虽然-. /仪器在设计的过程中已在82口试验井中对地层元素含量进行了校检分析(/?) , @A >

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运用一定的技术手段,将获取的地层元素含量转换成沉积矿物,就可以满足储集层研究的需要。每种矿物的指示元素都是选取能够表征该矿物特征

图’郑! ((井岩心分析与-. /测量的

钛元素含量对比

%1! 用-. /与自然伽马能谱测井确定粘土类型

利用测井曲线识别粘土类型的方法有多种,但传统的方法难以克服岩石骨架和流体的影响,而-. /直接测量地层中铁、铝、硅、钙、钾、钍等元素的含量,这对粘土含量的计算及其类型区分起着至关重要的作用,同时可克服岩石骨架和流体的影

响[6]。这是因为不同类型粘土所含有的特征元素

及其含量是不同的,如伊利石的特征元素为钾等。利用-. /测量的地层元素含量,并结合自然伽马能谱测量的地层中钍和钾元素含量等微观测井特征,可区分并计算出地层中粘土含量及其类型(见图’

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衍射分析确定粘土类型及矿物含量在实验室内,对钻井取心岩石样品中粘土矿物的测定主要是利用K @衍射仪进行分析。其分析流程不但需要一定周期,而且由于受取心条件所限,往往无法完整反映储层的粘土特征,对粘土总量的分析结果一般较实际略低。采用-. /方法,则可在钻井现场测井过程中直接对地层中的粘土进行分析,方便快捷,且准确度亦较高。

以坨; 22井沙三段地层为例,利用-. /结果与K @

衍射分析的5块样品实测值进行对比,结果见图0

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石油大学学报(自然科学版)

() ) L 年L 月

关系良好,具有基本相同的分析结果趋势。若排除实验分析误差因素,其对比结果应更为接近。因此,利用! " #资料对地层粘土矿物进行分析其结果是准确可靠的。考虑到地层元素测井是在井筒中进行,因而对在钻井过程中发现的油气层,可直接获取地层粘土资料,并与其他测井资料进行综合分析对比。

时,由于粘土矿物中高岭石、蒙脱石易分散运移,亦有可能使储层岩石结构在采油过程中遭到破坏。

考虑到油层水敏性强,王庄油田注水开发时,水的矿化度不得低于临界值,并应加入防膨剂和粘土矿物稳定剂。由于油层所含原油主要为稠油,在热采时,热蒸汽应为中性(),且必须加入高温防/! , . 膨剂和粘土稳定剂,以防止碱性条件下高温产生的图! 郑! " " 井#$%与自然伽马能谱

测井结合确定粘土类型

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衍射分析粘土总量对比

地层元素测井及$%衍射分析结果均表明,研究区沙三段碎屑岩储层粘土矿物成分以伊/蒙混层为主,平均占&&’,其次为高岭石,平均占() ’,伊利石平均占*&’,绿泥石平均占+’。伊/蒙混层比平均为, -’,

粘土成分以蒙脱石为主。#$%资料在王庄油田储层改造中的

应用

对王庄油田碎屑岩储层的! " #资料和其他资料进行综合分析。结果表明,该区砂岩基本以粘土胶结为主,结构疏松。由于粘土成分以蒙脱石为主,水敏性强,极易吸水膨胀,存在着较严重的粘土矿物水化膨胀现象。粘土矿物中含有一定量的绿泥石,具有一定的酸敏性,可能对储层造成酸敏伤害。同

硅质溶解和粘土矿物膨胀分散迁移,从而对储层造成伤害或使储层大量出砂。

由于酸化,可使固结疏松的碎屑岩中的碳酸盐和黄铁矿等成岩胶结物溶解,最终导致储层大量出砂,故本区碎屑岩储层不宜采取酸(盐酸和土酸)化措施。

结束语

地层元素测井作为一项新型的测井技术,基本测出了岩石骨架的全部成分,由于其探测的是快中子与地层发生非弹性散射与热中子被地层俘获所释

放出的瞬发伽马射线,几乎包含了中子与地层的全部核反应,因此所采集到的地层信息是非常丰富的。由于探测的元素多,因而可以准确确定储层的粘土类型及含量,为储层改造、开发措施的确定和对地下储层特征的正确认识提供可靠的资料。参考文献:

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(]黄隆基; 放射性测井原理[J ]; 北京:

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(责任编辑刘艳荣)

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    成像测井部分

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