松辽盆地科学钻探工程松科二井东孔上白垩统地球物理测井科学成果

松辽盆地科学钻探工程是围绕地球深部资源、古环境与古气候等一系列重要地球科学问题而实施的重大科学工程。作为该工程的主体钻孔, 松科二井东孔设计为松辽盆地最深钻孔, 设计深度6 400.0 m, 计划穿透白垩系地层、钻至盆地基底。由于上白垩统井段取心量非常少, 因此地球物理测井的作用尤为重要。该孔正式开钻后, 采用先进的成像测井设备对一开和二开钻井井段(上白垩统井段)先后实施4次裸眼井综合测井和套管井测井作业, 并系统地开展测井综合评价, 取得以下科学成果: (1)原位获取了常规测井、特殊测井和固井质量检查测井资料共20种, 资料丰富、质量优良, 建立了上白垩统连续的岩石物理参数标准剖面; (2)完成了上白垩统地层划分、岩性识别、沉积和构造精细解释; (3)识别出泉头组油气储层、嫩江组和青山口组烃源岩层、嫩江组高放射性异常层, 以及上白垩统地热开发潜力层; (4)探索了青山口组古气候分析的有利测井指标; (5)及时提供准确的井径、钻孔轨迹和固井质量等关键钻探工程信息。研究成果对于松辽盆地地球物理勘探科学“标尺”建立、古环境与古气候研究、钻探工程施工起到至关重要的作用, 为整个钻探工程科学目标的实现奠定良好基础。     

松科二井火石岭组地层岩石物理学特征研究

松辽盆地资源与环境深部钻探工程是针对白垩纪古气候与古环境研究、地球深部资源调查以及基础地质研究等一系列科学问题而实施的科学钻探。松科二井是松辽盆地科学钻探工程的主体钻孔,设计的测井项目齐全,采集了丰富、连续、原位的地球物理测井资料。本文主要利用该孔的测井资料研究深部火石岭组地层岩石物理学特征;结合实验室岩心核磁共振测试结果,分析不同岩性储层的孔隙结构特征。研究表明,火石岭组地层主要发育安山岩、凝灰岩、复成分砾岩和凝灰质泥岩,其中火成岩岩相以爆发相和喷溢相为主,安山岩和复成分砾岩表现为高电阻率、低声波时差特征,凝灰岩为低电阻率、高声波时差特征,凝灰质泥岩电阻率最低;储层整体上具有低孔低渗的特点,但凝灰岩储层小孔和中孔发育,物性相对较好,是较为有利的储层。研究结果为进一步评价松辽盆地深部油气资源和地层结构提供了有力支持。     

松辽盆地科学钻探工程松科2井东孔测井设计

松辽盆地资源与环境深部钻探工程计划实施两井四孔,其中松科2井东孔是钻探的主体钻孔,设计井深为6 400m,拟穿透白垩纪地层。松科2井东孔的实施对于开展白垩纪沉积环境和气候研究、实现油气勘探新突破、提升深部钻探技术和复杂井况的测井技术水平等具有重要意义。围绕钻探的科学目标和任务,结合松科2井东孔钻井工程设计及井况特点,开展了测井设计。提出松科2井东孔拟采用先进的测井仪器设备采集测井数据,设计的测井方法系列包括裸眼井综合测井和套管井固井质量检查测井2大类。根据钻井开次和钻进计划情况,设计了8次裸眼井综合测井和5次套管井固井质量检查测井。不同钻井开次的裸眼井综合测井项目有所不同;考虑到井深4 500m以下高温测井的挑战性,设计了必测项目和选测项目。总之,松科2井东孔测井设计既力求取全取准各项测井资料,又体现了应对复杂井况的灵活性,有利于松辽盆地资源与环境深部钻探科学目标的顺利实现。     

新疆春风油田石炭系火山岩岩性特征及测井识别方法

不同岩性的火山岩其储集性能差异甚远,准确识别火山岩岩性对于火山岩储层的研究具有重要意义。研究区春风油田石炭系储层以火山岩为主,过渡类型较多,岩性较为复杂。利用岩心观察、薄片鉴定、地化分析等方法确定研究区发育火山熔岩类和火山碎屑岩类两类火山岩,其中,火山熔岩包括玄武岩、安山玄武岩、玄武安山岩以及安山岩,火山碎屑岩有凝灰岩和火山角砾岩等。通过识别出的岩性标定测井,分析每种岩性的测井响应特征,利用交会图法和星形图法,建立了不同岩性的识别标准。     

松科二井高温高压随钻测温技术的应用研究

松科二井是亚洲国家组织实施的最深大陆科学钻井。松科二井完钻后38 h测井温度为241℃,创造了我国钻井工程最高井温应用记录。松科二井井内参数测试主要采用两种方法,一是综合物探测井,在下套管前进行综合测井;另一种是不影响正常钻进工作,随钻进行井下参数测试。及时掌握井下随钻温度等信息,对高温泥浆性能的调整和动力机具应用起着关键性的支撑作用。本文针对松科二井科学钻探高温难点问题展开系列研究,研制了一种存储式井下高温测试仪器。该仪器经过多轮攻关改进设计,成功应用于松科二井现场,在现场应用的最高随钻测试温度为222℃。     

松科二井邻域沙河子组含油气地层结构特征——基于测井和地震数据的分析

松辽盆地大陆深部科学钻探工程"松科二井"获得了最完整的沙河子组地层岩心,初步识别出深部页岩气气测异常43层,累计厚度102 m,显示出沙河子组地层具有良好的深部能源前景。为进一步分析松辽盆地沙河子组地层油气资源潜力,本文在前人研究的基础上,结合松科二井测井、岩心数据和地震数据,分析松科二井邻域沙河子组地层的层序特征和空间展布,同时以随钻录井记录到的气测异常为出发点,分析沙河子组地层的测井和地震响应。结果显示:松科二井邻域沙河子组地层具有厚度大、横向延续小的地层展布特点,根据测井、岩心及地震数据,将沙河子组地层分为4个三级层序:SQ1、SQ2、SQ3和SQ4,其中顶部SQ4层序具有较好的油气前景,其岩性以泥岩为主,并具有相对较高孔隙度、低波阻抗的测井曲线特征,在地震剖面上表现为连续强振幅,阻抗反演剖面上存在局部低波阻抗特征,揭示了该区沙河子组深层天然气资源的赋存条件。     

松科二井取心钻进高温钻井液技术

松科二井完钻井深为7108.88 m;完钻时停止钻井液循环后38 h,实测井底温度241℃。针对地层和温度情况,研究出了3种高温水基钻井液:抗温180℃的氯化钾聚磺钻井液;抗温230℃的高温聚合物钻井液;抗温250℃超高温的甲酸盐聚合物钻井液。其中,250℃钻井液以新型高温稳定剂为核心处理剂,凹凸棒土与钠膨润土黏土相,形成了新型甲酸盐聚合物体系。数据表明这几种钻井液具有良好的高温稳定性和较低的高温高压滤失量。工程现场的钻井液实验室结合取心作业特点,实时测试评价现场井浆的常规性能,同时监测井浆的抗温能力和高温流变性,根据实验数据和现场工况针对性的对井浆进行维护、调整,确保高温井段取心作业期间钻井液具有良好的性能。且在长时间裸眼、多次起下钻的工况下井壁稳定,测井、固井作业均得以顺利进行。各体系钻井液在转换时实现了安全平稳的过渡,极大的节约了成本。     

南堡地区火山岩蚀变特征及储层测井评价

蚀变作用是火山岩储层中常见现象,蚀变对火山岩储层评价影响较大。通过对研究区A、B、C3口井的测井资料和黏土矿物资料等分析,选出对蚀变敏感的测井曲线,定义蚀变指数I_A,利用I_A对蚀变火山岩的蚀变程度进行定量评价。在测井系列分析的基础上,根据自然伽马、深侧向电阻率、声波、密度和中子5条测井曲线,回归预测火山岩储层蚀变后的黏土矿物含量,结果表明I_A越大,火山岩储层蚀变程度越高,黏土含量越高。由岩电实验数据拟合得到蚀变后的饱和度指数n,根据阿尔奇公式计算评价储层蚀变后的饱和度,发现蚀变后储层的n值未蚀变时n值,这是由于蚀变产物绿泥石和伊利石等为油湿矿物,导致饱和度指数n增大。     

木里地区水合物及岩性测井识别方法

木里地区由于断层、裂隙发育,以及多种岩性都存在天然气水合物,地质背景复杂,导致各种岩性的测井响应特征复杂,给天然气水合物及岩性识别带来一定的难度.本文通过分析多口井水合物及岩性的测井响应特征,利用直方图和交会图研究各种岩性在含天然气水合物或有水合物异常与不含天然气水合物时的测井响应的差异,找出对水合物反映敏感的测井参数,对该地区的水合物及岩性进行识别.然后综合利用对天然气水合物响应明显的自然伽马(GR)、电阻率(RT)、声波时差(AC)和补偿密度(DEN)等测井曲线,采用贝叶斯和BP神经网络两种方法识别岩性.识别结果与录井岩性吻合良好,准确识别出了含水合物地层的岩性,为木里地区寻找有利的天然气水合物储层提供了依据.     

辽河东部凹陷火山岩相测井响应特征及储集意义

在郯庐断裂多期构造活动作用下,辽河坳陷东部凹陷发生了多期火山活动,致使中基性火山岩广泛发育,以玄武岩和粗面岩为主,可分为5相14亚相。以常规测井曲线特征为基础,结合电成像的分析,识别出了爆发相（火山碎屑流和热基浪亚相）、溢流相（玻质碎屑岩、板状熔岩流和复合熔岩流亚相）、侵出相（内带、中带和外带亚相）和火山沉积相（含外碎屑和再搬运火山碎屑沉积亚相）10种岩相/亚相：火山碎屑流亚相具"焊接"特征,热基浪亚相具层理特征;玻质碎屑岩亚相具高CNL的特征,板状熔岩流亚相DEN、CNL和AC测井曲线显示微齿平滑的特征,而复合熔岩流亚相测井曲线呈指状叠加的特征;侵出相内带→中带→外带电阻率逐渐减小;含外碎屑和再搬运火山碎屑沉积亚相GR值范围不同,并且再搬运火山碎屑沉积亚相具水平层理特征。火山岩相控制原生储集空间的类型,并作用于后期的次生改造,从而影响储层的物性、储集性和有效性。复合熔岩流亚相储层孔隙发育,物性好,但由于内部纵向上结构不一致,非均质性强,因而储层含油性差。火山碎屑流亚相内部在纵向上岩性及结构相对一致,因而储层物性相对均一、分布集中,为有利的火山岩储层,可以作为东部凹陷进一步勘探开发的有利相带。     

松辽盆地营城组两类酸性火山岩地球化学特征与成因

松辽盆地断陷期营城组发育一套厚层火山岩,钻井岩心及薄片观察发现,火山岩以流纹岩、英安岩、流纹质凝灰岩及熔结凝灰岩等酸性火山岩为主,中基性岩相对较少。在对样品精细挑选基础上,开展了岩石主量元素、微量元素及Sr-Nd同位素测试分析。结果显示,该套酸性火山岩依据TiO2含量可明显分为两类,其中高Ti酸性火山岩(TiO2>0.45%),规模较小,SiO2含量介于64.87%～68.79%之间,其主量元素、微量元素与亚碱性中基性岩呈连续变化趋势且具有相似的Sr-Nd同位素组成;低Ti酸性火山岩(TiO2<0.4%)SiO2含量为68.93%～76.69%,该类岩石为营城组酸性火山岩主体,与碱性基性岩呈双峰式组合,元素含量及同位素比值变化范围较大。研究表明,两类酸性火山岩的形成都与晚中生代东北地区受古太平洋板块俯冲引起的岩石圈拆沉减薄软流圈上涌有关。在板块俯冲影响下,被富集的亏损地幔源区发生部分熔融,在岩浆演化过程中经历了一定分离结晶作用形成了少量高Ti酸性火山岩岩浆。与此同时,在底侵作用下新生地壳与下地壳物质发生混合熔融,受上地壳不同程度混染后形成了大规模的低Ti酸性火山岩岩浆。     

松辽盆地北部升平气田营城组火山岩储层特征与成岩演化

对升平气田白垩系营城组火山岩岩石学与物性特征、储集空间类型及其形成和演化等研究结果表明,火山岩岩石类型主要有火山碎屑岩、火山熔岩和沉火山岩,以流纹岩为主,少量英安岩、安山岩。火山岩气藏储集空间以次生溶孔(洞)为主,其次为原生孔隙和裂缝。火山岩的演化过程可划分为前期和后期两个阶段。前期阶段以火山自身活动为主,主要形成气孔和火山角砾间孔为主的原生孔隙;后期阶段包括火山熔岩的冷凝作用与火山岩的后生成岩作用,是火山岩储集空间形成的主要时期。研究区风化剥蚀面、断层与裂缝是天然气成藏的主要运移通道,也是有利的储集空间。     

松辽盆地早白垩世火山岩地球化学特征及其构造意义

松辽盆地早白垩世发育基性岩类的橄榄玄武岩、玄武岩,中性岩类的玄武安山岩、安山岩、粗安岩,酸性岩类的粗面岩、粗面英安岩、英安岩和流纹岩。早白垩世火山岩都具有大离子亲石元素(LILE)、轻稀土元素(LREE)相对富集的特征,并具有较低的(~(87)Sr/~(86)Sr)_i值和较高的(~(143)Nd/~(144)Nd)_i值。基性岩类Ce/Nb=1.92～8.31,Th/Nb=0.08～0.44,(~(87)Sr/~(86)Sr)_i=0.7031～0.7047,ε_(Nd)(t)=+1.7～+5.2;中性岩类Ce/Nb=3.70～15.80,Th/Nb=0.34～2.58,(~(87)Sr/~(86)Sr)_i=0.7040～0.7054,ε_(Nd)(t)=0～+3.0;酸性岩类Ce/Nb=4.29～15.80,Th/Nb=0.11～1.02,(~(87)Sr/~(86)Sr)_i=0.7038～0.7066,ε_(Nd)(t)=+1.0～+3.3。基性岩类岩浆主要来自被富集了的亏损地幔源的部分熔融,受混染程度很小;中性岩类岩浆源于年轻地壳组分被来自亏损地幔岩浆的再次部分熔融;酸性岩类浆岩可能主要来自源于亏损地幔的初生地壳部分熔融,并受到了上地壳的混染。晚侏罗世-早白垩世,由于蒙古-鄂霍次克洋关闭引发强烈的挤压造山后,发生的岩石圈拆沉作用致使来自亏损地幔的岩浆熔融上涌导致岩石圈主动伸展拉张,地表则表现出大规模的裂谷断陷作用和大范围的火山活动。这个阶段的伸展拉张以主动拉张为主。     

松辽盆地松科2井下白垩统营城组火山-沉积序列精细刻画

中国白垩纪大陆科学钻探松科2井连续获取营城组岩心365.32m,岩心直径为214mm,岩心收获率达98.47%,是迄今直径最大,收获率最高且保存最为完整的营城组岩心,这些宝贵资料为营城组研究提供了前所未有的机遇。营城组时期与Aptian-Albian对应。通过对松科2井营城组岩心的精细描述,揭示了营城组火山-沉积序列及其建造过程。营城组主要包括沉积岩与火山岩两大岩类,共计17种岩石类型,其中沉积岩9种(砾岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩,含角砾凝灰质砂岩、凝灰质砂岩)、火山岩类8种(流纹岩、流纹质角砾集块岩、流纹质角砾集块熔岩、流纹质熔结凝灰熔岩、流纹质含角砾熔结凝灰熔岩、隐爆角砾岩、安山质集块熔岩与凝灰岩)。沉积相为扇三角洲相,具体分为扇三角洲平原亚相、扇三角洲前缘亚相与前扇三角洲亚相,分流河道微相、扇间沼泽微相,水下分流河道微相、河口砂坝微相与静水泥质沉积微相。火山岩相包括爆发相和喷溢相,具体分为空落亚相、热碎屑流亚相、喷溢相中部亚相和上部亚相。沉积岩与火山岩交替出现于营城组中,主要发育3期沉积岩与3期火山岩,自下而上形成3个完整的沉积-火山旋回,即沉积岩Ⅰ-火山岩Ⅰ、沉积岩Ⅱ-火山岩Ⅱ和沉积岩Ⅲ-火山岩Ⅲ。这一发现对于重新认识营城组时期构造-火山-盆地充填规律,可能具有重要启示。文中精细的描述资料为今后相关的深入研究提供了迄今最精准的基本地质素材。     

Logging evaluation of deep multi-type unconventional gas reservoirs in the Songliao basin,northeast China: Implications from continental scientific drilling

Multi-type unconventional gas-bearing reservoirs with different lithologies and gas accumulation potential occur in the deep part of the Songliao basin. However, the reservoirs are non-homogeneous, the gas components differ substantially, and not all types of gas-bearing reservoirs have been identified or evaluated. The International Continental Scientific Drilling Program (ICDP) is used as an example to conduct qualitative and quantitative evaluations of deep multi-type unconventional gas-bearing reservoirs using conventional and specialized logging data. The core test data are used to determine the physical properties. The porosity and permeability are compared and analyzed using different methods and models. The results show that the reservoirs have low to ultra-low porosity and ultra-low permeability. Based on the comparison of the rock mechanical parameters and mineral composition, brittleness evaluation parameters are proposed for different types of deep reservoirs in the study region. The mineral brittleness index is highly consistent with the brittleness index based on rock mechanics. An identification method for deep multi-type gas-bearing reservoir and a classification approach for different gas properties are established based on the logging response and parameter interpretation. The methane gas reservoirs have low density (DEN) and low compensated neutron logging (CNL) values and high acoustic (AC) time difference and high resistivity (RT) values. The CO₂ gas reservoirs have lower RT values and higher CNL values than the hydrocarbon gas reservoirs. The comprehensive analysis of deep gas source rock conditions and of the source-reservoir relationship provides insights for the evaluation of deep multi-type unconventional gas reservoirs. The discovery of high hydrogen content is of significant importance for developing new areas for deep natural gas exploration.     

松辽盆地营城组中基性火山岩成岩作用:矿物晶出序列、杏仁体充填和储层效应

利用露头和钻井资料,通过显微镜观测、化学分析和电子探针分析,研究营城组中基性火山岩的矿物晶出系列和杏仁体充填及其储层效应。本区中基性火山岩包括玄武岩、安山岩、玄武安山岩、粗面玄武岩、玄武粗安岩和粗安岩。斑晶矿物的晶出顺序为:橄榄石最早并几乎全部蚀变为蛇纹石、伊丁石和磁铁矿,仅保留橄榄石假象;辉石被斜长石包含或与之交生,说明辉石晶出有的略早于斜长石、有的与之同时。基质呈间隐间粒结构,为比斑晶偏酸性/碱性的板条状微晶长石堆积搭成格架、内充填玻璃质及微晶粒状矿物(橄榄石、辉石和磁铁矿)。基质结晶晚于斑晶,晶出序列为微晶粒状矿物→微晶长石→玻璃质。有单成分和复成分两种杏仁体。单成分者主要见硅质和钙质,具结晶世代性,为后生流体沉淀充填形成,可作为储层变差或非储层的标志。复成分杏仁体是原生火山玻璃固态下水合与蚀变作用的结果:包括蛇纹石/绿泥石-火山玻璃、石英-方解石-皂石/方解石和石英-绿泥石-方解石等组合类型,通常可作为储层改善或有效性增加的标志。中基性火山玻璃蚀变分为四个阶段:新鲜火山玻璃(折光率1.57)→水合火山玻璃(折光率降至1.53)→橙玄玻璃(铁镁质微晶矿物集合体)→新生矿物(石英、方解石、蛇纹石、绿泥石、皂石);由火山玻璃变为新生矿物的体积减小或孔隙增加效应为7%～10%。     

准噶尔南缘古生代晚期盆山关系:阿尔巴萨依组火山岩锆石SHRIMPU-Pb定年及岩石地球化学限定

准噶尔盆地南缘沿巴音沟蛇绿岩带北侧发育一套晚古生代(原下二叠统)阿尔巴萨依组中基性、酸性火山岩夹火山碎屑岩.采用锆石SHRIMP U-Pb定年方法,对其中流纹岩进行定年,得到年龄为307.2±1.3Ma(MSWD=1.2),表明原定为早二叠世的阿尔巴萨依组火山岩的确切喷发时间为晚石炭世.地球化学分析表明,阿尔巴萨依组火山岩为钙碱性和高钾钙碱性系列,富集轻稀土(LREE),轻重稀土有一定程度的分馏,富集大离子亲石元素(LILE),亏损Nb、Ta等高场强元素,流纹岩有Ba、Sr、P、Eu、Ti的异常.阿尔巴萨依组火山岩的εNd (t)值在+4.21～+7.79之间,显示源区富集特征.晚石炭世阿尔巴萨依组火山岩、火山碎屑岩与后碰撞A型花岗岩在岩石学、地球化学特征方面相似,表明两者应有相似的构造背景,都为后碰撞伸展环境.阿尔巴萨依组还发育一套火山沉积地层,表明准噶尔南缘沉积作用在晚石炭世已经开始,开始沉积盆地的类型应为伸展断陷盆地.