致密碳酸鹽巖儲層礦物組分計算模型建立
——以鄂爾多斯盆地東部馬五X亞段儲層為例

俞保財，牟 瑜，任小鋒，蔡 芳，姚海林，羅丹婷

（1.中國石油集團測井有限公司長慶分公司，陜西西安 710201；2.中國石油集團測井有限公司測井應用研究院，陜西西安 710077）

鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組第五段第十亞段（馬五 X亞段）碳酸鹽巖儲層主要發育巖溶殘丘型氣藏，方解石、泥質等填充程度較高，巖性致密，儲層基質孔隙度和滲透率低，長期的風化剝蝕和淋濾溶蝕作用以及后期的壓實成巖作用，使得儲層性質復雜[1–3]。對于多種礦物組成的復雜巖性地層，利用常規測井資料較為精確地計算各類礦物組分的體積含量是巖性識別、儲層劃分及有效性評價的前提[4–5]。

馬五X亞段儲層礦物組分包括白云石、方解石、石英、黃鐵礦、硬石膏及硅質等。本文主要針對白云石、方解石開展研究，其他礦物由于含量極低，不予考慮。通過PE法、復雜礦物組分分析法及組合參數回歸模型3種方法開展礦物組分含量計算模型研究，并驗證和對比計算結果，優選出適用于鄂爾多斯盆地東部馬五X亞段儲層礦物組分計算的模型，為后期勘探開發提供依據。

1 巖石學特征

鄂爾多斯盆地東部馬家溝組風化殼主要儲層類型為溶孔型，溶孔型儲層物性在微觀方面主要受控于充填程度和充填物類型[6–10]。充填物的類型主要包括方解石、白云石、石英、石膏和高嶺石，其中方解石和白云石占充填物的90%以上，是決定儲層物性好壞的關鍵因素[11–12]。巖石礦物成分以白云石、方解石為主，含少量泥質和黃鐵礦；白云巖、粉晶–細粉晶白云巖是有效儲層的主要巖性，隨巖石灰質和泥質含量增加，儲層含氣性變差。

2 泥質含量計算

地層評價中，泥質含量計算是不可或缺的重要部分，也是進行測井定量解釋的前提。由各種測井方法可知，泥質含量信息在各種測井參數中均有不同程度地反映，即泥質含量影響所有的測井方法[13–14]。通過對各種測井參數對比分析，認為大部分測井參數受井眼條件和地層中所含流體性質等影響較大，無法準確地計算出泥質含量，但去鈾自然伽馬去除了自然伽馬曲線中鈾的影響，使得黏土礦物中鉀和釷的含量占主要貢獻地位，因此利用去鈾自然伽馬進行泥質含量的計算更加準確。

泥質含量的多少直觀體現在去鈾自然伽馬數值的高低上，可通過巖心刻度模型或經驗公式模型獲得。由于研究區巖心泥質含量分析資料較少，不足以保證巖心刻度計算的精度，故采用經驗公式為研究區泥質解釋模型。

通過對研究區奧陶系馬五X亞段取心分析資料與自然伽馬測井值進行統計，確定GCUR選取研究區經驗值2。

3 礦物組分體積含量計算方法

3.1 PE法

PE為巖石的光電吸收截面指數，不同巖性的PE值差別較大，且受孔隙流體影響小，因此可以采用PE曲線計算地層礦物組分體積含量。由于泥質和白云巖的PE值接近，可以先得到準確的灰巖含量，然后根據泥質含量計算結果求取白云巖的含量。本文直接應用體積光電吸收截面指數（U）定量求取碳酸鹽巖礦物組分。

通過對研究區巖石礦物成分測井參數進行統計，常見礦物參數取值見表1。

表1 礦物測井參數統計

為了確定泥質的體積光電吸收截面指數USH，通過泥巖段GR與PE、DEN交會確定泥巖PE值為3.30 b/電子，密度值為2.65 g/cm3。

通過上述方法對實際測井資料進行處理，圖 1為S61井馬五X亞段儲層礦物組分含量計算結果，與巖心分析資料相比，計算結果整體較為吻合，但仍有部分井段誤差較大。

3.2 復雜礦物組分分析法

圖1 S61井馬五X亞段儲層礦物組分含量計算結果

復雜礦物組分分析法適用于復雜的碳酸鹽巖剖面。設有C1、C2、C3與C4四種礦物成分，按其在交會圖上的位置，可與水點（PQR）構成三個三角形圖，由上往下順序成為第一個、第二個及第三個三角形。數據點落入哪個三角形內，就認為是由哪兩種礦物組成（圖 2）。礦物可能是白云石、硬石膏、石英與方解石中的兩種，即采用標準的四礦物選擇法。通常利用交會圖技術，采用指定雙礦物求解法，選用兩種任意孔隙度測井組合，同時求出儲層兩種視礦物含量和視總孔隙度，并依據計算出的泥質含量對計算結果進行平衡，最終求出儲層的孔隙度和礦物組分[15–17]。

圖2 CNL–DEN交會三角形示意圖

本文主要采用CNL–DEN與CNL–AC圖版進行礦物組分含量計算，并比較這兩套方法的精度。通過上述方法對實際測井資料進行處理，圖3為S95井馬五X亞段儲層礦物組分含量計算結果，與巖心分析資料相比，兩套方法計算精度整體都較高，但CNL–DEN圖版的計算結果在局部井段更加準確，精度較CNL–AC圖版更高。

3.3 組合參數回歸模型

多元相關分析是處理變量相關關系的一種數理統計方法。多元回歸分析的基本思想是：雖然因變量和自變量之間沒有確定性的、嚴格的函數關系，但可以設法找出最能代表他們之間關系的數學表達形式。礦物組分與測井多參數之間有著一定的相關性。本文在收集測井資料、巖心分析測試數據的基礎上，利用多元線性回歸，結合測井變量，對白云石、方解石與CNL、DEN、PE、GR等曲線的單相關性進行分析（圖4、圖5）。

根據單相關性分析結果，方解石與各測井參數相關性均較差，無法達到建模精度。白云石與各測井參數相關性相對較好，采用與白云石相關性最好的AC、CNL、DEN、PE、CGR進行多元回歸，建立白云石的組合參數回歸計算模型，計算公式如下：

式（4）中的回歸相關系數R2=0.89，從回歸分析結果可以看出，多因素分析的相關系數高于單因素分析的相關系數，這是由于礦物含量與各單因素均有關系，且存在不同的相關關系。

運用多參數模型與復雜礦物組分分析法對S133井馬五X亞段儲層進行礦物組分含量計算，其中第6、7道分別為多參數模型和CNL–DEN法計算的白云石含量，第 8、9道分別為多參數模型與 CNL–DEN法計算的方解石含量。通過與實驗分析結果對比，CNL–DEN法計算結果與實驗分析結果匹配度高（圖6）。

4 礦物組分計算模型應用效果

基于上述三種碳酸鹽巖儲層骨架礦物組分含量的計算方法，開展了28口井的測井資料巖性識別結果驗證，識別結果與巖心分析的礦物組分含量吻合程度明顯提高。

圖3 S95井馬五X亞段儲層礦物組分含量計算結果

圖4 白云石與各測井參數的單相關性分析

圖5 方解石與各測井參數的單相關性分析

圖6 S133井馬五X亞段儲層礦物組分含量計算結果

圖7 白云石體積含量計算精度對比

圖8 方解石體積含量計算精度對比

由圖7、圖8可知，基于復雜礦物組分分析法的CNL–DEN圖版法，所計算的礦物組分含量精度最高，平均誤差最小，是適用于鄂爾多斯盆地東部馬五X亞段儲層礦物組分計算的模型。

表2是S36井與S10井試氣層段儲層測井參數對比，從表中可以看出，S36井與S10井測井參數相近，均具有電阻率值高、聲波時差值大、密度值低的特點。S36井儲層巖性為粉晶白云巖，試氣日產氣65 238.9 m3，結論為氣層；S10井儲層巖性為含灰白云巖，試氣日產氣為0，結論為干層，說明含灰質導致儲層含氣性變差。由此可見，巖性準確識別對于碳酸鹽巖儲層的評價極為關鍵。

表2 S36井與S10井試氣層段儲層測井參數對比

5 結論

（1）鄂爾多斯盆地東部馬五X亞段儲層巖性以白云巖為主，含少量灰巖；儲層充填物是決定儲層物性好壞的關鍵因素，隨著灰質和泥質含量的增加，儲層滲透性變差，含氣性變差。

（2）通過對比PE法、復雜礦物組分分析法（包括CNL–DEN圖版法和CNL–AC圖版法）、組合參數回歸模型法對礦物組分含量計算的結果精度表明，基于復雜礦物組分分析法的CNL–DEN圖版法精度最高，是適用于鄂爾多斯盆地東部馬五X亞段儲層礦物組分計算的模型。