饒陽凹陷頁巖油烴源巖及“甜點區(qū)”的錄井評價研究

張文雅 胡 洋 張玉新 孫紅華 鄧 清

（中國石油渤海鉆探第二錄井公司）

0 引言

隨著北美海相頁巖油氣的成功開發(fā)，國內(nèi)陸相頁巖油巨大資源潛力也有望轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實產(chǎn)量，并成為國內(nèi)原油“增儲上產(chǎn)”的重大接替資源[1]。中國頁巖油氣資源十分豐富，位居世界第三位，在渤海灣、鄂爾多斯、松遼、準噶爾等盆地均有重大發(fā)現(xiàn)[1-6]，位于渤海灣盆地的冀中坳陷頁巖油氣整體具有分布范圍廣、厚度大、成熟度適中的特征，也是目前非常規(guī)勘探開發(fā)工作重要的推進區(qū)域，而其中饒陽凹陷沙一下亞段頁巖油分布面積廣，地質(zhì)資源量豐富。由于其巖性復雜，烴源巖類型多樣，給烴源巖評價及“甜點區(qū)”預測帶來一定困難。在勘探開發(fā)過程中，如何正確認識頁巖油資源潛力；評價頁巖油“甜點”發(fā)育區(qū)，找準頁巖油富集的有利核心區(qū)，是目前冀中坳陷陸相頁巖油取得突破的關(guān)鍵。

頁巖油是儲存在大段富含有機質(zhì)的泥頁巖等巖層的無機及有機孔隙中的液態(tài)烴，其巖相、賦存方式和儲集空間明顯不同于常規(guī)砂巖油氣藏，其含油性不僅與巖性、物性參數(shù)相關(guān)，還與錄井地化參數(shù)有關(guān)，頁巖油儲層與常規(guī)油藏相比對烴源巖的分布和生烴能力的要求更高，這是有別于常規(guī)油藏的重要方面。因此，進行儲層“甜點區(qū)”評價時要重視對相關(guān)烴源巖錄井地化參數(shù)的研究[7-8]。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

饒陽凹陷是渤海灣盆地冀中坳陷中部的一個次級構(gòu)造單元，勘探面積約為6 300 km2，自北向南依次發(fā)育馬西、任西、河間、留西及饒南五大生油洼槽，其間發(fā)育了一套厚度大、分布面積廣且有機質(zhì)豐度高的優(yōu)質(zhì)烴源巖，實鉆最大厚度為112 m，平均厚度為70 m，總體上自邊緣向洼槽中心呈環(huán)帶狀增厚，埋深為3 500～5 300 m。整個凹陷以湖侵體系域泥巖沉積為主，發(fā)育了一套可全區(qū)對比的標志層（特殊巖性段），從地震剖面圖（圖1）上也可以看出，沙一下亞段（T4）在剖面上發(fā)育較為穩(wěn)定，該標志層巖性主要包括灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r及泥頁巖等，是該區(qū)的主力儲層和生油層。

圖1 饒陽凹陷沙一下亞段（T4）地震剖面圖

2 沙一下亞段烴源巖錄井評價

頁巖油既是烴源巖又是儲層，其源內(nèi)成藏模式?jīng)Q定了烴源巖條件從根本上控制了油氣富集程度，有機質(zhì)在頁巖油儲層的形成及評價中起著重要作用。好的頁巖油層首先應是好的烴源巖層，決定了頁巖儲層的含油量及產(chǎn)能，評價烴源巖的有機質(zhì)豐度、成熟度及類型3個必選指標的定量數(shù)據(jù)可以通過巖石熱解手段獲得，因此地化錄井成為首選的錄井技術(shù)，通過對區(qū)域一系列新老鉆井巖心、壁心、巖屑樣品共923組巖石熱解數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，建立了饒陽凹陷頁巖油烴源巖定性評價標準，有效地評價了生烴能力，為下一步勘探開發(fā)的選層、選帶提供可靠依據(jù)。

2.1 烴源巖定性評價

在頁巖油氣評價時，有機質(zhì)豐度（TOC）、成熟度等重要指標不同，頁巖油氣含量不同，運用地化錄井技術(shù)可以獲得S0、S1、S2、TOC、氯仿瀝青“A”含量、Tmax等巖石熱解參數(shù)，利用這些參數(shù)可以劃分有機質(zhì)豐度，判斷有機質(zhì)成熟度。通過有機質(zhì)豐度與成熟度的結(jié)合，可以最終劃分烴源巖類型。

在國內(nèi)外的頁巖油氣勘探和研究過程中發(fā)現(xiàn)，頁巖油氣烴源巖中普遍含有黃鐵礦，其存在為評價烴源巖層有機質(zhì)含量提供了信息。黃鐵礦是自然界沉積物中穩(wěn)定的鐵硫化物礦物，其形成受細菌代謝有機質(zhì)、活性鐵及氧化劑的影響，是富有機質(zhì)沉積的特征礦物，常與有機質(zhì)伴生疊置，與頁巖油含量正相關(guān)，同時掃描電鏡照片也揭示了黃鐵礦表面具有大量微孔隙，有較好的物性特征。饒陽凹陷沙一下亞段XRD礦物含量分析結(jié)果表明，Ⅰ類烴源巖的黃鐵礦含量＞10%，Ⅱ類烴源巖的黃鐵礦含量為5%～10%，Ⅲ類烴源巖的黃鐵礦含量＜5%，黃鐵礦含量高的烴源巖品質(zhì)更好。

通過分析一系列新老鉆井巖心、壁心、巖屑樣品的熱解氣相色譜以及XRD 礦物含量分析數(shù)據(jù)建立了饒陽凹陷烴源巖不同有機質(zhì)類型相應的分類評價標準（表1）。

表1 饒陽凹陷烴源巖分類評價標準

2.2 烴源巖分級評價

受沉積環(huán)境、礦物組成及有機質(zhì)豐度、類型、成熟度的影響，泥頁巖中的含油氣量有明顯差別，評價這種差別的有效指標較多。泥頁巖中所含油氣量越高，被有效開發(fā)的可能性也越大。直接反映泥質(zhì)巖中含油量的地球化學指標首推氯仿瀝青“A”含量和熱解烴量S1。泥頁巖中油氣的富集性是資源分級評價的第一考察要素，富集是經(jīng)濟可采的基礎(chǔ)和前提，同時干酪根不僅是生成油氣的主要介質(zhì)，也是吸附油氣的主要介質(zhì)，因此在其他條件相同的情況下，干酪根的含量越高，泥頁巖含油氣量越大。反映干酪根最直觀、有效而且相對穩(wěn)定的指標是TOC含量[9-10]。

用S1值、氯仿瀝青“A”含量和TOC值衡量頁巖油含油性高低時，結(jié)果有一定差異，S1、氯仿瀝青“A”含量均無法反映原油中重質(zhì)部分的含量，但TOC 值相對穩(wěn)定，且S1值、氯仿瀝青“A”含量與TOC 值呈很好的正相關(guān)關(guān)系，可用于頁巖含油性評價。因此，基于上述指標，通過B 11X、XL 25X 井的系統(tǒng)取心，利用531 塊巖心、壁心、巖屑樣品的分析化驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)，建立了泥頁巖的TOC 與S1、TOC 與氯仿瀝青“A”含量交會圖（圖2、圖3）。從圖中可以看出，頁巖含油量隨TOC 的變化呈現(xiàn)明顯的三段性，據(jù)此形成饒陽凹陷沙一下亞段頁巖油分級評價標準。

圖2 TOC與S1交會圖

圖3 TOC與氯仿瀝青“A”含量交會圖

（1）穩(wěn)定高值段（Ⅰ類資源）：TOC＞2.0%，S1＞1.2 mg/g，氯仿瀝青“A”含量＞0.4%。含油飽和，多余排出，為首選的勘探對象——富集資源（飽和資源）。

（2）上升段（Ⅱ類資源）：TOC為0.8%～2.0%，S1為0.5～1.2 mg/g，氯仿瀝青“A”含量為0.2%～0.4%。有待技術(shù)進步，或者與富集資源一起作為開發(fā)對象——低效資源（或欠飽和資源、潛在資源）。

（3）穩(wěn)定低值段（Ⅲ類資源）：TOC＜0.8%，S1＜0.5 mg/g，氯仿瀝青“A”含量＜0.2%。TOC 值低，含油少，強吸附，欠飽和，難以開發(fā)——分散資源（無效資源）。

另外，還可以利用生油指數(shù)（氯仿瀝青“A”含量/TOC×100）和生烴指數(shù)（S1/TOC×1 000）確定泥頁巖層系內(nèi)頁巖油資源量和頁巖油可動量。當生烴指數(shù)＞60%、S1＞1.2 mg/g 時，有利于頁巖油的富集。S1和TOC 一般具有正相關(guān)關(guān)系，但從分析數(shù)據(jù)上看，TOC 較低時，氯仿瀝青“A”含量/TOC 和S1/TOC 值較大；TOC 很高時，因容易形成有機質(zhì)（干酪根），有利于可溶烴在泥巖中的流動，但生油指數(shù)和生烴指數(shù)值反而低。因此，對于泥（頁）巖含油性評價的探索，S1和TOC 必須具備一定的下限值，生油指數(shù)和生烴指數(shù)才能更好地反映泥頁巖中的含油氣量。

3 頁巖油“甜點區(qū)”錄井評價

頁巖油的巖相、賦存方式和儲集空間明顯不同于砂巖油氣藏，頁巖油是儲存在大段富含有機質(zhì)的泥頁巖孔隙中的液態(tài)烴，以自生自儲為主，故對烴源巖評價顯得尤為重要，需在烴源巖類型評價的基礎(chǔ)上，結(jié)合巖性、物性、含油性等錄井參數(shù)，對頁巖油“甜點區(qū)”進行評價，從而優(yōu)選有利區(qū)帶[10-14]。

3.1 小層劃分

沙一下亞段“特殊巖性段”是該區(qū)生烴主力層系，巖性主要為頁巖、碳酸鹽巖且分布廣泛，厚度100～300 m。河間洼槽、蠡縣斜坡、任西洼槽3 個區(qū)帶的沙一下亞段的“泥脖子段”（沙一下1 段）和沙一下亞段“特殊巖性段”（沙一下2 段）巖電組合特征變化明顯，由此建立分區(qū)帶標準柱狀圖（圖4）。為更加詳細進行區(qū)域?qū)Ρ?，了解沙一下亞段“特殊巖性段”橫向、縱向變化趨勢，通過在3個重點區(qū)帶劃分單井層序，并繪制骨干剖面圖，根據(jù)巖電組合特征，將河間洼槽細分為SQ1、SQ2、SQ3、SQ4小層，蠡縣斜坡和任西洼槽沙一下亞段“特殊巖性段”細分為SQ1、SQ2、SQ3小層，并依據(jù)頁巖油儲層評價的各項標準在3個區(qū)帶進行“甜點層”的優(yōu)選。

圖4 饒陽凹陷沙一下亞段分區(qū)帶標準柱狀圖

3.1.1 河間洼槽

河間洼槽沙一下亞段頁巖油段共復查49口井，其中29 口井見特殊巖性顯示，23 口井見砂巖顯示，11 口井有氣測顯示，“特殊巖性段”試油井17 口，其中N 99X、N 30 井獲工業(yè)油流，低產(chǎn)井12 口，出水井3口。

沙一下亞段頁巖油段緊鄰洼槽，具有良好的供油條件，埋深3 473～4 189 m，地層厚度48～152 m，由西向東洼槽區(qū)逐漸增厚；泥頁巖圈閉面積450 km2。根據(jù)電性特征分為：SQ1、SQ2、SQ3、SQ4小層，從厚度上看，SQ1、SQ3小層最為發(fā)育，一般為20～60 m，尤其洼槽中部（YT 1井）最為發(fā)育，厚度達80 m，向四周減?。▓D5）。上甜點層SQ1埋深3 473～4 189 m，厚16～42 m，平均28 m，主要巖性為油頁巖、頁巖、白云質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r；下甜點層SQ3埋深3516～4258 m，厚12～50 m，平均28 m，主要巖性為油頁巖、泥質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)泥巖。兩個甜點層均見油斑以上顯示，氣測全烴2.5%～100%；TOC＞2.0%，生油潛量（S1+S2）為5.13～25.35 mg/g，以Ⅰ型有機質(zhì)為主；Tmax為435～445℃，鏡質(zhì)體反射率（Ro）＞0.7%，處于成熟階段。綜合評價為Ⅰ類烴源巖，具有較大的勘探潛力。

圖5 河間洼槽N 99X井-NG 15井連井對比

3.1.2 蠡縣斜坡

蠡縣斜坡共復查35口井，其中17口井見泥頁巖段顯示，6口井見砂巖顯示，僅4口井有氣測錄井數(shù)據(jù)，沙一下亞段“特殊巖性段”試油井13口，其中工業(yè)油流井4口，低產(chǎn)井5口，出水井2口，干井2口。蠡縣斜坡內(nèi)沙一下亞段“特殊巖性段”埋深3 122～3 410 m，地層厚50～70 m，發(fā)育較穩(wěn)定，泥頁巖圈閉面積190 km2?？v向上根據(jù)電性特征分SQ1、SQ2、SQ3小層，從厚度上看，特殊巖性厚度在SQ2小層最為發(fā)育，主要發(fā)育于XL 1 井區(qū)（圖6）。綜合評價：甜點層SQ2處于油氣運移方向的斜坡帶上，有利面積163 km2，埋深3147～3400 m，厚21～41 m，平均32 m；主要巖性為油頁巖、白云質(zhì)灰?guī)r、泥巖互層；見油斑以上顯示，氣測全烴為0.3%～51.5%；TOC＞2.0%，以Ⅱ1-Ⅱ2型有機質(zhì)為主；Tmax為430～437℃，Ro＞0.6%，處于低成熟-成熟階段，油質(zhì)偏重，為Ⅱ類烴源巖。

圖6 蠡縣斜坡XL 13井-XL 10井連井對比

3.1.3 任西洼槽

任西洼槽共復查24 口井，其中7 口井見泥頁巖段顯示，5 口井見砂巖顯示，僅3 口井有氣測錄井數(shù)據(jù)，沙一下亞段“特殊巖性段”未見試油井。

任西洼槽沙一下亞段“特殊巖性段”一般為油頁巖、頁巖，偶見泥灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖、泥質(zhì)白云巖，埋深2 855～3 629 m，地層厚60～162 m，由西南至東北方向穩(wěn)定分布，西北至東南方向增厚，泥頁巖圈閉面積127 km2。根據(jù)巖電組合特征將沙一下亞段“特殊巖性段”細分為SQ1、SQ2、SQ3小層，其中SQ2小層在洼槽中南部發(fā)育穩(wěn)定，埋深2 864～3 200 m，厚21～63 m，平均37 m，主要巖性為油頁巖、泥巖互層（圖7）；向北東方向SQ1、SQ3小層有逐漸增厚趨勢，甜點層漸變?yōu)镾Q1、SQ3小 層（圖8），埋 深3 200～3629 m，厚33～63 m，SQ1小層平均42 m、SQ3小層埋深3200～3755 m，厚25～47 m，SQ3小層平均厚41 m。氣測全烴1.2%～16%；TOC＞2.0%，以Ⅱ1型有機質(zhì)為主；Tmax為435～440℃，Ro為0.6%～0.75%，處于成熟階段。本區(qū)塊無試油井，綜合評價為Ⅰ-Ⅱ類烴源巖。

圖7 任西洼槽XL 10井-D 22井連井對比圖

圖8 任西洼槽Y 51井-C 9井連井對比圖

3.2 平面展布特征

在完成以上縱向評價甜點層的基礎(chǔ)上，依據(jù)杜金虎等[15]的四品質(zhì)甜點評價標準，形成饒陽凹陷重點區(qū)帶“甜點層”評價表（表2），結(jié)合各小層SQ1-SQ4的平面展布圖，識別橫向上的“甜點區(qū)”。

表2 饒陽凹陷重點區(qū)帶“甜點層”評價

縱向相對連續(xù)發(fā)育且累計厚度大于20 m 的泥頁巖段中，河間洼槽的SQ3小層及任西洼槽北東部的SQ1、SQ3小層富有機質(zhì)泥頁巖沉積厚度大，沉積范圍相對較廣；蠡縣斜坡內(nèi)帶和任西洼槽中南部SQ2小層較為發(fā)育（圖9）。結(jié)合烴源巖評價結(jié)果確定為頁巖油儲層的“甜點區(qū)”。

圖9 饒陽凹陷沙一下亞段分層序泥頁巖等厚圖

3.3 頁巖油“甜點區(qū)”預測

結(jié)合以上烴源巖與“甜點區(qū)”錄井評價結(jié)果，對河間洼槽、蠡縣斜坡、任西洼槽3個頁巖油集中發(fā)育區(qū)進行綜合評價并排序。河間洼槽：烴源巖TOC 4.12%，生烴潛量8.09 mg/g，氯仿瀝青“A”含量0.1792%，總烴1008 mg/L，以Ⅰ-Ⅱ1型干酪根為主。蠡縣斜坡：TOC 3.28%，生烴潛量8.61 mg/g，氯仿瀝青“A”含量0.265 1%，總烴1 535 mg/L，中內(nèi)帶以Ⅱ2-Ⅱ1型烴源巖為主。任西洼槽：TOC 3.01%，生烴潛量21.15 mg/g，氯仿瀝青“A”含量0.478 1%，總烴2693 mg/L，以Ⅱ1型烴源巖為主。3 個區(qū)帶均發(fā)育一套有機質(zhì)豐度高的好烴源巖（表3）。

表3 饒陽凹陷沙一下亞段綜合排序

4 結(jié)論

饒陽凹陷沙一下亞段整體上發(fā)育一套非常規(guī)頁巖油油藏，綜合泥頁巖烴源巖生烴強度與泥頁巖儲層厚度等錄井評價參數(shù)分析，河間洼槽生烴強度最大，泥頁巖分布面積較廣，有利于形成大規(guī)模的非常規(guī)油氣藏，是有利頁巖油發(fā)育的“甜點區(qū)”，而蠡縣斜坡、任西洼槽次之?？傮w評價3個區(qū)帶均是具有較大勘探潛力的頁巖油富集區(qū)。