油頁巖含油率的測井評價方法

王翠平，潘保芝，林鶴，谷丙洛，魏代云，任志明

（1.吉林大學(xué)地球探測科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，吉林長春130026；2.中國石油大學(xué)，北京100429；3.中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京100029；4.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，安徽合肥230026）

油頁巖含油率的測井評價方法

王翠平1，潘保芝1，林鶴2，谷丙洛3，魏代云4，任志明2

（1.吉林大學(xué)地球探測科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，吉林長春130026；2.中國石油大學(xué)，北京100429；3.中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京100029；4.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，安徽合肥230026）

針對成熟階段的油頁巖，提出了一種評價油頁巖微小孔隙中含油率的方法。應(yīng)用測井資料，定量求取油頁巖各組分的體積含量，得到較為精確的油頁巖孔隙度值和泥質(zhì)含量。通過導(dǎo)電機(jī)理的分析，建立油頁巖導(dǎo)電模型。利用測井資料確定方程中各參數(shù)，對油頁巖含油率進(jìn)行定量評價。實(shí)際應(yīng)用表明，該方法對富含有機(jī)質(zhì)、泥質(zhì)含量較多的油頁巖具有較好的適用性。利用測井資料定量評價油頁巖含油率，可有效彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)室測樣的不足，并為油頁巖研究提供有價值的參考資料。

測井解釋；油頁巖；含油率；泥質(zhì)含量；導(dǎo)電模型；定量評價

0 引 言

油頁巖含油率主要靠實(shí)驗(yàn)室鋁甄低溫干餾方法測量［1－4］，耗時，昂貴，且不連續(xù)。另一種方法是通過分析油頁巖的測井響應(yīng)特征，結(jié)合對油頁巖巖心分析結(jié)果，運(yùn)用回歸分析方法得到計算油頁巖含油率的統(tǒng)計模型［5－6］，該方法連續(xù)性較好，但是需要對大量的巖樣數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，而這些數(shù)據(jù)是在特定地質(zhì)條件下采集，具有區(qū)域性特征。還有學(xué)者通過測井資料得到有機(jī)碳含量，進(jìn)而求取含油率［7］，該方法間接求取含油率，周期長，費(fèi)時費(fèi)力，精度有待提高。本文從油頁巖巖石的導(dǎo)電機(jī)理入手，研究油頁巖含油率的求取方法。根據(jù)石油呈油相初次運(yùn)移的模擬實(shí)驗(yàn)可知，在頁巖中生成的、呈分散狀態(tài)的石油，當(dāng)其達(dá)到一定數(shù)量，即超過殘余油飽和度時，就會以其原有相態(tài)與水一起運(yùn)移［8］。當(dāng)油頁巖達(dá)到一定的成熟度，油頁巖的微小孔隙中就可能存在著游離狀態(tài)的油，倘若用測井資料準(zhǔn)確、快速地計算出油頁巖中這部分的含油率，就能有效彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)室測樣的不足，為油頁巖的研究提供非常有價值的參考資料。本文以油頁巖含油率為出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)用測井資料求取油頁巖各組分的體積分?jǐn)?shù)，在此基礎(chǔ)上，對其導(dǎo)電機(jī)理進(jìn)行分析，提出適合于油頁巖的導(dǎo)電模型，從而得到直接用測井資料定量評價含油率的方程。

1 油頁巖各組分體積分?jǐn)?shù)的求取

含油率是一個與含水飽和度有關(guān)的質(zhì)量參數(shù)，要對其進(jìn)行定量評價，必須精確求取油頁巖巖石各組分的體積分?jǐn)?shù)。有人認(rèn)為［9］富含有機(jī)碳的烴源巖由3部分組成：巖石骨架、固體有機(jī)質(zhì)和孔隙流體。油頁巖是烴源巖的一種，除了巖石骨架、孔隙流體和固體有機(jī)質(zhì)之外，還含有較多的泥質(zhì)。本文在常規(guī)的應(yīng)用線性方程組求取各組分體積分?jǐn)?shù)方法的基礎(chǔ)上，提出了一種改進(jìn)方法。

首先，認(rèn)為泥質(zhì)和固體有機(jī)質(zhì)是同一種組分，其體積分?jǐn)?shù)記為V′sh。選取密度、聲波時差2條測井曲線建立相應(yīng)方程組

式中，ρ、Δt分別為密度、聲波時差測井值；φ為孔隙度；Vma為骨架的體積；ρma、ρsh、ρφ分別為骨架、泥質(zhì)與有機(jī)質(zhì)混合組分、孔隙水的密度值；Δtma、Δtsh、Δtφ分別為骨架、泥質(zhì)與有機(jī)質(zhì)混合組分、孔隙水的聲波時差值。

求解式（1），即得到Vma、V′sh、φ。有機(jī)質(zhì)是由瀝青和干酪根組成，其中干酪根含量占85%～90%，因此方程中涉及的有機(jī)質(zhì)參數(shù)（見表1）是用該地區(qū)干酪根的相關(guān)參數(shù)代替的；另外，由于泥質(zhì)參數(shù)隨地區(qū)的不同變化比較大，故泥質(zhì)參數(shù)是用相應(yīng)井段的泥巖數(shù)據(jù)作交會圖得到。

表1 體積模型各組分參數(shù)表

然后，精確求取泥質(zhì)和有機(jī)質(zhì)混合組分中的有機(jī)質(zhì)含量。根據(jù)史冀忠在內(nèi)蒙古巴格毛德地區(qū)油頁巖的研究可知，巴格毛德淺12井的有機(jī)碳含量TOC與電阻率Rt和聲波時差Δt有一定相關(guān)關(guān)系，其統(tǒng)計關(guān)系式為［5］

根據(jù)式（2），應(yīng)用巴格毛德淺12井的Rt和Δt測井?dāng)?shù)據(jù)，得到有機(jī)碳含量。有機(jī)碳是指沉積巖中與有機(jī)質(zhì)有關(guān)的碳元素，它是以碳元素多少表示巖石中有機(jī)質(zhì)的含量。有機(jī)質(zhì)的密度與水近似［5］，故而這里用求得的有機(jī)碳含量來表示體積模型中的有機(jī)質(zhì)含量VTOC即

從混合組分中除去有機(jī)質(zhì)含量，即得到了油頁巖中泥質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)Vsh，即

這樣，就得到油頁巖各組分的體積分?jǐn)?shù)，尤其是得到較為精確的泥質(zhì)含量和孔隙度值，為建立導(dǎo)電模型求取含油率奠定基礎(chǔ)。

2 含油率定量評價方程的提出

油頁巖中富含固體有機(jī)質(zhì)，有機(jī)質(zhì)具有密度低和吸附性強(qiáng)等特征，決定了油頁巖在測井曲線上一般顯示為高伽馬、高電阻率、高聲波時差、低密度異常［10］。油頁巖的這種特性決定了其與泥巖、砂巖的測井曲線有明顯差異。在正常情況下，地層有機(jī)質(zhì)含量越高，測井曲線異常響應(yīng)越明顯。

油頁巖中所含的有機(jī)質(zhì)不具導(dǎo)電性，從而減小了油頁巖中泥質(zhì)的導(dǎo)電能力，使油頁巖的電阻率增大［10］。巖石骨架和有機(jī)質(zhì)均不導(dǎo)電，只有泥質(zhì)和孔隙流體具有導(dǎo)電性。據(jù)此，在已有的砂泥巖導(dǎo)電模型的基礎(chǔ)上，提出了適合于油頁巖的導(dǎo)電模型

考慮到含油率是一個質(zhì)量分?jǐn)?shù)，而含水飽和度是一個體積分?jǐn)?shù)，故而兩者存在關(guān)系

結(jié)合式（5）和式（6），可得到含油率的定量評價方程

該含油率方程主要考慮了固體有機(jī)質(zhì)對泥質(zhì)導(dǎo)電能力的影響，將2種組分對電導(dǎo)率的綜合作用結(jié)果以泥質(zhì)含量Vsh的形式表現(xiàn)在方程中。由此可見，固體有機(jī)質(zhì)含量和泥質(zhì)含量對含油率的求取結(jié)果起到相當(dāng)大的影響作用。

3 應(yīng)用實(shí)例

這樣，就可以應(yīng)用測井?dāng)?shù)據(jù)，求取油頁巖各組分的體積分?jǐn)?shù)，得到方程中的Vsh、φ值，并將確定好的相應(yīng)參數(shù)代入含油率定量評價方程，即可得到油頁巖含油率，從而得到油頁巖層段的綜合測井解釋結(jié)果（見圖2）。

圖1 巴格毛德淺12井泥巖段聲波－電阻率交會圖

將應(yīng)用含油率方程求取的含油率與分析含油率進(jìn)行對比（見圖3），有很好的相關(guān)性，計算的相關(guān)系數(shù)R＝0.970 3，絕對誤差E＝0.683 5%。圖3中被圈住的油頁巖含油率數(shù)值達(dá)到3.5%以上，根據(jù)劉招君關(guān)于油頁巖的定義［2］可知，這部分油頁巖已經(jīng)達(dá)到了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可對其進(jìn)行開采。

圖2 巴格毛德淺12井（89～107 m層段）綜合測井解釋圖

圖3 含油率方程計算的含油率與分析含油率交會圖

4 結(jié) 論

（1）油頁巖含油率方程的提出，是在分析油頁巖的導(dǎo)電機(jī)理，考慮油頁巖各體積組分對其導(dǎo)電性的貢獻(xiàn)，建立油頁巖導(dǎo)電模型的基礎(chǔ)上提出的。該方法使得利用測井資料求取含油率不再僅局限于借助有機(jī)碳含量間接獲得，而是一種直接利用測井資料定量評價油頁巖含油率的方法。

（2）油頁巖各組分體積分?jǐn)?shù)的求取，既應(yīng)用了常規(guī)的求解線性方程組方法，又有改進(jìn)之處。結(jié)果表明，該方法對富含有機(jī)質(zhì)、泥質(zhì)含量較多的油頁巖具有較好的適用性。

（3）含油率方程參數(shù)的確定，借鑒了常規(guī)儲層的評價方法，從參數(shù)值的大小可以看出，該含油率定量評價方程適用于低礦化度地層水的油頁巖。當(dāng)然，方程中涉及的參數(shù)還受很多因素影響，例如有機(jī)質(zhì)成熟度、地層溫度等。

（4）應(yīng)用含油率定量評價方程求取的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室分析含油率數(shù)據(jù)吻合較好，但也存在一定差異，可能是由參數(shù)的確定存在誤差所致，也可能是由該應(yīng)用地區(qū)油頁巖的成熟度過低所導(dǎo)致的。因此，本文探索的方法可能更適用于成熟程度較高的油頁巖地層。

［1］ 劉招君，柳蓉.中國油頁巖特征及開發(fā)利用前景分析［J］.地學(xué)前緣，2005，12（3）：315－323.

［2］ 劉招君，董清水，葉松青，等.中國油頁巖資源現(xiàn)狀［J］.吉林大學(xué)學(xué)報，2006，36（6）：869－876.

［3］ 孫佰仲，王擎，姜慶賢，等.油頁巖含油率的測定及其影響因素分析［J］.東北電力大學(xué)學(xué)報，2006，26（1）：13－16.

［4］ 楊迎軍，關(guān)曉輝，魯敏，等.油頁巖含油率測定方法及其影響因素的研究［J］.東北電力大學(xué)學(xué)報，2007，27（2）：26－29.

［5］ 史冀忠.內(nèi)蒙古巴格毛德油頁巖特征及測井響應(yīng)研究［D］.長春：吉林大學(xué)，2008.

［6］ 孟慶濤，劉招君，柳蓉，等.松遼盆地農(nóng)安地區(qū)上白堊統(tǒng)油頁巖含油率影響因素［J］.吉林大學(xué)學(xué)報，2006，36（6）：963－968.

［7］ 運(yùn)華云，項(xiàng)建新，劉子文.有機(jī)碳測井評價方法及在勝利油田的應(yīng)用［J］.測井技術(shù)，2000，24（5）：372－376.

［8］ 張厚福，張萬選.石油地質(zhì)學(xué)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1989.

［9］ 王貴文，朱振宇，朱廣宇.烴源巖測井識別與評價方法研究［J］.石油勘探與開發(fā)，2002，29（4）：50－52.

［10］賀君玲，鄧守偉，陳文龍，等.利用測井技術(shù)評價松遼盆地南部油頁巖［J］.吉林大學(xué)學(xué)報：地球科學(xué)版，2006，36（6）：909－914.

Log Evaluation Procedure of Oil Shale’s Oil Cut

WANG Cuiping1，PAN Baozhi1，LIN He2，GU Bingluo3，WEI Daiyun4，REN Zhiming2
（1.College of Geo－exploration Science and Technology，Jilin University，Changchun，Jilin 130026，China；2.China University of Petroleum，Beijing 100429，China；3.Institute of Geology and Geophysics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100029，China；4.University of Science and Technology of China，Hefei，Anhui 230026，China）

Put forward is an oil cut evaluation method for oil shales in minute pore in mature stage.The volume fractions of each component in the oil shales are calculated quantitatively by using log data，and then obtained are comparatively accurate oil shales porosity and shale content.Oil shales conductivity model is established by analyzing electrical conduction mechanism.And parameters in the conductivity model are determined from log data，so as to quantitatively evaluate oil cut of the oil shales.Practical application shows that this method has better applicability for oil shale rich in organic matter and shale content.Using log data to quantitatively evaluate oil shale’s oil cut can effectively make up for deficiencies of laboratory test samples，and provide a valuable reference for research on oil shales.

log interpretation，oil shale，oil cut，shale content，conductivity model，quantitative evaluation

1004－1338（2011）06－0564－04

P631.84

A

油頁巖資源地球物理探測關(guān)鍵技術(shù)及儀器（項(xiàng)目編號：OSR－02）資助

王翠平，女，1985年生，碩士研究生，從事測井評價方面的研究。

2011－05－25 本文編輯 王小寧）