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你了解ΔlogR吗?

2020-11-24 21:59:50 administrator 125

    Quinn·Passey是一名岩石物理学家,拥有埃克森美孚国际公司33年(1982-2015)的职业生涯。他在加州理工学院(CalTech)攻读行星科学博士学位,研究木星和土星的卫星。加入埃克森美孚公司时,他并没有接受过储层评估方面的正式培训。在埃克森美孚之前,Quinn从未听说过“测井”,他对石油和天然气开采也知之甚少。但能有机会将地质概念与“遥感”物理学结合起来,令他兴奋不已。他利用这个优势来发展很多重要的地层评价原始解决方案。Quinn认为,“他不受先前岩石物理教条和公认实践所限,是在空白画布上作画”。在他的整个职业生涯中,他研究和解决各种问题,包括烃源岩测井评价、泥质砂岩分析、薄层评价、高角度和水平井储层评价。如果您有兴趣了解更多关于奎恩的岩石物理职业生涯,可参考他的文章《关于岩石物理职业的想法》,这篇文章发表在2016年3月的《the bridge》第二期上。

    在这篇文章中,Quinn向我们介绍了他在储层评价中最著名的贡献之一:logR烃源岩评价方法。Quinn用他自己的话告诉了我们关于logR方法的故事,并一步步指导我们如何应用这个著名的工作流程。

ΔlogR烃源岩评价方法的故事及教程

Quinn R. Passey

什么是ΔlogR技术

        评价有机质烃源岩的方法已经发展了40余年。这篇文章描述了一种方法---ΔlogR((Passey et al., 1990),建立在之前几十年方法和技术(Passey,2019)的基础上,以识别富含有机质的烃源岩并评估有机质含量。ΔlogR方法的研制主要是在1980年到1985年之间进行的,该技术一直处于专利保护状态,直到1987年到1988年(低油价)的裁员和“缩小规模”时期细节开始“泄露”。随后对该方法的刻度进行了轻微修改,以处理高成熟度“页岩气区”。

    通过观察、科学方法、收集数据及检验假设,ΔlogR工作流程缓慢而有条不紊地发展起来。到1980年代末,该方法在全世界超过500个盆地成千上万的测试井中应用,如阿拉斯加北坡,墨西哥湾、巴黎盆地碳酸盐岩地层和加拿大西部盆地。当前,许多勘探地质家由于应用简便性而喜欢这种方法,另外有许多岩石物理学家不喜欢这种方法,是因为它不支持公认的岩石物理规则。

    全世界范围内,干井的主要风险之一是缺乏成熟有效的烃源岩。ΔlogR法可以通过识别深部探井中富含有机质的层段来解决这个问题。我们开始在北海英国海域的Kimmeridge页岩中识别烃源岩,这得益于丰富的测井和岩心数据。研究表明,Kimmeridge页岩的电阻率随热成熟度(Tmax)的增加而增大,而所有常规孔隙度测井(声波/中子/密度)通过显示异常大的孔隙度来反应有机质。1978年,Meissne发现Bakken地层电阻率与热成熟度之间的关系。由于我们的地球物理同事需要井震数据结合,ΔlogR方法最初涉及声波和深电阻率测井的刻度和重叠(F重叠),选择声波曲线是由于大多数井的声波测井都是全井段的,而密度和中子测井通常只在储层段内采集。最初对有机丰富度的刻度是对S2值(生油岩剩余生产能力)进行的,但后来对刻度进行了修改,直接与总有机碳(TOC)质量百分比关联。这项技术被调整以适用于其它孔隙度曲线,具体为用中子和密度曲线替代声波曲线。

    虽然ΔlogR开始并不是为评价非常规富有机质烃源岩储层研发的,但它可用于除成熟度(Ro大于2)非常高的所有页岩气储层的有机质含量评价。由于石墨的存在,ΔlogR在高成熟度(Ro>2)的非常规储层并不适用,因为储层不符合阿尔奇导电规律。在这类岩石中电阻率主要反映储层束缚水和自由水含量。ΔlogR方法基本原理是孔隙度和电阻率测井都能预测含水孔隙度(即“F重叠”)。含水孔隙度通常占沉积覆盖层的95%。富有机质泥岩中,不论成熟还是不成熟的地层孔隙度/电阻率重叠均发生分离。当成熟油气存在时,电阻率曲线增加,两曲线间的分离程度增加。油藏层段也有分离现象,但泥岩标志(如伽马测井)和适当的截止值可以避免预测储层岩石的TOC。ΔlogR的一个优点是它减少了估计TOC所需的未知变量的数量。重叠的曲线在目的层段被归一化,基线掩盖消除了大量的不利因素(岩性/矿物/实际孔隙度),阿尔奇指数m和n,Rw,地层温度等。因此,ΔlogR是一种经验技术,很容易应用于各种富含有机质泥岩。

ΔlogR技术回顾

步骤1  刻度孔隙度和电阻率曲线

    对于声波测井,1个电阻率对数模对应50μs/ft;

    对于密度曲线,1个电阻率对数模对应0.4g/cm;.

    对于中子曲线,1个电阻率对数模对应0.25个孔隙度单位;

步骤2  确定合适的基线

    确定含水泥岩层段,移动电阻率或声波曲线,使两条曲线在顶部相互重叠;基线化时,两条曲线将相互重叠或平行。

    遇到其他岩性时,基线需要修正。

    应用中通常会改变电阻率曲线以保持声波曲线为连续压实曲线。

    对于致密储层(如低孔隙度),对声波而言,1:50的近似刻度不准确,可应用图版矫正。

    致密碳酸盐岩电阻率高,ΔlogR较大,但是GR测井值低,所以它不像一个有潜力的富有机质泥岩。此外,非常低的DT(大约55μs/ft)指示一个致密或低孔隙度储层,而不是富有机质岩石。

    电阻率曲线向声波左侧偏离,两条曲线再次分离。在对下部泥灰岩重新定位后,曲线再次重合良好并识别富含有机质层段。

    logR只是表示“基线层段上”的差异。步骤3中声波时差基线值Tbaseline 和电阻率基线值Rbaseline 选取可以是“基线层段”任一点的坐标值(即X,Y)。

步骤3  计算每个logR值

    在电阻率和孔隙度曲线分离的地方可以识别出潜在的富有机层段。

    用声波测井、密度测井和中子测井计算logR的方程为:

ΔlogRDt= log10(R/Rbaseline) + 0.02 x ( Δt-Δ tbaseline)

ΔlogRDen= log10(R/Rbaseline) -2.50 x (rb rbaseline)

ΔlogRNeu= log10(R/Rbaseline) + 4.0 x (fN fNbaseline)

步骤4  应用适当的热成熟度计算TOC。

    最准确的热成熟度值来自样品测量,但也可以通过盆地模拟来估计。

    LOM是Hood et al.(1975)定义的有机变质程度,在logR的开发过程中使用了LOM。目前,大多数工业企业利用镜质组反射率(Ro)来确定烃源岩的成熟度,但同时利用岩石的Tmax值来确定未成熟烃源岩和油成熟烃源岩。

    右边的刻度图是LOM与Ro值的对应关系。

    一般来说,一旦刻度到数据,通过测井分辨率平均计算出来的TOC通常会精确到百分之一。由于不同的垂直分辨率(井壁岩心、岩屑、测井),单个样本的TOC值可能与测井预测的TOC不完全一致。由logR和LOM值计算TOC%的经验公式为:

    TOCwt% = 0.8 +( logR) x 10(2.297 0.1688 x LOM)

    重要提示:

    页岩中的基线层背景TOC通常平均为0.8 wt%,因此应该把这个值加回来,以替换上述刻度图表中所示的截距。

    尽管在Passey at al.(1990)文中对此进行了讨论,但许多人忘记了这一步,因为它没有明确地包含在TOC方程中。

 

步骤5   解释结果

    TOC的预测值很必要,但应用孔隙度/电阻率测井重叠就可以解释很多问题。

    重叠的形状(以及任何预测的TOC值)可以指示准等层沉积单元,可以与层序地层学和沉积环境相联系,有助于绘制富有机质层段的横向分布。

    当前ΔlogR方法的发展不是一个人的努力,是许多石油地球化学家、无机地球化学家、层序地层专家、油藏质量专家、石油工程师、SEM和XRD专家以及管理人员的密切合作。

    随着时间的推移,我们一起进行了一些基本的观察,发展了一种可靠的技术来评价有机质丰富的泥岩。有时,我感到惊讶的是,这种方法在近40年后还在继续应用。我们很幸运在正确的时间和正确的人在一起——这是划时代的转折点

 

简而言之

    总有机碳(TOC)可以通过不同的测井曲线来确定。

    如果有大量的岩心测量TOC可用,则可以利用任何标准孔隙度测井曲线来导出测井特定的刻度。

    铀和TOC之间的经验关系也可用,但一般只适用于海相烃源岩。

    ΔlogR方法简单可靠,包括常规测井(声波/电阻率)、(密度/电阻率)或(中子/电阻率) 。

    成熟烃源岩可以通过电阻率增加来检测。

    ΔlogR技术已应用于硅屑岩和碳酸盐的富有机质泥岩。

    ΔlogR技术应用于页岩气储层,原始刻度仅在油窗内(Ro = 0.5 -1.0);对于较高的成熟度值,如Ro = 0.9,刻度应该使用LOM= 10.5。

    用于高成熟度页岩气(Ro >2), ΔlogR技术不适用,因为存在额外的导电矿物(石墨)。

    煤很容易识别,但计算出的TOC值太低,因为该定标针对的是富含有机质泥岩,TOC值最高达30 wt%左右。

    ΔlogR技术还可以识别常规储层、致密带、超压层和岩性变化。

    富有机质层段的测井识别对于详细的取样和烃源潜力评价很重要。

【译者:中国石油大学(北京),赵培强】