松遼盆地北部嫩二底油頁巖的現(xiàn)場錄井識別特征

葉 凡

（大慶鉆探工程公司地質(zhì)錄井一公司，黑龍江大慶 163411）

松遼盆地位于中國東北部，是中、新生代大型陸相坳陷型盆地，覆蓋面積為26×104km2，其形成與發(fā)展經(jīng)歷了成盆先期褶皺階段、裂陷階段、沉陷階段和萎縮平衡階段四個構(gòu)造演化階段，盆地由6個一級構(gòu)造單元組成，其北部嫩江組是盆地發(fā)育優(yōu)質(zhì)烴源巖的重要時期，其中嫩二段底部油頁巖形成于溫暖濕潤的古氣候環(huán)境，湖水中水生生物較為繁盛，嫩江組沉積早期在全盆地發(fā)生的一次大規(guī)模的海侵為黑色油頁巖的形成提供了便利條件，該段油頁巖具有分布面積廣、沉積穩(wěn)定的特點(diǎn)，是區(qū)域內(nèi)重要的標(biāo)準(zhǔn)層[1]。在常規(guī)油氣勘探時，該段油頁巖是錄井現(xiàn)場層位劃分、取芯卡層、地層對比的重要依據(jù)。然而，隨著油田勘探重點(diǎn)轉(zhuǎn)向非常規(guī)油氣資源，嫩二底油頁巖作為優(yōu)質(zhì)烴源巖，成為了頁巖油勘探研究的重點(diǎn)對象之一。

從前期部署的嫩二底取芯井巖芯實物上看，嫩二段油頁巖發(fā)育不佳，部分巖芯頁理不發(fā)育，外觀特征與同層位泥巖并無明顯差異，因此單從外觀特征上很難準(zhǔn)確劃分和定名。盡管從后期通過測井資料及研究院分析數(shù)據(jù)，均能準(zhǔn)確劃分出油頁巖，但都有時效性，難以給錄井現(xiàn)場決策提供及時的參考意見。因此，急需利用其他錄井技術(shù)手段，分析嫩二段油頁巖的現(xiàn)場錄井特征，解決該段巖性的及時、準(zhǔn)確鑒定難題。本文優(yōu)選89 塊巖芯樣品和31 盒巖屑樣品進(jìn)行巖性、地化、礦物、元素和化石特征進(jìn)行觀察分析。

1 油頁巖錄井特征

1.1 巖性特征

前人分析認(rèn)為，嫩江組二段油頁巖主要顏色有灰黑色、灰褐色和黑色、褐色，發(fā)育塊狀和水平層理，貝殼狀斷口，巖屑多呈小的薄片狀。從G3、S3、C2 等3 口井巖芯實物看，嫩二底部油頁巖有兩種存在特征：一種既有頁理又具有暗黃色熒光特征，另一種肉眼難以觀察到頁理且普照無熒光，兩種特征的油頁巖呈互層狀，兩者厚度共約4～8m，整體上呈黑褐色，頁理發(fā)育較差，熒光普照為暗黃色，滴照普遍為淺黃色，點(diǎn)火可燃。

綜合來看，在正常鉆進(jìn)時，可以通過仔細(xì)觀察巖屑定名，牙輪鉆頭鉆進(jìn)時可獲得較為理想的巖屑，顆粒較大，具很明顯的薄片狀，易于識別；但目前鉆井上大多采用PDC鉆頭鉆進(jìn)，鉆出的顆粒較為細(xì)小，頁理的參考性差，只能利用較為明顯的熒光特征進(jìn)行分析，通過熒光普照、熒光滴照、點(diǎn)滴分析、定量熒光等技術(shù)準(zhǔn)確判斷，進(jìn)行定名；由于油頁巖有機(jī)質(zhì)豐度高，遇火可以燃燒，因此可以利用油頁巖的這一物理特性，輔助以酒精燈點(diǎn)火試驗進(jìn)行進(jìn)一步驗證。所以一般情況下只要巖屑的代表性強(qiáng)，鉆進(jìn)比較勻速時，最能直接快速反映油頁巖特征的便是巖屑資料。在鉆井取芯時，可以從宏觀上觀察巖芯，對于頁理特征和熒光特征明顯的可以直接定名，部分巖芯在外觀上，包括顏色、頁理等，均無明顯特征，與普通泥巖接近（圖1），熒光特征也不明顯，僅靠熒光普照和滴照難以判斷，需再結(jié)合其他技術(shù)手段進(jìn)行判斷。

圖1 S3井油頁巖外觀，與泥巖相似

1.2 氣測特征

油頁巖作為一種富含有機(jī)質(zhì)的泥頁巖，在揭開該層段的時候，錄井氣測往往呈現(xiàn)高全烴、高甲烷、組分齊全的特征（圖2）。部分井總烴值可高達(dá)60%以上，但總烴值容易受到鉆時、鉆井液等因素影響，如遇到取芯不順利，鉆井液比重增加或者鉆井設(shè)備故障等異常因素，鉆時變慢會影響到總烴值，宏觀上觀察烴值曲線變化不明顯，此種情況下氣測就不能明顯反映出油頁巖特征了。

圖2 G3井嫩二底油頁巖(1693～1704m)氣測數(shù)據(jù)曲線

圖3 G3井殘余碳曲線

1.3 地球化學(xué)特征

1.4 礦物和元素特征

從多口井巖芯、巖屑元素分析數(shù)據(jù)上看，嫩二段泥頁巖主要Si 為主，其次是Al、Mg、K、P、Fe 等，進(jìn)入底部頁巖油段后，Ca元素含量顯著增多。從XRD礦物分析結(jié)果看，嫩二段礦物成分以石英、斜長石、粘土礦物為主，底部方解石含量增多，平均含量為石英43.7%、粘土27.5%、斜長石17.6%；主要脆性礦物為石英和方解石，含量總體在39.5%～47.4%之間（圖4）。

圖4 G3井嫩二段底主要礦物含量

由于石英在風(fēng)化作用中穩(wěn)定性最高，一般只發(fā)生機(jī)械破碎，所以在碎屑沉積巖中，石英是目前常見礦物中最為穩(wěn)定的造巖礦物，因此通過實鉆井的礦物含量變化和元素分析數(shù)據(jù)可以看出，嫩二段油頁巖在沉積階段具有穩(wěn)定的物質(zhì)來源，沉積環(huán)境穩(wěn)定。所以當(dāng)嫩二段底部Ca元素和石英、方解石含量逐漸增多時可以為判斷油頁巖提供有力參考。

1.5 化石特征

嫩江組早期沉積時，特大湖浸造成的缺氧環(huán)境使得該時期古生物大量死亡并被保存成為化石[1]。在S3井、G3井等多口井的巖芯實物中，均在嫩二段底部鄰近油頁巖處會發(fā)現(xiàn)大量葉肢介化石（圖5）。因此，葉肢介化石可以作為接近嫩二底油頁巖的預(yù)警證據(jù)。古生物的集體死亡說明了當(dāng)時處于大面積的缺氧狀態(tài)，從側(cè)面反映了當(dāng)時的沉積環(huán)境，即嫩江組沉積早期，特大湖侵的出現(xiàn)，為全盆地內(nèi)黑色頁巖的產(chǎn)生提供了穩(wěn)定的外部環(huán)境。所以大量古生物化石的出現(xiàn)也是嫩江組二段為深湖相沉積的一個佐證。

圖5 S3井嫩二段底部葉肢介化石

2 應(yīng)用效果及實例

案例應(yīng)用情況：由于該段巖性富含有機(jī)質(zhì)，因此在電性特征上會有一個較高的響應(yīng)，一般頁巖的雙側(cè)向電阻率值在10～100Ω·m 之間，而嫩二段中部—底部的泥巖電阻率值在2～5Ω·m之間；自然伽馬值也從100API升至160API 左右，宏觀上看，在曲線上兩者從近于平直瞬間同時升高幾十倍，對于油頁巖的劃分識別一目了然，但此方法僅適用于完鉆測井后，鉆進(jìn)過程中無法應(yīng)用，僅僅是在完井后與巖性特征相互印證，對于完井后的科研分析以及層位的精確劃分具有重要意義。

3 結(jié)論

（1）在正常鉆井條件下，巖屑代表性強(qiáng)，通過熒光觀察可以直接判斷油頁巖。

（2）工況正常，鉆速穩(wěn)定時，氣測數(shù)據(jù)也可以直觀反映出油頁巖特征。

（3）地球化學(xué)特征尤其是S2、TOC 等值，是判斷油頁巖的重要依據(jù)。

（4）鉆井取芯時，化石特征可作為直接預(yù)警證據(jù)。（5）通過對巖芯、巖屑樣品分析，其礦物、元素特征可以作為嫩二底油頁巖識別的重要輔助識別手段。

4 結(jié)束語

在常規(guī)油氣勘探過程中，及時地獲取錄井原始地層資料，同時通過運(yùn)用常規(guī)錄井技術(shù)手段，結(jié)合地球化學(xué)等新技術(shù)方法準(zhǔn)確判斷嫩二段底部油頁巖，將會是對下步施工快速決策最直接的依據(jù)。