泌陽(yáng)凹陷頁(yè)巖油富集段資源評(píng)價(jià)及有利區(qū)預(yù)測(cè)

章新文，李吉君，朱景修，顏鑫桐，羅曦，王民，盧雙舫

（1.中國(guó)石化河南油田分公司石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，河南 鄭州450000；2.中國(guó)石油大學(xué)（華東）非常規(guī)油氣與新能源研究院，山東 青島266580；3.中國(guó)石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京102249；4.東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江 大慶168813）

0 引言

隨著世界油氣能源供給的日趨緊張和常規(guī)油氣勘探開(kāi)發(fā)形勢(shì)的日趨嚴(yán)峻，非常規(guī)油氣已引起人們的高度重視。北美勘探實(shí)踐表明，目前發(fā)展勢(shì)頭最快、潛力最大的屬頁(yè)巖油氣。20 世紀(jì)90年代后期，頁(yè)巖氣在美國(guó)率先實(shí)現(xiàn)商業(yè)化、規(guī)?；?，此后產(chǎn)量迅速增加，使得美國(guó)天然氣價(jià)格持續(xù)走低，于是眾多石油公司開(kāi)始把目光瞄準(zhǔn)更具經(jīng)濟(jì)價(jià)值的頁(yè)巖油。國(guó)外勘探實(shí)踐證實(shí)，頁(yè)巖油資源同樣潛力巨大。如美國(guó)Bakken 的頁(yè)巖油資源量達(dá)570×108t［1］，俄羅斯西西伯利亞盆地薩累姆油田上侏羅統(tǒng)巴熱諾夫組頁(yè)巖油儲(chǔ)量高達(dá)13.7×108t［2］。在我國(guó)以往常規(guī)油氣勘探過(guò)程中，松遼盆地、渤海灣盆地、 南襄盆地等東部含油盆地發(fā)現(xiàn)了眾多泥巖裂縫油藏［3-7］，在一定程度上顯示了頁(yè)巖油的資源潛力。

2011年泌陽(yáng)凹陷泌頁(yè)HF1 井通過(guò)水平井分段壓裂技術(shù)獲得日產(chǎn)23.6 m3的高產(chǎn)油流，率先取得我國(guó)陸相頁(yè)巖油開(kāi)發(fā)的突破，具備較好的勘探開(kāi)發(fā)前景［8-9］。頁(yè)巖油資源開(kāi)發(fā)能否取得成功主要取決于頁(yè)巖油的資源豐度及其可采性。頁(yè)巖油的滲流能力遠(yuǎn)低于頁(yè)巖氣，開(kāi)采難度大，因此對(duì)于頁(yè)巖油開(kāi)發(fā)需要更加重視其資源豐度，重點(diǎn)尋找頁(yè)巖油富集段。頁(yè)巖油的開(kāi)采性主要受控于泥頁(yè)巖的可壓裂性、地層壓力和原油物性等?；谏鲜稣J(rèn)識(shí)，本文首次對(duì)泌陽(yáng)凹陷頁(yè)巖油富集段進(jìn)行了系統(tǒng)劃分，繼而對(duì)其資源量進(jìn)行了評(píng)價(jià)，最后結(jié)合可采性指出了泌陽(yáng)凹陷下步頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)的有利區(qū)。

1 富集段頁(yè)巖油資源評(píng)價(jià)

1.1 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的建立

通過(guò)對(duì)泌陽(yáng)地化分析數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)整理，建立了氯仿瀝青“A”質(zhì)量分?jǐn)?shù)和殘留烴量（S1）與總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)（TOC）的對(duì)應(yīng)關(guān)系（見(jiàn)圖1）。

圖1 泥頁(yè)巖含油性與有機(jī)質(zhì)豐度的散點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系

由圖1可以看出，氯仿瀝青“A”質(zhì)量分?jǐn)?shù)、S1隨TOC 的增大總體呈上升趨勢(shì)，并表現(xiàn)出明顯的3 段性特征。穩(wěn)定的高值段表明所生的油量基本達(dá)到飽和，多余的油被排出，這類(lèi)泥頁(yè)巖的含油量最為豐富，是近期頁(yè)巖油評(píng)價(jià)和勘探最現(xiàn)實(shí)的對(duì)象，為富集資源；上升段頁(yè)巖含油量居中，待未來(lái)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展后才有望成為開(kāi)發(fā)對(duì)象，為低效資源；穩(wěn)定低值段有機(jī)質(zhì)豐度低，近期難以被經(jīng)濟(jì)有效開(kāi)發(fā)［10］。

現(xiàn)階段對(duì)于頁(yè)巖油的勘探開(kāi)發(fā)，應(yīng)優(yōu)先選擇富集資源，尋找頁(yè)巖油富集段，即泥頁(yè)巖層系中具備一定厚度，有機(jī)質(zhì)豐度達(dá)到富集資源標(biāo)準(zhǔn)，或達(dá)到富集資源標(biāo)準(zhǔn)比例較高的層段。為方便油田現(xiàn)場(chǎng)推廣應(yīng)用，本次研究將富集資源的TOC 標(biāo)準(zhǔn)定為2%，將泥頁(yè)巖層系中達(dá)到富集資源標(biāo)準(zhǔn)的泥頁(yè)巖厚度比例超過(guò)2/3、總厚度超過(guò)10 m 的層段定義為頁(yè)巖油富集段。

1.2 泥頁(yè)巖有機(jī)非均質(zhì)性測(cè)井識(shí)別

受取樣來(lái)源和分析經(jīng)費(fèi)的限制，實(shí)驗(yàn)所得分析數(shù)據(jù)有限，因此不能全面評(píng)價(jià)烴源巖質(zhì)量。而利用測(cè)井技術(shù)所得的地球物理勘探資料，可以建立起測(cè)井資料與烴源巖有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)間的定量關(guān)系模型，進(jìn)而對(duì)烴源巖進(jìn)行預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)［11-12］。本次研究使用改進(jìn)的ΔlogR方法，無(wú)需人為確定基線(xiàn)值及有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)背景值，通過(guò)計(jì)算機(jī)可以直接擬合測(cè)井值與有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系式［13-14］。

利用測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)資料計(jì)算出的TOC、 氯仿瀝青“A”質(zhì)量分?jǐn)?shù)和S1值與巖樣實(shí)測(cè)值吻合較好，說(shuō)明了測(cè)井評(píng)價(jià)泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度和含油性具有可行性，為下步富集段的劃分和資源評(píng)價(jià)奠定了基礎(chǔ)。本次研究共對(duì)已進(jìn)入生烴門(mén)限且發(fā)育有效泥頁(yè)巖層系的104 口井進(jìn)行了有機(jī)非均質(zhì)性的測(cè)井評(píng)價(jià)，分布廣泛的井位為富集段劃分及資源評(píng)價(jià)工作的細(xì)致開(kāi)展奠定了基礎(chǔ)。

1.3 富集段劃分及頁(yè)巖油資源評(píng)價(jià)

根據(jù)富集段劃分標(biāo)準(zhǔn)及泥頁(yè)巖有機(jī)非均質(zhì)性的測(cè)井識(shí)別結(jié)果，本次研究對(duì)泌陽(yáng)凹陷核桃園組（H21—H38 段）頁(yè)巖油富集段進(jìn)行了細(xì)致刻畫(huà)和統(tǒng)計(jì)。結(jié)果表明，H32，H33 層位富集段最為發(fā)育，具備連片的規(guī)模分布，其他層位富集段發(fā)育較為分散。

通過(guò)大量的單井對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，泌陽(yáng)凹陷H32，H33 頁(yè)巖油富集段主要發(fā)育在H32 下部、H33 上部及中部。其中，H33 中部富集段最為發(fā)育，在深凹區(qū)存在西北和東南2 個(gè)發(fā)育區(qū)，且東南發(fā)育區(qū)富集段厚度高于西北區(qū)，2 發(fā)育區(qū)中心分別處于泌47 井區(qū)和泌149井區(qū)。目前泌陽(yáng)凹陷已取得突破的安深1、泌頁(yè)HF1、泌頁(yè)HF2 井頁(yè)巖油開(kāi)發(fā)層位處于該富集段的東南發(fā)育區(qū)，但并非中心區(qū)域。

對(duì)于泥頁(yè)巖含油性的表征，通常采用氯仿瀝青“A”質(zhì)量分?jǐn)?shù)和S1這2 個(gè)指標(biāo)。受實(shí)驗(yàn)方法限制，氯仿瀝青“A”檢測(cè)存在輕烴損失，而S1同時(shí)存在輕烴和重?zé)N損失，這2 參數(shù)僅是揭示頁(yè)巖油中烴的量，對(duì)于頁(yè)巖油資源量的計(jì)算需結(jié)合其族組成進(jìn)行折算。理論上，在考慮上述影響因素的情況下，采用2 個(gè)含油性指標(biāo)所計(jì)算的頁(yè)巖油資源量應(yīng)當(dāng)相同。為進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，本次研究采用2 個(gè)含油性指標(biāo)分別對(duì)泌陽(yáng)凹陷頁(yè)巖油富集段的資源量進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于S1重?zé)N補(bǔ)償矯正可通過(guò)樣品抽提前后裂解烴S2的差值進(jìn)行矯正［15］。對(duì)于輕烴補(bǔ)償矯正可通過(guò)化學(xué)動(dòng)力學(xué)方法進(jìn)行，選取未—低成熟巖石樣品進(jìn)行Rock-Eval 和PY-GC 實(shí)驗(yàn)，分別建立標(biāo)定原油中輕烴（C6—13）和烴（C6+）生成的化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型，進(jìn)而進(jìn)行地質(zhì)應(yīng)用，便可得出不同成熟度條件下頁(yè)巖油中輕烴的比例。

對(duì)于頁(yè)巖油資源量的計(jì)算，本文采用體積法。經(jīng)計(jì)算，氯仿瀝青“A”法得出的富集段H32 下部頁(yè)巖油資源 量 為0.24×108t，H33 上 部0.23×108t，H33 中 部0.91×108t，合計(jì)1.38×108t。S1法得出的富集段H32 下部頁(yè)巖油資源量為0.27×108t，H33 上部0.24×108t，H33 中部1×108t，合計(jì)1.51×108t。2 種計(jì)算方法得出的頁(yè)巖油資源量比較接近，說(shuō)明了本次頁(yè)巖油資源評(píng)價(jià)方法的合理性，取2 種方法的均值，3 個(gè)富集段頁(yè)巖油總資源量約為1.45×108t。

泌陽(yáng)凹陷H33 中部的富集段氯仿瀝青“A”資源強(qiáng)度等值線(xiàn)圖（見(jiàn)圖2）可以看出，受控于富集段厚度的頁(yè)巖油資源強(qiáng)度也存在西北和東南2 個(gè)高值區(qū)。其中，泌149 井區(qū)資源強(qiáng)度最高，達(dá)200×104t/km2，泌163—泌270 井區(qū)也具有較高的資源強(qiáng)度，約為150×104t/km2，安深1—泌頁(yè)HF1 井區(qū)約為100×108t/km2，與前2井區(qū)有一定差距。泌149 和泌163—泌270 井區(qū)富集段也有較好氣測(cè)異常，顯示具有較好頁(yè)巖油氣前景。

圖2 頁(yè)巖油資源強(qiáng)度與黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)疊合

2 富集段頁(yè)巖油可采性評(píng)價(jià)

由于泌陽(yáng)凹陷無(wú)明顯超壓，對(duì)頁(yè)巖油可采性的評(píng)價(jià)主要考慮泥頁(yè)巖的無(wú)機(jī)非均質(zhì)性和原油物性。

2.1 泥頁(yè)巖無(wú)機(jī)非均質(zhì)性測(cè)井識(shí)別

一般認(rèn)為泥頁(yè)巖主要由黏土礦物組成，其次為碎屑礦物如石英、長(zhǎng)石和少量自生非黏土礦物，包括鐵、錳、鋁的氧化物和氫氧化物，以及碳酸鹽、硫酸鹽、硫化物、硅質(zhì)礦物和一些磷酸鹽等。實(shí)際上礦物組成及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化很大，這對(duì)裂縫發(fā)育具一定控制作用。北美主要頁(yè)巖油氣產(chǎn)區(qū)開(kāi)發(fā)實(shí)踐揭示，其石英、鈣質(zhì)等脆性礦物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般大于50%，有利于壓裂改造［16-18］。從工區(qū)泥頁(yè)巖礦物組成分析數(shù)據(jù)可以看出，泌陽(yáng)凹陷的黏土質(zhì)量分?jǐn)?shù)大多處于20%～50%；碳酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)處于10%～40%；石英、長(zhǎng)石、黃鐵礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)多數(shù)集中在30%～70%。泌陽(yáng)凹陷核桃園組泥頁(yè)巖脆性礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體較高，有利于泥頁(yè)巖儲(chǔ)層的壓裂改造。

由于實(shí)際分析數(shù)據(jù)有限，為了明確工區(qū)的無(wú)機(jī)非均質(zhì)性，本次研究采用密度-中子差值法，利用測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)對(duì)工區(qū)泥頁(yè)巖的黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行了定量評(píng)價(jià)，測(cè)井識(shí)別結(jié)果與實(shí)測(cè)值吻合良好，說(shuō)明了測(cè)井識(shí)別方法的可行性。結(jié)果表明，泌陽(yáng)凹陷H33 中部富集段黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)均值主要分布在20%～40%，與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)總體相當(dāng)，進(jìn)一步反映了研究區(qū)泥頁(yè)巖脆性較好。

2.2 原油物性

原油物性是影響頁(yè)巖油開(kāi)采的重要因素之一，目前北美地區(qū)所產(chǎn)頁(yè)巖油主要為輕質(zhì)油（含凝析油）［19-21］。影響原油物性的因素主要有：一原油的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)；二原油溶解天然氣的數(shù)量。泌陽(yáng)凹陷原油、泥頁(yè)巖抽提物隨深度變化關(guān)系見(jiàn)圖3a，3b?？梢钥闯?，隨深度（成熟度）的增加原油及抽提物中膠質(zhì)與瀝青質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈明顯的降低趨勢(shì)。

安深1 井、 泌頁(yè)1 井原油性質(zhì)介于同深度常規(guī)原油與泥頁(yè)巖抽提物之間。這主要是由于原油從源巖初次運(yùn)移過(guò)程中存在組分分餾作用，烴類(lèi)更多地排出，而膠質(zhì)和瀝青質(zhì)則更多地殘留在泥頁(yè)巖中；與源巖抽提物相比，安深1 井和泌頁(yè)1 井早期所產(chǎn)原油主要源自較大的孔縫（層理、裂縫），跟基質(zhì)孔隙中原油相比烴類(lèi)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，且源巖抽提物存在輕烴損失的問(wèn)題。隨著膠質(zhì)、瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的降低，原油的密度和黏度呈明顯下降趨勢(shì)，特別是在2 800 m 左右，原油密度和黏度開(kāi)始驟減（見(jiàn)圖3c，3d）。

泌頁(yè)1 井、安深1 井由于埋深較小，有機(jī)質(zhì)成熟度較低（Ro平均值0.86%），所產(chǎn)原油的密度和黏度均處于高值區(qū)。從原油物性考慮，2 800 m 以下應(yīng)是頁(yè)巖油開(kāi)發(fā)的有利深度段。此外，地質(zhì)條件下埋深較大的高成熟度原油通常具有較高的氣油比和溫度，這些均會(huì)進(jìn)一步降低原油黏度。

圖3 原油、抽提物及原油物性隨深度變化規(guī)律

3 頁(yè)巖油有利區(qū)預(yù)測(cè)

頁(yè)巖油的富集程度、物性和泥頁(yè)巖儲(chǔ)層的脆性、埋深，以及地表?xiàng)l件，共同影響著頁(yè)巖油能否被有效地開(kāi)發(fā)利用。泌陽(yáng)凹陷的埋深大多小于4 000 m，地表以平原為主，均達(dá)到了頁(yè)巖油資源開(kāi)采的要求，不會(huì)成為頁(yè)巖油資源有效開(kāi)發(fā)利用的制約條件。從資源強(qiáng)度方面看，泌149 井區(qū)應(yīng)成為下步研究重點(diǎn)，同時(shí)泌163、泌270 井區(qū)也具有較高的資源豐度。從原油物性考慮，泌163、泌270 井區(qū)富集段埋深超過(guò)2 800 m，對(duì)應(yīng)頁(yè)巖油黏度較低，便于開(kāi)采。從礦物組成看，上述2 井區(qū)均處于脆性礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高值區(qū)，有利于地層壓裂改造。

綜上所述，泌149 和泌163、泌270 井區(qū)所在的泌陽(yáng)凹陷東南部地區(qū)應(yīng)是下一步頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)的較有利區(qū)。

4 結(jié)論

1）泌陽(yáng)凹陷主要發(fā)育3 個(gè)頁(yè)巖油富集層段，分別是H32 下部、H33 上部及H33 中部。泌陽(yáng)凹陷H32 下部、H33 上部及H33 中部富集段頁(yè)巖油總資源量約為1.45×108t。其中，H33 中部資源量最大，達(dá)到0.96×108t，H32 下部與H33 上部資源量相當(dāng)。

2）泌149 和泌163、泌270 井區(qū)所在的泌陽(yáng)凹陷東南部地區(qū)頁(yè)巖油資源豐度高、泥頁(yè)巖脆性較好，且原油黏度較小，是下步頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)的有利區(qū)。

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