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Apr 文章编号 地球物理测井在天然气水合物

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Apr 文章 编号 地球物理 测井 天然气 水合物
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第 18卷 第 2期2003 年 4月地 球 科 学 进 展 2003 文 章 编 号 : 1001 2003 ) 02 球 物 理 测 井 在 天 然 气 水 合 物勘 探 中 的 应 用 高 兴 军 1, 于 兴 河 1, 李 胜 利 1, 段 鸿 彦 2( 地 质 大 学 , 北 京   100083 ; 石 油 勘 探 仪 器 总 厂 科 技 信 息 部 , 西 安   710065 )摘   要 : 天 然 气 水 合 物 是 一 种 潜 在 的 巨 大 能 源 。 美 国 、 日 本 、 俄 罗 斯 等 发 达 国 家 在 该 领 域 已 经 进 行了 大 量 的 研 究 工 作 , 试 图 从 各 个 角 度 去 探 测 天 然 气 水 合 物 的 存 在 并 评 价 其 蕴 藏 量 。 地 球 物 理 测 井在 天 然 气 水 合 物 探 测 与 储 量 评 价 领 域 发 挥 了 重 要 作 用 并 且 随 着 以 勘 探 天 然 气 水 合 物 为 目 的 的 钻 井的 增 多 , 日 益 受 到 重 视 。 基 于 国 内 在 该 领 域 研 究 较 少 的 现 状 , 综 述 了 国 外 地 球 物 理 测 井 技 术 在 天 然气 水 合 物 勘 探 中 的 应 用 , 详 细 介 绍 了 常 规 测 井 方 法 定 性 识 别 和 定 量 评 价 天 然 气 水 合 物 储 层 的 孔 隙度 、 饱 和 度 方 法 和 技 术 , 基 于 含 天 然 气 水 合 物 储 层 的 碳 氧 比 能 谱 测 井 解 释 模 型 以 及 成 像 测 井 在 含 天然 气 水 合 物 井 段 的 测 井 响 应 。 并 在 此 基 础 上 分 析 了 我 国 在 该 领 域 的 研 究 思 路 。关   键   词 : 天 然 气 水 合 物 ; 测 井 ; 常 规 测 井 ; 碳 氧 比 能 谱 测 井 ; 成 像 测 井中 图 分 类 号 : 8 + 1;     文 献 标 识 码 : 引   言天 然 气 水 合 物 是 由 天 然 气 和 水 组 成 的 结 晶 物质 , 俗 称 “ 可 燃 冰 ” 。 近 年 来 , 天 然 气 水 合 物 尤 其 是甲 烷 水 合 物 成 为 世 界 发 达 国 家 今 后 油 气 后 备 储 量 的研 究 焦 点 , 原 因 是 在 永 久 冻 土 带 和 海 底 沉 积 物 中 广泛 分 布 着 天 然 气 水 合 物 , 并 且 该 物 质 被 认 为 是 潜 在的 新 能 源 , 根 据 科 学 家 大 胆 的 推 测 , 全 球 海 底 天 然 气水 合 物 的 甲 烷 资 源 量 高 达 2 × 10 16 m 3 , 是 迄 今 为 止 地球 上 所 有 已 知 的 煤 、 石 油 及 天 然 气 矿 床 的 甲 烷 当 量的 2 倍 [ 1] 。数 十 年 来 , 测 井 技 术 在 石 油 、 天 然 气 工 业 中 已 发挥 了 巨 大 的 作 用 , 地 球 物 理 测 井 方 法 是 使 用 较 早 的天 然 气 水 合 物 勘 察 方 法 之 一 。 因 此 其 在 天 然 气 水 合物 这 一 新 兴 能 源 的 的 勘 探 中 必 然 有 其 应 有 的 地 位 ,并 可 发 挥 重 大 的 作 用 。 目 前 世 界 范 围 内 把 测 井 技 术应 用 到 天 然 气 水 合 物 勘 探 中 的 实 例 主 要 有 以 下 几 个区 域 。 国 际 大 洋 钻 探 计 划 ( 简 称 的 164 航 次 目 的 是 探 测 布 莱 克 脊 天 然 气水 合 物 的 存 在 。 该 航 次 重 点 就 放 在 用 测 井 方 法 获 得有 关 天 然 气 水 合 物 的 信 息 [ 2] 。 在 164 航 次 以 前 , 只有 3 个 位 置 进 行 过 有 关 天 然 气 水 合 物 的 测 井 , 分 别是 阿 拉 斯 加 北 部 斜 坡 [ 3] , 危 地 马 拉 太 平 洋 沿 岸 的 中美 洲 海 槽 [ 4] 和 加 拿 大 太 平 洋 沿 岸 的 卡 斯 凯 迪 亚( 大 陆 边 缘 [ 5, 6] 。 在 卡 斯 凯 迪 亚 大 陆 边 缘 、阿 拉 斯 加 北 部 斜 坡 和 危 地 马 拉 太 平 洋 沿 岸 以 及 次 都 对 测 井 资 料 进 行 了 研 究 , 我 国 在 这方 面 研 究 较 少 , 仅 在 我 国 南 海 进 行 的 次有 少 量 测 井 记 录 [ 7] 。 本 文 试 图 从 常 规 测 井 方 法 , 碳氧 比 测 井 方 法 和 成 像 测 井 方 法 三 方 面 分 析 测 井 技 术在 天 然 气 水 合 物 勘 探 中 的 应 用 。1  常 规 测 井 方 法 在 天 然 气 水 合 物 勘 探中 的 应 用 [ 2]定 性 识 别 方 法1972 年 阿 拉 斯 加 北 部 斜 坡 的 西 北 部 艾 琳 湖   收 稿 日 期 : 2002 修 回 日 期 : 2002  作 者 简 介 : 高 兴 军 ( 1972-) , 男 , 黑 龙 江 明 水 人 , 博 士 研 究 生 , 主 要 从 事 储 层 表 征 与 地 质 建 模 、 天 然 气 水 合 物 储 层 评 价 .E - m 站 的 2 号 井 657 m 深 度 处 , 取 芯 获 得 了 天然 气 水 合 物 样 品 , 证 实 了 它 的 存 在 , 其 对 应 的 测 井 响应 是 相 对 较 高 的 电 阻 率 和 声 波 速 度 。 1982 年 深 海钻 探 计 划 ( 简 称 84航 次 在 危 地 马 拉 太 平 洋 沿 岸 的 中 美 洲 海 槽 的 570 站位 , 通 过 钻 井 取 芯 获 得 m 长 的 块 状 天 然 气 水 合物 岩 芯 , 其 测 井 特 征 为 高 电 阻 ( 约 155 Ω · m) , 高 声速 ( 约 ) , 高 中 子 孔 隙 度 ( 约 67% ) 和 低 密度 ( 约 g / ) 。 通 过 西 北 艾 琳 湖 站 的 2 号 井已 证 实 天 然 气 水 合 物 存 在 层 段 的 常 规 测 井 数 据 , 并具 有 以 下 特 征 :( 1) 电 阻 率 测 井 ( 双 感 应 ) : 与 饱 和 水 的 地 层 相比 , 天 然 气 水 合 物 层 位 在 电 阻 率 测 井 曲 线 上 具 有 相对 高 的 电 阻 率 偏 移 。( 2) 自 然 电 位 测 井 : 与 含 游 离 气 的 层 位 相 比 , 自然 电 位 测 井 曲 线 在 天 然 气 水 合 物 层 位 负 偏 移 幅 度 相对 较 低 。( 3) 井 径 测 井 : 天 然 气 水 合 物 层 位 的 井 径 曲 线通 常 显 示 特 大 的 井 眼 尺 寸 , 这 是 由 于 天 然 气 水 合 物分 解 导 致 岩 石 稳 定 性 破 坏 所 引 起 的 。( 4) 声 波 时 差 测 井 : 与 饱 和 水 或 游 离 气 的 层 位相 比 , 含 天 然 气 水 合 物 层 位 声 波 时 差 降 低 。( 5) 中 子 孔 隙 度 测 井 : 含 天 然 气 水 合 物 层 位 中子 孔 隙 度 略 微 增 加 , 这 与 含 游 离 气 层 位 中 子 孔 隙 度明 显 降 低 恰 好 相 反 。( 6) 密 度 测 井 : 含 天 然 气 水 合 物 层 位 与 饱 和 水的 层 位 相 比 , 密 度 略 有 降 低 。以 次 994 D 井 测 井 曲 线 为 例 , 层 位 已 经 采 样 证 实 天 然 气 水 合 物 的 存 在 。 随 深 度 的增 加 , 声 速 从 顶 部 的 1. 65 , 自 然 伽 马 和 密 度 测 井 基 本 保 持 稳 定 , 电 阻率 明 显 偏 离 基 线 出 现 高 值 区 。定 量 解 释 方 孔 隙 度 计 算 方 法沉 积 物 的 孔 隙 度 可 以 通 过 大 量 测 井 和 取 芯 资 料的 分 析 获 得 。 在 次 的 994 、 995 和 997 站位 已 经 试 图 用 岩 性 密 度 、 中 子 孔 隙 度 和 电 阻 率 来 计算 沉 积 物 的 孔 隙 度 , 并 用 岩 芯 分 析 的 孔 隙 度 对 测 井求 得 的 孔 隙 度 进 行 校 正 和 评 价 。( 1) 岩 芯 分 析 孔 隙 度 。 岩 芯 分 析 孔 隙 度 实 际 代表 了 100% 含 水 沉 积 物 中 总 含 水 量 占 岩 石 总 体 积 的比 例 , 包 括 层 间 水 、 束 缚 水 和 自 由 水 。 大 多 数 孔 隙 度测 井 资 料 测 量 的 是 沉 积 物 中 总 含 水 量 的 多 少 , 因 此岩 芯 和 测 井 得 到 的 孔 隙 度 应 当 具 有 一 致 性 。( 2) 密 度 测 井 确 定 孔 隙 度 。 密 度 测 井 的 质 量 受井 眼 扩 径 的 影 响 很 大 , 要 对 密 度 测 井 曲 线 作 井 眼 校正 。 用 校 正 后 的 密 度 曲 线 ( ρ b) 计 算 孔 隙 度 ( Φ ) , 其计 算 公 式 为 :Φ = ( ρ m - ρ b) /( ρ m - ρ f) ( 1)其 中 , 水 的 密 度 ρ f = g / , 骨 架 密 度 ρ m 随 深度 的 不 同 而 变 化 , 从 ~ g / 。 在 次 994 D、 995 B 和 997 C 井 采 用 上 述 方 法 计 算 的 孔隙 度 范 围 为 50% ~ 70% 。 通 常 密 度 测 井 求 得 的 孔隙 度 比 岩 芯 孔 隙 度 偏 高 , 其 原 因 可 能 与 粘 土 含 量 高 、沉 积 物 未 固 结 以 及 仪 器 与 井 壁 无 法 良 好 接 触 有 关 。因 此 这 3 口 井 的 密 度 测 井 曲 线 可 用 来 评 价 孔 隙 度 的总 体 趋 势 , 但 不 能 用 来 定 量 计 算 。( 3) 中 子 孔 隙 度 测 井 。 中 子 孔 隙 度 测 井 测 量 的是 沉 积 物 孔 隙 空 间 的 含 氢 量 。 仪 器 通 过 2 个 探 头 间接 测 量 热 中 子 和 超 热 中 子 , 从 而 可 提 供 2 种 孔 隙 度测 量 方 式 。 994 C 和 995 B 井 测 得 的 中 子 孔 隙 度 平 均为 50% , 超 热 中 子 孔 隙 度 平 均 为 100% 。 但 在 水 中( 无 沉 积 物 ) 热 中 子 和 超 热 中 子 孔 隙 度 分 别 为 50%和 100% , 说 明 这 2 口 井 测 的 中 子 孔 隙 度 没 有 任 何价 值 。 在 石 油 工 业 中 应 用 的 中 子 孔 隙 度 仪 器 一 般 有弹 性 支 撑 臂 使 极 板 靠 紧 井 壁 , 从 而 降 低 扩 径 的 影 响 。但 当 在 钻 杆 中 使 用 该 仪 器 时 , 无 法 使 用 带 弹 性 支 撑臂 的 中 子 孔 隙 度 仪 器 。( 4) 用 电 阻 率 计 算 孔 隙 度 。 用 电 阻 率 可 以 确 定沉 积 孔 隙 度 , 阿 尔 奇 公 式 给 出 了 电 阻 率 和 孔 隙 度 之间 的 关 系 :R t/R w = α Φ - m ( 2)其 中 , a, m 是 待 定 常 数 , R w 是 地 层 水 电 阻 率 。电 阻 率 R w 是 地 层 水 的 温 度 和 矿 化 度 的 函 数 。在 994 、 995 、 997 站 位 的 孔 隙 水 矿 化 度 数 据 可 以 通 过粒 间 水 样 分 析 获 得 。 粒 间 水 的 矿 化 度 趋 势 类 似 于 粒间 水 氯 离 子 的 变 化 趋 势 。 R w 可 以 通 过 岩 芯 水 分 析矿 化 度 资 料 和 测 量 的 地 温 用 式 计 算 , 需 要 注意 的 是 在 天 然 气 水 合 物 层 位 岩 芯 水 分 析 矿 化 度 资 料可 能 会 受 天 然 气 水 合 物 分 解 释 放 的 淡 水 影 响 。为 了 计 算 a、 m , 采 用 8] 1984 年 提 出 的 方法 。 为 避 免 天 然 气 水 合 物 的 影 响 , 在 计 算 a、 m 的 过程 中 一 般 不 用 含 天 然 气 水 合 物 层 段 的 电 阻 率 。 在 上述 3 个 站 位 的 孔 隙 度 解 释 中 采 用 a = m = 应 用 该 方 法 计 算 的 孔 隙 度 比 上 述 两 种 方 法 效果 好 , 并 与 岩 芯 分 析 孔 隙 度 吻 合 较 好 。岩 芯 孔 隙 度 与 测 井 分 析 孔 隙 度 相 比 , 电 阻 率 方法 求 得 的 孔 隙 度 更 接 近 于 岩 芯 分 析 孔 隙 度 。 密 度 测603                                       地 球 科 学 进 展                                       第 18卷井 孔 隙 度 通 常 大 于 岩 芯 孔 隙 度 , 这 是 由 于 扩 径 对 其的 影 响 。 在 布 莱 克 脊 3 口 井 的 实 践 表 明 电 阻 率 方 法求 孔 隙 度 效 果 最 好 。 但 是 由 于 天 然 气 水 合 物 存 在 对电 阻 率 的 影 响 , 用 电 阻 率 求 得 的 孔 隙 度 在 应 用 时 也要 慎 重 , 最 好 采 用 岩 芯 孔 隙 度 资 料 或 用 岩 芯 孔 隙 度进 行 校 正 。天 然 气 水 合 物 饱 和 度 计 算电 阻 率 可 用 来 确 定 沉 积 物 中 天 然 气 水 合 物 的 含量 , 为 此 我 们 假 设 位 对 应 的 电 阻 率 的 高 值和 声 速 的 高 值 是 由 于 天 然 气 水 合 物 的 存 在 造 成 的 。然 而 另 一 个 假 设 认 为 粒 间 水 的 矿 化 度 变 化 导 致 了 测井 曲 线 上 电 阻 率 的 变 化 。 布 莱 克 脊 3 个 站 位 的 位 取 芯 资 料 的 地 化 分 析 表 明 孔 隙 水 氯 离 子浓 度 相 对 较 低 。 这 也 许 可 以 说 明 由 于 低 含 氯 盐 度 的地 层 水 导 致 测 量 的 电 阻 率 有 所 增 加 。 然 而 , 声 波 曲线 不 受 孔 隙 水 矿 化 度 变 化 的 影 响 , 显 然 认 为 声 波 和电 阻 率 在 层 位 的 异 常 均 由 矿 化 度 的 变 化 引起 的 假 设 是 不 成 立 的 。 为 了 进 一 步 评 价 孔 隙 水 矿 化度 对 测 井 曲 线 的 影 响 , 对 位 的 电 阻 率 随 孔隙 水 矿 化 度 的 变 化 进 行 定 量 研 究 , 认 为 要 使 位 顶 部 电 阻 率 达 到 · m , 则 孔 隙 水 矿 化 度 相对 于 海 水 基 线 32 × 10 - 12 要 稀 释 72% 即 达 到 9 ×10- 12 l 。 高 达 72% 的 孔 隙 水 矿 化 度 变 化 远 大 于岩 芯 分 析 中 测 量 到 的 变 化 , 后 者 只 有 15% 。 因 此 ,不 能 单 独 用 粒 间 水 矿 化 度 的 变 化 来 解 释 电 阻 率 的 变化 趋 势 , 另 一 种 可 能 性 就 是 天 然 气 水 合 物 的 存 在 导致 了 电 阻 率 的 变 化 。有 两 种 形 式 的 阿 尔 奇 公 式 用 来 计 算 含 水 饱 和 度( 和 天 然 气 水 合 物 的 饱 和 度 ( 1- 。 在 次 994 、 995 、 997 站 位 , 所 用 的 电 阻 率 测 井曲 线 是 双 感 应 ) 。第 一 种 形 式 为 标 准 阿 尔 奇 公 式 , 即 ( α R w /Φ m R t) 1/n, 在 计 算 中 代 入 2 组 不 同 的 孔 隙 度 , 可 以 计算 出 不 同 的 2 种 孔 隙 度 都 来 自 岩 芯 分 析 资 料 。第 一 组 是 采 用 岩 芯 分 析 孔 隙 度 的 绝 对 值 , 分 析 点 之间 的 点 用 线 性 内 插 。 第 二 组 孔 隙 度 是 利 用 每 口 井 岩芯 分 析 的 孔 隙 度 回 归 得 到 的 趋 势 线 计 算 的 。 R w 采用 位 和 位 的 岩 芯 分 析 计 算 的 地层 水 电 阻 率 , 阿 尔 奇 常 数 a 和 m 分 别 采 用 a = m = 经 验 常 数 n = 在 994 D, 995 B 和 997 B 3 口 井 中 , 用 阿 尔 奇 公式 求 得 的 含 水 饱 和 度 在 100% ~ 80% 之 间 变 化 。 经比 较 , 采 用 标 准 阿 尔 奇 公 式 , 孔 隙 度 用 岩 芯 分 析 的 绝对 值 , 计 算 的 含 水 饱 和 度 变 化 剧 烈 。 而 当 采 用 统 计平 均 的 孔 隙 度 时 , 含 水 饱 和 度 更 稳 定 。第 二 种 形 式 基 于 修 正 的 快 速 直 观 阿 尔 奇 分 析 技术 , 该 方 法 利 用 饱 含 水 的 沉 积 层 和 饱 含 烃 的 沉 积 层电 阻 率 比 值 计 算 含 水 饱 和 度 。 其 公 式 为 ( R 0 /1/n, 其 中 100 % 含 水 地 层 的 电 阻 率 , R t 为 含天 然 气 水 合 物 层 段 的 电 阻 率 , n 为 经 验 系 数 。 该 方法 基 于 下 述 逻 辑 : 若 孔 隙 空 间 100% 含 水 , 深 探 测 电阻 率 仪 器 将 测 到 100% 含 水 地 层 的 电 阻 率 测 得的 R 0 被 认 为 是 一 个 相 对 的 基 线 , 其 邻 层 的 油 气 饱 和度 可 通 过 它 来 求 得 。 用 层 位 和 层 位的 非 含 天 然 气 水 合 物 层 段 的 深 探 测 电 阻 率 推 出 层 位 的 R 0。 实 验 室 分 析 求 得 n 的 估 计 值 已 知 R t、 R 0、 n 就 可 以 估 计 含 水 饱 和 度 了 。2  碳 氧 比 测 井 方 法 在 天 然 气 水 合 物 勘探 中 的 应 用 [ 9]随 着 人 们 对 天 然 气 水 合 物 的 兴 趣 的 日 益 增 加 ,确 定 天 然 气 水 合 物 体 积 及 其 中 天 然 气 含 量 就 显 得 十分 重 要 。 碳 氧 比 能 谱 测 井 提 供 了 一 种 定 量 评 价 地 层中 含 天 然 气 水 合 物 饱 和 度 的 方 法 。 碳 氧 比 能 谱 测 井也 叫 中 子 伽 马 能 谱 测 井 , 它 能 提 供 岩 石 矿 物 中 大 多数 的 元 素 信 息 , 从 而 建 立 详 细 的 矿 物 模 型 。碳 氧 比 能 谱 测 井 是 斯 仑 贝 谢 公 司 开 发 的 地 球 化学 测 井 仪 器 ( 的 一 部 分 , 4 部 分 组 成 , 即自 然 伽 马 能 谱 测 井 ( ; 中 子 孔 隙 度 测 井 ( , 携 带 C 中 子 源 , 而 不 是 常 规 的 镅 铍 中 子 源 ; 铝 活 化 测 井 ( 与 共 用 同 一 中 子 源 ) ; 伽 马 能 谱 仪 ( 即 碳 氧 比 能 谱仪 。 于 仪 器 串 的 底 部 , 由 14 高 能 脉 冲中 子 发 生 器 和 闪 烁 晶 体 探 测 器 组 成 。 测 井 时 ,中 子 与 地 层 中 的 每 一 种 元 素 发 生 相 互 作 用 , 都 会 放出 具 有 一 定 能 量 的 的 伽 马 射 线 。 因 此 , 通 过 伽 马 能谱 分 析 , 可 根 据 某 一 元 素 特 征 伽 马 射 线 强 度 来 判 断其 元 素 的 丰 度 。 通 过 组 合 测 井 所 测 量 的 各 元 素 产额 , 可 以 计 算 储 层 孔 隙 度 、 岩 性 、 地 层 流 体 矿 化 度 、 油气 饱 和 度 ( 包 括 天 然 气 水 合 物 饱 和 度 ) 。天 然 气 水 合 物 C / O 储 层 模 型 量 岩 石 中 C、 O、 S、 的含 量 。 岩 石 中 特 定 元 素 的 含 量 不 但 由 骨 架 矿 物 控 制的 , 也 与 岩 石 孔 隙 中 的 流 体 有 关 。 用 C / O 伽 马 射 线比 求 天 然 气 水 合 物 的 饱 和 度 。 应 用 分 子 化 学 计 算 方法 , 可 以 计 算 1 孔 隙 体 积 和 骨 架 中 所 含 C 和 量 , 其 中 包 括 下 列 物 质 : 水 、 甲 烷 气 、 冰 、 结 构 水 合 物 、 砂 岩 骨 架 、 灰 岩 ( 方 解 石 ) 骨 架 、 粘 土703 第 2期                         高 兴 军 等 : 地 球 物 理 测 井 在 天 然 气 水 合 物 勘 探 中 的 应 用                  ( 蒙 脱 石 、 伊 利 石 、 绿 泥 石 、 高 岭 土 ) 骨 架 和 分 散 有 机碳 。 组 成 储 层 的 每 一 种 组 分 的 化 学 表 达 式 和 体 积 密度 用 来 计 算 存 在 于 每 立 方 厘 米 的 物 质 中 的 C、 O 原子 数 目 。 粘 土 矿 物 的 计 算 比 较 复 杂 , 这 是 由 于 它 们的 高 度 变 化 的 化 学 性 质 。应 用 简 单 混 合 原 理 和 元 素 的 浓 度 , 可 以 推 出 元素 比 , 从 而 确 定 天 然 气 水 合 物 储 层 饱 和 度 , C / O 比储 层 模 型 所 模 拟 的 储 层 包 括 石 英 或 方 解 石 骨 架 ( 不含 粘 土 ) 、 天 然 气 水 合 物 及 水 、 冰 或 甲 烷 气 。 C / O 与孔 隙 度 ( 0% ~ 60% ) 的 交 会 图 版 与 常 规 的 油 气 C / 状 图 版 相 似 。C / O 方 法 求 天 然 气 水 合 物 饱 和 度 中 的 不 确 定性 取 决 于 解 释 过 程 中 每 一 测 量 的 不 确 定 性 。 对 于 一定 范 围 内 的 孔 隙 度 , 用 C / O 含 水 饱 和 度 的 不确 定 性 是 变 化 的 。 随 孔 隙 度 的 增 加 , 不 确 定 性 迅 速下 降 , 在 高 孔 隙 度 的 地 层 中 , 如 含 气 水 化 合 物 , 地 层流 体 中 C 和 O 的 量 很 高 , 得 的 天 然 气 水 合 物饱 和 度 的 精 度 提 高 。复 杂 的 C / O 储 层 模 型 量 C、 O 量 不 仅 受 地 层 中 孔 隙 流 体 控 制 ,也 受 井 眼 流 体 和 岩 石 骨 架 的 制 约 。 考 虑 了 井 眼 周 围所 有 C、 O 来 源 的 方 程 如 下 := A C m + C p + C O p + O b( 3)其 中 : 测 井 测 量 的 碳 氧 比 ;C m — 骨 架 中 的 含 碳 量 ;C p— 孔 隙 中 的 含 碳 量 ;C b— 井 眼 中 的 含 碳 量 ;O m — 骨 架 中 的 含 氧 量 ;O p— 孔 隙 中 的 含 氧 量 ;O b— 井 眼 中 的 含 氧 量 ;A 是 由 碳 和 氧 元 素 的 相 对 非 弹 性 中 子 反 应 截 面决 定 的 , 直 接 计 算 和 蒙 特 卡 罗 模 拟 确 定 其 在 大 多 数地 层 中 其 值 为 骨 架 碳 项 ( C m) 是 各 种 骨 架 体 积 与 其 C 丰 度 的乘 积 之 和 , 包 括 石 灰 岩 和 白 云 岩 的 碳 酸 盐 岩 通 常 是唯 一 主 要 的 常 规 储 层 骨 架 碳 的 来 源 。 然 而 , 海 相 沉积 中 有 机 碳 相 对 丰 度 高 。 孔 隙 碳 ( C p) 项 主 要 是 由于 油 气 的 存 在 。 骨 架 氧 ( O m) 项 来 源 比 骨 架 碳 ( C m)来 源 更 丰 富 和 广 泛 。 因 为 骨 架 氧 存 在 于 大 多 数 骨 架成 分 中 。 孔 隙 氧 ( O p) 项 在 常 规 油 气 储 层 中 主 要 来源 于 孔 隙 水 的 成 分 。 ( 3) 式 中 其 余 2 项 是 井 眼 对 贡 献 的 产 额 。 井 眼 中 C 和 O 的 含 量 是 井 眼 尺寸 , 仪 器 外 径 和 井 眼 流 体 的 化 学 成 分 的 函 数 。 这 些因 素 要 进 行 评 价 来 说 明 潜 在 的 对 量 的 影 响 。( 3) 式 可 以 扩 展 成 考 虑 常 规 油 气 储 层 中 各 种 井 眼 成分 中 碳 和 氧 含 量 := A α ( 1- Φ ) + β Φ C b[ γ ( 1- Φ ) + δ Φ ( 1- S h) ] + O b( 4)其 中 :Φ — 孔 隙 度 , 小 数 ;油 气 饱 和 度 , 小 数 ;C b— 井 眼 中 的 相 对 的 碳 原 子 的 丰 度 ;C o— 井 眼 中 相 对 氧 原 子 的 丰 度 ;α — 骨 架 中 碳 原 子 丰 度 ;β — 地 层 孔 隙 中 碳 原 子 丰 度 ;γ — 骨 架 中 氧 原 子 丰 度 ;δ — 地 层 孔 隙 中 氧 原 子 丰 度 。在 含 天 然 气 水 合 物 的 地 层 中 , 与 天 然 气 水 合 物框 架 有 关 的 水 分 子 中 的 氧 的 存 在 也 对 孔 隙 氧 ( O p)有 贡 献 。 在 ( 4) 式 中 加 入 与 天 然 气 水 合 物 有 关 的 氧项 := A α ( 1- Φ ) + β Φ C b[ γ ( 1- Φ ) + δ Φ ( 1- ] + μ Φ O b( 5)其 中 μ 是 结 构 烷 水 合 物 中 氧 的 丰 度 。 ( 5) 式中 气 饱 和 度 可 以 加 以 修 改 以 适 应 更 加 复 杂的 矿 物 成 分 。通 常 认 为 孔 隙 水 中 溶 解 的 盐 和 地 层 中 的 泥 质 对 量 不 敏 感 。 然 而 , 评 价 含 泥 质 的 海 相 沉 积 物对 碳 氧 比 计 算 的 天 然 气 水 合 物 饱 和 度 的 影 响 时 , 我们 假 设 粘 土 不 含 碳 , 然 而 碳 经 常 集 于 富 含 有 机 质 的海 相 地 层 中 。 通 常 , 石 英 和 大 多 数 粘 土 矿 物 的 氧 含量 是 相 似 的 。 因 此 , 在 常 规 石 英 为 骨 架 的 储 层 中 , 少量 的 粘 土 ( 骨 架 5% ~ 10% ) 对 得 的 C / O 的影 响 是 可 以 忽 略 的 。 然 而 , 在 富 含 粘 土 的 海 相 地 层中 , 粘 土 和 石 英 中 氧 含 量 的 微 小 差 别 对 沉 积 物 骨 架C / O 有 很 大 的 影 响 。 有 机 碳 富 集 于 细 粒 的 海 相 沉积 中 。 如 布 莱 克 脊 沉 积 物 中 总 的 有 机 碳 含 量 变 到 。 以 测 量 到 海 相 沉 积 中 的有 机 碳 体 积 , 其 对 C / O 计 算 的 油 气 饱 和 度 有 重 大 影响 。 为 了 评 价 分 散 在 沉 积 物 中 有 机 碳 对 中 子 能 谱 测量 的 潜 在 的 影 响 , 我 们 需 要 计 算 给 定 体 积 的 有 机 碳中 碳 原 子 丰 度 。 有 机 碳 储 量 对 量 的 C / O 的影 响 可 用 下 述 四 分 量 程 来 描 述 。= A α ( 1- C) ( 1- Φ ) + η [ C( 1- Φ ) ] β Φ ( 1- C) ( 1- Φ ) + δ Φ [ C( 1- ] + μ η O b( 6)803                                       地 球 科 学 进 展                                       第 18卷其 中 : C 是 沉 积 物 中 有 机 碳 含 量 ( 体 积 百 分 比 ) ; η 是自 然 界 中 存 在 的 有 机 碳 中 碳 原 子 丰 度 。四 分 量 的 方 程 可 用 来 描 述 骨 架 为 石 英 、 方 解 石和 有 机 碳 的 饱 和 水 或 天 然 气 水 合 物 的 储 层 。应 用采 用 上 述 复 杂 的 C / O 储 层 模 型 , 在 布 莱 克 脊994 、 995 、 997 站 位 确 定 了 天 然 气 水 合 物 的 饱 和 度 ,从 效 果 上 看 , 由 于 器 所 测 得 的 C / O 资 料 受 到井 眼 条 件 的 影 响 , 测 井 质 量 较 差 。 在 曲 线 质 量 相 对好 的 层 段 , 计 算 的 天 然 气 水 合 物 饱 和 度 与 其 它 方 法求 得 的 饱 和 度 吻 合 较 好 。3  成 像 测 井 技 术 在 天 然 气 水 合 物 勘 探中 的 应 用 [ 10] 次 的 主 要 目 的 是 探 测 布 莱 克 脊 994 、995 和 997 站 位 下 部 沉 积 物 中 天 然 气 水 合 物 的 存在 。 所 采 用 的 斯 仑 贝 谢 的 地 层 微 电 阻 率 扫 描( , 可 以 产 生 井 壁 高 分 辨 率 的 电 阻 率 特 征 图 像 ,从 而 进 行 详 细 的 沉 积 和 构 造 解 释 。 可 能 在 井 眼 中 来 生 成 高 分 辨 率 的 天 然气 水 合 物 的 电 性 图 像 , 从 而 得 出 岩 层 中 反 映 天 然 气水 合 物 性 质 和 结 构 的 信 息 。 对 于 井 壁 上 垂 向 和 侧 向细 微 的 变 化 , 能 反 映 出 来 。 从 而 探 测 非 常 细微 的 地 质 异 常 特 征 , 如 宽 度 只 有 几 个 到 几 十 个 微 米的 裂 缝 。 生 成 高 分 辨 率 的 灰 度 彩 色 图 像 , 黑色 和 白 色 ( 最 暗 色 和 最 亮 色 ) 分 别 对 应 电 阻 率 的 低和 高 。 在 次 995 B 井 眼 中 , 通 过 像 可 以 推 断 天 然 气 水 合 物 的 存 在 。 深 电 阻 率 曲 线 也揭 示 了 2 个 可 疑 的 高 电 阻 率 段 ( 海 底 218 ~ 242 m) ,解 释 认 为 含 有 10% 的 天 然 气 水 合 物 。 标 准 的 四 臂 像 在 左 手 道 显 示 , 双 感 应 测 得 的 深 电 阻 率 画在 右 手 道 。 四 臂 的 像 用 从 亮 到 暗 的 条 带 来表 征 , 很 多 情 况 下 , 这 些 条 带 可 以 通 过 4 个 臂 的 显 示加 以 追 踪 。 这 些 连 续 条 带 可 能 代 表 了 厚 度 为 10 ~50 地 层 单 元 。 然 而 , 小 比 例 层 状 的 图 像 在 岩芯 上 看 起 来 反 映 不 明 显 。 明 显 的 层 状 可 能 是 由 于 沉积 物 孔 隙 度 变 化 引 起 的 。 也 可 能 高 亮 度 ( 高 电 阻率 ) 地 层 包 含 天 然 气 水 合 物 , 天 然 气 水 合 物 的 特 征就 是 电 阻 率 高 。 因 为 易 获 得 校 正 资 料 , 无 法明 确 分 辨 天 然 气 水 合 物 与 其 它 相 对 高 电 阻 率 物 质 。尽 管 如 此 , 像 确 实 能 说 明 , 在 995 站 位 存 在 的天 然 气 水 合 物 可 能 以 散 布 的 孔 隙 充 填 的 形 式 分 布 于整 个 所 描 述 的 层 段 中 , 以 及 相 对 薄 层 之 间 孔 隙 度 变化 对 于 沉 积 物 中 储 存 的 天 然 气 水 合 物 的 量 有 直 接 的影 响 。 通 过 四 臂 像 和 深 电 阻 率 的 对 比 , 也 支持 用 井 可 以 测 量 到 995 站 位 天 然 气 水 合 物的 存 在 。在 加 拿 大 马 更 些 河 ( 三 角 洲 所 钻 的用 于 研 究 天 然 气 水 合 物 的 2 也 测 了 微电 阻 率 扫 描 。 测 井 和 岩 芯 检 验 均 证 明 在 井站 位 地 下 889 ~ 1 101 m 存 在 厚 层 天 然 气 水 合 物 。该 井 应 用 的 是 斯 伦 贝 谢 的 似 , 但
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本文标题:Apr 文章编号 地球物理测井在天然气水合物
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