岩石热解录井资料在页岩油气水平井地质导向中的应用

方锡贤，翟东晓，许德云,李辛来,李北洋，吴爱红

(1.中国石化河南石油工程有限公司地质录井公司，河南南阳 473132；2.中国石化石油工程地球物理有限公司河南分公司；3.中国石化河南石油工程有限公司测井公司)

岩石热解录井资料在页岩油气水平井地质导向中的应用

方锡贤1，翟东晓2，许德云1,李辛来1,李北洋1，吴爱红3

(1.中国石化河南石油工程有限公司地质录井公司，河南南阳 473132；2.中国石化石油工程地球物理有限公司河南分公司；3.中国石化河南石油工程有限公司测井公司)

传统的水平井地质导向更多地依赖于岩性、气测、随钻测井资料。在分析岩石热解录井资料的价值、纵横向剖面有机质特点以及岩石热解录井各项资料后，提出了采用岩石热解录井S2数据进行页岩油气水平井地质导向的新思维。介绍了岩石热解录井资料在选择 “对比标志层”、缺少对比参照井的水平段导向、有参照井的水平段地质导向的应用方法，对岩石热解录井分析密度提出了相应建议。

页岩油气水平井； 岩石热解S2数据； 地质导向

涪陵页岩气勘探取得突破，标志着中国页岩气商业开发阶段的到来。而页岩油气勘探开发主要技术之一就是“长井段水平井+分级压裂”。页岩油气水平井地质导向资料除了反映井斜轨迹外，反映地层的资料主要是随钻测井资料、岩性资料和气测资料，这些资料各有优点[1-2]，本文不再赘述。不同资料从不同侧面反映地层信息，井场录取到的每一项资料都有其价值，岩石热解录井资料具有自身的特点，在页岩油气水平井地质导向上具有独特的作用。

1 岩石热解录井资料应用于页岩油气水平井导向中的可能性分析

1.1 岩石热解录井技术为页岩油气井录井基本技术

岩石热解录井资料被广泛应用于储油岩评价中，但早期岩石热解录井及目前实验室分析所获得的岩石热解资料主要是用于烃源岩评价[3]。好的页岩气层首先应是好的烃源岩层，由于有机质丰度(TOC)、有机质成熟度两个评价页岩气必选指标[4-5]均可通过现场岩石热解录井获得，因此岩石热解录井成为页岩油气勘探开发的基本录井技术，这为利用岩石热解录井资料开展水平井地质导向提供了资料基础。

1.2 纵向剖面有机质存在着非均一性

1.2.1 不同时间单位沉积的页岩层有机质含量不同

页岩沉积成岩是一个复杂漫长的过程，黏土沉积物、有机质沉积后要经过压实、黏土矿物转化、黏土矿物脱水作用等过程。在这个漫长的成岩过程中，不同时间沉积环境的不同，导致不同时间单位岩层有机质含量不同。

从图1可以发现，岩层中的TOC含量与黏土矿物含量呈正相关，与石英、长石、方解石、白云石等脆性矿物含量呈负相关。

图1 Y1井岩石热解录井TOC及S2数据与矿物含量对比

1.2.2 同一岩层纵向上排烃能力存在着差异

烃源岩中的有机质成烃以后，烃源岩生成的油气要从烃源岩排出，通常情况下，烃源岩顶底部由于接近储集岩较容易排出，而烃源岩中部生烃的油气必须先运移到烃源岩顶底才能向外排出，因此相对于烃源岩顶底部，位于中部的烃源岩排烃较困难。Tissot、Pelet分析了阿尔及利亚泥盆系生油岩中有机抽提物的族组分含量，发现页岩边部14 m厚度中烃类的含量向储集层方向减少[6]，上述递减现象的出现反映同一岩层纵向排烃能力存在差异。

1.3 同一区域同一时间沉积地层的有机质相近

在页岩油气水平井地质导向中，常采用钻“导眼井”或采用邻井作为地层对比依据，“导眼井”、邻井与水平井A、B靶的水平距离通常不会超过4 km，由于距离较短，并且页岩沉积反映的是静水环境，远离岸边，在这样距离与水体环境下，同一沉积时间的生物种类、丰度相近，古气候、营养物质、水体环境、物源相同，沉积后经历的成岩作用相同，因此，同一时间单位页岩层有机质丰度、类型、成熟度相近。

纵向上不同时间单位沉积的页岩有机质含量存在着差异，与横向上邻井之间页岩有机质指标相近，这为对比分析提供了依据。

2 地质导向中的岩石热解录井资料应用选择

岩石热解录井烃源岩评价通常包括S0、S1、S2、S4、Tmax等原始参数及一系列派生参数，其中S0反映的是气态烃(C1～C7)的残余量，S1反映的是液态烃 (C8～C32)含量，S2反映的是在300～600 ℃温度下C33及以上有机质(干酪根、沥青质、胶质等高聚合有机质)含量；S4反映在 600℃ 下不能裂解的残余有机碳；Tmax为S2峰的最高点相对应的温度，反映的是页岩中有机质的成熟度。

从钻头破碎岩石到岩屑上返井口的取样分析过程中，受钻井液冲刷、烃类物质逸出岩屑进入钻井液、空气的影响，岩石热解录井分析结果并不能真实地反映地层有机质含量。有机质损失程度与有机质丰度、样品颗粒大小、油质、分析及时性有关，有机质含量越高、样品颗粒越小、油质越好、分析越晚，有机质损失量越大[7]。岩石热解录井分析的S0、S1、S2参数中，S0值损失最大，完全不能反映地层真实吸附气量；S1值损失较大，在分析及时情况下，依据相关参数进行恢复可以一定程度上反映地层S1值；S2值只有在高温下才能分析得到，在低温条件下S2值不受搁置时间影响[3]， 因此，最能真实反映地层的是S2值 。

页岩岩石热解录井分析结果TPI值较低，S2值与S0、S1值相比占绝对优势，S2值与TOC呈正相关，且相关性强(图1)，S2值又具有稳定性，不受搁置时间影响，便于新老井对比的优势，故应用岩石热解资料进行页岩油气水平井地质导向时主要选取S2资料作为导向参数。

3 在选择对比标志层上的应用

对导眼井或邻井资料进行对比分析，掌握纵向上地化资料特征，结合岩性资料、气测资料选取“对比标志层”。

岩石热解录井“对比标志层”原则是选取泥页岩层，其地化分析值平面分布相对稳定，纵向上与上下地层具有明显差异(高或低)。特别是要注重选取岩性、颜色没有明显变化，但地化S2值有明显变化的地层，用于作为岩性“对比标志层”的辅助。同时选择“对比标志层”时应注意大段与小层结合，大段用来判断变化趋势，小层用于跟踪对比。

4 在水平段地质导向中的应用

页岩地层为静水环境沉积，远离物源，层内岩性差异少，单纯依据岩性资料难以准确识别钻井轨迹在岩层内的纵向位置、判断地层产状、调整钻井轨迹。通过对岩屑样品连续岩石热解分析，利用纵向上地层有机质含量的变化，可以弥补岩性识别的不足，确定靶轴深度，保证钻井轨迹在层内最佳位置钻进。

4.1 缺少对比参照井时岩石热解录井资料的应用

当缺少参照井(邻井、导眼井)或参照井较远时，利用录井资料判断水平段地层产状、确定靶轴在页岩层内纵向的位置就显得更为重要。

一定的地层形成于一定的地质环境，地层界线与一定的地质事件相关。不同的地质事件影响着生物的生存与地层的变化，从而导致不同地质时期沉积岩有机质丰度、类型、成熟度发生突变。

将随钻岩石热解录井资料和岩性剖面资料与区域上不同地层界线识别标志进行对比，可以确定实钻不同地层界面的深度，并与地震资料、设计预测资料对比，依据其差异调整预测深度。在接近目标地层过程中，结合区域性标准层资料，逐渐精准预测目的页岩层埋深，然后结合预测地层产状，选择合适的角度探钻目的页岩层。

由于页岩气以吸附、游离两种状态蕴藏于页岩地层中，好的页岩气层段气测值、地化S0值均较高。在缺少对比参照井时，应采用钻穿岩层内纵向气测异常显示最好、岩石热解录井S0值相对较高的层段,然后钻井轨迹反转、向上钻井的方式来判断水平层段地层视倾角。由于同一时间单位沉积地层有机质含量及S2值在横向上具有稳定性，通过绘制轨迹跟踪图(图2)，对比不同钻井轨迹的S2曲线，可以较好地确定同一页岩层纵向上同一沉积时间沉积地层的高差、位移差，两个差值的比值就是地层上升(下降)速率，利用地层上升(下降)速率，可以计算不同水平位移下气测、地化S0最好层段的深度，将其作为靶轴，用于调整钻井轨迹。

图2 Y1HF井地质导向跟踪轨迹

图2是Y1HF井实钻导向图，结合其它资料可以将目的层划分3个层段，其中第1、3层段气测异常、岩石热解录井S2异常明显，本井下穿钻到第3段地层时，气测、地化异常明显变差，决定将轨迹重新调整至第1段地层内。从图2中可以发现，钻井轨迹向上钻进过程的地化S2曲线与向下钻进过程的地化S2曲线对比性良好。通过分析钻井轨迹上、下行过程S2曲线相同特征点，结合不同对比点位移及垂深变化，计算地层轨迹方向地层下降速率2.4m/100m，依据这一数据准确地预测不同位移下靶轴的垂深数据，沿这一数据钻进，岩石热解录井S2异常数据基本保持一致，气测也处于明显异常显示(高值)状态，顺利完成本井地质导向工作。

4.2 有参照井时地化资料的应用

在邻井较近或有导眼井时,采用岩石热解录井资料进行水平井导向就较为简单,除采用上述轨迹方法判断地层视倾角外,较常用的是厚度法。

4.2.1 不同标志层之间的厚度变化

将实钻斜井段两个岩石热解录井标志层对比点深度换算成“垂深”，将两个“垂深”差与参照井(直导眼井或直邻井)两个标志层相同对比点之间厚度加以比较，利用两井之间的厚度差与斜井段钻遇两个标志层对比点之间位移差相比，可以求得本井两个标志层地层的地层上倾(下降)速率，进而采用“等厚法”、“虚似井完善微构造图法”预测A、B靶埋深，具体方法在本刊的“非常规油气水平井地质导向方法探讨”[8]、“水平井地质导向技术在油气目的层预测中的应用”[9]等文章中有较多介绍，本文不再赘述。

4.2.2 页岩目的层内的厚度变化

页岩为静水沉积，地层沉积厚度基本相同，沉积后作用基本相同，因此平面上页岩较为稳定，厚度变化较小，这为层内采用厚度法判断地层产状奠定了基础。

正如上文所述，页岩油气目的层内有机质含量纵向上有差异，表现在岩石热解录井资料上就是S2等参数在纵向上有变化，通过对参照井地化资料的分析，形成垂深S2曲线用于标定地层，可以实现伽马、电阻曲线部分地层对比功能，弥补页岩地层岩性差异不明显、难以识别纵向剖面上同一岩层内不同部位地层的不足。实钻过程将S2分析值结合井斜资料制成“校直”曲线，将参照井S2曲线与实钻目的页岩层S2曲线对比，可以简易地判断钻头在页岩层纵向的位置。计算本井两个对比点之间的厚度与邻井对应对比点之间的厚度差及本井钻达两个对比点间的位移，依据“水平井地质导向技术在油气目的层预测中的应用”[9]介绍的方法，计算出地层视倾角，进而预测不同位移靶轴深度。

Y1井是一口页岩油气井(图3)，其剖面图是“校直图”，S1井是Y1井的邻井，其剖面图是直井图。 从中可以看出，Y1井校直厚度与S1井一致，说明Y1井水平段呈水平状态。对比两井S2曲线，可以发现Y1井2 404 m处对应S1井2 490 m处(页岩油气层靶层顶界，这一对比方案与采用电测曲线对比结果一致)。从中可以看出，Y1井最低点处(2 445.8 m井深)正好对应S1井本页岩层底界(2 509.5 m井深)，其后钻井轨迹开始上行，达到预期目的。

图3 Y1井与参照井S1井地化S2曲线对比图

5 结论与建议

(1)页岩地层为静水沉积，平面上有机质含量较为稳定，纵向由于脆性矿物含量及沉积时间不同、排烃差异，有机质含量会发生变化，这为利用岩石热解录井资料对比地层提供依据。

(2)岩石热解录井S2数据是岩石热解录井分析数据中最为稳定的，它受分析及时性及钻井液冲刷影响最少，利用连续分析的岩石热解录井数据绘制S2曲线，可以克服页岩层纵向上岩性差异较小的不足，为水平井地质导向提供新的依据。

(3)由于岩石热解录井分析周期与钻时不一致，建议在实际应用时，应结合气测录井数据合理选择。气测录井数据与岩石热解录井数据有变化的井段加密分析，数据差异小时，分析密度可以相对较大，以满足识别地层与建立完整连续可信地化数据剖面的需要。

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[8] 方锡贤,吴福邹,李文德，等.非常规油气水平井地质导向方法探讨[J].石油地质与工程，2012，26(5)：89-91.

[9] 方锡贤,邹 辉,张毅丰，等.水平井地质导向技术在油气目的层预测中的应用[J].石油地质与工程，2014，28(6)：51-53.

编辑：刘洪树

1673-8217(2015)02-0122-04

2014-09-12

方锡贤，工程师，1964年生，1985年毕业于广东石油学校石油地质勘探专业，现从事石油录井技术管理与研究工作。

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