CN104612675A - 一种碳酸盐岩地层随钻岩性快速识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种碳酸盐岩地层随钻岩性快速识别方法，包括以下步骤：(1)对不同的岩性进行判断；(2)分别对不同岩性的岩屑进行取样，用X射线荧光元素录井技术分析并统计其中Ca元素脉冲含量和Mg元素脉冲含量；(3)分别对不同岩性的中心的岩屑进行取样，计算不同岩性中心的Mg脉冲含量、Ca脉冲含量和不同岩性的Mg脉冲含量、Ca脉冲含量与其岩性中心点的Mg脉冲含量、Ca脉冲含量的平均间距；(4)分别计算不同岩性的Ca脉冲含量平均值和Mg脉冲含量平均值，得到录井岩性识别标准并建立岩性解释图版。该方法实现了随钻岩性准确识别和及时判别水平井轨迹是否在白云岩中穿行，为未钻井段轨迹是否调整和预测提供了科学依据。

Description

一种碳酸盐岩地层随钻岩性快速识别方法

技术领域

本发明涉及油气田开发技术领域，具体涉及一种碳酸盐岩地层随钻岩性快速识别方法。

背景技术

元坝气田岩性复杂，加之钻井多为超深井，普遍采用PDC钻头施工，目前大部分井采用水平井钻井工艺，造成岩屑细小混杂，传统的岩屑录井技术难以准确识别岩性，近年来兴起的伽马岩屑分析技术对海相地层的识别效果非常有限。而岩屑成像技术对颗粒较大的碎屑岩有非常好的效果，但在海相地层中，灰岩和白云岩在外观上非常相似，应用效果也不佳。为提高岩性识别的准确性，应对细小岩屑鉴定难题，通过开展元素录井技术(X射线荧光元素录井技术，XRF)应用发现碳酸盐岩地层不同岩性的谱图区分明显，但仍缺乏快捷有效的快速识别技术与分类方法。因此需要探索应用录井技术进行元坝气田海相复杂钻井地质条件下的岩屑岩性识别。

发明内容

本发明解决的技术问题在于，针对缺乏元坝复杂礁滩体碳酸盐岩地层随钻岩性快速识别方法的情况，提供一种碳酸盐岩地层随钻岩性快速识别的图版解释方法。

为解决上述技术问题，本发明在国内外首先将元素录井技术用于碳酸盐岩超深水平井地质导向，解决了常规录井技术方法对碳酸盐岩细小岩屑岩性识别难的问题，率先建立了岩性识别方法和分类图版，岩性识别符合率由80％提升至94％，实现了随钻岩性准确识别和及时判别水平井轨迹是否在白云岩中穿行。

具体来说，本发明采用的具体技术方案为，一种碳酸盐岩地层随钻岩性快速识别方法，包括以下步骤：

(1)对不同的岩性进行判断；

(2)分别对不同岩性的岩屑进行取样，用X射线荧光元素录井技术分析其中的Ca元素脉冲含量和Mg元素脉冲含量，并统计所述的Ca元素脉冲含量和Mg元素脉冲含量；

(3)分别对不同岩性的中心的岩屑进行取样，计算不同岩性中心的Mg脉冲含量、Ca脉冲含量以及不同岩性的Mg脉冲含量、Ca脉冲含量与其岩性中心点的Mg脉冲含量、Ca脉冲含量的平均间距；

(4)分别计算不同岩性的Ca脉冲含量平均值和Mg脉冲含量平均值，得到录井岩性识别标准并建立岩性解释图版。

前述的碳酸盐岩地层随钻岩性快速识别方法，所述步骤(1)中对不同的岩性进行判断的方法包括以下步骤：

(1)根据元坝气田资料及实际井岩性组合特征，确定实际井纯灰岩、纯白云岩、石膏岩井段；

(2)根据纯白云岩段XRF分析数据确定Ca_min和Mg_max；依据纯灰岩段XRF分析数据确定Ca_max和Mg_min；根据纯白云岩段XRF分析数据、纯灰岩段XRF分析数据确定S_min、Fe_min，根据纯石膏岩段XRF分析数据确定S_max，根据纯泥岩段XRF分析数据确定Fe_max；

(3)分别对不同岩性岩段的岩屑进行取样，并分析Ca元素含量、Mg元素含量、S元素含量和Fe元素含量，求其平均值；

(4)按照式(1)计算灰质含量：

$\mathrm{XLIME}=\frac{\mathrm{Ca}-{\mathrm{Ca}}_{\min }}{{\mathrm{Ca}}_{\max }-{\mathrm{Ca}}_{\min }}---\left(1\right)$

式中：XLIME——XRF计算的灰质含量；

Ca——钙元素测量值；

Camin——纯白云岩Ca元素平均值；

Camax——纯灰岩Ca元素平均值；

XLIME＜0的值按0处理；

(5)按照式(2)计算白云质含量：

$\mathrm{XDOLO}=\frac{\mathrm{Mg}-{\mathrm{Mg}}_{\min }}{{\mathrm{Mg}}_{\max }-{\mathrm{Mg}}_{\min }}---\left(2\right)$

式中：XDOLO——XRF计算的白云质含量；

Mg——Mg元素测量值；

Mg_min——纯灰岩Mg元素平均值；

Mg_max——纯白云岩Mg元素平均值；

XDOLO＜0的值按0处理；

(6)按照式(3)计算膏质含量：

$\mathrm{XPLAS}=\frac{S-S_{\min }}{S_{\max }-S_{\min }}---\left(3\right)$

式中：XPLAS——XRF计算的膏质含量；

S——S元素测量值；

S_min——纯灰岩、白云岩S元素平均值；

S_max——纯石膏岩S元素平均值；

XPLAS＜0的值按0处理；

(7)按照式(4)计算泥质含量

$\mathrm{XSH}=\frac{\mathrm{Fe}-{\mathrm{Fe}}_{\min }}{{\mathrm{Fe}}_{\max }-{\mathrm{Fe}}_{\min }}---\left(4\right)$

式中：XSH——XRF计算的泥质含量；

Fe——铁元素测量值；

Fe_min——纯灰岩、白云岩铁元素平均值；

Fe_max——纯泥岩铁元素平均值；

(8)根据式(1)～(4)的结果判断岩性。

前述的碳酸盐岩地层随钻岩性快速识别方法，如果计算得到的灰质含量、白云质含量、膏质含量及泥质含量之和不等于100％，按照以下步骤对式(1)～(4)所得结果进行数据修正：

(1)按式(5)计算式(1)～(4)中各组分含量的和：

Σ＝XLIME+XDOLO+XPLA+XSH   (5)

(2)按式(6)、(7)、(8)、(9)将式(1)、(2)、(3)、(4)所得结果进行修正处理：

修正XLIME＝XLIME/Σ   (6)

修正XDOLO＝XDOLO/Σ   (7)

修正XPLAS＝XPLAS/Σ   (8)

修正XSH＝XSH/Σ   (9)；

(3)根据修正的结果判断岩性。

前述的碳酸盐岩地层随钻岩性快速识别方法，所述步骤(1)中对不同的岩性进行判断的方法包括以下步骤：

(1)对不同岩性的岩屑进行取样，通过X射线荧光元素录井技术分析获得岩屑样品的X射线荧光能谱图；

(2)将岩屑样品的X射线荧光能谱图与标准图谱进行相似性对比，判断样品的岩性。

前述的碳酸盐岩地层随钻岩性快速识别方法，所述步骤(1)中对不同的岩性进行判断的方法包括以下步骤：

(1)对岩性的岩屑进行取样，通过X射线荧光元素录井技术分析获得岩屑样品中特定元素的含量，得到特定元素含量的变化曲线；

(2)针对不同岩性的层位，根据特定元素含量的变化曲线，分别建立相应的基线；

(3)当岩层≤3m时，以特定元素含量值开始发生变化时为顶界，特定元素含量变化最大值为底界；

(4)当岩层>3m时，以特定元素含量值开始发生变化时为顶界，特定元素含量变化趋势明显发生反向时为底界；

其中，所述特定元素为钙元素、镁元素或硫元素。

前述的碳酸盐岩地层随钻岩性快速识别方法，所述步骤(1)中对不同的岩性进行判断的方法包括以下步骤：

(1)利用X射线荧光元素录井技术分析得到不同岩性中钙元素含量和镁元素含量的变化曲线；

(2)将代表灰质含量的钙元素含量变化曲线与代表白云质的镁元素含量变化曲线进行交汇；

(3)正交会为灰岩，负交会为白云岩，交汇幅度代表着岩性纯度。

前述的碳酸盐岩地层随钻岩性快速识别方法，所述步骤(1)中对不同的岩性进行判断的方法包括以下步骤：

(1)利用X射线荧光元素录井技术分析得到不同岩性中钙元素含量和镁元素含量；

(2)根据Ca/Mg值的大小解释样品岩性、划分岩性变化点，即Ca/Mg值越大，Ca含量越大，灰岩纯度越高；Ca/Mg值越小，Mg含量越大，白云岩纯度越高。

前述的碳酸盐岩地层随钻岩性快速识别方法，所述取样为对不同岩性的同一深度不同位置的岩屑进行多次取样。

本发明通过应用随钻岩性识别技术与分类方法，在元坝气田10口井推广应用，有效地解决了礁滩体岩性识别的难题，能准确划分地层界线。经统计，平均地层界线误差小于2m，白云岩解释平均符合率从应用该技术前的80％提升至94％。

附图说明

图1是元坝4井白云岩、灰岩与石膏岩中Ca、Mg、S、P元素平均含量对比图。

图2是元坝101与元坝4井灰岩元素平均含量对比图。

图3是元坝气田地区海相地层灰岩的XRF图谱。

图4是元坝气田地区海相地层白云岩的XRF图谱。

图5是元坝气田地区海相地层石膏岩的XRF图谱。

图6是元坝2井的元素含量随岩层变化示意图。

图7是元坝4井Ca、Mg含量交汇曲线图。

图8是元坝6井元素比值随井深变化曲线。

图9是钙、镁含量基线取值示意图。

图10是元坝101井中定量灰质、白云质、泥质含量随井深度变化曲线。

图11是元坝2井中生屑灰岩和溶孔白云岩曲线响应特征图。

图12是元坝4井中白云岩曲线响应特征图。

图13是元坝4井中灰岩曲线响应特征图。

图14是本发明一个实施方式的碳酸盐岩地层随钻岩性快速识别方法的流程图。

图15是元坝气田海相四种主要岩石中Mg脉冲含量分布图。

图16是元坝气田海相四种主要岩石中Ca脉冲含量分布图。

图17是元坝气田X射线荧光元素录井岩性解释图版。

图18是X射线荧光元素录井岩性解释图版在元坝272H、元坝102-2H井中的应用。

图19是元坝272H、元坝102-2H井元素录井岩性解释结果与测井解释对比图。

图20是X射线荧光元素录井岩性解释图版在元坝27-1H井、元坝10-1H井、元坝204-1H井、元坝27-3H井、元坝29-2H井、元坝1-1H井中的应用。

图21是元坝102-2H井7480.00-7540.00m元素岩性识别剖面与测井资料对比图。

图22是元坝204-1H井6620.00-6690.00m元素岩性识别图版。

图23是元坝204-1H井6555.00-6620.00m元素岩性识别剖面与测井资料对比图。

图24是元坝204-1H井6600.00-6690.00m元素岩性识别剖面与测井资料对比图。

图25是元坝27-1H井6290.00-6350.00m元素岩性识别剖面与测井资料对比图。

具体实施方式

本发明针对缺乏元坝复杂礁滩体碳酸盐岩地层随钻岩性快速识别与分类方法的情况，发明碳酸盐岩地层随钻岩性快速识别图版与分类方法，将元素录井技术用于碳酸盐岩超深水平井地质导向，解决了常规录井技术方法对碳酸盐岩细小岩屑岩性识别难的问题，实现了随钻岩性准确识别和及时判别水平井轨迹是否在白云岩中穿行，为未钻井段轨迹是否调整和预测提供了科学依据。

下面详细说明本发明获得的碳酸盐岩地层随钻岩性快速识别方法，以阐述本发明所采用的方法的特征以及证明本发明的效果。

岩性识别理论基础

根据地球化学分类，常把元素分成主量元素与微量元素。O、Si、Al、Fe、Ca、Mg、Na、K、Ti等9种元素在地壳中的总浓度占99％左右，称为主量元素，其它元素称为微量元素。它们在岩石中的含量一般在1％或0.1％以下。根据前人的研究资料表明，地球重量的90％是由Fe、O、Si和Mg等4种元素贡献的。含量大于1％的元素还有Ni、Ca、Al和S，而Na、K、Cr、Co、P、Mn和Ti等7种元素的含量均为0.01-1％。地球几乎全部由上述15种元素所构成。从物质组成的角度来看，地球是由岩浆岩、变质岩和沉积岩组成，这3种岩类也主要由O、Si、Al、Fe、Ca、Mg、Na、K等元素组成，因此它们也被称为造岩元素，就是说在各种类型的岩石中它们都普遍存在。

在随钻岩屑元素分析中，有些标志性元素无法准确获得的，因此只能根据检测到的Mg、Al、Si、S、P、Cl、K、Ca、Ba、Ti、Mn、Fe等12种元素组合分析。根据1961年涂里千和费得波研究统计的各类岩石中元素均值，1964年泰勒研究统计的各种元素的克拉克值，以及罗先熔等人2007年编著的《勘查地球化学》等研究成果表明，这12种元素在沉积岩中广泛分布，且所占的比重较大，表1是这12种元素克拉克值在碳酸盐岩中的平均含量统计表。从表1中可以看出，碳酸盐岩中Ca元素占绝对优势，Mg元素次之，Si元素的含量也较高。对于元坝气田海相碳酸盐岩储层而言，其储层岩性主要为灰岩和白云岩两大类，灰岩和白云岩在化学成分上有较明显的区别。

发明人通过对工区6口资料研究井的海相储层段的岩屑和岩心取样进行元素分析，经统计证实元素分析数据与岩性变化有较强的相关性，与前人的研究成果较为一致。Ca元素能反应灰质含量变化，Mg元素能反应了白云质含量变化，S元素能反应石膏含量变化，Fe元素对泥质含量变化非常敏感，表明元素录井技术在海相储层的岩性识别上具有可行性。

表1部分元素克拉克值及在碳酸盐岩中的平均含量(10^-6)

海相地层元素特征

通过各井岩屑和岩心样品的元素分析，针对不同的岩性的元素平均含量的统计分析，总结不同岩性的元素特征。表2为元坝4井、元坝101井552个样品元素平均含量的统计表，从表中可以看出，海相地层中主要岩性的元素含量有明显差异，如白云岩Mg含量高于灰岩，灰岩中Ca含量高于白云岩，石膏岩中S、P元素含量高于灰岩和白云岩。砂屑白云岩除了具备白云岩特征外，反映碎屑岩成分的Fe、Si等元素含量明显高于其余岩性，砂屑灰岩具有相似的特征，鲕粒灰岩中除Ca含量较高外，S元素含量也较高，可能与生物活跃程度有关。

图1是元坝4井白云岩、灰岩与石膏岩中Ca、Mg、S、P元素的平均含量对比图。从图1中可以看出，海相地层中的三种主要岩性中，Ca、Mg、S、P元素含量有明显差异，灰岩Ca含量明显高于其余岩性，白云岩Mg含量高于灰岩，石膏岩中S、P元素平均含量高于灰岩和白云岩。

表2元坝4井与元坝101井552块样品元素平均含量统计表

图2是元坝101与元坝4井灰岩元素平均含量对比图。从图2可以看出，不同井的白云岩中，主要元素的平均含量在数值上有一定差异，Si、S、Fe元素含量也有一定的差异，但主要元素的变化趋势基本一致，反映了海相地层中含有物种类较多，含有物含量的变化较大，因此利用主要元素的含量变化趋势作为岩性的主要判断依据是可行的。

通过以上归纳分析，结合岩心、岩屑的分析效果，证明了利用不同曲线的组合特征可以很好的对不同的岩性进行判别。发明人总结了元坝气田海相地层主要岩性的曲线响应特征，灰岩的显著特征为Ca高、Ca/Mg高，白云岩为Mg高、Ca/Mg低，石膏岩S、P含量高等，具体元素含量的响应特征见表3所示。

表3元坝气田海相岩性的元素含量的响应特征

注：XLIME：灰质含量；XDOLO：白云质含量；

XPLAS：膏质含量；XSH：泥质含量。

由于元素分析的流程为本样品采集、干燥、粉碎、压片、分析及数据处理等。随着电子工业和计算机技术的发展，已经可以实现自动化及在线分析。其中样品采集的要求不高，录井工作中捞取并烘干的岩屑就可以满足需求，不需要单独取样。因此分析的周期主要取决于碎样、压片和分析处理，根据室内实验过程中的统计，碎样和压片时间一般在1-3分钟，样品分析周期一般为120-180秒，研发的资料解释软件根据分析数据自动解释成图，因此整个元素录井的分析周期在4-6分钟(不含捞砂、烘干砂样的时间)。因此整个元素录井的周期基本可以与现场地质录井同步，能满足快速录井的需求。

岩性识别的方法

目前国内进行了大量元素录井实验，岩性识别是元素录井技术的重点，岩性解释方法相对较多。发明人通过研究建立了元坝气田海相储层的元素录井岩性识别方法，包括标准图谱法、曲线解释法、曲线交会、曲线比值、定量解释等方法。项目研究中由于元素分析所需样品量比较小，不能以点代面，尽管是同一深度的样品所测得元素数据也有一定的偏差，这种偏差会给发明人所提出的解释方法带来一定的局限性，因此发明人采取同一深度多取样品分析求其平均值来减少误差，从而更好的提高岩性识别的精度。如果没有特殊说明，下述取样均为对同一深度不同位置的岩性的岩屑进行多次取样，随机在地表剖面采样，井下剖面采样按1米间距。

分别通过岩心和岩屑取样分析数据，利用所提解释方法进行了岩性识别。下面就岩屑识别和岩心识别进行分述：

在元坝气田5口井的岩屑采取了1029个样品进行X射线荧光元素录井技术分析，统计见表4。下面具体就针对岩屑识别的解释方法进行详述：

表4元坝气田海相储层岩屑元素分析统计

井号	层位	岩屑取样井段(m)	元素分析数量(个)
				元坝2井	长兴组	6530-6776	247
元坝4井	长兴组	6757-7070	314
				元坝6井	长兴组	7020-7200	180
元坝12井	长兴组	6660-6820	161
				元坝101井	长兴组	6781-6909	127
总计			1029

(1)标准图谱法

对不同岩性的岩屑进行取样，通过X射线荧光元素录井技术分析获得岩屑样品的X射线荧光能谱图；将岩屑样品的X射线荧光能谱图与标准图谱进行相似性对比，判断样品的岩性。这里所述的标准图谱可以是本领域公知的标准图谱，也可以是发明人分析得到的标准图谱，如选择代表性好的各种岩性的谱图作为标准谱图，建立标准谱图库。岩屑样品经分析后生成的谱图文件，通过X射线荧光分析仪采集软件与标准谱图进行相似性对比，即可判别样品岩性。

研究区域海相地层的岩性主要为灰岩、白云岩和石膏，标准谱图特征如下：

A、灰岩：图3是元坝气田地区海相地层灰岩的XRF图谱。如图3所示，其特征为Ca值较高，其含量超过其余元素的总和，而Mg、S、Fe、Si等值均较低。

B、白云岩：图4是元坝气田地区海相地层白云岩的XRF图谱。如图4所示，其特征为Ca值较高，其含量超过其余元素的总和，但Mg值明显高于灰岩，从谱图上观察较明显，S、Fe、Si值较低。

C、石膏岩：图5是元坝气田地区海相地层石膏岩的XRF图谱。如图5所示，其特征为Ca、S值较高，且Ca、S的含量基本相当，其余元素如Si、Mg、Fe值均较低，和灰岩、白云岩有非常明显的区别。

从谱图对比可以看出，根据谱图法可以直观、快捷的识别出石膏岩与白云岩、灰岩。

(2)元素曲线解释法

该方法是利用单元素或多元素含量随井深变化的曲线趋势和幅度进行岩性解释。依据元坝气田海相储层岩性特征，对岩性的岩屑进行取样，通过X射线荧光元素录井技术分析获得岩屑样品中特定元素的含量，得到特定元素含量的变化曲线，用钙元素含量变化解释灰岩含量，镁元素含量变化解释白云石含量，硫元素含量变化解释膏质含量；针对不同岩性的层位，根据特定元素含量的变化曲线，在岩性变化点过曲线半幅点的垂直线分别建立相应的基线，如“灰岩基线”、“膏岩基线”；(3)当岩层≤3m时，以特定元素含量值开始发生变化时为顶界，特定元素含量变化最大值为底界；(4)当岩层>3m时，以特定元素含量值开始发生变化时为顶界，特定元素含量变化趋势明显发生反向时为底界。

这里所述的特定元素为钙元素、镁元素或硫元素。

图6是元坝2井的元素含量随岩层变化示意图。

曲线解释法简单，操作容易，但由于基线的确定过程是定性的，需要对区域资料有深入的了解，且不同的区域，基线有所差异。如果存在不同岩性频繁互层，以及较多过渡岩性时，基线的确定有一定的难度。

(3)曲线交汇法

在碳酸盐岩剖面中，钙元素含量代表着灰质含量，而镁元素代表着白云质含量。通过地区研究，利用X射线荧光元素录井技术分析得到不同岩性中钙元素含量和镁元素含量的变化曲线，将代表灰质含量的钙元素含量变化曲线与代表白云质的镁元素含量变化曲线进行交汇，正交汇(钙元素升高、镁元素降低)为灰岩，负交汇(钙元素降低、镁元素升高)为白云岩。交汇幅度代表着岩性纯度，交汇幅度为0-20％时为过度岩性，大于20％代表岩性纯度较好。

图7是元坝4井Ca、Mg含量交汇曲线图。

曲线交会法的优点是同时考虑了两种元素曲线的变化特征，并且非常直观、快捷。但这种方法具有很强的区域性和经验性，特别是Mg元素含量的绝对值较低，因此很难作为严谨的解释方法，但可以在录井过程中作为岩性变化的预警提示。

(4)曲线比值法

当沉积环境发生渐变时，虽然元素与元素之间的变化是一致的，但不同元素的变化幅度也在渐渐的发生着变化。这种变化也许很小，因此从元素曲线上难以发现地层的变化，但不同元素之间的比值发生着较为明显的变化，据此进行一些特殊岩性的识别。

根据前面分析Ca和Mg元素能直观的反映出岩性的变化，因此Ca和Mg之比也应能反映灰质和白云岩含量变化，可有效判别碳酸盐岩中的灰岩和白云岩。

由于灰岩以碳酸钙为主要矿物，其Mg含量占比较低，且白云岩不仅含有碳酸钙还含有碳酸镁和碳酸钙镁，其Mg含量点比相对于灰岩较高。因此，可以用Ca/Mg值的大小解释样品岩性、划分岩性变化点。Ca/Mg值越大，Ca含量较大，样品的灰岩纯度越高；Ca/Mg值越小，Mg含量较大，样品的白云岩纯度越高。据此可在Ca/Mg比值曲线波动变化的半幅点划定地层岩性界线，并解释曲线高值部分为灰岩，曲线低值部分为白云岩，而半幅点左右20％幅度为过度岩性(白云质灰岩和灰质白云岩)。

图8是元坝6井元素比值随井深变化曲线。

曲线比值法去除了其他元素曲线的干扰，直接选用了最有代表性的元素进行解释，因此解释效果相对较好，但依然是定性的解释，不能定量的确定曲线比值的范围与岩性之间的关系。

(5)定量解释法

以上的各种方法均为定性解释，应用效果因人而异，存在较多的不确定因素。因此发明人探索了定量解释方法。目前应用成熟的岩石成分计算模型为测井解释模型，如泥质含量的计算采用自然伽马曲线计算，计算公式为SH＝(GR-GRmin)/(GRmax-GRmin)。XRF元素录井与测井解释有较强的相似性，因此项目组借鉴了测井解释模型，建立对应的元素录井解释模型。选择与所要解释的物质含量呈正相关的元素解释该物质含量，即用Ca元素解释灰质含量、用Mg含量解释云质含量、用S含量解释膏质含量、用Fe元素含量解释泥质含量等；采用的解释模型：灰质+云质+泥质+膏质+特殊岩性(煤、火成岩等)＝100％；特殊岩性、特别是薄层特殊岩性的解释，以特定的元素含量异常进行识别，以异常值进行含量估算，以人工干预的形式优先解释含量。

解释程序一般如下：了解掌握施工井岩性组合特征、现场地层划分意见及其他地质资料；了解所有元素含量变化特征，特别是特殊岩性的特征元素异常变化，找出特殊岩性出现的可能井段，参考常规录井资料确定特殊岩性的含量变化；根据Ca、Mg、S、Fe元素计算灰质、云质、膏质和碎屑岩含量，完成数据预处理。

①计算模型

A、灰质含量计算模型

根据元坝气田资料及本井岩性组合特征，确定本井纯灰岩、纯白云岩、石膏岩井段。依据纯白云岩段XRF分析数据确定Ca_min和Mg_max；依据纯灰岩段XRF分析数据确定Ca_max和Mg_min。图9是浅50-100米井段中Ca元素和Mg元素含量基线取值示意图。根据图9，以50-100米范围计算Ca、Mg元素的移动最大值和最小值，得到Ca_min和Mg_max、Ca_max和Mg_min。同样，采用上述方法，根据纯白云岩段XRF分析数据、纯灰岩段XRF分析数据确定S_min、Fe_min，根据纯石膏岩段XRF分析数据确定S_max，根据纯泥岩段XRF分析数据确定Fe_max。

根据公式(1)计算灰质含量。

$\mathrm{XLIME}=\frac{\mathrm{Ca}-{\mathrm{Ca}}_{\min }}{{\mathrm{Ca}}_{\max }-{\mathrm{Ca}}_{\min }}...\left(1\right)$

式中：XLIME——XRF计算的灰质含量；

Ca——钙元素测量值；

Camin——纯白云岩Ca元素平均值；

Camax——纯灰岩Ca元素平均值

XLIME＜0的值按0处理。

B、白云质含量计算模型

$\mathrm{XDOLO}=\frac{\mathrm{Mg}-{\mathrm{Mg}}_{\min }}{{\mathrm{Mg}}_{\max }-{\mathrm{Mg}}_{\min }}...\left(2\right)$

式中：XDOLO——XRF计算的白云质含量；

Mg——Mg元素测量值；

Mgmin——纯灰岩Mg元素平均值；

Mgmax——纯白云岩Mg元素平均值。

XDOLO＜0的值按0处理。

C、膏质含量计算模型

$\mathrm{XPLAS}=\frac{S-S_{\min }}{S_{\max }-S_{\min }}...\left(3\right)$

式中：XPLAS——XRF计算的膏质含量；

S——S元素测量值；

Smin——纯灰岩、白云岩S元素平均值；

Smax——纯石膏岩S元素平均值。

XPLAS＜0的值按0处理。

D、泥质含量计算模型

$\mathrm{XSH}=\frac{\mathrm{Fe}-{\mathrm{Fe}}_{\min }}{{\mathrm{Fe}}_{\max }-{\mathrm{Fe}}_{\min }}...\left(4\right)$

式中：XSH——XRF计算的泥质含量；

Fe——铁元素测量值；

Femin——纯灰岩、白云岩铁元素平均值；

Femax——纯泥岩铁元素平均值。

②数据处理

由于试验条件的影响及岩石本身的特征，上述方法计算出的各种成分之和有大于100或小于100的现象，因此需要对计算的数据进行处理，处理方法是：

按公式(5)计算各组分的和：

Σ＝XLIME+XDOLO+XPLA+XSH…………………………………(5)

按公式(6)、(7)、(8)、(9)将各种成分进行修正处理：

修正XLIME＝XLIME/Σ………………………………………………(6)

修正XDOLO＝XDOLO/Σ……………………………………………(7)

修正XPLAS＝XPLAS/Σ………………………………………………(8)

修正XSH＝XSH/Σ……………………………………………………(9)。

式(1)～(4)所得结果中灰质含量、白云质含量、膏质含量及泥质含量之和不等于100％，采用式(5)～(9)对四种含量做归一化处理，使灰质含量、白云质含量、膏质含量及泥质含量之和等于100％，即可套用通用岩性定名方法将处理结果用于岩性识别。

发明人选择元坝4井、元坝101井具有代表性的岩性样品进行定量解释。表5是元坝4井、元坝101井元素录井定量灰质、云质、泥质含量解释评价表。图10是元坝101井定量灰质、白云质、泥质含量随深井变化曲线。

表5元素录井定量灰质、云质、泥质含量解释评价表

(6)岩心样品验证

由于元坝气田海相储层地质条件复杂，埋藏深度大，取心分析资料也相对较少，因此研究主要放在与元坝气田海相储层现场钻井密切相关的岩屑取样分析上，岩心识别仅作为元素录井技术的一个验证。发明人对元坝气田海相储层的5口资料井的248个岩心样进行了元素分析。

经过对5口取心井的岩性剖面进行分析，认为元坝2井、元坝4井取心井段具有较好的分析对比基础，因此发明人以元坝2井、元坝4井为例进行XRF元素岩心数据解释。

图11为元坝2井岩心样的元素分析，从图11中可以看出灰岩曲线响应特征为：元素含量随井深变化曲线中Ca值变化幅度较小，Mg值相对较低，Fe、Si、Cl为低值；Ca、Mg含量交汇曲线为明显的正交汇；Ca/Mg元素比值曲线值明显升高，定量解释灰质为高值，云质为低值；电测曲线显示PE值较高，深浅双侧向测值升高，两者解释结果相吻合。白云岩曲线响应特征为：Ca值变化幅度小、Mg值相对较高，Fe、Si、Cl为低值；Ca、Mg含量交汇曲线为明显的负交汇；Ca/Mg元素比值明显较低，定量解释灰质为中值，云质为高值；电测曲线显示PE测值大幅度降低，电阻降低，解释结论较吻合。通过元坝2井的曲线响应特征图可以看出，综合曲线比值法、定量解释法等方法组合，能很好的识别灰岩、白云岩。

图12、13为元坝4井岩心样的元素分析，图12剖面为白云岩。从图中可以看出白云岩曲线响应特征为：元素含量随井深变化曲线中Ca、Mg值变化幅度较小，Fe、Si、Cl为低值；Ca/Mg元素比值曲线值相对较低；定量解释灰质含量为低值，白云质含量为高值。图13剖面为白云质灰岩，其曲线响应特征为：Ca、Mg值变化幅度小，Si、Cl为低值；Ca/Mg元素比值相对较高；定量解释灰质含量为高值，白云质含量为低值。通过元坝4井的白云岩、灰岩曲线响应特征图可以看出曲线比值法、定量解释法组合起来能很好的识别白云岩、灰岩。

上述方法多数为定性解释方法，而定量解释法操作较复杂。本发明提供的一种碳酸盐岩地层随钻岩性快速识别方法，操作简单，且岩性复合率高，具体描述如下。

图14是本发明一个实施方式的碳酸盐岩地层随钻岩性快速识别方法的流程图。

根据元坝区块元坝2井、元坝4井、元坝6井、元坝12井、元坝101井地质录井及测井解释，所述地质录井及测井解释采用本领域已知的技术方法进行，本发明只是引用其解释结论进行对比。针对灰岩、白云质灰岩、灰质白云岩、白云岩四种主要岩性，选取了灰岩281个点，白云质灰岩152个点，灰质白云岩106个点，白云岩388个点进行Mg、Ca元素含量统计。统计结果如图15、图16所示。图15是元坝气田海相四种主要岩石中Mg脉冲含量分布图。从图16可以看出，不同岩性Mg含量分布区间明显。灰岩Mg脉冲含量＜2冲/s，白云质灰岩Mg脉冲含量为2-3.5冲/s，灰质白云岩Mg脉冲含量3.5-5冲/s，白云岩Mg含量＞5冲/s。

图16是元坝气田海相四种主要岩石中Ca脉冲含量分布图。从图16可以看出，不同岩性Ca含量分布区间较明显。灰岩Ca脉冲含量600-700冲/s，白云质灰岩Ca脉冲含量550-650冲/s，灰质白云岩Ca脉冲含量500-550冲/s，白云岩Ca脉冲含量400-550冲/s。

应用Origin8.0，采用K-Means聚类算法计算出4个中心分别为：白云岩中心Mg脉冲含量为5.78冲/s，Ca脉冲含量为455.48冲/s，与中心点Mg脉冲含量和Ca脉冲含量的平均间距为0.35冲/s与13.71冲/s；灰岩中心Mg脉冲含量为1.19冲/s，Ca脉冲含量为649.05冲/s，与中心点Mg脉冲含量和Ca脉冲含量的平均间距为0.23冲/s与17.23冲/s；灰质白云岩中心Mg脉冲含量为4.61冲/s，Ca脉冲含量为511.09冲/s，与中心点Mg脉冲含量和Ca脉冲含量的平均间距为0.33冲/s与14.17冲/s；白云质灰岩中心Mg脉冲含量为2.82冲/s，Ca脉冲含量为588.28冲/s，与中心点Mg脉冲含量和Ca脉冲含量的平均间距为0.38冲/s与16.61冲/s。

这里所述的白云岩中心Mg脉冲含量和Ca脉冲含量、灰岩中心Mg脉冲含量和Ca脉冲含量、灰质白云岩中心Mg脉冲含量和Ca脉冲含量和白云质灰岩中心Mg脉冲含量和Ca脉冲含量为计算得到的岩性中心Mg脉冲含量和Ca脉冲含量；所述的岩性中心点的Mg脉冲含量和Ca脉冲含量为实际岩性中心点的Mg脉冲含量和Ca脉冲含量。

对海相四种主要岩性进行简单数学计算，得到四种岩性中Ca、Mg元素含量的平均值，计算结果如表6所示。从表6看出，白云岩Mg脉冲含量平均值为5.53冲/s，Ca含量为480.6冲/s；灰质白云岩Mg含量平均值为4.39冲/s，Ca含量为524.9冲/s；白云质灰岩Mg含量平均值为2.86冲/s，Ca含量为590.2冲/s；灰岩Mg含量平均值为1.20冲/s，Ca含量为632.8冲/s。

表6元坝气田海相四种主要岩性Ca、Mg脉冲含量计算数据表

从图15、图16及表6可以总结出元素录井岩性识别标准如表7所示，白云岩Mg脉冲含量＞4.75冲/s，Ca含脉冲含量＜525冲/s；灰质白云岩Mg脉冲含量3.75-4.75冲/s，Ca脉冲含量500-575冲/s；白云质灰岩Mg脉冲含量2-3.75冲/s，Ca脉冲含量550-650冲/s；灰岩Mg脉冲含量＜2冲/s，Ca脉冲含量＞575冲/s。并据此建立海相地层四种主要岩性解释模板。由于白云岩中也存在Ca元素，故白云岩与灰岩识别以Mg元素含量为主要依据。图17是元坝气田X射线荧光元素录井岩性解释图版。

表7元坝气田元素录井岩性识别标准

以下通过对元坝气田的现场试验来详细说明本发明的碳酸盐岩地层随钻岩性快速识别方法，但本发明并不限于下述的描述。

图18是X射线荧光元素录井岩性解释图版在元坝272H井、元坝102-2H井的应用，图19是元坝272H井、元坝102-2H井元素录井岩性解释结果与测井解释对比图。如图18和图19所示，将X射线荧光元素录井岩性解释图版在元坝272H井、元坝102-2H井初步应用，岩性解释与测井及薄片分析结果吻合度较高，相关系数R²为0.86，说明使用X射线荧光元素录井岩性解释图版能很好的识别灰岩、白云质灰岩、灰质白云岩和白云岩。

在初步应用的基础上进一步完善该解释图版，并广泛应用于之后的超深水平井岩性识别及轨迹优化调整中。图20是X射线荧光元素录井岩性解释图版在元坝27-1H井、元坝10-1H井、元坝204-1H井、元坝10-1H井、元坝27-3H井、元坝29-2井、元坝1-1H井等井的应用。如图20所示，将元坝27-1H井、元坝10-1H井、元坝204-1H井、元坝10-1H井、元坝27-3H井、元坝29-2井、元坝1-1H井等井元素录井岩性解释结果与测井解释、实验室薄片鉴定的四种主要岩性对比，岩性解释吻合度较高，统计地层界线误差小于2m，取得了显著的应用效果。表8是元素录井与测井飞一段/长兴组界线划分对比表。

表8元素录井与测井飞一段/长兴组界线划分对比表

通过研究，主要采用元素岩性识别技术，结合现场薄片分析开展研究，形成的随钻岩性识别技术能有效解决元坝气田复杂礁滩体水平井岩屑细小、混杂的难题。在复杂礁滩相超深水平井细小岩屑岩性随钻识别取得成果后，在元坝272H井、元坝102-2H井初步应用、完善岩性解释模版，并将成熟后的元素录井岩性解释技术在元坝29-2井、元坝204-1井、元坝27-1H井、元坝1-1H井、元坝10-1H井等井进行了推广应用。

通过应用随钻岩性识别技术，在10口井推广应用，能准确划分地层界线。经统计，平均地层界线误差小于2m，取得了良好的推广应用效果，结果如表9所示。

表9元素录井飞一段/长兴组界线划分与测井对比表

以元素岩性识别技术为主要手段的随钻岩性识别技术，通过在10口井的推广应用，有效地解决了礁滩体岩性识别的难题。表10是常规岩性解释结果与测井解释对比表，表11是元素录井长兴组岩性解释与测井对比表。如表10和表11所示，白云岩解释平均符合率从应用该技术前的80％提升至94％。

表10常规岩性解释结果与测井解释对比表

表11元素录井长兴组岩性解释与测井对比表

以下结合表9-11中的几个示例对本发明的应用效果进行说明：

(1)元坝102-2H

图21是元坝102-2H井7480.00-7540.00m元素岩性识别剖面与测井资料对比图。如表9、表11和图21所示，从6570.00-7802.00m进行元素录井岩性随钻识别，白云岩总厚度与完钻测井解释对比符合率92.79％，随钻地层界线判断与测井误差1m；识别岩性与测井一致。

(2)元坝204-1H井

如表9、表11及图23所示，从6480.00-7676.00m进行元素岩性随钻识别，随钻地层界线判断与测井误差2m，白云岩总厚度与完钻测井解释对比符合率达97.62％。识别岩性、地层界限和测井对比如图22、图24所示。

(3)元坝27-1H井

如表9、表11及图25所示，从6189.00-7468.00m进行元素岩性随钻识别，白云岩总厚度与完钻测井解释对比符合率达93.23％，随钻地层界线判断与测井误差2m。

本发明已在元坝气田10口礁滩体超深水平井均实现了长穿优质储层，其地质导向和轨迹优化获得成功应用、成效显著，为气田开发建设目标的实现提供了技术保障和支撑，为地方经济建设起到了建设性的作用，取得了显著经济效益和社会效益。

本发明形成的低成本的高效的适用的技术和经验对于元坝滚动建产和国内类似气藏开发建设具有重要的指导意义，为复杂油气藏降低投资、提高开发效益，实施水平井提供了新的思路和方法，成果推广应用意义重大。同时，也为其它复杂油气藏的水平井开发探索了路子，推广应用前景广阔：

一方面西南油气分公司实施的川科1、彭州1等已在川西海相取得了突破，正按照总部勘探精神“积极展开风险勘探，整体评价，力争在新区域、新层系取得新的油气突破；争取“十三五”期间海相成为接替陆相，有力支撑“双百亿”目标的主战场”。

另一方面四川盆地海相上组合总体勘探程度较低，资源潜力大，是“十二五”乃至“十三五”展开勘探、实现规模储量的有利勘探层系；同时我国海相碳酸盐岩油气资源探明程度也还很低。

上述情况表明，碳酸盐岩具有巨大的油气勘探开发潜力和良好的发展前景。但随着天然气勘探开发的不断深入，勘探开发对象越来越复杂、越来越深，因此项目成果对以后类似的气田开发具有重要的使用价值和广泛的推广应用前景。

Claims (8)

1.一种碳酸盐岩地层随钻岩性快速识别方法，该方法包括以下步骤：

(1)对不同的岩性进行判断；

(2)分别对不同岩性的岩屑进行取样，用X射线荧光元素录井技术分析其中的Ca元素脉冲含量和Mg元素脉冲含量，并统计所述的Ca元素脉冲含量和Mg元素脉冲含量；

(3)分别对不同岩性的中心的岩屑进行取样，计算不同岩性中心的Mg脉冲含量、Ca脉冲含量以及不同岩性的Mg脉冲含量、Ca脉冲含量与其岩性中心点的Mg脉冲含量、Ca脉冲含量的平均间距；

(4)分别计算不同岩性的Ca脉冲含量平均值和Mg脉冲含量平均值，得到录井岩性识别标准并建立岩性解释图版。

2.根据权利要求1所述的碳酸盐岩地层随钻岩性快速识别方法，其特征在于，所述步骤(1)中对不同的岩性进行判断的方法包括以下步骤：

(1)根据元坝气田资料及实际井岩性组合特征，确定实际井纯灰岩、纯白云岩、石膏岩井段；

(2)根据纯白云岩段XRF分析数据确定Ca_min和Mg_max；依据纯灰岩段XRF分析数据确定Ca_max和Mg_min；根据纯白云岩段XRF分析数据、纯灰岩段XRF分析数据确定S_min、Fe_min，根据纯石膏岩段XRF分析数据确定S_max，根据纯泥岩段XRF分析数据确定Fe_max；

(3)分别对不同岩性岩段的岩屑进行取样，并分析Ca元素含量、Mg元素含量、S元素含量和Fe元素含量，分别求其平均值；

(4)按照式(1)计算灰质含量：

$\mathrm{XLIME}=\frac{\mathrm{Ca}-{\mathrm{Ca}}_{\min }}{{\mathrm{Ca}}_{\max }-{\mathrm{Ca}}_{\min }}---\left(1\right)$

式中：XLIME——XRF计算的灰质含量；

Ca——钙元素测量值；

Camin——纯白云岩Ca元素平均值；

Camax——纯灰岩Ca元素平均值；

XLIME＜0的值按0处理；

(5)按照式(2)计算白云质含量：

$\mathrm{XDOLO}=\frac{\mathrm{MG}-{\mathrm{Mg}}_{\min }}{{\mathrm{Mg}}_{\max }-{\mathrm{Mg}}_{\min }}---\left(2\right)$

式中：XDOLO——XRF计算的白云质含量；

Mg——Mg元素测量值；

Mg_min——纯灰岩Mg元素平均值；

Mg_max——纯白云岩Mg元素平均值；

XDOLO＜0的值按0处理；

(6)按照式(3)计算膏质含量：

$\mathrm{XPLAS}=\frac{S-S_{\min }}{S_{\max }-S_{\min }}---\left(3\right)$

式中：XPLAS——XRF计算的膏质含量；

S——S元素测量值；

S_min——纯灰岩、白云岩S元素平均值；

S_max——纯石膏岩S元素平均值；

XPLAS＜0的值按0处理；

(7)按照式(4)计算泥质含量

$\mathrm{XSH}=\frac{\mathrm{Fe}-{\mathrm{Fe}}_{\min }}{{\mathrm{Fe}}_{\max }-{\mathrm{Fe}}_{\min }}---\left(4\right)$

式中：XSH——XRF计算的泥质含量；

Fe——铁元素测量值；

Fe_min——纯灰岩、白云岩铁元素平均值；

Fe_max——纯泥岩铁元素平均值；

(8)根据式(1)～(4)的结果判断岩性。

3.根据权利要求2所述的碳酸盐岩地层随钻岩性快速识别方法，其特征在于，如果计算得到的灰质含量、白云质含量、膏质含量及泥质含量之和不等于100％，按照以下步骤对式(1)～(4)所得结果进行数据修正：

(1)按式(5)计算式(1)～(4)中各组分含量的和：

Σ＝XLIME+XDOLO+XPLA+XSH   (5)

(2)按式(6)、(7)、(8)、(9)将式(1)、(2)、(3)、(4)所得结果进行修正处理：

修正XLIME＝XLIME/Σ   (6)

修正XDOLO＝XDOLO/Σ   (7)

修正XPLAS＝XPLAS/Σ   (8)

修正XSH＝XSH/Σ       (9)；

(3)根据修正的结果判断岩性。

4.根据权利要求1所述的碳酸盐岩地层随钻岩性快速识别方法，其特征在于，所述步骤(1)中对不同的岩性进行判断的方法包括以下步骤：

(1)对不同岩性的岩屑进行取样，通过X射线荧光元素录井技术分析获得岩屑样品的X射线荧光能谱图；

(2)将岩屑样品的X射线荧光能谱图与标准图谱进行相似性对比，判断样品的岩性。

5.根据权利要求1所述的碳酸盐岩地层随钻岩性快速识别方法，其特征在于，所述步骤(1)中对不同的岩性进行判断的方法包括以下步骤：

(1)对岩性的岩屑进行取样，通过X射线荧光元素录井技术分析获得岩屑样品中特定元素的含量，得到特定元素含量的变化曲线；

(2)针对不同岩性的层位，根据特定元素含量的变化曲线，分别建立相应的基线；

(3)当岩层≤3m时，以特定元素含量值开始发生变化时为顶界，特定元素含量变化最大值为底界；

(4)当岩层>3m时，以特定元素含量值开始发生变化时为顶界，特定元素含量变化趋势明显发生反向时为底界；

其中，所述特定元素为钙元素、镁元素或硫元素。

6.根据权利要求1所述的碳酸盐岩地层随钻岩性快速识别方法，其特征在于，所述步骤(1)中对不同的岩性进行判断的方法包括以下步骤：

(1)利用X射线荧光元素录井技术分析得到不同岩性中钙元素含量和镁元素含量的变化曲线；

(2)将代表灰质含量的钙元素含量变化曲线与代表白云质的镁元素含量变化曲线进行交汇；

(3)正交会为灰岩，负交会为白云岩，交汇幅度代表着岩性纯度。

7.根据权利要求1所述的碳酸盐岩地层随钻岩性快速识别方法，其特征在于，所述步骤(1)中对不同的岩性进行判断的方法包括以下步骤：

(1)利用X射线荧光元素录井技术分析得到不同岩性中钙元素含量和镁元素含量；

(2)根据Ca/Mg值的大小解释样品岩性、划分岩性变化点，即Ca/Mg值越大，Ca含量越大，灰岩纯度越高；Ca/Mg值越小，Mg含量越大，白云岩纯度越高。

8.根据权利要求1-7任一项所述的碳酸盐岩地层随钻岩性快速识别方法，其特征在于，所述取样为对不同岩性的同一深度不同位置的岩屑进行多次取样。