巖石熱解錄井資料在頁(yè)巖油氣水平井地質(zhì)導(dǎo)向中的應(yīng)用

方錫賢，翟東曉，許德云,李辛來(lái),李北洋，吳愛(ài)紅

(1.中國(guó)石化河南石油工程有限公司地質(zhì)錄井公司，河南南陽(yáng) 473132；2.中國(guó)石化石油工程地球物理有限公司河南分公司；3.中國(guó)石化河南石油工程有限公司測(cè)井公司)

巖石熱解錄井資料在頁(yè)巖油氣水平井地質(zhì)導(dǎo)向中的應(yīng)用

方錫賢1，翟東曉2，許德云1,李辛來(lái)1,李北洋1，吳愛(ài)紅3

(1.中國(guó)石化河南石油工程有限公司地質(zhì)錄井公司，河南南陽(yáng) 473132；2.中國(guó)石化石油工程地球物理有限公司河南分公司；3.中國(guó)石化河南石油工程有限公司測(cè)井公司)

傳統(tǒng)的水平井地質(zhì)導(dǎo)向更多地依賴(lài)于巖性、氣測(cè)、隨鉆測(cè)井資料。在分析巖石熱解錄井資料的價(jià)值、縱橫向剖面有機(jī)質(zhì)特點(diǎn)以及巖石熱解錄井各項(xiàng)資料后，提出了采用巖石熱解錄井S2數(shù)據(jù)進(jìn)行頁(yè)巖油氣水平井地質(zhì)導(dǎo)向的新思維。介紹了巖石熱解錄井資料在選擇 “對(duì)比標(biāo)志層”、缺少對(duì)比參照井的水平段導(dǎo)向、有參照井的水平段地質(zhì)導(dǎo)向的應(yīng)用方法，對(duì)巖石熱解錄井分析密度提出了相應(yīng)建議。

頁(yè)巖油氣水平井； 巖石熱解S2數(shù)據(jù)； 地質(zhì)導(dǎo)向

涪陵頁(yè)巖氣勘探取得突破，標(biāo)志著中國(guó)頁(yè)巖氣商業(yè)開(kāi)發(fā)階段的到來(lái)。而頁(yè)巖油氣勘探開(kāi)發(fā)主要技術(shù)之一就是“長(zhǎng)井段水平井+分級(jí)壓裂”。頁(yè)巖油氣水平井地質(zhì)導(dǎo)向資料除了反映井斜軌跡外，反映地層的資料主要是隨鉆測(cè)井資料、巖性資料和氣測(cè)資料，這些資料各有優(yōu)點(diǎn)[1-2]，本文不再贅述。不同資料從不同側(cè)面反映地層信息，井場(chǎng)錄取到的每一項(xiàng)資料都有其價(jià)值，巖石熱解錄井資料具有自身的特點(diǎn)，在頁(yè)巖油氣水平井地質(zhì)導(dǎo)向上具有獨(dú)特的作用。

1 巖石熱解錄井資料應(yīng)用于頁(yè)巖油氣水平井導(dǎo)向中的可能性分析

1.1 巖石熱解錄井技術(shù)為頁(yè)巖油氣井錄井基本技術(shù)

巖石熱解錄井資料被廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)油巖評(píng)價(jià)中，但早期巖石熱解錄井及目前實(shí)驗(yàn)室分析所獲得的巖石熱解資料主要是用于烴源巖評(píng)價(jià)[3]。好的頁(yè)巖氣層首先應(yīng)是好的烴源巖層，由于有機(jī)質(zhì)豐度(TOC)、有機(jī)質(zhì)成熟度兩個(gè)評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣必選指標(biāo)[4-5]均可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)巖石熱解錄井獲得，因此巖石熱解錄井成為頁(yè)巖油氣勘探開(kāi)發(fā)的基本錄井技術(shù)，這為利用巖石熱解錄井資料開(kāi)展水平井地質(zhì)導(dǎo)向提供了資料基礎(chǔ)。

1.2 縱向剖面有機(jī)質(zhì)存在著非均一性

1.2.1 不同時(shí)間單位沉積的頁(yè)巖層有機(jī)質(zhì)含量不同

頁(yè)巖沉積成巖是一個(gè)復(fù)雜漫長(zhǎng)的過(guò)程，黏土沉積物、有機(jī)質(zhì)沉積后要經(jīng)過(guò)壓實(shí)、黏土礦物轉(zhuǎn)化、黏土礦物脫水作用等過(guò)程。在這個(gè)漫長(zhǎng)的成巖過(guò)程中，不同時(shí)間沉積環(huán)境的不同，導(dǎo)致不同時(shí)間單位巖層有機(jī)質(zhì)含量不同。

從圖1可以發(fā)現(xiàn)，巖層中的TOC含量與黏土礦物含量呈正相關(guān)，與石英、長(zhǎng)石、方解石、白云石等脆性礦物含量呈負(fù)相關(guān)。

圖1 Y1井巖石熱解錄井TOC及S2數(shù)據(jù)與礦物含量對(duì)比

1.2.2 同一巖層縱向上排烴能力存在著差異

烴源巖中的有機(jī)質(zhì)成烴以后，烴源巖生成的油氣要從烴源巖排出，通常情況下，烴源巖頂?shù)撞坑捎诮咏鼉?chǔ)集巖較容易排出，而烴源巖中部生烴的油氣必須先運(yùn)移到烴源巖頂?shù)撞拍芟蛲馀懦?，因此相?duì)于烴源巖頂?shù)撞?，位于中部的烴源巖排烴較困難。Tissot、Pelet分析了阿爾及利亞泥盆系生油巖中有機(jī)抽提物的族組分含量，發(fā)現(xiàn)頁(yè)巖邊部14 m厚度中烴類(lèi)的含量向儲(chǔ)集層方向減少[6]，上述遞減現(xiàn)象的出現(xiàn)反映同一巖層縱向排烴能力存在差異。

1.3 同一區(qū)域同一時(shí)間沉積地層的有機(jī)質(zhì)相近

在頁(yè)巖油氣水平井地質(zhì)導(dǎo)向中，常采用鉆“導(dǎo)眼井”或采用鄰井作為地層對(duì)比依據(jù)，“導(dǎo)眼井”、鄰井與水平井A、B靶的水平距離通常不會(huì)超過(guò)4 km，由于距離較短，并且頁(yè)巖沉積反映的是靜水環(huán)境，遠(yuǎn)離岸邊，在這樣距離與水體環(huán)境下，同一沉積時(shí)間的生物種類(lèi)、豐度相近，古氣候、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、水體環(huán)境、物源相同，沉積后經(jīng)歷的成巖作用相同，因此，同一時(shí)間單位頁(yè)巖層有機(jī)質(zhì)豐度、類(lèi)型、成熟度相近。

縱向上不同時(shí)間單位沉積的頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)含量存在著差異，與橫向上鄰井之間頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)指標(biāo)相近，這為對(duì)比分析提供了依據(jù)。

2 地質(zhì)導(dǎo)向中的巖石熱解錄井資料應(yīng)用選擇

巖石熱解錄井烴源巖評(píng)價(jià)通常包括S0、S1、S2、S4、Tmax等原始參數(shù)及一系列派生參數(shù)，其中S0反映的是氣態(tài)烴(C1～C7)的殘余量，S1反映的是液態(tài)烴 (C8～C32)含量，S2反映的是在300～600 ℃溫度下C33及以上有機(jī)質(zhì)(干酪根、瀝青質(zhì)、膠質(zhì)等高聚合有機(jī)質(zhì))含量；S4反映在 600℃ 下不能裂解的殘余有機(jī)碳；Tmax為S2峰的最高點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的溫度，反映的是頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)的成熟度。

從鉆頭破碎巖石到巖屑上返井口的取樣分析過(guò)程中，受鉆井液沖刷、烴類(lèi)物質(zhì)逸出巖屑進(jìn)入鉆井液、空氣的影響，巖石熱解錄井分析結(jié)果并不能真實(shí)地反映地層有機(jī)質(zhì)含量。有機(jī)質(zhì)損失程度與有機(jī)質(zhì)豐度、樣品顆粒大小、油質(zhì)、分析及時(shí)性有關(guān)，有機(jī)質(zhì)含量越高、樣品顆粒越小、油質(zhì)越好、分析越晚，有機(jī)質(zhì)損失量越大[7]。巖石熱解錄井分析的S0、S1、S2參數(shù)中，S0值損失最大，完全不能反映地層真實(shí)吸附氣量；S1值損失較大，在分析及時(shí)情況下，依據(jù)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行恢復(fù)可以一定程度上反映地層S1值；S2值只有在高溫下才能分析得到，在低溫條件下S2值不受擱置時(shí)間影響[3]， 因此，最能真實(shí)反映地層的是S2值 。

頁(yè)巖巖石熱解錄井分析結(jié)果TPI值較低，S2值與S0、S1值相比占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，S2值與TOC呈正相關(guān)，且相關(guān)性強(qiáng)(圖1)，S2值又具有穩(wěn)定性，不受擱置時(shí)間影響，便于新老井對(duì)比的優(yōu)勢(shì)，故應(yīng)用巖石熱解資料進(jìn)行頁(yè)巖油氣水平井地質(zhì)導(dǎo)向時(shí)主要選取S2資料作為導(dǎo)向參數(shù)。

3 在選擇對(duì)比標(biāo)志層上的應(yīng)用

對(duì)導(dǎo)眼井或鄰井資料進(jìn)行對(duì)比分析，掌握縱向上地化資料特征，結(jié)合巖性資料、氣測(cè)資料選取“對(duì)比標(biāo)志層”。

巖石熱解錄井“對(duì)比標(biāo)志層”原則是選取泥頁(yè)巖層，其地化分析值平面分布相對(duì)穩(wěn)定，縱向上與上下地層具有明顯差異(高或低)。特別是要注重選取巖性、顏色沒(méi)有明顯變化，但地化S2值有明顯變化的地層，用于作為巖性“對(duì)比標(biāo)志層”的輔助。同時(shí)選擇“對(duì)比標(biāo)志層”時(shí)應(yīng)注意大段與小層結(jié)合，大段用來(lái)判斷變化趨勢(shì)，小層用于跟蹤對(duì)比。

4 在水平段地質(zhì)導(dǎo)向中的應(yīng)用

頁(yè)巖地層為靜水環(huán)境沉積，遠(yuǎn)離物源，層內(nèi)巖性差異少，單純依據(jù)巖性資料難以準(zhǔn)確識(shí)別鉆井軌跡在巖層內(nèi)的縱向位置、判斷地層產(chǎn)狀、調(diào)整鉆井軌跡。通過(guò)對(duì)巖屑樣品連續(xù)巖石熱解分析，利用縱向上地層有機(jī)質(zhì)含量的變化，可以彌補(bǔ)巖性識(shí)別的不足，確定靶軸深度，保證鉆井軌跡在層內(nèi)最佳位置鉆進(jìn)。

4.1 缺少對(duì)比參照井時(shí)巖石熱解錄井資料的應(yīng)用

當(dāng)缺少參照井(鄰井、導(dǎo)眼井)或參照井較遠(yuǎn)時(shí)，利用錄井資料判斷水平段地層產(chǎn)狀、確定靶軸在頁(yè)巖層內(nèi)縱向的位置就顯得更為重要。

一定的地層形成于一定的地質(zhì)環(huán)境，地層界線與一定的地質(zhì)事件相關(guān)。不同的地質(zhì)事件影響著生物的生存與地層的變化，從而導(dǎo)致不同地質(zhì)時(shí)期沉積巖有機(jī)質(zhì)豐度、類(lèi)型、成熟度發(fā)生突變。

將隨鉆巖石熱解錄井資料和巖性剖面資料與區(qū)域上不同地層界線識(shí)別標(biāo)志進(jìn)行對(duì)比，可以確定實(shí)鉆不同地層界面的深度，并與地震資料、設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)資料對(duì)比，依據(jù)其差異調(diào)整預(yù)測(cè)深度。在接近目標(biāo)地層過(guò)程中，結(jié)合區(qū)域性標(biāo)準(zhǔn)層資料，逐漸精準(zhǔn)預(yù)測(cè)目的頁(yè)巖層埋深，然后結(jié)合預(yù)測(cè)地層產(chǎn)狀，選擇合適的角度探鉆目的頁(yè)巖層。

由于頁(yè)巖氣以吸附、游離兩種狀態(tài)蘊(yùn)藏于頁(yè)巖地層中，好的頁(yè)巖氣層段氣測(cè)值、地化S0值均較高。在缺少對(duì)比參照井時(shí)，應(yīng)采用鉆穿巖層內(nèi)縱向氣測(cè)異常顯示最好、巖石熱解錄井S0值相對(duì)較高的層段,然后鉆井軌跡反轉(zhuǎn)、向上鉆井的方式來(lái)判斷水平層段地層視傾角。由于同一時(shí)間單位沉積地層有機(jī)質(zhì)含量及S2值在橫向上具有穩(wěn)定性，通過(guò)繪制軌跡跟蹤圖(圖2)，對(duì)比不同鉆井軌跡的S2曲線，可以較好地確定同一頁(yè)巖層縱向上同一沉積時(shí)間沉積地層的高差、位移差，兩個(gè)差值的比值就是地層上升(下降)速率，利用地層上升(下降)速率，可以計(jì)算不同水平位移下氣測(cè)、地化S0最好層段的深度，將其作為靶軸，用于調(diào)整鉆井軌跡。

圖2 Y1HF井地質(zhì)導(dǎo)向跟蹤軌跡

圖2是Y1HF井實(shí)鉆導(dǎo)向圖，結(jié)合其它資料可以將目的層劃分3個(gè)層段，其中第1、3層段氣測(cè)異常、巖石熱解錄井S2異常明顯，本井下穿鉆到第3段地層時(shí)，氣測(cè)、地化異常明顯變差，決定將軌跡重新調(diào)整至第1段地層內(nèi)。從圖2中可以發(fā)現(xiàn)，鉆井軌跡向上鉆進(jìn)過(guò)程的地化S2曲線與向下鉆進(jìn)過(guò)程的地化S2曲線對(duì)比性良好。通過(guò)分析鉆井軌跡上、下行過(guò)程S2曲線相同特征點(diǎn)，結(jié)合不同對(duì)比點(diǎn)位移及垂深變化，計(jì)算地層軌跡方向地層下降速率2.4m/100m，依據(jù)這一數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)不同位移下靶軸的垂深數(shù)據(jù)，沿這一數(shù)據(jù)鉆進(jìn)，巖石熱解錄井S2異常數(shù)據(jù)基本保持一致，氣測(cè)也處于明顯異常顯示(高值)狀態(tài)，順利完成本井地質(zhì)導(dǎo)向工作。

4.2 有參照井時(shí)地化資料的應(yīng)用

在鄰井較近或有導(dǎo)眼井時(shí),采用巖石熱解錄井資料進(jìn)行水平井導(dǎo)向就較為簡(jiǎn)單,除采用上述軌跡方法判斷地層視傾角外,較常用的是厚度法。

4.2.1 不同標(biāo)志層之間的厚度變化

將實(shí)鉆斜井段兩個(gè)巖石熱解錄井標(biāo)志層對(duì)比點(diǎn)深度換算成“垂深”，將兩個(gè)“垂深”差與參照井(直導(dǎo)眼井或直鄰井)兩個(gè)標(biāo)志層相同對(duì)比點(diǎn)之間厚度加以比較，利用兩井之間的厚度差與斜井段鉆遇兩個(gè)標(biāo)志層對(duì)比點(diǎn)之間位移差相比，可以求得本井兩個(gè)標(biāo)志層地層的地層上傾(下降)速率，進(jìn)而采用“等厚法”、“虛似井完善微構(gòu)造圖法”預(yù)測(cè)A、B靶埋深，具體方法在本刊的“非常規(guī)油氣水平井地質(zhì)導(dǎo)向方法探討”[8]、“水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)在油氣目的層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用”[9]等文章中有較多介紹，本文不再贅述。

4.2.2 頁(yè)巖目的層內(nèi)的厚度變化

頁(yè)巖為靜水沉積，地層沉積厚度基本相同，沉積后作用基本相同，因此平面上頁(yè)巖較為穩(wěn)定，厚度變化較小，這為層內(nèi)采用厚度法判斷地層產(chǎn)狀奠定了基礎(chǔ)。

正如上文所述，頁(yè)巖油氣目的層內(nèi)有機(jī)質(zhì)含量縱向上有差異，表現(xiàn)在巖石熱解錄井資料上就是S2等參數(shù)在縱向上有變化，通過(guò)對(duì)參照井地化資料的分析，形成垂深S2曲線用于標(biāo)定地層，可以實(shí)現(xiàn)伽馬、電阻曲線部分地層對(duì)比功能，彌補(bǔ)頁(yè)巖地層巖性差異不明顯、難以識(shí)別縱向剖面上同一巖層內(nèi)不同部位地層的不足。實(shí)鉆過(guò)程將S2分析值結(jié)合井斜資料制成“校直”曲線，將參照井S2曲線與實(shí)鉆目的頁(yè)巖層S2曲線對(duì)比，可以簡(jiǎn)易地判斷鉆頭在頁(yè)巖層縱向的位置。計(jì)算本井兩個(gè)對(duì)比點(diǎn)之間的厚度與鄰井對(duì)應(yīng)對(duì)比點(diǎn)之間的厚度差及本井鉆達(dá)兩個(gè)對(duì)比點(diǎn)間的位移，依據(jù)“水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)在油氣目的層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用”[9]介紹的方法，計(jì)算出地層視傾角，進(jìn)而預(yù)測(cè)不同位移靶軸深度。

Y1井是一口頁(yè)巖油氣井(圖3)，其剖面圖是“校直圖”，S1井是Y1井的鄰井，其剖面圖是直井圖。 從中可以看出，Y1井校直厚度與S1井一致，說(shuō)明Y1井水平段呈水平狀態(tài)。對(duì)比兩井S2曲線，可以發(fā)現(xiàn)Y1井2 404 m處對(duì)應(yīng)S1井2 490 m處(頁(yè)巖油氣層靶層頂界，這一對(duì)比方案與采用電測(cè)曲線對(duì)比結(jié)果一致)。從中可以看出，Y1井最低點(diǎn)處(2 445.8 m井深)正好對(duì)應(yīng)S1井本頁(yè)巖層底界(2 509.5 m井深)，其后鉆井軌跡開(kāi)始上行，達(dá)到預(yù)期目的。

圖3 Y1井與參照井S1井地化S2曲線對(duì)比圖

5 結(jié)論與建議

(1)頁(yè)巖地層為靜水沉積，平面上有機(jī)質(zhì)含量較為穩(wěn)定，縱向由于脆性礦物含量及沉積時(shí)間不同、排烴差異，有機(jī)質(zhì)含量會(huì)發(fā)生變化，這為利用巖石熱解錄井資料對(duì)比地層提供依據(jù)。

(2)巖石熱解錄井S2數(shù)據(jù)是巖石熱解錄井分析數(shù)據(jù)中最為穩(wěn)定的，它受分析及時(shí)性及鉆井液沖刷影響最少，利用連續(xù)分析的巖石熱解錄井?dāng)?shù)據(jù)繪制S2曲線，可以克服頁(yè)巖層縱向上巖性差異較小的不足，為水平井地質(zhì)導(dǎo)向提供新的依據(jù)。

(3)由于巖石熱解錄井分析周期與鉆時(shí)不一致，建議在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)結(jié)合氣測(cè)錄井?dāng)?shù)據(jù)合理選擇。氣測(cè)錄井?dāng)?shù)據(jù)與巖石熱解錄井?dāng)?shù)據(jù)有變化的井段加密分析，數(shù)據(jù)差異小時(shí)，分析密度可以相對(duì)較大，以滿足識(shí)別地層與建立完整連續(xù)可信地化數(shù)據(jù)剖面的需要。

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編輯：劉洪樹(shù)

1673-8217(2015)02-0122-04

2014-09-12

方錫賢，工程師，1964年生，1985年畢業(yè)于廣東石油學(xué)校石油地質(zhì)勘探專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事石油錄井技術(shù)管理與研究工作。

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