泌阳凹陷陆相页岩油地质综合评价技术及应用

贾艳雨，柯 思，霍晗勇，罗 曦，谭静娟，韩风华

(中国石化河南油田分公司，河南南阳 473132)

泌阳凹陷陆相页岩油地质综合评价技术及应用

贾艳雨，柯 思，霍晗勇，罗 曦，谭静娟，韩风华

(中国石化河南油田分公司，河南南阳 473132)

介绍了对泌阳凹陷陆相页岩地质综合研究过程中，形成的岩石学分析、测井储层评价、录井储层评价、地震储层预测、资源评价、目标区优选评价、水平井优化设计及开发方案优化设计八项技术。明确了泌阳凹陷页岩储层的岩相类型、储集空间类型及发育特征、测录井响应特征、储层地震响应特征、裂缝分布特征及页岩油资源规模等。利用目标区优选评价技术结合测录井及地震储层预测评价结果，优选评价了泌阳凹陷页岩油勘探有利目标区，通过钻井证实了泌阳凹陷陆相页岩油的良好勘探潜力。利用开发方案优化设计技术初步设计了已取得勘探突破的5号页岩层的开发井网,为页岩油的后期开发提供了保障。

泌阳凹陷；陆相页岩油；地质评价；有利目标；水平井部署

页岩油是指赋存于页岩地层中的原油，是以孔隙+裂缝为主要储集空间的自生自储式的连续型油藏[1-2]。一般页岩油与页岩气为共生关系，当Ro大于1.1%时，以页岩气为主，当Ro在0.7%～1.1%，以页岩油为主。据国内有关文献资料，中国东部陆相湖盆发育分布广泛的富含有机质页岩，页岩油资源量巨大，勘探开发前景广阔[3]。本文以南襄盆地陆相富油凹陷——泌阳凹陷为例，阐述了在陆相页岩油勘探进程中形成的陆相页岩油地质综合评价技术及勘探成果，以期为国内其它陆相湖盆页岩油勘探提供一定的借鉴。

1 地质概况

泌阳凹陷为南襄盆地的一个次级断陷，面积1 000 km2[3]，自下而上依次沉积古近系玉皇顶组、大仓房组、核桃园组、廖庄组、新近系凤凰镇组及第四系平原组地层，其中，核桃园组是泌阳凹陷主要的生油与储集岩段[5]。泌阳凹陷常规油气探明程度高达78%，勘探难度日益增大，自2011年起针对泌阳凹陷开展陆相页岩油勘探工作，寻求资源接替。前期研究表明，泌阳凹陷核桃园组具备页岩油形成的有利条件，根据页岩油有效层系划分原则，纵向上将泌阳凹陷页岩划分为6套主力页岩层系，并针对5号主力页岩层在深凹区部署了两口页岩油水平井——泌页HF1井与泌页2HF井，两口井多级分段压裂后分别获得最高日产23.6 m3和28.1 m3工业油流，使得泌阳凹陷在国内陆相页岩油勘探中取得实质性突破[6-7]。

2 地质综合评价技术

地质综合评价技术是非常规油气藏勘探开发的核心技术之一，也是决定非常规油气能否高效开发的重要前提。通过开展泌阳凹陷陆相页岩油地质综合研究，形成了适合陆相页岩油的八项地质评价技术，并成功应用于泌阳凹陷页岩油勘探实践。

2.1 岩石学分析技术

研究特低孔、特低渗页岩储层的岩石学特征及页岩油赋存方式，除常规的薄片分析技术、扫描电镜技术外，还需要借助氩离子抛光扫描电镜、定量矿物评价(QENSCAN)、纳米CT扫描等更为先进的岩石学分析技术来研究不同尺度的页岩油赋存空间及页岩油赋存状态。利用常规薄片结合扫描电镜技术可观察页岩矿物组成，同时可以观察到页岩毫米级、微米级孔隙，而对于纳米级孔隙的直接观察主要利用高分辨率环境扫描电镜、氩离子抛光扫描电镜、纳米CT扫描等技术。利用几项技术相结合的形式研究了泌阳凹陷页岩储层的岩相类型及特征、储集空间类型、发育特征、空间分布及页岩油赋存状态等。研究认为泌阳凹陷页岩主要发育块状泥岩、粉砂质页岩、灰质页岩、黏土质页岩和白云质页岩5种岩相，发育有4种孔隙和3种裂缝，其中孔隙类型包括粒间孔(石英、长石)、晶间孔(黏土矿物、方解石及黄铁矿)、溶蚀孔(方解石、长石)及有机质相关孔隙；裂缝类型包括构造缝(剪性缝和张性缝)、层间缝和微裂缝(矿物收缩缝、晶间微缝及层间微缝)[8]。泌阳凹陷页岩储层中储集空间大小从微米级到纳米级不等，纳米级孔隙直径一般在13～1 000 nm，按照甲烷分子直径0.34 nm，油分子0.5～3 nm计算，纳米级的孔隙直径远远大于油分子直径，可以作为页岩油良好的储集空间，页岩油以吸附和游离两种状态赋存于各种储集空间类型中。前期研究认为5种岩相类型中灰质页岩孔隙最为发育，其主要发育方解石溶蚀孔和层间缝，最有利于页岩油的富集[9]。

2.2 测井储层评价技术

页岩储层测井评价主要是充分利用元素俘获能谱、微电阻率扫描、核磁、偶极子声波等测井新技术[10]，结合常规测井来开展页岩测井响应特征和岩电关系研究，从而有效进行储层识别与划分，建立陆相页岩储层测井识别评价标准，评价纵向上甜点层，为水平井优选最佳着陆点及分段压裂选段选簇优化工作提供依据。利用常规测井及元素俘获等特殊测井资料，结合岩心实验分析资料，建立了泌阳凹陷陆相页岩油甜点层测井综合解释评价标准：①连续含油页岩层单层厚度大于30 m，且有效厚度大于10 m，夹层厚度小于3 m；②有机碳含量大于2.0%；③脆性矿物含量大于55%；④孔隙度大于4%；⑤电性特征：岩性密度小于2.5 g/cm3、中子大于20 pu、声波时差大于300 μs/m，中子与声波交会有一定面积。利用此标准优选了泌页HF1井的甜点层。除此之外，还可以利用测井曲线建模来追踪不同岩石相类型的平面分布，利用成像测井等观察页岩的裂缝发育情况，最终综合预测页岩油富集的甜点区。

2.3 录井储层评价技术

页岩储层的录井评价主要是利用核磁、元素、X衍射录井等新技术，结合常规录井开展评价，进而建立页岩储层录井解释图版，实质是进行页岩岩性识别、储层划分及含油气性的综合评价。其中核磁录井可以评价页岩储层物性、孔喉结构及可动流体特征，元素及X衍射录井可以评价页岩的矿物组成和脆性矿物含量。泌阳凹陷页岩储层录井评价技术首先利用岩屑录井方法结合岩心录井观察描述，开展了页岩岩性识别，然后利用气测、地化及核磁等录井资料开展了页岩储层含油气性及物性特征评价，总结了含油页岩储层录井响应特征规律。一般现场地化录井可直接测出有机质丰度，初步表征页岩储层的富有机质程度，分析认为泌阳凹陷页岩油层具有岩屑颜色深、岩石钻时低、气测异常明显、有机质丰度高、核磁为双峰结构等录井响应特征。其次，根据元素、X衍射录井资料，结合室内化验分析资料对页岩储层脆性矿物成分进行现场快速分析，评价储层脆性矿物含量及储层可压性。再次，利用现场含油气测试仪器可快速直接评价页岩油层含油气性。后期，以页岩储层各项录井参数为依据，建立相应的录井解释图版，进一步评价页岩储层的含油气性，利用此方法，建立了泌阳凹陷的烃比值解释图版、TOC-S2解释图版和甲烷相对含量C2/C3解释图版(图1)，最终认为泌页HF1井2 390～2 474 m井段为页岩油相对富集层段。

2.4 地震储层预测技术

图1 泌页HF1井页岩储层甲烷相对含量C2/C3解释图版

地震储层预测技术包括对页岩储层地震响应特征的研究、对页岩储层的分布、裂缝和含油气性、地层压力、有机碳含量分布预测等等。泌阳凹陷主要是利用高分辨率三维地震资料，结合测录井及VSP测井等地质资料进行地震层位标定，研究页岩储层地震响应特征，应用时差分析、频谱分解、属性分析及地震反演等技术预测页岩储层分布特征及展布范围；利用裂缝预测及含油气性检测、地层压力预测等技术，预测页岩油平面上的甜点区，为页岩油有利目标优选提供依据[11]。研究发现泌阳凹陷页岩储层具有低纵横波速比、中等泊松比、较强反射振幅、AVO振幅近弱远强等地震响应特征；针对泌阳凹陷5号页岩层进行平面追踪，利用均方根振幅预测，结果表明该层平面上分布稳定，沿深湖区北西-南东向分布，分布面积约80 km2(图2)；利用AVO属性反演技术预测泌阳凹陷5号主力页岩层含油气情况，发现安深1井西南部以及泌396井区附近含油气性较明显；利用构造曲率分析技术及Refract裂缝预测软件预测安深1井区主力页岩层裂缝发育带，发现安深1井西南部缝发育密度较大。结合地质资料综合分析认为安深1井西南部及泌396井区有利于页岩油富集，分别针对两个地区部署了页岩油水平井泌页HF1井与泌页2HF井，均获得较好效果。

图2 泌阳凹陷5号页岩层均方根振幅属性平面图

2.5 资源评价技术

页岩油气的资源评价方法主要有类比法、成因法、统计法、动态法、体积法等多种方法[12]，根据不同地区勘探程度差异，应采用针对性的资源评价方法，对于泌阳凹陷这类高成熟区，可采用体积法计算页岩油气资源量，其中氯仿沥青“A”法(页岩油资源量=有效厚度×面积×密度×氯仿沥青“A”×校正系数)和热解S1法(热解S1代替氯仿沥青“A”)计算成熟探区的页岩油资源量应用相对广泛。这两种计算方法的关键在于有效厚度、面积和校正系数几个参数的求取。一般有效厚度的确定主要采用有机碳关联法，其基础是认为页岩面积的有效性主要取决于其中有机碳含量的大小，然后据此对其分布概率进行赋值；面积的求取一般采用相对面积占有法，即从最大厚度中心处(可为单厚度或多厚度中心)开始，依据不同厚度等值线所占评价单元有效面积的相对多少求取对应的条件概率，也就是说在有效页岩等厚图上，不同概率条件下的厚度估计大致可与该厚度等值线所圈定的面积占有效评价面积的多少有关；氯仿沥青“A”与热解S1的校正系数应根据页岩储层的地化特征进行相应的轻烃恢复[13]，以使得计算的资源量值更为准确。利用氯仿沥青“A”法计算泌阳凹陷核桃园组页岩油资源量为10.28×108t，其中5套主力页岩层资源量4.2×108t，资源前景广阔。

2.6 目标区优选评价技术

目标区优选评价技术主要包括有利区块评价、有利区带评价及有利目标评价。有利区块评价是区带评价的基础，主要采用双因素评价模型，综合考虑地质条件与工程技术条件进行区块评价；有利区带评价主要是以区域地质条件为基础，以富含有机质泥页岩为目标，以构造、沉积、有机地化等资料为依据，进行区域页岩油气富集条件分析和资源潜力研究，划分页岩油气远景区、有利区及核心区；有利目标评价是页岩油气勘探评价最重要的环节，主要为勘探突破与优选井位提供依据，首先考虑有机质丰度、热演化程度、脆性矿物含量、厚度、物性和原地油气储量等油藏因素，其次还要考虑地应力特征、断层、裂缝、相邻含水层、储层敏感性等工程因素[10]。泌阳凹陷为中国典型的富油凹陷，富含有机质的暗色泥页岩十分发育，是陆相页岩油勘探的有利区块；深凹区发育湖相页岩，前期评价认为泌阳凹陷深凹区核桃园地层6套主力页岩层单层厚度30～80 m，有机碳含量平均2.52%，热演化程度Ro为0.7%～1.1%，孔隙度4.36%，脆性矿物含量平均60%以上，为陆相页岩油勘探的有利层系和区带。在有利层系和区带内开展有利目标评价，纵向上优选5号主力页岩层，平面上优选储层最为发育、有机质丰度高、热演化程度适中、储层储集物性好、裂缝发育、脆性矿物含量高、断层水层不发育、工程条件相对有利、有利于页岩油富集与开采的地区为页岩油井位部署首选有利目标。最终，优选了5号页岩层内安深1井西南与泌396井区两个有利目标，分别部署了泌页HF1与泌页2HF井两口页岩油水平井(图3)。

图3 泌阳凹陷5号页岩层有利区BYHF1与BY2HF井部署

2.7 水平井优化设计技术

水平井优化设计主要包括水平井部署区的选取、井轨迹方向的优化、水平段最佳着陆点选择等方面。一般水平井平面部署区优选在富含有机质、较高孔渗、脆性矿物富集及裂缝发育的地区，即上述优选评价的有利目标区；水平井钻井轨迹方向一般垂直于最大水平主应力方向，以利于钻探与后期压裂改造；水平井最佳着陆点一般选择在有机质丰度高、脆性矿物含量高、裂缝发育、物性较好、电性特征明显、含油气性好、各项异性弱且岩石稳定性较好的页岩甜点层[14]。泌阳凹陷泌页HF1井利用此技术开展了水平井的设计优化，该井设计垂深2 450 m，斜深3 661 m，水平段长度1 000 m，自北向南钻进(最大主应力方向近东西向)，优选评价页岩油最为富集的2 399～2 499 m为着陆层。该井于2011年12月5日完钻，完钻井深3 722 m，水平段长度1 044 m，采用139.7 mm套管固完井方式完井，完井后优选甜点段，甜点层实施15级分段压裂，获最高日产油23.6 m3、天然气1 000 m3工业油气流。

2.8 开发方案优化设计技术

开发方案优化主要包括开采层系及井网的优化、“井工厂”化开采、水平段长度优化、压裂规模优化及项目的管理优化。开发方案优化设计主要是在纵向上优选有利层系，优先动用最有利目标区，然后在勘探水平井分段压裂取得较好效果的前提下，开展先导实验区的选取和经济评价，优选有利目标区进行井组开发先导试验，然后采用“井工厂”的开采模式选择“甜点区”分区块、分层系合理科学部署开发井网，并实行标准化设计、工厂化作业、高效化生产、集约化管理、项目化运作的工作模式。在井网部署和“井工厂”开采过程中要注重水平段长度和压裂规模的优化，最终达到页岩油井产量和效益的最优化效果。目前泌阳凹陷主要是参照北美的页岩油开发方案优化方式进行初期开发井网设计部署，计划优先动用5号主力页岩层综合评价有利区，按照部署原则，预计部署水平井36口，井组6～7个，每个井组6～8口井，其中计划单井进尺4 000 m，水平段长1 000 m，井距400 m，单井控制储量20×104t。

3 结论与认识

(1)通过开展泌阳凹陷陆相页岩油地质综合评价技术研究，建立了包括岩石学分析、测井储层评价、录井储层评价、地震储层预测、资源评价、目标区优选评价、水平井优化设计、开发方案设计化优等八项陆相页岩油地质评价技术。

(2)利用岩石学分析技术明确了泌阳凹陷储集空间大小从微米级到纳米级不等，纳米级孔隙直径一般在13～1 000 nm，孔隙直径远远大于油分子直径，可以作为页岩油良好的储集空间。

(3)利用陆相页岩油资源评价技术，计算泌阳凹陷页岩油资源量10.28×108t，其中5套主力页岩层页岩油资源量4.2×108t，表明泌阳凹陷具有良好的陆相页岩油勘探潜力。

(4)利用陆相页岩油地质综合评价技术，开展了泌阳凹陷有利区带及目标评价，优化部署了泌页HF1与泌页2HF两口页岩油水平井，两口井压裂后均获得工业油流，取得了陆相页岩油的勘探突破。

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编辑：吴官生

1673-8217(2015)06-0001-04

2015-06-10

贾艳雨，1988年生，2011年毕业于中国石油大学(华东)资源勘查工程专业，现从事油气勘探研究工作。

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