页岩油测井评价解释

页岩油测井评价方法及其应用
作者：王潇翊
摘要目前页岩油气勘探已逐渐成为国内寻找油气资源的重要领域．页岩油
赋存方式和储集空间的多样性、复杂性及勘探的隐蔽性，导致利用测井信息对其认识和评价较为困难，现在页岩油气测井评价技术还处于空白．本文从页岩油赋存方式入手，对影响页岩油储集质量和丰度的关键因素进行了分析；从岩心实验刻度出发，形成了页岩岩相划分方法；通过构建页岩油测井评价体积模型，建立了页岩含油性评价方法和相应的参数计算模型；提出了页岩油有利储集段的概念，并给出了确定有利储集段类别划分的关键参数及其划分方法．用此方法对胜利油区页岩油进行定量评价，取得了较好应用效果．
关键词页岩油，体积模型，岩相划分，含油性评价，有利储集段划分
引言
近年来，页岩油气的勘探开发正在国内外广泛展开，测井技术是页岩油气勘探开发的关键技术之一．因此，油页岩和含气页岩的测井评价方法研究成为国内外众多学者研究的热点［４－７］，并在烃源岩评价、含气量计算等方面已经取得了一些研究进展．国外，ＲｉｃｋＬｅｗｉｓ等人在２００４年提出了用兰格缪尔吸附方程计算页岩含气量的方法；ＪｕｌｉａＦ等在２００７年研究了Ｂａｒｎｅｔｔ盆地油页岩中的天然裂缝以及裂缝对水力压裂的重要性．ＺｏｙａＨｅｉｄａｒｉ等２０１１年将油页岩组成划分为骨架矿物、粘土、有机质和孔隙（烃类、可动水、束缚水），研究了使用密度、中子、Ｐｅ、自然伽马能谱和电阻率测井资料综合评价油页岩的方法．国内，贺君玲等２００６年研究了松辽盆地油页岩中总有机碳（ＴＯＣ）与含油率的定量关系，建立了计算含油率的评价模型．陆巧焕等２００６年总结了胜利油田孔店组生油岩的测井响应特征，建立了声波时差计算ＴＯＣ的模型，并根据ＴＯＣ划分生油岩的生油级别．蒋裕强２０１０年通过研究分析四川盆地海相黑色页岩，将其储渗空间分为基质孔隙与裂缝，基质孔隙包括无机孔隙和有机孔隙．潘仁芳等在２０１０年研究页岩气测井技术的应用时，提出了用体积模型计算含烃量的方法和最优化多矿物解释模型．页岩油是储存在大段富含有机质的油页岩和油泥岩等岩层的无机及有机孔隙中的液态烃（其中部分吸附在有机质和岩石颗粒表面），以自生自储为主．页岩油的形成和富集有着自身独有的特点．
页岩油目前已成为胜利油区勘探开发的主要领域．页岩油岩相的复杂性、赋存方式和储集空间的多样性、变化的不规律性及勘探的隐蔽性等，导致利用测井信息对其认识和评价较为困难．与页岩气测井评价不同，页岩油的测井评价当前国内外均处于起步阶段．
为解决上述问题，在调研国内外页岩气测井评价的基础上，根据胜利油区页岩油的特点，从岩心实验刻度出发，建立测井信息划分页岩岩相的模式，构建页岩油测井评价体积模型及含油饱和度模型，并首次提出页岩油有利储集段的概念，给出储层质量和含油丰度评价的方法．根据上述研究成果，建立了整套页岩油测井评价方法，并形成软件，模块其成果对于评价胜利油区页岩油的资源量及寻找勘探开发有利目标具有重要作用．
１页岩油模型
页岩油测井评价体积模型建立过去泥页岩一般作为盖层和生油岩层进行评价，尚未形成完
善的页岩油测井评价的体积模型．页岩油的岩相、赋存方式和储集空间明显不同于砂岩油气藏，其含油性不仅与岩性、物性参数相关外，还与地化参数有关，这是有别于常规油气藏的重要方面．因此，在分析含油性与岩性、物性关系的同时，应加强与地化参数相关性的研究．为构建的页岩油测井评价体积模型，除去地层总孔隙体积、岩石骨架、粘土等参数外，有机质含量也是体积模型中重要的组成部分．地层总孔隙度由有效孔隙和束缚孔隙构成，有效孔隙包括可动
油、可动水；束缚孔隙包括残余油、束缚水．岩石骨架主要有方解石、石英类及其它矿物构成．依据岩心分析资料，建立了在地质约束条件下计算矿物组分和含量、物性参数、有机质参数、含油性参数等的测井解释模型，数据处理后就可以得到页岩油储层的测井评价成果．２页岩段岩相划分
不同岩相泥页岩生油能力和储集性能有较大的差异，其测井响应特性及产能亦有明显不同．泥页岩
种类较多，胜利油田ＬＸ井岩心分析资料证实，在二百多米的泥页岩段，共有６９种不同岩性．而有机质丰度、碳酸盐岩和石英等矿物含量对电阻率及其他测井信息均有较大影响．碳酸盐岩、石英等脆性矿物含量高的泥页岩，易形成构造裂缝，且有机质丰度高，储集质量和含油丰度均较好．因此，泥页岩的岩相划分是评价储集质量的重要手段．
测井岩相划分方法是利用系统取心井的分析资料，以大尺度岩性变化（岩心录井描述）为主线，以微小尺度（实验分析描述）的泥页岩岩石学特征为基础，刻度成像测井信息，以成像图上的色标变化标定常规测井资料，建立岩相精细划分模式．定量划分岩相首先是对测井资料进行深度校正、标准化等预处理，尽量消除非地层因素的影响．利用声波、中子、密度测井信息连续逐层计算碳酸盐岩、砂岩、泥岩等含量，获得准确的岩性剖面解释，按照不同岩石的成份分类；同时连续逐点地分析声波、块状泥质灰岩相：常规测井曲线呈“一高、三中、一低、无异常”，即：高密度值，自然伽马、电阻率、中子值中等，低声波时差，自然电位无异常，曲线幅度变化平缓．成像图上显示为棕黄色块状明暗变化的图像，在碳酸盐含量较高处，呈亮色块状．储集质量和含油丰度较差．
块状灰质泥岩相：常规测井曲线呈“二高、二中、一低、无异常”．即：高自然伽马、高中子值，中等声波时差、中等密度值，低电阻率值，自然电位无异常，电阻率曲线幅度变化，判断岩层结构特征．幅度变化平缓时为块状，幅度变化剧烈时为层状．
胜利油田渤南洼陷某井岩相划分的实例．将录井描述的泥岩、灰质泥岩、油泥岩、泥质灰岩、油页岩等岩性，划分为４种岩相模式：即块状泥质灰岩相、块状灰质泥岩相、层状泥质灰岩相、层状灰质泥岩相．曲线幅度变化平缓．成像图上显示为块状、层状的黑色－棕色宽条纹．储集质量和含油丰度较差．层状泥质灰岩相：常规测井资料呈“三高、一中或高、一低、一异常”，即：高声波时差、高中子、高电阻率值，中或高自然伽马，低密度，自然电位明显异常，曲线呈锯齿状．成像图上显示为纹层状高阻亮黄色条纹，在静态图上为浅亮黄色．储集质量好和含油丰度高．层状灰质泥岩相：常规测井资料呈“二高、三中、一低、一异常”，即：高自然伽马、高密度值，声波时差、中子、电阻率为中等值，自然电位小幅度异常，曲线呈锯齿状．成像图上显示为纹层状的明暗递变条纹，颜色以黄色、亮黄色为主．储集质量和含油丰度均较好．
３页岩含油性评价
３．１含油性与孔隙度、地化参数关系
页岩含油性特征与常规砂岩油藏相比有明显的不同，除以无机孔隙为主要的储集空间外，还存在于有机孔隙中．因此，其含油性除与岩性、孔隙度密切相关外，还受游离烃（Ｓ１）、残余有机碳百分含量（ＴＯＣ）等地化参数的制约．含油性与孔隙度、地化参数之间的关系．岩心分析孔隙度与含油饱和度、含水饱和度关系图，可以看出，分析岩样的含油饱和度有较多
点大于１００％，且与孔隙度相关性较含水饱和度差；而含水饱和度与孔隙度却有着很好的相关性．随Ｓ１、ＴＯＣ的增大，含油饱和度有增大的趋势．上述分析表明页岩油赋存方式与常规砂岩油藏明显不同，与页岩气以吸附为主的特点也不一致．页岩油主要储集在岩层的无机孔隙中，少部分存在于有机质排烃后的有机孔隙中，其含油性受岩石物性和有机质丰度的共同影响；孔隙度与含水饱和度的相关性最好，说明水存在无机孔隙中，储集空间相对单一．
３．２
（1）含油饱和度计算方法
页岩油赋存于无机孔隙、微裂缝及有机孔隙中．其赋存方式的复杂性，影响含油饱和度参数的计算精度．可以说，含油饱和度参数计算是一个世界性的难题．本文构建的页岩油含油饱和度计算方法考虑了储集在无机和有机孔隙两种空间中的原油．设含油饱和度为Ｓｏ；存在于无机孔隙中的含油饱和度为Ｓｏｗ，称为无机含油饱和度；存在于有机孔隙中的含油饱和度为Ｓｏｙ，称为有机含油饱和度．则有Ｓｏ＝Ｓｏｗ＋Ｓｏｙ，（１）存在于无机孔隙中的含油饱和度Ｓｏｗ的计算为Ｓｏｗ＝１－Ｓｗ
（２）含水饱和度Ｓｗ用阿尔奇公式计算得到．阿尔奇公式为：Ｓｗ＝ｎａ·ｂ·Ｒｗ其中，ａ，ｂ为岩性系数，ｍ为胶结指数，ｎ为饱和度指数．这些参数利用岩心实验分析得到．
需要指出的是：页岩塑性强、孔隙小，孔隙结构复杂，层理、纹理发育，岩电实验分析难度非常大．存在于有机孔隙中的含油饱和度为Ｓｏｙ的计算公式为
Ｓｏｙ＝ｘＳ１ＴＯＣ
Ｓ１为游离烃含量，ＴＯＣ为残余有机碳百分含量，ｘ为回归公式的系数．
３．３地化参数的计算
３．３．１有机质含量和ＴＯＣ的计算目前，测井信息计算ＴＯＣ的方法相对比较成熟，有ΔｌｇＲ法、数理统计法、最小二乘法、区块经验公式等［５，７，８，１０，１５］．但这些计算方法均没有考虑矿物组分对ＴＯＣ计算精度的影响．本文采用体积模型法计算ＴＯＣ，评价页岩含油性．该方法既考虑了岩石骨架、粘土、流体对测井信息的共同影响，提高了ＴＯＣ的计算精度，同时还可以得到页岩油测井评价模型中的有机质含量．该方法已在胜利油区广泛应用，具有普适性．
泥质含量和ＴＯＣ的体积模型．首先利用声波和电阻率测井的参数对，即ΔＴ和１／Ｒｔ值，确定四个极值点（１００％含有机质、１００％含水、纯岩石骨架和粘土）．这四个极值点对应四个测井参数对．然后，确定有机质零线斜率，纯有机质极值(ΔＴＯｍ），有机质含量与有机碳的转化系数（ＫＣＨ）等三个参数，计算岩石的有机质含量和ＴＯＣ．
计算有机质体积百分含量的公式为
Ｖｏｍ＝（ΔＴｋ－ΔＴｍ）／（ΔＴｏｍ－ΔＴｍ），
其中，Ｖｏｍ为有机质体积百分含量；ΔＴｋ、ΔＴｍ、ΔＴｏｍ分别为计算点、岩石骨架点、有机质极值点的声波时差值．
将有机质体积百分含量转化为有机碳重量百分含量ＴＯＣ的公式为
ＴＯＣ＝Ｖｏｍ（ｄｏｍ／ｄ）／ＫＣＨ，ｄｏｍ、ｄ分别为有机质密度和岩石密度，有机碳
转化系数ＫＣＨ与岩层成岩作用及有机质类型有关．
３．３．２游离烃Ｓ１计算模型岩心分析获得的Ｓ１与声波、密度、中子测井信
息的相关性较好，因此，利用三孔隙度测井信息，采用如下计算公式计算Ｓ１．
，
获得；Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ分别为统计回归得到的系数．
４页岩油有利储集段评价
转变传统常规砂岩油层和油藏的概念，变换为对页岩油储集段和矿床的认识．在上述研究工作的基础上，提出页岩油有利储集段的概念．然后，利用测井资料划分页岩油有利储集段，确定关键参数，评价储集段质量和含油丰度，划分有利储集段类别．页岩油有利储集段可以划分为三类：Ⅰ类（好）、Ⅱ类（中）、Ⅲ类（差）．
在梳理分析测试数据的基础上，依据测井信息计算脆性矿物含量（砂质岩含量和碳酸盐岩含量之和）、孔隙度、ＴＯＣ、含油饱和度等４个参数作为关键参数；综合气测、录井、槽面显示等其他井筒资料，建立识别和划分不同类型页岩油有利储集段的测井解释方法和模式；制定分类评价标准，实现页岩油有利储集段类别的划分．
为了实现页岩油有利储集段的定量划分，引入评价储集段质量的参数ＲＩＺ和评价储集段含油丰度的参数ＦＩＯ．ＲＩＺ是脆性矿物含量与孔隙度重叠得到的参
数．根据有利储集段类别，分别定义为ＲＩＺ１，ＲＩＺ２、ＲＩＺ３．以Ⅰ类有利储集段为例：
（８）
其中，ＣＸＫＷ计算值为测井计算脆性矿物含量，ＣＸＫＷⅠ类下限值为Ⅰ类有利储集段脆性矿物含量下
是含油饱和度与ＴＯＣ重叠得到的参数．根据有利储集段类别，分别定义为ＦＩＯ１、ＦＩＯ２、ＦＩＯ３．
以Ⅱ类有利储集段为例：
ＦＩＺ１＝（Ｓ０计算值－Ｓ０Ⅱ类下限值）＋（ＴＯＣ计算值－ＴＯＣⅡ类下限值）
，其中，ＳＯ计算值为测井计算的含油饱和度，ＳＯⅡ类下限值为Ⅱ类有利储集段含油饱和度下限值，ＴＯＣ计算值为测井计算残余有机碳含量，ＴＯＣⅡ类下限值为Ⅱ类有利储集段ＴＯＣ下限值．在开展以上研究的基础上，编制完成页岩油专用测井评价处理软件，实现了页岩油有利储集段的定量评价地区页岩油有利储集段评价标准．
表１ＬＪ地区页岩油有利储集段评价标准
分类ＶＣＸＫＷ（％）（％）ＳＯ（％）ＴＯＣ（％）ＲＩＺＦＩＯ备注
Ⅰ类（好）＞６５＞５＞６５＞３ＲＩＺ１＞０ＦＩＯ１＞０ＳＰ有异常，录井、气测、槽面显示活跃
Ⅱ类（中）＞５０２～５＞５５＞２ＲＩＺ２＞０ＦＩＯ２＞０ＳＰ有异常，气测、录井显示好
Ⅲ类（差）＜４０＜２＞４５＞１ＲＩＺ３＞０ＦＩＯ３＞０ＳＰ异常不明显或无异常，录井、气测无显示
５应用效果
利用页岩油测井评价软件对渤南洼陷７１口井的页岩油储层进行了分类评价，取得较好的应用效果．
处理井段为沙三段２９９０～３０８０ｍ．计算结果表明，孔隙度、含油饱和度、渗透率、ＴＯＣ、碳酸盐岩含量、砂质岩含量等参数与岩心分析数据吻合较好．其中１２下、１３上小层物性好的储集段碳酸盐岩含量高，ＴＯＣ高，含油饱和度高，孔隙度大．解释Ⅰ类有利储集段１段１２．２ｍ，Ⅱ类有利储集段１段２０ｍ．
胜利油田ＬＪ地区Ⅰ类有利储集段测井计算得到的含油饱和度、ＴＯＣ、有效厚度参数绘制
的等值图．可以看出，解释的Ⅰ类储集段厚度最大处位于西南部的Ｌ７井区；解释的Ⅱ类储集段厚度最大处位于西南部的Ｌ７、Ｌ６０２井区；解释Ⅲ类厚度最大处位于北东部的Ｌ２、Ｙ４２、Ｌ１１井区．
６小结
６．１建立了胜利油区测井信息划分页岩岩相的模式，实现了泥页岩岩相的精细划分．６．２构建了页岩油测井评价体积模型，为测井数据处理建立了依据．
６．３研究页岩油含油饱和度的评价方法，建立了含油饱和度、有机质含量、ＴＯＣ、Ｓ１
等参数的计算模型．
６．４提出页岩油有利储集段的概念，并确定了脆性矿物含量、孔隙度、ＴＯＣ、含油饱和度等划分有利储集段类别的关键参数，给出了储层质量和含油丰度评价的方法，建立了页岩油的定量测井评价技术方法系统，并在胜利油区应用中取得显著效果．
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学校：中国石油大学胜利学院姓名：王潇翊
系别：油气勘查
指导教师：谭常华
日期：2013.06
术，２０１１，３５（２）：１１２－１１６．等。