蘇北盆地古近系阜寧組頁巖七性關(guān)系與三品質(zhì)測(cè)井評(píng)價(jià)

賴錦，凡雪純，黎雨航，趙鑫，劉士琛，劉小平，李棟，龐小嬌，李紅斌，羅瑀峰 1)油氣資源與探測(cè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國石油大學(xué)(北京))，北京，102249；中國石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院，北京，102249；中石油浙江油田分公司勘探開發(fā)研究院，杭州，310023

內(nèi)容提要: 通過巖芯、薄片、掃描電鏡等巖石物理實(shí)驗(yàn)結(jié)合常規(guī)、成像以及核磁共振等測(cè)井資料，對(duì)蘇北盆地古近系阜寧組阜二段頁巖“七性關(guān)系”和“三品質(zhì)”進(jìn)行研究。結(jié)果表明阜二段頁巖儲(chǔ)集空間包括粒間孔、顆粒溶孔、晶間孔、有機(jī)質(zhì)孔以及微裂縫，不同孔徑孔隙含油性均較好。根據(jù)物性參數(shù)、孔隙空間建立了儲(chǔ)層品質(zhì)劃分標(biāo)準(zhǔn)，由I類到Ⅳ類束縛水飽和度逐漸變大。阜二段烴源巖有機(jī)質(zhì)類型好，TOC基本都大于1%，根據(jù)自然伽馬能譜測(cè)井 K 含量和ΔlgR建立了TOC測(cè)井模型，并根據(jù)TOC大小實(shí)現(xiàn)烴源巖品質(zhì)劃分。地應(yīng)力方向主要為北東—南西向，阜二段脆性指數(shù)基本都大于40%，可壓裂性好，根據(jù)脆性指數(shù)實(shí)現(xiàn)工程品質(zhì)劃分。在“七性關(guān)系”研究基礎(chǔ)上，通過對(duì)儲(chǔ)層品質(zhì)、烴源巖品質(zhì)以及工程品質(zhì)三者疊加完成了單井“甜點(diǎn)”段優(yōu)選，甜點(diǎn)主要分布在泥脖子、七尖峰、四尖峰和上山字和中山字段，結(jié)果與試油資料相吻合。研究成果可為頁巖油測(cè)井評(píng)價(jià)和甜點(diǎn)預(yù)測(cè)提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支撐。

頁巖油(廣義)泛指蘊(yùn)藏在富有機(jī)質(zhì)頁巖層系(包含頁巖層系中的致密碳酸鹽巖和碎屑巖夾層)中的石油資源(鄒才能等，2015；金之鈞等，2019；付金華等，2019；趙賢正等，2020)。狹義頁巖油則指滯留于頁巖層中尚未排出、相對(duì)原位存儲(chǔ)的石油(趙賢正等，2020)。頁巖油通常富集于有機(jī)質(zhì)豐富的細(xì)粒沉積巖層系內(nèi)，儲(chǔ)層可為致密碎屑巖、碳酸鹽巖和泥頁巖，依靠常規(guī)開發(fā)技術(shù)難以開采，需通過壓裂改造(鄒才能等，2013；金之鈞等，2019；付金華等，2019；楊智等，2021)。近年來，隨著頁巖油勘探開發(fā)理論和工程上的突破，頁巖油在全球各個(gè)盆地獲得廣泛突破，如美國和加拿大交界處Williston盆地的巴肯頁巖(Saidian and Prasad, 2015)、渤海灣盆地滄東凹陷孔店組孔二段(鄢繼華等，2017；Guan Ming et al., 2020)、鄂爾多斯盆地延長組7段細(xì)粒沉積巖(鄒才能等，2015；袁選俊等，2015；Lai Jin et al., 2016)、準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組(王小軍等，2019；支東明等，2019；王劍等，2020)、蘇北盆地古新統(tǒng)阜寧組阜二段(Liu Xiaoping et al., 2020)等，證實(shí)了頁巖油具有巨大的資源勘探潛力(李曉光等，2019；鄒才能等，2019；胡宗全等，2021)。

測(cè)井技術(shù)作為重要的技術(shù)手段在頁巖油理論研究與勘探開發(fā)實(shí)踐中發(fā)揮了不可替代的作用(蔣云箭等，2020；李寧等，2021)。眾多專家學(xué)者針對(duì)頁巖測(cè)井評(píng)價(jià)做了很多卓有成效的工作，在頁巖層序地層(熊紹云等，2020)、巖相(匡立春等，2015；張超等，2017)、孔隙結(jié)構(gòu)(Loucks et al., 2012)、裂縫識(shí)別(Lyu Wenya et al., 2016；呂文雅等，2021)、儲(chǔ)層參數(shù)計(jì)算(張晉言，2012)、脆性指數(shù)(Lai Jin et al., 2015)、地層壓力(鐘淑敏等，2016)和源儲(chǔ)配置關(guān)系(鐘高潤等，2016)等精細(xì)評(píng)價(jià)與測(cè)井表征取得系列成果。然而總體而言，非常規(guī)油氣的快速興起使得現(xiàn)今測(cè)井評(píng)價(jià)技術(shù)正面臨不適應(yīng)勘探開發(fā)對(duì)象的艱難時(shí)期(李浩等，2015；劉國強(qiáng)，2021；賴錦等，2021)。致密、頁巖油氣評(píng)價(jià)提出的“七性關(guān)系”(巖性、物性、電性、含油性、脆性、烴源巖特性和地應(yīng)力各向異性)和“三品質(zhì)”(烴源巖品質(zhì)、儲(chǔ)層品質(zhì)和工程品質(zhì))評(píng)價(jià)使測(cè)井評(píng)價(jià)技術(shù)面臨多重挑戰(zhàn)和全新探索(李浩等，2015；劉國強(qiáng)，2021；賴錦等，2021)。勘探目標(biāo)的轉(zhuǎn)變以及技術(shù)需求的提高對(duì)測(cè)井評(píng)價(jià)技術(shù)提出了新的要求(李寧等，2020；蔣云箭等，2020)，即由原來的常規(guī)儲(chǔ)層“四性關(guān)系”研究逐漸轉(zhuǎn)向非常規(guī)油氣“七性關(guān)系”和“三品質(zhì)”評(píng)價(jià)(趙政璋等，2012；閆偉林等，2014；蔣云箭等，2020；賴錦等，2021)。

然而目前缺乏一套可推廣的針對(duì)頁巖油的“七性關(guān)系”和“三品質(zhì)”測(cè)井評(píng)價(jià)體系，本文基于以上研究現(xiàn)狀和存在的問題，以蘇北盆地古近系阜寧組阜二段典型狹義頁巖油(Zhang et al., 2014)為例，首先分別闡明其巖性、物性、電性、含油性、脆性、烴源巖特性和地應(yīng)力各向異性等七性特征，然后通過巖芯分析化驗(yàn)資料以及常規(guī)測(cè)井結(jié)合新技術(shù)測(cè)井資料實(shí)現(xiàn)頁巖“七性關(guān)系”測(cè)井表征；在此基礎(chǔ)上分別建立頁巖油“三品質(zhì)”分類標(biāo)準(zhǔn)與對(duì)應(yīng)測(cè)井評(píng)價(jià)體系。以期為頁巖油測(cè)井評(píng)價(jià)提供了新思路和新方法，并為非常規(guī)油氣測(cè)井評(píng)價(jià)體系提供理論依據(jù)與技術(shù)示范。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

蘇北盆地是在白堊系基底之上形成的中新生代斷陷湖盆，行政區(qū)劃上屬于安徽和江蘇地界，并向東延伸入黃海，其面積約3.5×104km2(Qiao Xiaojuan et al., 2012；Quaye et al., 2019；李維等，2020)。蘇北盆地構(gòu)造演化可以分為3個(gè)階段：早期拉伸斷裂階段、晚期斷陷階段以及坳陷階段(Liu Chao et al., 2016)。形成現(xiàn)今的近東西向“一隆兩坳”構(gòu)造格局：鹽阜坳陷、建湖隆起、東臺(tái)坳陷(圖1)(駱衛(wèi)峰等，2018)。鉆孔揭示蘇北盆地中新生代沉積物厚度可達(dá)7000 m，發(fā)育地層包括上白堊統(tǒng)泰州組(K2t)，古近系阜寧組(E1f)、戴南組(E2d)和三垛組(E2s)以及新近系鹽城組(N2y)和第四系東臺(tái)組(Qd)(Chen Liqiong, 2009；Qiao Xiaojuan et al., 2012；Liu Chao et al., 2016；李維等，2020)。

圖1 蘇北盆地構(gòu)造帶劃分圖(據(jù)Zhang et al., 2014; Liu Jingshou et al., 2018；王旭影和姜在興，2021修改)Fig. 1 Tectonic location and units of Subei Basin (modified from Zhang et al., 2014; Liu Jingshou et al., 2018；Wang Xuying and Jiang Zaixing，2021&)

阜寧組自下而上可以劃分為4段，即阜一—阜四段(E1f1—E1f4)(Qi Kun et al., 2018)。其中，阜一段和阜三段沉積以河流—三角洲相為主，其巖性主要為砂巖、粉砂巖；而阜二段和阜四段以湖泊相深灰色泥頁巖為主，是蘇北盆地廣泛發(fā)育的烴源巖層(Qi Kun et al., 2018；王旭影和姜在興, 2018；彭金寧等，2020；Liu Xiaoping et al., 2020)。近年來隨著“進(jìn)源找油”理論的革新以及水平井鉆井、體積壓裂等技術(shù)的進(jìn)步，該套烴源巖層也逐漸成為產(chǎn)油的目的層并受到廣泛關(guān)注(Cheng Qingsong et al., 2019；Liu Xiaoping et al., 2020)。目前在蘇北盆地金湖凹陷和高郵凹陷鉆遇的阜寧組(阜二段和阜四段)泥頁巖層系200余井中見油氣顯示，試油有4 口井累計(jì)產(chǎn)油在1000 t以上，顯示了優(yōu)越的頁巖油聚集條件和良好的油氣勘探前景(段宏亮等，2020；付茜等，2020)。

2 “七性關(guān)系”研究

2.1 巖性

巖性的識(shí)別與劃分是進(jìn)行頁巖油甜點(diǎn)評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)、探井部署的基礎(chǔ)(趙賢正等，2017)。阜二段頁巖主要形成于相對(duì)低能環(huán)境的深湖、半深湖沉積環(huán)境，且其細(xì)微的沉積環(huán)境以及沉積物來源變化也造成沉積構(gòu)造、礦物組分特征等具有明顯差異(李維等，2020；付茜等，2020)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)巖芯描述、薄片鑒定和XRD分析，確定阜寧組阜二段巖性主要是灰黑色頁巖(圖2a—c)、(灰質(zhì))泥頁巖(圖2d—f；圖2g—i)、云質(zhì)或粉砂質(zhì)泥巖等(圖2j—l；圖2m—o)(Cheng Qingsong et al., 2019; Liu Xiaoping et al., 2020)。XRD全巖分析表明主要礦物組成包括石英、長石、碳酸鹽顆粒和黏土礦物(伊利石和伊蒙混層)以及黃鐵礦(Liu Xiaoping et al., 2021)。

2.2 物性及孔隙結(jié)構(gòu)

氦氣孔隙度以及脈沖滲透率分析表明阜二段頁巖油儲(chǔ)層孔隙度介于0.18%～7.82%，平均僅2.14%，滲透率平均0.13×10-3μm2，分布在0.000002至 11.73×10-3μm2之間(Liu Xiaoping et al., 2020)(圖3a)。核磁共振T2譜分布基本表現(xiàn)為單峰狀，部分T2譜存在拖尾現(xiàn)象(圖3b)。說明其孔喉體系以細(xì)小的相對(duì)連續(xù)的孔隙空間為主，較少大孔徑粒間孔等(圖3b)。

Loucks 等(2009，2012)研究指出頁巖油孔隙空間基本為納米級(jí)，且其孔隙類型包括粒間孔、粒內(nèi)孔、有機(jī)質(zhì)孔和微裂縫(Liu Xiaoping et al., 2021)。除微裂縫外，因此基于光學(xué)顯微鏡的鑄體薄片難以探測(cè)到頁巖油儲(chǔ)層中的不同孔隙類型(圖2)，掃描電鏡在形貌及連通性等探測(cè)方面作用凸顯(Zhang Pengfei et al., 2018)。掃描電鏡觀察表明阜二段納米級(jí)孔隙廣泛發(fā)育，包含(1)無機(jī)成因孔隙，如顆粒(石英、長石和碳酸鹽顆粒)粒間孔(圖3c)、粒內(nèi)(長石和白云石顆粒)溶孔(圖3d)、礦物(黏土礦物和白云石)晶間孔(圖3e，3f)；(2)有機(jī)成因孔隙如有機(jī)質(zhì)孔(圖3g)；(3)微裂縫(圖3h)(Liu Xiaoping et al., 2020)。

2.3 含油性

頁巖油微觀含油性由孔隙類型及其組合特征以及礦物潤濕性決定(Xi Kelai et al., 2019；Zhao Xianzheng et al., 2019；Liu Xiaoping et al., 2020)。熒光薄片視域下可見阜二段頁巖全尺度孔隙均含油，礦物顆粒如長石、白云石等邊緣發(fā)暗藍(lán)或亮藍(lán)色熒光(圖4a，b)，長石以及親油性白云石顆粒內(nèi)部溶蝕形成的粒內(nèi)孔隙暗藍(lán)或亮藍(lán)色熒光特征呈分散狀分布(圖4a，b)(Liu Xiaoping et al., 2020)。部分陸源黏土礦物內(nèi)部以及有機(jī)質(zhì)內(nèi)部也有分散藍(lán)色熒光特征(圖4c，d)，此外，未被充填的微裂縫暗色熒光特征也很明顯(圖4e，f)。事實(shí)上，頁巖油儲(chǔ)層中哪怕孔徑最小的有機(jī)質(zhì)孔，由于其親油性，往往也是含油的(Loucks et al., 2009; Li Maowen et al., 2019)。

圖4 蘇北盆地阜寧組二段不同孔隙微觀含油性特征Fig. 4 Oil-bearing property of various pore spaces of the Second Member of the Paleogene Funing Formation in Subei Basin(a) 石英、白云石礦物顆粒分散分布，見生物碎屑，發(fā)育一條裂縫，Ji-19井，3828.5 m；(b)礦物顆粒邊緣分散暗藍(lán)色熒光特征，a視域熒光照片；(c) 成分主要為陸源黏土礦物(泥質(zhì))，微晶方解石，有機(jī)質(zhì)分散分布，發(fā)育微裂縫，Ji-19井，3847 m；(d) 陸源黏土發(fā)斑點(diǎn)狀藍(lán)色熒光，有機(jī)質(zhì)內(nèi)部熒光呈分散狀，c視域熒光照片；(e) 石英長石等分散分布，有機(jī)物分散分布，發(fā)育一條微裂縫，Ji-19井，3833 m；(f) 有機(jī)質(zhì)熒光呈斑點(diǎn)狀，微裂縫邊緣含油，發(fā)暗藍(lán)色熒光，e視域熒光照片(a) quartz, dolomite mineral particles are scattered distributed, and containing bioclasts, there is a microfracture, the Well Ji-19, 3825.5 m; (b) the edges of particle emit blue fluorescences, the same filed view of a under ultraviolet (UV) light; (c) the composition is dominantly detrital clay (mudrocks), microcrystalline calcite, and the organic matters are scattered distributed, there is a microfracture, the Well Ji-19, 3847 m; (d) the detrital clay emit scattered blue fluorescences, and there are scattered blue fluorescences in organic matters, the same filed view of c under ultraviolet (UV) light; (e) the quartz and feldspare as well as the organic matters are scattered distributed, and there is a micro-fracture, the Well Ji-19, 3833 m; (f) there are scattered blue fluorescences in organic matters, the edges of the microfractures are fluorescent (dark blue), he same filed view of e under ultraviolet (UV) light

2.4 電性/測(cè)井響應(yīng)

頁巖電測(cè)響應(yīng)表現(xiàn)出明顯的高伽馬(>60 API)、高中子(>15%)、高聲波時(shí)差(>250 μs/m)、低密度(<2.55 g/cm3)、高電阻率的特征(圖6)。含油性好的頁巖層段又表現(xiàn)出特定的響應(yīng)，即相對(duì)低伽馬、高電阻率、深淺電阻率存在幅度差、核磁共振T2譜分布范圍寬，且存在一定的拖尾現(xiàn)象。而相對(duì)不含油的頁巖層段表現(xiàn)為相對(duì)高伽馬、低電阻率(深淺電阻率基本重合)、高Pe值(>5 b/e)、高密度和低聲波時(shí)差的特征(圖6)(Liu Xiaoping et al., 2020)。

2.5 烴源巖特性

評(píng)價(jià)烴源巖特性通常依賴地球化學(xué)分析測(cè)試方法，獲得其中有機(jī)質(zhì)類型、有機(jī)質(zhì)豐度和成熟度等參數(shù)，其中的有機(jī)質(zhì)豐度常用總有機(jī)碳含量(TOC)來表征(楊濤濤等，2013；Zhao Xianzheng et al., 2019)。但受到分析樣品數(shù)量和成本的限制，單井縱向上連續(xù)評(píng)價(jià)TOC的工作通常難以開展，因此利用縱向分辨率高、連續(xù)性好的測(cè)井資料勢(shì)在必行(王貴文等，2002；楊濤濤等，2013)。Schmoker(1981)利用對(duì)烴源巖有機(jī)碳響應(yīng)比較靈敏的自然伽馬、密度和聲波時(shí)差等曲線建立了烴源巖定性識(shí)別方法。Passey等(1990)提出了基于聲波時(shí)差和電阻率曲線相疊合的ΔlgR方法進(jìn)行TOC測(cè)井計(jì)算(Passey et al., 1990)，此后國內(nèi)外學(xué)者在此基礎(chǔ)上提出了基于不同電測(cè)響應(yīng)具有不同適應(yīng)性的TOC測(cè)井評(píng)價(jià)模型，并取得了廣泛應(yīng)用(王貴文等，2002；朱光有等，2003；Zhao Peiqiang et al., 2016；Shalaby et al., 2019；Godfray and Seetharamaiah, 2019)。

ΔlgR=lg(R/R基線)+0.02(Δt-Δt基線)

(1)

TOC=ΔlgR×10(2.297-0.1688LOM)

(2)

式(1)和(2)中，ΔlgR為聲波和電阻率曲線分異幅度，它包含了巖石屬性和烴源巖特性，R為測(cè)井(深)電阻率，Ω·m；Δt為實(shí)測(cè)聲波時(shí)差，μs/ft (1 ft=30.48 cm)；R基線和Δt基線為聲波和電阻率基線對(duì)應(yīng)的電阻率(Ω·m)和聲波時(shí)差值(50 μs/ft)。LOM為熱變指數(shù)，是指示有機(jī)質(zhì)成熟度的參數(shù)，與鏡質(zhì)體反射率(Ro)對(duì)應(yīng)的常數(shù)。

實(shí)際操作過程中將聲波時(shí)差(線性刻度)和電阻率測(cè)井曲線(對(duì)數(shù)刻度)疊合時(shí)通常每50 μs/ft(164 μs/m)聲波時(shí)差對(duì)應(yīng)一個(gè)對(duì)數(shù)電阻率刻度(如電阻率從1～10 Ω·m)，在非烴源巖段兩條曲線將重疊(基線處)，而在二者分異處，即為烴源巖段，且分異幅度越大，一般指示有機(jī)質(zhì)含量越豐富。當(dāng)然實(shí)際操作過程中還需利用自然伽馬曲線等識(shí)別剔除蒸發(fā)巖、火成巖、致密層段或井壁垮塌嚴(yán)重層段(石玉江等，2012)。

考慮到ΔlgR方法要找基線，可能存在誤差，而研究表明自然伽馬能譜測(cè)井能分別得到地層中鈾元素、釷元素以及鉀元素含量，因此也可利用自然伽馬能譜測(cè)井可對(duì)烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度進(jìn)行定量評(píng)價(jià)(陸巧煥等，2006)。本次研究發(fā)現(xiàn)其TOC含量與K元素具有良好的相關(guān)性(圖5)，故本論文對(duì)于采集了自然伽馬能譜測(cè)井的井采用自然伽馬能譜測(cè)井K元素對(duì)TOC進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，而沒有采集自然伽馬能譜測(cè)井的井則采取ΔlgR方法進(jìn)行TOC測(cè)井計(jì)算。

圖5 自然伽馬能譜測(cè)井K含量與實(shí)測(cè)TOC交會(huì)圖Fig. 5 Crossplot diagram of K element of natural gamma ray spectrum and the measured TOC

2.6 脆性

頁巖油儲(chǔ)層致密，非均質(zhì)性較強(qiáng)，要采取壓裂改造等才能獲得工業(yè)油流，因此巖石脆性評(píng)價(jià)對(duì)優(yōu)選壓裂增產(chǎn)層段至關(guān)重要(高輝等，2018)。針對(duì)非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層而言，巖石脆性一般定義是其發(fā)生破裂前的瞬態(tài)變化難易程度，間接反映的是儲(chǔ)層經(jīng)壓裂改造后所形成裂縫的復(fù)雜程度，一般可通過脆性指數(shù)來定量表征(袁俊亮等，2014；孫建孟等，2015；Avanzini et al., 2016；賴錦等，2016；Iqbal et al., 2018)。通常脆性高的層段可壓裂性越好，在壓裂作業(yè)中能夠迅速形成復(fù)雜的網(wǎng)狀裂縫，有利于油氣開發(fā)(Guo Tiankui et al., 2015；賴錦等，2016；Iqbal et al., 2018；劉可禹和劉暢，2019)。脆性指數(shù)的計(jì)算方法可分為3種，一是基于巖石力學(xué)參數(shù)的泊—楊法(泊松比、楊氏模量法)(式3、式4、式5)；二是基于脆性礦物(石英、長石、碳酸鹽等)含量計(jì)算礦物成分比值法(式6、式7)；三是地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式法(Jarvie et al., 2007；Lai Jin et al., 2015；賴錦等，2016；Iqbal et al., 2018；Zhao Xianzheng et al., 2019)。通常脆性礦物含量越高，將導(dǎo)致巖石力學(xué)參數(shù)中的泊松比減小而楊氏模量增大(Kumar et al., 2018)，因此礦物組分法和泊松比—楊氏模量法二者緊密相連，礦物組分是巖石力學(xué)特征的物質(zhì)基礎(chǔ)與內(nèi)因，巖石力學(xué)參數(shù)則是脆性的外在表現(xiàn)形式(董寧等，2013；賴錦等，2016)。

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

式中，BI為脆性指數(shù)，%；Qz為石英含量；Car為碳酸鹽含量；Fels為長石含量；Clay為黏土總量。E為巖石的楊氏模量，GPa；ν為巖石泊松比，無量綱；下標(biāo)min和max分別代表該參數(shù)在某個(gè)地層段內(nèi)的最小值和最大值。BIE和BIν分別為通過楊氏模量和泊松比所計(jì)算的脆性指數(shù)。

本次研究采取了泊松比—楊氏模量法計(jì)算脆性指數(shù)，計(jì)算結(jié)果表明，脆性指數(shù)介于20%～80%(圖6)。

2.7 地應(yīng)力各向異性

地應(yīng)力是深度、巖性、孔隙壓力、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的綜合反映(唐振興等，2019)。各向異性為巖石固有屬性，通?？梢酝ㄟ^正交偶極測(cè)井提取地層各向異性參數(shù)，并結(jié)合成像測(cè)井進(jìn)行最大水平地應(yīng)力方向判別、裂縫評(píng)價(jià)、水力壓裂和射孔方案設(shè)計(jì)(趙軍等，2005；魏周拓等，2012)。其中地應(yīng)力各向異性評(píng)價(jià)在非常規(guī)油氣井網(wǎng)布置、鉆完井設(shè)計(jì)、壓裂改造、井壁穩(wěn)定性分析中起著舉足輕重的作用(趙軍等，2005；劉建偉等，2016；孟憲波等，2019)。地應(yīng)力方向可通過成像測(cè)井拾取誘導(dǎo)縫和井壁崩落方位進(jìn)行判別，二者分別指示現(xiàn)今最大和最小水平主應(yīng)力方向(Lai Jin et al., 2018；Stadtmuller et al., 2018)。此外，在三軸應(yīng)力(垂向、水平最大、水平最小應(yīng)力)不均衡的各向異性地層中，橫波傳播時(shí)將分裂成快慢橫波(橫波分裂)，且橫波在最大水平主應(yīng)力方向上傳播速度最快，因此通過陣列聲波測(cè)井提取快慢橫波方位也可以進(jìn)行地應(yīng)力方位拾取(陸黃生，2012；Lai Jin et al., 2019)。Schlumberger的偶極聲波DSI和Baker Hughes的多極子聲波XMAC均可用于橫波方向的提取，同時(shí)可提供或計(jì)算①縱、橫波速度；②巖石力學(xué)參數(shù)；③巖石破裂壓力、地層壓力、最大最小水平主應(yīng)力(陸黃生，2012；Lai Jin et al., 2017；Iqbal et al., 2018)。

本次研究通過DSI提取的地層各向特征表明，單井水平最大主應(yīng)力方向垂向上不斷變化，但總體優(yōu)勢(shì)方位為北東—南西方向，偶見近東西向水平最大主應(yīng)力方向(圖6)。

3 單井“鐵柱子”建立

20世紀(jì)60年代，大慶油田基于電測(cè)井序列，針對(duì)常規(guī)油氣儲(chǔ)集層，率先提出了“四性關(guān)系”(巖性、物性、含油性和電性)為依托的地層評(píng)價(jià)方法(孫建孟等，2013)。如今得益于非常規(guī)油氣地質(zhì)理論以及壓裂改造工藝等技術(shù)的進(jìn)步，致密油氣、頁巖油氣逐漸成為勘探開發(fā)的重要目標(biāo)(付金華等，2019)?？碧侥繕?biāo)的轉(zhuǎn)變以及技術(shù)需求的提高對(duì)測(cè)井評(píng)價(jià)技術(shù)提出了新的要求，即由原來的“四性關(guān)系”研究逐漸轉(zhuǎn)向“七性關(guān)系”研究，因此亟需提取相關(guān)測(cè)井屬性和信息，提供測(cè)井識(shí)別精度和擴(kuò)展測(cè)井評(píng)價(jià)廣度。當(dāng)前針對(duì)非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層，只有以大量高精度巖石物理實(shí)驗(yàn)為依托，刻度常規(guī)、成像和核磁等多尺度測(cè)井評(píng)價(jià)序列，建立全井段取芯、多序列測(cè)井的鐵柱子井，才能實(shí)現(xiàn)非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層“七性關(guān)系”綜合評(píng)價(jià)(唐振興等，2019)。如準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組頁巖油吉174井(匡立春等，2015)、鄂爾多斯盆地延長組長7段頁巖油的城96井(冉冶等，2016)以及準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷風(fēng)城組頁巖瑪頁1井(Wang Song et al., 2021)等。

“鐵柱子井”的巖石物理含義即是建立一口取芯和分析化驗(yàn)資料較全，同時(shí)測(cè)井采集序列也配套的標(biāo)桿井，建立測(cè)井信息與地質(zhì)信息的橋梁，明確甜點(diǎn)段在測(cè)井信息上的響應(yīng)特征，后續(xù)的新井解釋都可在“鐵柱子井”指導(dǎo)下進(jìn)行。鐵柱子井的建立可為非常規(guī)致密、頁巖油氣測(cè)井評(píng)價(jià)搭建了測(cè)井和地質(zhì)研究的橋梁，并可指導(dǎo)其他單井“七性關(guān)系”研究和“三品質(zhì)”評(píng)價(jià)工作(匡立春等，2015)。本文通過綜合研究，即實(shí)現(xiàn)了從巖性、物性、含油性、電性到脆性、烴源巖特性和地應(yīng)力各向異性的Ji-19井鐵柱子建立(圖6)。

鐵柱子研究表明電性是巖性、物性和含油性的綜合響應(yīng)，阜二段最頂部的泥脖子段表現(xiàn)出典型的高伽馬、低電阻的特征，為典型泥巖層。其孔隙度較低(3%～4%)，測(cè)井計(jì)算TOC(1.5%～2.5%)和脆性指數(shù)均較低(<40%)，代表了巖性對(duì)其他六性的控制。而王八蓋段以及下伏的七尖峰和四尖峰段為典型云質(zhì)頁巖的低伽馬高電阻率的特征，測(cè)井計(jì)算和實(shí)測(cè)TOC均較高，實(shí)測(cè)和計(jì)算的孔隙度也較高，源巖和儲(chǔ)層疊置發(fā)育，因此其為典型的好儲(chǔ)集層和烴源巖層(圖6)。上山子、中山子和下山子段也為典型的烴源巖與儲(chǔ)集層疊置發(fā)育段，其中的高伽馬、高電阻層段為好烴源巖層，而低伽馬、中—高電阻，且深淺電阻率明顯具有分異特征的層段，則為儲(chǔ)集層發(fā)育層段，通常也對(duì)應(yīng)脆性較高層段(圖6)?？傮w上，Ji-19井單井地應(yīng)力各向異性特征較強(qiáng)，可以看到，水平最大主應(yīng)力方向垂向上不斷旋轉(zhuǎn)變化，但總體以近北東—南西方向?yàn)橹?圖6)。

4 “三品質(zhì)”評(píng)價(jià)

4.1 三品質(zhì)分類標(biāo)準(zhǔn)

針對(duì)非常規(guī)油氣的“三品質(zhì)”評(píng)價(jià)包括烴源巖品質(zhì)評(píng)價(jià)、儲(chǔ)層品質(zhì)評(píng)價(jià)和工程品質(zhì)評(píng)價(jià)。其中，烴源巖品質(zhì)對(duì)應(yīng)資源甜點(diǎn)區(qū)、儲(chǔ)層品質(zhì)對(duì)應(yīng)物性甜點(diǎn)區(qū)，工程品質(zhì)對(duì)應(yīng)工程甜點(diǎn)區(qū)(張鵬飛等，2019)。“三品質(zhì)”評(píng)價(jià)是非常規(guī)油氣評(píng)價(jià)的重中之重，可以此為基礎(chǔ)優(yōu)選出致密油氣物性和工程“甜點(diǎn)”分布(閆偉林等，2014；唐振興等，2019；李曉光等，2019；付鎖堂等，2020；王小軍等，2019；匡立春等，2021)。

4.1.1烴源巖品質(zhì)

烴源巖品質(zhì)評(píng)價(jià)主要依托七性關(guān)系研究中的烴源巖特性。烴源巖品質(zhì)決定了油氣的富集程度，因此烴源巖評(píng)價(jià)是基礎(chǔ)(杜江民等，2016)。蘇北盆地阜二段烴源巖有機(jī)質(zhì)類型好，以Ⅰ型和Ⅱ型有機(jī)質(zhì)為主，有機(jī)質(zhì)豐度高，測(cè)井TOC計(jì)算可以看出阜二段TOC基本都大于1%，由此根據(jù)烴源巖分類標(biāo)準(zhǔn)將研究區(qū)阜二段烴源巖劃分為3種類型，其中好的烴源巖其TOC含量大于2%，中等烴源巖TOC含量1%～2%，差烴源巖TOC含量小于1%。

4.1.2儲(chǔ)層品質(zhì)

儲(chǔ)層品質(zhì)評(píng)價(jià)“巖性”、“物性”、“電性”和“含油性”(尹成芳等，2017)。本文選取頁巖儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征作為研究區(qū)阜二段頁巖儲(chǔ)層有效性的主要影響參數(shù)進(jìn)而對(duì)頁巖儲(chǔ)層有效性進(jìn)行研究?；趲r芯、薄片、掃描電鏡分析基礎(chǔ)上，將研究區(qū)阜二段儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)根據(jù)毛管曲線及其參數(shù)、核磁共振T2譜以及不可動(dòng)流體體積參數(shù)BVI(束縛水飽和度)將儲(chǔ)層類型劃分為四類(表1)(Liu Xiaoping et al., 2020)。同時(shí)核磁共振測(cè)井可提供核磁孔隙度、束縛水飽和度等參數(shù)(Lai Jin et al., 2020；Wang Guiwen et al., 2020)，因此可用于儲(chǔ)層類型劃分。

其中，I類對(duì)應(yīng)儲(chǔ)層孔隙度>4%，滲透率大于0.02×10-3μm2，核磁孔隙度最高可達(dá)6%，存在一定的基質(zhì)孔隙，部分發(fā)育粒間孔和微裂縫，流體可動(dòng)性好，束縛水飽和度值相對(duì)較低(<75%)(表1)。

Ⅱ類對(duì)應(yīng)儲(chǔ)層孔隙度2%～4%，滲透率0.002×10-3μm2～0.02×10-3μm2，具有黏土礦物晶間孔和顆粒溶蝕孔形成的復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)特征，晶間孔主要形成于自生黏土礦物中，顆粒溶蝕孔主要為長石、白云石顆粒遭受溶蝕形成的不規(guī)則和鋸齒狀孔隙。核磁孔隙度可達(dá)5%以上，具有中等束縛水飽和度值(表1)。

Ⅲ類主要由有機(jī)質(zhì)孔、粒內(nèi)溶孔以及粒間孔構(gòu)成，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)應(yīng)儲(chǔ)層孔隙度1%～2%，滲透率0.0001×10-3μm2～0.01×10-3μm2，束縛水相對(duì)較高(表1)。

表1 蘇北盆地古近系阜二段儲(chǔ)層類型劃分表Table 1 Reservoir type classification of the Second Member of the Funing Formation in Subei Basin

Ⅳ類對(duì)應(yīng)的孔隙度<1%，滲透率<0.0001×10-3μm2，孔隙類型主要為有機(jī)質(zhì)孔，雖然有機(jī)質(zhì)孔較為

發(fā)育，但其連通性較差，導(dǎo)致該孔隙結(jié)構(gòu)類型具有較高束縛水飽和度值，難以成為有利儲(chǔ)層(表1)。

4.1.3工程品質(zhì)

工程品質(zhì)評(píng)價(jià)主要指“脆性”和“地應(yīng)力和各向異性”的評(píng)價(jià)(尹成芳等，2017)。工程品質(zhì)評(píng)價(jià)最終的目的是評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的脆性、可壓裂性(覃豪和楊小磊，2019)。工程甜點(diǎn)區(qū)位于地應(yīng)力較低、脆性較強(qiáng)層段(高輝等，2018)。前已述及，Ji-19井最大水平主應(yīng)力方向主要為北東—南西向，而計(jì)算的脆性指數(shù)基本都大于40%，整體脆性指數(shù)較高。根據(jù)脆性指數(shù)來對(duì)頁巖工程品質(zhì)進(jìn)行分類，其中I類工程甜點(diǎn)區(qū)脆性指數(shù)>60%，Ⅱ類工程甜點(diǎn)區(qū)則脆性介于40%～60%，Ⅲ類則脆性指數(shù)小于40%層段。

4.2 單井“三品質(zhì)”測(cè)井評(píng)價(jià)

頁巖油有利區(qū)既是資源甜點(diǎn)區(qū)、物性甜點(diǎn)區(qū)，又是工程甜點(diǎn)區(qū)(Avanzini et al., 2016；張鵬飛等，2019)。其中頁巖油“三品質(zhì)”評(píng)價(jià)中，烴源巖品質(zhì)對(duì)應(yīng)資源甜點(diǎn)區(qū)、儲(chǔ)層品質(zhì)對(duì)應(yīng)物性甜點(diǎn)區(qū)，工程品質(zhì)對(duì)應(yīng)工程甜點(diǎn)區(qū)(Zhao Xianzheng et al., 2019)。對(duì)單井頁巖油甜點(diǎn)評(píng)價(jià)而言，物性甜點(diǎn)和工程甜點(diǎn)的優(yōu)選尤為重要(付鎖堂等，2020)。在以上“七性關(guān)系”鐵柱子井建立的基礎(chǔ)上，對(duì)于研究區(qū)其他單井，即可實(shí)現(xiàn)其“三品質(zhì)”測(cè)井評(píng)價(jià)以及可依托“三品質(zhì)”特征實(shí)現(xiàn)其甜點(diǎn)發(fā)育區(qū)帶優(yōu)選(Kumar et al., 2018)。

烴源巖品質(zhì)可通過ΔlgR法和自然伽馬能譜統(tǒng)計(jì)回歸法評(píng)價(jià)TOC，從而尋找優(yōu)質(zhì)烴源巖，確定資源甜點(diǎn)區(qū)帶(張鵬飛等，2019；付金華等，2019；付鎖堂等，2020)。儲(chǔ)層品質(zhì)評(píng)價(jià)核心為宏觀物性參數(shù)和微觀孔隙結(jié)構(gòu)，可依托常規(guī)孔隙度測(cè)井和核磁共振測(cè)井T2譜來確定物性甜點(diǎn)區(qū)帶(付金華等，2019；李曉光等，2019；付鎖堂等，2020)。工程品質(zhì)定量評(píng)價(jià)，基于陣列聲波測(cè)井以及礦物組分比值法(元素俘獲測(cè)井)計(jì)算巖石脆性指數(shù)，并依托成像和陣列聲波測(cè)井實(shí)現(xiàn)地應(yīng)力各向異性特征(包括現(xiàn)今最大水平主應(yīng)力方向)的提取，確定工程甜點(diǎn)區(qū)帶，為壓裂設(shè)計(jì)優(yōu)化提供技術(shù)支持(Iqbal et al., 2018；王小軍等，2019；付金華等，2019；李曉光等，2019；付鎖堂等，2020)。

通過自然伽馬能譜測(cè)井計(jì)算的TOC，實(shí)現(xiàn)了吉10井單井烴源巖品質(zhì)識(shí)別與劃分，可以看到，好烴源巖段主要位于泥脖子、七尖峰和四尖峰段，為頁巖油富集提供資源甜點(diǎn)(圖7)。通過測(cè)井計(jì)算孔隙度以及核磁共振T2譜特征，確定了好的儲(chǔ)集層段主要對(duì)應(yīng)特征為測(cè)井解釋孔隙度較高，同時(shí)具備較寬的核磁共振T2譜，甚至部分層段還存在拖尾現(xiàn)象。此外，高分辨率陣列感應(yīng)測(cè)井(M2R1—M2Rx系列測(cè)井)往往具備明顯的分異現(xiàn)象，即深淺電阻率具備明顯的曲線幅度差(圖7)。通過測(cè)井計(jì)算的脆性指數(shù)實(shí)現(xiàn)了工程品質(zhì)的劃分，有利的工程甜點(diǎn)發(fā)育段往往對(duì)應(yīng)脆性指數(shù)較高的層段(圖7)。

研究表明，頁巖油物性“甜點(diǎn)”和工程“甜點(diǎn)”的有效結(jié)合體通常對(duì)應(yīng)頁巖油發(fā)育層段(蔣云箭等，2020；付鎖堂等，2020)。通過儲(chǔ)層品質(zhì)和工程品質(zhì)相耦合，最終劃分出Ji 10井單井3個(gè)甜點(diǎn)(物性和工程甜點(diǎn)相疊加)發(fā)育段，主要分布在泥脖子、七尖峰、四尖峰和上山字和中山字段(圖7)。優(yōu)選出的物性和工程甜點(diǎn)段與實(shí)際試油資料吻合較好，王八蓋地層、七尖峰和四尖峰三小層合試，日產(chǎn)油12.23 m3，累產(chǎn)油123.52 m3，證實(shí)了三品質(zhì)劃分結(jié)果的準(zhǔn)確性(圖7)。因此通過在“七性關(guān)系”研究的基礎(chǔ)上，建立“三品質(zhì)”的測(cè)井識(shí)別與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，最終通過單井“三品質(zhì)”劃分優(yōu)選頁巖油甜點(diǎn)方法切實(shí)可行。

圖7 蘇北盆地古近系阜二段Ji 10單井“三品質(zhì)”測(cè)井評(píng)價(jià)Fig. 7 Three property division of the Well Ji-10 of the Second Member of Paleogene Funing Formation in Subei Basin

5 結(jié)論

蘇北盆地古近系阜二段巖性主要是灰黑色頁巖、(灰質(zhì))泥頁巖、云質(zhì)或粉砂質(zhì)泥巖等，儲(chǔ)集空間包括粒間孔、顆粒溶孔、晶間孔、有機(jī)質(zhì)孔以及微裂縫，熒光薄片表明不同類型和不同孔徑孔隙含油性均較好。核磁共振T2譜分布基本表現(xiàn)為單峰狀，且很少出現(xiàn)拖尾現(xiàn)象。說明其孔喉體系以細(xì)小的相對(duì)連續(xù)的孔隙空間為主，較少或缺失大孔徑粒間孔等。測(cè)井曲線上頁巖表現(xiàn)為高伽馬(>60 API)、高中子(>15%)、高聲波時(shí)差(>250 μs/m)、低密度(<2.55 g/cm3)、高電阻率的特征。根據(jù)自然伽馬能譜測(cè)井和ΔlgR建立了TOC測(cè)井模型，結(jié)果表明阜二段烴源巖有機(jī)質(zhì)類型好，TOC基本都大于1%。根據(jù)泊松比—楊氏模量法計(jì)算脆性指數(shù)，結(jié)果表明脆性指數(shù)介于20%～80%。陣列聲波測(cè)井提取的地應(yīng)力各向異性特征表明，單井水平最大主應(yīng)力方向垂向上不斷變化，但總體優(yōu)勢(shì)方位為北東—南西方向。最終建立了包含巖性、物性、電性、含油性、脆性、烴源巖特性和地應(yīng)力各向異性“七性關(guān)系”特征的鐵柱子井。

根據(jù)TOC大小實(shí)現(xiàn)烴源巖品質(zhì)劃分，根據(jù)脆性指數(shù)實(shí)現(xiàn)工程品質(zhì)劃分。然后根據(jù)物性參數(shù)結(jié)合核磁共振T2譜建立了儲(chǔ)層品質(zhì)劃分標(biāo)準(zhǔn)。在“七性關(guān)系”研究基礎(chǔ)上，通過對(duì)儲(chǔ)層品質(zhì)、烴源巖品質(zhì)以及工程品質(zhì)三者疊加完成了單井“甜點(diǎn)”段優(yōu)選，結(jié)果表明單井甜點(diǎn)主要分布在泥脖子、七尖峰、四尖峰和上山字和中山字段，結(jié)果與試油資料相吻合。在“七性關(guān)系”研究基礎(chǔ)上，通過建立“三品質(zhì)”的測(cè)井識(shí)別與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，可基于單井“三品質(zhì)”劃分優(yōu)選頁巖油甜點(diǎn)。研究結(jié)果可為頁巖油甜點(diǎn)綜合評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)提供理論指導(dǎo)和方法支撐。

致謝：感謝中國石油浙江油田分公司勘探開發(fā)研究院提供的資料支持，同時(shí)部分測(cè)井解釋成果為中國石油集團(tuán)測(cè)井有限公司所提供，對(duì)他們所做的工作全體作者在此表示衷心感謝！

(The literature whose publishing year followed by a “&” is in Chinese with English abstract; The literature whose publishing year followed by a “#” is in Chinese without English abstract)

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