定量预测碎屑岩储层胶结物含量的方法

摘要

本发明提供了一种定量预测碎屑岩储层胶结物含量的方法，该方法包括：恢复碎屑岩储层的古盐度；建立碎屑岩储层胶结物含量与古盐度的相关关系；恢复目的层系的古盐度、再将其代入所述相关关系中，实现目的层系的碎屑岩储层胶结物含量的定量预测。本发明提供的方法以钻井过程中同步获取的丰富的岩屑资料为样品，定量预测目的储层胶结物含量，避免了取样过程中对岩心和岩石薄片数量的依赖，并能够实现胶结物含量平面分布预测。

说明书

技术领域

本发明涉及石油天然气勘探领域的碎屑岩储层评价预测技术领域，尤其涉及一种定量预测碎屑岩储层胶结物含量的方法。

背景技术

胶结物是碎屑岩储层(包括砂砾岩、粗—粉砂粒度级别的砂岩)中以化学沉淀方式形成于粒间孔隙中的自生矿物，根据碎屑岩储层成岩阶段划分标准，胶结物形成的成岩阶段可分为早成岩期和中-晚成岩期胶结物。在储层地质理论上，成岩早期碎屑岩储层受压实作用较弱，储层孔隙中的高矿化度地层水储集量大，因此地层水达到过饱和沉淀形成的胶结物含量更高，对储层物性影响也更大。在勘探实践上，目前在我国陆地和海域含油气盆地中，以陆相盆地沉积的碎屑岩储层在油气增储上产中处于主导地位，且大部分含油气层系形成于干旱咸化湖盆沉积背景，早期胶结物含量及分布更是成为控制储层物性优劣的主控因素。因此，本发明旨在用来定量、高精度预测早期胶结物含量，对我国含油气盆地碎屑岩储层评价和预测具有重要意义。

目前国内关于碎屑岩储层胶结物的研究主要集中在胶结物特征(高阳,刘春,白晓佳等.自生“加大”含铁白云石胶结物特征及对致密砂岩储层的影响——以鄂尔多斯盆地陇东地区延长组4+5段为例[J].石油与天然气地质,2019,40(05):1065-1073.)、成因(卢欢，徐长贵，王清斌等.碳酸盐胶结物形成机制及其对渤海海域C12和Q17构造中生界碎屑岩储层的影响[J].石油与天然气地质,2019,40(06):1270-1280.)和对储层的影响(罗龙，孟万斌，冯明石等.致密砂岩中硅质胶结物的硅质来源及其对储层的影响—以川西坳陷新场构造带须家河组二段为例[J].天然气地球科学,2015,26(03):435-443.)等方面，而对胶结物含量的定量预测方法研究较少。有研究利用地层水Ca

国外针对胶结物的研究也主要在胶结物特征(Kevin G.Taylor；RobL.Gawthorpe；Charles D.Curtis；et al.Carbonate Cementation in a Sequence-Stratigraphic Framework:Upper Cretaceous Sandstones,Book Cliffs,Utah-Colorado.Journal of Sedimentary Research(2000)70(2):360-372.)、成因(AdamD.Woods；David J.Bottjer；Maria Mutti；et al.Lower Triassic large sea-floorcarbonate cements:Their origin and a mechanism for the prolonged bioticrecovery from the end-Permian mass extinction,Geology(1999)27(7):645-648.)和对储层的影响(Tobias B.Weisenberger；Peter Eichhubl；Stephen E.Laubach；etal.Degradation of fracture porosity in sandstone by carbonate cement,PiceanceBasin,Colorado,USA.Petroleum Geoscience(2019)25(4):354–370.)等方面，而对胶结物含量定量计算的研究较少。因此，有必要提出一种能够胶结物含量的定量预测方法，用于指导油气田勘探开发工作。

目前碎屑岩胶结物含量主要是在显微镜下储层岩石薄片鉴定基础上，通过镜下多视域图像软件分析或目测统计法获得。由于钻井取心成本昂贵，岩石薄片数量有限，导致胶结物含量数据较少，难以获得胶结物含量在平面上的分布规律，制约了储层评价预测的精度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种定量预测碎屑岩储层胶结物含量的方法，该方法通过碎屑岩储层的胶结物含量与古盐度的相关关系，实现了对储层胶结物含量的定量预测。该方法可以以钻井过程中同步获取的丰富的岩屑资料为样品，避免了取样过程中对岩心和岩石薄片数量的依赖，能够实现胶结物含量平面分布预测。

为了达到上述目的，本发明提供了一种定量预测碎屑岩储层胶结物含量的方法，该方法包括：

恢复碎屑岩储层的古盐度；

建立碎屑岩储层的胶结物含量与古盐度的相关关系；

恢复目的层系的古盐度、再将其代入所述相关关系中，实现目的层系的碎屑岩储层胶结物含量的定量预测。

根据本发明的具体实施方案，恢复碎屑岩储层的古盐度和恢复目的层系的古盐度的方法可以包括：

根据与碎屑岩储层接触的泥岩的吸附硼含量、所述泥岩中吸附硼的粘土矿物成分及含量，计算校正硼含量，再根据校正硼含量恢复古盐度。在本发明的具体实施方案中，所述泥岩的吸附硼含量以泥岩的总质量为基准。

在微量元素中，硼元素在各种地球化学分析方法中比较容易确定，并且硼元素对于盐度的反应比较敏感，粘土矿物中硼元素的含量可以指示其形成时水介质的古盐度值。粘土矿物在形成时会从水体中吸收硼，硼一旦被粘土矿物吸收固定后，无论其呈现吸附状态存在或是进入粘土矿物矿物晶格，都不因后期水体中硼浓度的下降而解吸，因此对粘土矿物的硼元素含量的分析结果可作为其最初沉积时的水体盐度标志。自然界水体中硼的浓度是盐度的线性函数。粘土矿物从水体中吸收的硼含量与水体的盐度可表示为双对数关系式，即佛伦德奇吸收方程。

在陆相沉积盆地，泥、砂碎屑物质沉积后开始埋藏进入成岩演化阶段，早成岩期泥岩、砂岩中赋存大量的地层水主要是继承下来的湖盆水介质。伴随压实作用，地层水的流动性逐渐变弱，矿化度持续增高，极易达到过饱和，进而在各粒度级别的砂岩、砂砾岩储层中开始发生化学沉淀形成早期胶结物。同时，与储层接触的泥岩中硼元素的含量较好地记录了该阶段的古盐度信息。因此古盐度是衡量早成岩期储层中地层水矿化度高低的指标，而地层水矿化度的高低直接反映到储层中的胶结作用强度上，并且随着胶结作用强度增大，储层中胶结物含量也逐渐上升。这为古盐度与早期胶结物含量之间存在良好的量化关系提供了科学依据。

在上述恢复碎屑岩储层的古盐度和恢复目的层系的古盐度的方法中，优选采用Couch公式法，相比于其他恢复古盐度的方法，Couch公式法恢复的古盐度数据与地质历史时期古盐度的实际值更为接近，且精度更高。在Couch公式法中，与储层接触的泥岩中吸附硼的粘土矿物成分一般包括对硼有明显吸附能力的伊利石、蒙脱石、高岭石中的一种或两种以上的组合。在进行古盐度恢复前需要将粘土矿物中实测的吸附的硼含量进行校正，也就是按照伊利石、蒙脱石、高岭石对硼的吸附系数(一般为4:2:1)，计算校正硼含量。

根据本发明的具体实施方案，所述校正硼含量的计算方法可以包括：以伊利石、蒙脱石、高岭石对硼的吸附系数为权数，计算伊利石、蒙脱石、高岭石在所述泥岩中的所有粘土矿物成分中含量的加权和，然后计算泥岩吸附的硼含量与该加权和的商，即为校正硼含量。在一些具体实施方案中，所述校正硼含量可以根据以下公式计算：

B

其中，B*为校正硼含量，单位为质量浓度ppm；B为所述泥岩吸附的硼含量，单位为质量浓度ppm；以所述泥岩的所有粘土矿物成分的总质量为100％计，X

在一些实施方案中，泥岩的粘土矿物成分中还可能含有绿泥石，但绿泥石对硼的吸附作用较低，一般不用于计算校正硼含量。

在上述校正硼含量的计算公式中，泥岩吸附的硼含量以及泥岩中吸附硼的粘土矿物成分及含量等数据可以采用现有技术获取，例如采用X射线衍射仪测定泥岩吸附的硼含量、采用等离子体质谱仪测定粘土矿物成分及其含量。计算校正硼含量的数据一般可以从岩心和/或岩屑中获取，以节约成本。

在本发明的具体实施方案中，所述校正硼含量的对数与所述古盐度的对数成线性关系。在计算与储层接触的泥岩的校正硼含量后，可以利用该线性关系恢复古盐度，一般是根据以下公式(即佛伦德奇吸收方程)恢复古盐度：

其中，S

在本发明的具体实施方案中，建立碎屑岩储层胶结物含量与古盐度相关关系的拟合公式可以通过最小二乘法实现。

在本发明的具体实施方案中，所述碎屑岩储层的胶结物含量与所述古盐度的对数成线性关系。在一些具体实施方案中，所述碎屑岩储层的胶结物含量与古盐度的拟合公式为：

C＝m×lnS

其中，C为胶结物含量、单位为％，S

在本发明的具体实施方案中，所述古盐度的范围一般为5‰-35‰，该范围一般与碎屑岩储层胶结物形成的古盐度条件吻合。

在本发明的具体实施方案中，优选采用碎屑岩储层的储层发育段(例如位于储层发育段的底部泥岩)进行目的层系的古盐度恢复，以预测储层胶结物含量、评价储层质量。在具体实施方案中，所述储层发育段一般是利用测井资料和岩屑录井资料确定的。

根据本发明的具体实施方案，上述定量预测碎屑岩储层胶结物含量的方法具体可以包括以下步骤：

(1)测定碎屑岩储层胶结物含量、与储层接触的泥岩的吸附硼含量、泥岩中吸附硼的粘土矿物成分的含量，其中，所述粘土矿物成分包括伊利石、蒙脱石和高岭石；

(2)根据以下公式计算校正硼含量：

B

其中，B*为校正硼含量，单位为质量浓度ppm；B为储层吸附硼含量，单位为质量浓度ppm；以所述泥岩中的所有粘土矿物成分的总质量(一般为伊利石、蒙脱石、高岭石、绿泥石质量的总和)为100％计，X

(3)根据校正硼含量计算古盐度含量：

其中，S

(4)建立碎屑岩储层胶结物含量与古盐度相关关系的拟合公式；

(5)恢复目的层系的古盐度、再将其代入所述相关关系的拟合公式中，实现定量预测目的层系的碎屑岩储层胶结物含量。

本发明的有益效果在于：

1、本发明提供的方法能够通过测量目的层段泥岩中的硼含量恢复古盐度，达到定量预测储层胶结物含量的目的。相比于常规碎屑岩胶结物含量的鉴定方法，本发明提供的方法可以以钻井过程中同步获取的岩屑为样品，避免了对岩心和岩石薄片数量的依赖。

2、本发明提供采用的岩屑资料在钻井过程中较容易获得且数量丰富，其中的硼元素含量易于实验分析获得，因此用于预测的样品数量充足，能够达到胶结物含量平面分布预测的目的，为有效储层评价预测提供可靠的可续依据，可以指导油气田勘探开发工作。

附图说明

图1为实施例1提供的定量预测碎屑岩储层胶结物含量方法的流程图。

图2为实施例1中古盐度与储层胶结物含量相关关系图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

本实施例提供了一种定量预测碎屑岩储层胶结物含量方法，图1为该方法的流程图。本实施例在柴达木盆地古-新近系地层中进行，柴达木盆地古-新近纪为干旱气候背景下的咸化湖盆，发育多套三角洲-湖泊碎屑岩沉积含油气层系，储层岩性主要为中-细砂岩和粉砂岩，该地质条件属于碎屑岩沉积地层范畴，适合本发明的应用。

图1为本实施例提供的定量预测碎屑岩储层胶结物含量方法的流程图。该方法具体过程如下：

1、岩心样品实验分析：

在柴达木盆地不同地区和各勘探目的层系取样，通过对岩心样品的分析获取43组数据，每组数据包括储层岩石薄片胶结物含量、与储层接触的泥岩的吸附硼含量、泥岩中吸附硼的粘土矿物成分(伊利石、蒙脱石、高岭石)的含量；

其中，与储层接触的泥岩的吸附的硼含量利用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)Thermo Scientific ELEMENT测定；泥岩中吸附硼的粘土矿物成分及含量通过X射线衍射仪PHILIPS Xpert测定；储层岩石薄片胶结物的定量测定是利用Axiovision图像分析软件对岩石薄片分析实现的，以上测定数据总结在表1中。

2、计算校正硼含量：

根据与储层接触的泥岩的吸附硼含量、以及伊利石、蒙脱石、高岭石在该泥岩的所有粘土矿物成分中的含量，按照以下公式计算每组数据对应的校正硼含量B*：

B

其中，B*为校正硼含量，单位为质量浓度ppm；B为与储层接触的泥岩的吸附硼含量，单位为质量浓度ppm；X

3、Couch公式法恢复古盐度：

将步骤2计算的校正硼含量B*带入以下公式中，对每组数据对应的古盐度进行恢复：

其中，S

以表1中的第1组数据为例，泥岩吸收的硼总量B为66.6ppm、伊利石在泥岩的所有粘土矿物成分中的质量百分数为85.7％、蒙脱石在泥岩的所有粘土矿物中的质量百分数为1.3％、高岭石在泥岩的所有粘土矿物中的质量百分数为3％，步骤2-3的计算过程为：

将X

将B*＝19.12代入公式2中，计算古盐度S

本实施例中所测43组数据对应的校正硼含量B*和古盐度S

表1

4、建立古盐度与胶结物含量的相关关系的拟合计算公式，实现胶结物含量的定量预测：

(1)利用最小二乘法，建立表1中每组数据中的古盐度值的对数与实际测定的储层胶结物含量的相关关系的拟合公式，得到的拟合公式为：

C＝10.099ln S

其中，C为胶结物含量，单位是％；S

(2)针对研究区及勘探目的层系，从研究区内无取心钻井中，利用测井资料和岩屑录井资料确定储层发育段，筛选与该发育段储层接触的泥岩岩屑样品，按照步骤1-3恢复该发育段的古盐度数据，将该古盐度数据代入公式3中，即可计算对应的储层胶结物含量，实现对该目的层系的储层胶结物含量的预测。

本实施例对储层发育段的岩屑样品进行分析，得到的与储层接触的泥岩的粘土矿物成分数据为：泥岩吸收的硼总量B为58.9ppm，伊利石含量85％、蒙脱石含量0％、高岭石含量6％；

将以上粘土矿物成分数据代入公式2中，恢复得到的古盐度为7.51‰；

将恢复的古盐度代入公式3中，得到预测的胶结物含量为7.98％。

对该段储层的胶结物含量进行检测，实际测定的数据为8.0％，预测的胶结物含量与实测数据的误差为0.02％。

这一结果证明，本实施例提供的定量预测碎屑岩储层胶结物含量方法在实际勘探开发工作中可行且准确度高。

图2为表1中的古盐度与实测的储层胶结物含量的相关关系图。从图2可以看出，古盐度数据点和胶结物含量点均匀地分散在拟合直线附近，该公式的相关系数R

以上实验结果证明，本发明提供的方法可以通过测定目的层泥岩中的硼元素含量恢复古盐度，结合古盐度与储层胶结物含量的相关关系，实现对目的储层汇总胶结物含量的定量预测。该方法也可以推广到其他盆地的碎屑岩储层胶结物含量的定量预测中，从而有效指导油气田的勘探开发工作。