页岩油“三类、三性”录井评价方法及其在饶阳凹陷的应用

张文雅 颜怀羽 李 娟 张秀峰 郝 丽 陈京原 郭素杰 张君子 陈 燕

(中国石油渤海钻探工程有限公司第二录井分公司)

0 引 言

饶阳凹陷蠡县斜坡内带-河间洼槽带沙一下亚段发育了一套包含油页岩、钙质页岩、生物灰岩、鲕灰岩、灰质白云岩、白云质灰岩、泥灰岩等多种岩石类型的“特殊岩性段”，埋深3 200～4 200 m，分布面积3 093 km2，厚度100～200 m，计算资源量5.97亿吨，整体分布稳定，周边构造简单，储集层厚度大、烃源岩有机质丰度高，母质类型以Ⅰ-Ⅱ1型为主，是该区生烃主力层系，也是页岩油富集的有利区带，具有非常广阔的勘探潜力。由于该区沙一下亚段已钻探井获工业油流井数仅占总井数的5%，且低产井占总井数的15%，受地质认识、勘探技术、试油工艺等因素影响始终未获较大突破。

饶阳凹陷沙一下亚段为基质含油型页岩油，存在岩性定名难、源岩指标新、储集层评价难、主控因素多等诸多难点，不能依赖岩相模式多为夹层富集型页岩油的鄂尔多斯、准噶尔、渤海湾等沉积盆地[1-5]录井技术与标准，常规油气藏的评价方法无法满足该页岩油藏的技术需求。通过对饶阳凹陷沙一下亚段特殊岩性段119口已钻新老探井数据采集，尤其是10口取心井234.12 m长度岩心分析描述，以录井油气层评价岩性、物性、含油性、脆性、原油性质的“五性”研究成果为基础，应用录井评价技术手段从“三类”即岩石类型、烃源岩类型、源储组合类型，“三性”即物性、含油性、脆性6个方面形成了适用于饶阳凹陷页岩油的录井综合评价方法。

应用该方法对新钻探11口井沙一下亚段页岩油储集层进行跟踪评价，解释符合率达81.5%，取得了良好的应用效果。

1 页岩油“三类”评价

以往认为饶阳凹陷蠡县斜坡内带-河间洼槽带沙一下亚段“特殊岩性段”含油显示主要集中在碳酸盐岩地层，而泥页岩为生油层或为封盖层而非储集层，未受到重视。通过人工识别结合薄片鉴定、XRD矿物含量分析等录井方法，首先明确了沙一下亚段岩石类型为一套既能生油又能储油的页岩油层，应用地化录井资料对源岩的富集程度进行烃源岩类型评价，针对其源储共生的特点，对源储组合模式、配置关系进行分类，形成该地区页岩油岩石类型、烃源岩类型、源储组合类型“三类”基础特征评价指标，其结果为该区页岩油的发现提供了精准的依据[6]。

1.1 岩石类型

沙一下亚段为滨浅湖-半深湖-深湖区沉积，泥页岩层系发育，总体东厚西薄，埋深适中，岩石类型复杂，通过1985-2003年6口井107.41 m及2019年针对沙一下亚段特殊岩性取心的4口井126.71 m长度岩心数据进行统计，其中泥页岩类共占层厚的92%，碳酸盐岩类仅占层厚的2%,证实饶阳凹陷沙一下亚段岩性属以泥页岩为主的基质含油型页岩油。在此基础上应用XRD矿物含量分析的337块钻井取心加密样品数据，以黏土矿物、陆源碎屑和与其共生的碳酸盐岩为3个端元建立图板，将沙一下亚段页岩集中段分为云灰质页岩、长英质页岩、混合质页岩、黏土质页岩4种类型[6](图1)。这种页岩类岩性精细识别方法确保了“特殊岩性段”剖面的准确还原，从而满足现今页岩油勘探开发的需要,为下步的泥页岩水平井地质导向提供可靠的决策依据[7-8]。

图1 XRD岩性识别页岩细分类图板

1.2 烃源岩类型

1.2.1 定性评价

沙一下亚段泥页岩为页岩油形成提供了资源基础，其富集程度与有机质丰度、类型及热演化程度三方面密切相关，故应用地化录井岩石热解数据S1、S2、TOC、热解沥青“A”、Tmax等指标对烃源岩类型定性评价，进而综合判断烃源岩好坏。另外，在国内外的页岩油气勘探和研究过程中还发现，页岩油气烃源岩中普遍含有黄铁矿，常与有机质伴生叠置，与页岩油含量正相关。通过新老钻井岩心、井壁取心、岩屑样品的热解、X衍射分析黄铁矿含量建立了饶阳凹陷烃源岩分类评价标准(表1)，分区带对应评价标准，优选河间洼槽带沙一下亚段有机质丰度高、可动烃S1含量大、母质类型以Ⅰ-Ⅱ1型为主、热演化程度高、黄铁矿含量大于10%的泥页岩，为页岩油勘探首选的优质烃源岩[9-12]。

表1 饶阳凹陷烃源岩分类评价标准

1.2.2 页岩油资源分级评价

泥页岩的含油气量有明显差别，评价这种差别的有效指标为页岩油资源分级评价标准，其中所含油气量越高，能被有效开发的可能性也越大。直接反映泥质岩中含油量多寡的地球化学指标首推热解沥青“A”和热解烃量S1，与相对稳定的TOC的含量指标呈很好正相关关系，基于饶阳凹陷沙一下亚段97口井965个热解参数值建立了TOC与S1交会、TOC与热解沥青“A”交会关系图(图2、图3)，从图中可以看出，页岩含油量随TOC的变化呈现明显的三段性[13]。

(1)稳定高值段(Ⅰ级资源)：为富集资源，是首选的勘探对象，TOC>2.0%，S1>1.2 mg/g，热解沥青“A”含量>0.4 mg/g。

(2)上升段(Ⅱ级资源)：为低效资源，有待技术进步，或与富集资源一起作为开发对象，TOC为1.0%～2.0%，S1为0.5～1.2 mg/g，热解沥青“A”含量为0.2～0.4 mg/g。

(3)稳定低值段(Ⅲ级资源)：为难以开发的无效资源，含油少，强吸附，欠饱和，TOC<1%，S1<0.5 mg/g，热解沥青“A”含量<0.2 mg/g。

应用饶阳凹陷沙一下亚段页岩油资源分级评价标准，评价河间洼槽为Ⅰ级富集资源，蠡县斜坡内带和任西洼槽为Ⅰ-Ⅱ级资源，具备页岩油资源勘探开发的物质基础。

图2 S1与TOC交会

图3 热解沥青“A”与TOC交会

1.3 源储组合类型

针对页岩油源储共生的特点，对以上建立的岩石类型和源岩类型进行源储组合模式划分，借鉴大港油田划分模式[6]，将沙一下亚段泥页岩从结构构造结合岩石成分划分为3类混积岩模式，分别是微层状(块状)、纹层状和薄层状(表2)。从岩心实物可见，薄层状、纹层状混积岩模式是因不同矿物组成岩性相互叠合、共生分布，页岩页理结构发育，具有较好的储集层品质，是页岩油勘探最为有利的岩相，而微层状虽具有一定页理，但其页理密度大，非常致密，储集层品质相应较差(图4)。

源储配置关系是页岩油是否能富集的重要地质因素，从岩电组合特征及相关录井参数进行源储组合模式划分，不同岩性形成的不同源储组合类型其对应热解分析数据变化较大，黏土质页岩有较高的TOC含量，具有良好的生烃能力，而薄层长英质、云灰质页岩模式可动烃S1含量普遍较高，其次是纹层状及微层状混积岩模式，均具有良好的产油能力[14]。

表2 沙一下亚段泥页岩层系源储组合模式划分

图4 泥页岩层系源储组合模式岩心实物

2 页岩油“三性”特征

2.1 物性

饶阳凹陷沙一下亚段岩性是典型的源储共生基质含油型页岩油，虽然岩性单一，无明显的优势岩性，但矿物组成复杂，富含有机质、黄铁矿，依据XRD矿物含量分析数据划分的岩石类别可以辅助识别物性。受沉积环境变化及压实程度影响，不同层段纹层密度相差较大，密度越大岩性越致密，间接反映物性，矿物组成成分和结构决定了页岩油储集层的物性，不同的纹层组合和比例构成不同的源储组合类型，不同矿物含量岩性相互叠置的纹层状、薄层状混积岩模式储集层最为有利。

通过岩心精细描述、薄片镜下观察，饶阳凹陷沙一下亚段泥页岩类纹层结构较为发育，储集空间类型多样，为页岩油赋存提供了重要的储集空间，不同岩性储集层赋存空间多表现为页理缝+孔隙双重介质特征，长英质页岩以层间缝、粒间孔为主；云灰质页岩以溶蚀孔为主；混合质、黏土质页岩以有机孔为主(图5)。

沙一下亚段孔隙度多低于15%，渗透率低于10 mD，属特低孔隙度、超低渗透率储集层，储集性能总体较差，在斜坡带页岩油储集层页理较为发育，由于物源供给丰富，储集物性相对较好，但靠近洼槽区由于沉积环境变化及压实程度影响，埋深增加厚度增大，泥页岩纹层致密导致物性相对较差，但生烃能力较强。

2.2 含油性

页岩油气藏形成的影响因素众多，一般需要有一定规模连续分布富有机质泥页岩、良好的储集条件和保存条件等，通过对沙一下亚段岩心、岩屑实物观察可见荧光-油斑级显示，含油部位以微裂缝、页理缝为主，气测显示活跃，背景值较高，全烃值在0.07%～100%之间；荧光薄片观察发现，泥页岩类普遍发光，但受岩性及烃类富集程度的影响发光程度各有不同，其中长英质、云灰质页岩游离烃含量高，荧光强度较大，含油性较好；混合质、黏土质页岩，发光强度次之，反映含油性较差(图6)。

图5 泥页岩类薄片分析图片

该地层靠近洼槽区附近泥页岩段形成于半深湖-深湖环境，埋深3 472～4 150 m，地层厚48～160 m，保存条件好，富有机质泥页岩厚度较大，热演化程度适中，气测值较高；而斜坡内带泥页岩形成于半深湖环境，埋深3 122～3 410 m，地层厚50～70 m，厚度较薄，热演化程度较低，油质较重，气测值相对较低。

图6 长英质页岩、云灰质页岩、混合质页岩及黏土质页岩荧光薄片

2.3 脆性

页岩油气勘探中，储集层压裂改造是提高开发成效的必要手段，脆性好坏直接影响到泥页岩储集层网状裂缝的形成效果，因此脆性评价是指导开发工作的重要一环。泥页岩中脆性矿物含量达到较高时才能获得较好的压裂效果，通过对沙一下亚段XRD矿物含量分析中的石英、长石、碳酸盐岩等脆性矿物含量作为因子进行脆性指数计算，脆性指数(BI)=(石英含量+长石含量+碳酸盐岩含量)/(石英含量+长石含量+碳酸盐岩含量+黏土含量)，得出的数值一般越大表明地层可压性越强；另外在钻遇泥页岩地层钻时相对较低也可以表明石英、长石、碳酸盐岩等脆性矿物含量高，地层可钻性强，脆性指数相对较高[15]。

总体来看，该地区沙一下亚段页岩油储集层应该满足：(1)黏土质含量相对较低，一般低于30%；(2)石英、碳酸盐岩等脆性矿物含量超过 55%；(3)钻时低于上下围岩，为宜于压裂改造的有利储集层段。

3 应用效果与实例

应用“三类、三性”页岩油录井评价方法，明确了饶阳凹陷蠡县斜坡内带-河间洼槽带沙一下亚段的岩石、烃源岩及其源储组合类型，总结了物性、含油性、脆性的相应评价标准，对沙一下亚段2019年新钻11口井跟踪评价，通过对泥页岩段817.5 m的8 443个地化、薄片、XRD分析等数据点进行归类统计，共解释页岩油产层157.01 m/71层，其中4口井获工业油流，解释符合率达81.5%，取得良好的应用效果，满足页岩油录井评价的定量化及准确化的需要，为该地区页岩油下一步勘探部署提供了有利地质依据。

下面以XL 25X井为例，应用常规地质、地化、气测、XRD矿物含量分析等录井技术对页岩油层段3 534.8～3 553 m的55号、56号、63号、64号、66号、67号层从“三类、三性”六方面进行综合评价(图7)。

3.1 “三类”评价

通过XL 25X井岩心XRD矿物成分分析数据对解释层岩石类型进行划分，数据点在图板上多落于长英质、云灰质页岩区(图8)；岩石热解指标TOC平均为2.7%，S1为1.15 mg/g，S1+S2为22.92 mg/g，Tmax为437℃；热解沥青“A”为0.56 mg/g，黄铁矿含量为9.5%，均达到最好烃源岩标准；该段岩心观察页理发育，密度较小，平均13层/cm，结合岩电组合特征(图7)综合评价储集层为纹层状、薄层状混积岩模式，具有较好的储集层品质。

3.2 “三性”评价

XL 25X井3 534.8～3 553 m井段的55号、56号、63号、64号、66号、67号层钻时均低于围岩，页理密度较小，黄铁矿含量较高，XRD矿物含量分析除66号层下段和67号层泥质含量较重外，其余层泥质含量较低，薄片分析共10块，多见微裂缝、收缩缝，还可见介形类生物碎屑等，整体物性较好；岩屑录井见荧光-油迹显示，气测录井组分齐全，C1为65.56%～72.95%，C3>C2，呈油层特征，湿度比27%～34%，岩心页理缝和断面上均可以见到原油，荧光薄片见黄褐色、浅褐色、浅绿黄色荧光，油气显示较好；钻时均低于围岩，脆性指数平均64.2%，属于中-好级别，综合解释为Ⅰ类页岩油层。

图7 XL 25X井录井综合图

图8 XL 25X井解释层岩性分类图板

XL 25X井“三类、三性”评价结果表明，该套页岩油产层岩石类型好，烃源岩类型佳，并具有较好含油性和储集层品质，最终射流泵试油获6.9 t/d的工业油流。

4 结论与建议

通过对录井资料的精细分析，总结出“三类、三性”页岩油评价方法，对饶阳凹陷蠡县斜坡内带-河间洼槽带沙一下亚段页岩油产层进行评价，取得了较好的应用效果，其中岩石类型、储集层物性、脆性指标等平面展布特征还为页岩油甜点区带指明方向，为下一步水平井甜点层钻遇率和沙三上亚段页岩油勘探具有一定的指导意义。

该地区沙一下亚段岩性单一，是典型的以泥页岩为主的基质含油型页岩油，但矿物组成复杂，洼槽区是以微层状(块状)泥页岩为主，斜坡内带以纹层状、薄层状泥页岩较为发育。在洼槽区附近富有机质泥页岩厚度较大，热演化程度适中，气测值较高，而斜坡内带厚度相对较薄，热演化程度相对较低，油质较重，气测值较低，建议优选富有机质泥页岩连续分布的河间洼槽区作为下一步沙一下亚段页岩油水平井钻探的首选目标，有望获得页岩油勘探的突破。

总之，页岩油气资源的勘探开发，为录井技术的发展提供了广阔的空间，同时也对录井技术提出了严峻的挑战，今后还将不断探索和尝试录井新技术和新方法在页岩油领域中的应用，争取做到最大化地满足页岩油勘探开发的需要[16]。