Question

烃源岩的测井分析与评价

Answer 1

（一）烃源岩地质特征与测井响应

1.地质特征

在进行烃源岩研究时，所涉及的对象既有成熟的烃源岩，也有未成熟的烃源岩。将未成熟的烃源岩定义为“潜在烃源岩”；将成熟并产生排烃的烃源岩定义为“有效烃源岩”。

石油伴生气的生气岩，也可理解为包括在烃源岩之内的一种情况。它们之间有着内在的成因联系。至于“煤型气”的源岩，则是煤系地层的特征。

2.测井响应

（1）自然伽马测井

因富含有机质的生烃岩常伴随有高放射性元素，生烃岩常有较高的自然伽马测井值，通常用异常高的自然伽马测井值来确定生油岩。近年来，自然伽马能谱测井的应用显著增加。由于铀和有机质之间有很好的关系，可用自然伽马能谱测井来有效地确定有机质丰度。

（2）脉冲中子能谱测井

连续C/O能谱测井在评价煤和生油岩中总有机碳（TOC）含量时有局限性。优点是对低含量有机碳反应灵敏。

（3）密度测井

因为固体有机质的密度比周围的岩石骨架低，可用密度测井来估算有机质含量。

（4）电阻率测井

在成熟生油岩中电阻率急剧增加，与不导电的烃类存在有关。

（二）烃源岩的测井解释方法

在评价烃源岩时，电阻率曲线的用途从简单的页岩电阻率比值参数的确定扩大到了电阻率与孔隙度和自然伽马测井之间复杂关系的确定。

1.电阻率-孔隙度测井组合

Flower在1983年阐述了用快速识别法来评价可能的生油岩段。把感应电阻率曲线重叠在全波声波（或密度测井）曲线上。通过移动电阻率曲线，使之与横波的首波一致，不一致层段解释为可能的生油岩段。

Meyer和Nederlof在1984年提出了电阻率、密度和声波测井组合解释烃源岩的方法。该方法利用密度-电阻率交会图，或传播时间-电阻率交会图。电阻率相对较高和传播时间相对高或体积密度相对低的数据代表生油岩。反之，可能缺乏有机质。该方法只判别生油岩、非生油岩，没有定量确定有机质的丰度。

2.声波-电阻率测井组合

Passey等在1989年报道了一项可以用于碳酸盐岩和碎屑岩生油岩的技术，能够预测不同成熟度条件下的总有机质含量（TOC）。这一方法便是声波和电阻率测井重叠法。在应用时，对传播时间曲线和电阻率曲线刻度使对数电阻率为1Ω·m的刻度对应的声波时差为328μs/m（100μs/ft）。把非生油岩的曲线叠加在一起作为基线，当两条曲线在一定深度范围内“一致”或完全重叠时为基线。确定基线之后，用两条曲线间的间距来识别富含有机质的层段。两条曲线间的距离为ΔlgR，每一个深度增量测一次（图7-49）。图中，声波和电阻率曲线的相对刻度是164μs·m^-1对应一个电阻率十进制单位。两条重叠中部的数据为R基线和Δt基线值（对这个例子来说，R_基线=1Ω·m，Δt_基线=328μs·m^-1）。这一段的L_OM=6～7，为Ⅱ型干酪根（L_OM为有机质成熟度）。

图7-49 富含有机质段（烃源岩）声波与电阻率测井曲线叠合确定ΔlgR

图7-50 ΔlgR与TOC关系图

ΔlgR与TOC线性相关，并且是成熟度的函数。如果可以确定成熟度，那么利用ΔlgR与TOC关系图可以把ΔlgR直接换算成TOC（图7-50）。

成熟度L_OM可以从大量样品的分析得到（如RO，热变指数），或从埋藏史的评价中得到。如果成熟度L_OM估算不准确，TOC绝对值将有误差。但是，仍能正确反映TOC的垂向变化。

根据声波-电阻率测井曲线叠加计算ΔlgR的代数方程为

地球物理测井

式中：lgR为实测曲线间距在对数电阻率坐标上的读数；R为测井仪实测的电阻率，单位是Ω·m；Δt为实测的传播时间，单位是μs/ft；R_基线为非生油的粘土岩中基线对应于Δt_基线值的电阻率；0.02为依赖与上面提到的每一个电阻率刻度的-50μs/ft比值。

通常，Δt_基线值在整个井都一样。仅R_基线值在变化来使曲线叠合。对图7-49所示的井段，用Δt_基线=328μs·m^-1和相应的R_基线=1.0Ω·m来画图。从ΔlgR计算TOC的经验方程是

地球物理测井

式中：TOC为计算的总有机碳含量，%；L_OM为成熟度。

L_OM=7对应于生油干酪根成熟作用的开始，L_OM=12对应于生油干酪根过成熟作用的开始（图7-50）。

实际上，所有泥岩都含有一定数量的有机碳。世界上泥岩平均TOC是0.2%～1.65%；TOC一般超过0.8%。正是因为这一TOC背景值，不管ΔlgR间距有多大，对所有ΔlgR大于零的层段，用式（7-2）计算TOC还得加上0.8%。

生油岩和含油层段中都存在ΔlgR。在计算TOC剖面时，用自然伽马或自然电位就可以排除非储层段。

以上方法的优点是，声波和电阻率测井曲线对孔隙度的变化都很灵敏。一旦确定了给定岩性的基线，那么孔隙度变化影响两条曲线的响应，一条曲线的移动对应另一条曲线的移动，移动幅度可对比。

3.LOGES系统的烃源岩测井解释

LOGES油气评价系统（李国平，1996）对烃源岩的测井解释方法进行了较系统的总结。

（1）烃源岩的概念模型

通常，生油气岩是含有大量有机质的泥岩和石灰岩。非生烃岩也含有有机质，数量一般不大。假设富含有机质的岩石由三部分组成：岩石骨架、固体有机质和充填空隙的流体。非生烃岩仅由两部分组成：岩石骨架和充填孔隙的流体（图7-51（a））。在未成熟的生烃岩中，固体部分包括固体有机质和岩石骨架，地层水充填孔隙空间φ_t=φ_w（图7-51（b））。当生烃岩成熟时，一部分固体有机质转换为液态（或气态）烃，并运移到孔隙中（φ_og），替代地层水。此时，总孔隙度φ_t=φ_w+φ_og（图7-51（c））。

图7-51 烃源岩概念模型

上述烃源岩概念模型与其他测井解释模型的不同之处是，在烃源岩概念模型中，增加了固体有机质（干酪根）部分，并把其作为岩石骨架的一部分设置。固体有机质具有低速度、低体积密度和高烃含量的物理化学特征。因此，固体有机质具有高声波时差、低体积密度和高中子孔隙度的测井响应，这是用烃源岩概念模型研究生烃岩有机质丰度、成熟度、产烃率的理论基础。

（2）烃源岩含油气饱和度

烃源岩中的含油气饱和度不但随埋深增加而增大，而且与有机质的丰度成正比，并与有机质的类型和成熟度有直接关系。因此，烃源岩的含油气饱和度，直接反映了烃源岩的生油潜力，它是测井评价烃源岩的重要参数。关于含油气饱和度的计算，可以采用阿尔奇公式求解：

地球物理测井

式中：S_wt为烃源岩含水饱和度；R_wc为烃源岩中水的电阻率；φ_t为烃源岩总孔隙度；R_t为烃源岩电阻率。

系数a、b，指数m、n可通过岩电实验取得。对新区来说，可采用经验值a=0.62，b=1，n=2，m=2.15。

当取得烃源岩含水饱和度后，可采用下式计算烃源岩含油气饱和度：

地球物理测井

（3）烃源岩总孔隙度和有效孔隙度

烃源岩的总孔隙度大小反映了生烃岩的压实排烃状况。它是研究生油气岩必不可少的参数。高孔隙度生烃岩标志生烃岩压实程度低，排烃不充分；生成的油气残存于源岩中，对油气聚集贡献小。但是，随着埋深的增加，油气尚可源源不断地从源岩中排出。因此，高总孔隙度生烃岩为潜力生烃岩或称活源岩。低总孔隙度生烃岩，标志源岩生成的油气已随埋深压实产生了油气初次运移，它已对油气的运移、聚集产生了贡献。因此，具有较低孔隙度的生烃岩称之为有效生烃岩。

生烃岩的有效孔隙度，反映生烃岩次生孔隙和次生裂缝的发育状况。生烃岩的次生裂缝，是油气向外运移的通道。因此，有效孔隙度反映生烃岩自身排烃的物理条件，对研究油气初次运移具有参考价值。

关于总孔隙度φ_t和有效孔隙度φ_e的求取，可通过中子-密度交会技术来计算。

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