非常規(guī)油氣時代測井地質(zhì)學(xué)研究進展*

賴 錦 李紅斌 張 梅 白梅梅 趙儀迪 范旗軒 龐小嬌 王貴文

1 油氣資源與工程全國重點實驗室，中國石油大學(xué)（北京），北京102249

2 中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京102249

隨著常規(guī)油氣產(chǎn)量的衰減以及水平井鉆井和水力壓裂技術(shù)的提升，全球石油工業(yè)逐漸邁入以致密油氣和頁巖油氣為典型代表的非常規(guī)油氣時代（Curtisetal.，2012；Loucksetal.，2012；鄒才能等，2014；楊智等，2021；馬永生等，2022）。不同于常規(guī)油氣找圈閉，非常規(guī)油氣勘探開發(fā)重點在“甜點”優(yōu)選，綜合利用地質(zhì)、地震和測井資料實現(xiàn)地質(zhì)與工程 “甜點”評價與預(yù)測成為非常規(guī)油氣研究的重點內(nèi)容（鄒才能等，2014；Iqbaletal.，2018；Zhaoetal.，2019；賈承造等，2021；金之鈞等，2021）。然而受到經(jīng)濟和技術(shù)條件的限制，存在取心資料不全和地震資料縱向分辨率太低等現(xiàn)象，而地球物理測井作為深入地下的 “眼睛”，蘊含豐富地質(zhì)與工程信息，將地質(zhì)學(xué)與地球物理測井學(xué)二者相互交叉共融的測井地質(zhì)學(xué)綜合研究，可挖掘隱含在測井資料里面的地質(zhì)信息，并在地質(zhì)學(xué)理論指導(dǎo)下，運用測井資料解決非常規(guī)油氣勘探開發(fā)實踐問題（Avanzinietal.，2016；Rybackietal.，2016；賴錦等，2021a）。目前探測地層聲學(xué)、電磁學(xué)、核物理等特性的地球物理測井資料以其縱向分辨率高、連續(xù)性好的特征在非常規(guī)油氣勘探開發(fā)的各個環(huán)節(jié)得到廣泛應(yīng)用（付金華等，2013；Iqbaletal.，2018；Shalabyetal.，2019；蔣云箭等，2020；李寧等，2020；匡立春等，2021；劉國強，2021；賴錦等，2022a；張少龍等，2022）。

測井資料地質(zhì)解釋是把測井信息處理成地質(zhì)信息的過程，通過選定不同測井序列，可從測井曲線組合中綜合分析和認(rèn)識地層特性（徐風(fēng)等，2017；賴錦等，2022b）。測井地質(zhì)學(xué)是以地球物理測井學(xué)和地質(zhì)學(xué)的學(xué)科理論為指導(dǎo)，通過不同測井序列和方法解決地質(zhì)問題的交叉學(xué)科。自1927年測井學(xué)科開創(chuàng)以來，在地質(zhì)學(xué)理論指導(dǎo)下，目前集聲、電、核及核磁多種測量方法和手段于一身的測井資料在測井構(gòu)造解析、測井沉積學(xué)、測井儲集層評價、烴源巖測井評價、地應(yīng)力測井分析等方面得到廣泛應(yīng)用（李國欣等，2004；徐風(fēng)等，2017；Laietal.，2018；Al-Mudhafar，2020；賴錦等，2021a；李寧等，2021）。然而近20年以來，以致密油氣、頁巖油氣為典型代表的非常規(guī)油氣的勘探開發(fā)實踐使得測井地質(zhì)學(xué)綜合研究面臨全新挑戰(zhàn)（李浩等，2015；Iqbaletal.，2018；唐振興等，2019；李寧等，2020；匡立春等，2021；賴錦等，2021a；石玉江等，2021）。目前測井地質(zhì)學(xué)研究正處于不適應(yīng)勘探開發(fā)對象的艱難時期，這一方面是由于測井資料本身的多解性以及負(fù)載能力有限性，使得測井地質(zhì)解釋需求解釋專家具有豐富的地質(zhì)經(jīng)驗（石玉江等，2021；王華和張雨順，2021），另一方面非常規(guī)油氣巖性致密、物性差、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、非均質(zhì)性強，使得常規(guī)測井形成的方法理論體系難以在非常規(guī)油氣領(lǐng)域推廣應(yīng)用（賴錦等，2021a；劉國強，2021）。非常規(guī)油氣時代需探索與勘探目標(biāo)相適應(yīng)的測井地質(zhì)學(xué)綜合研究方法。

非常規(guī)油氣涉及面廣，主要包括致密油、致密氣、頁巖油和頁巖氣（劉國強，2021）。目前中國頁巖油戰(zhàn)略地位顯著，其發(fā)育的地質(zhì)時代跨度大，從二疊系、三疊系、侏羅系和古近系等頁巖層系中均有分布（王永詩等，2022；朱如凱等，2022）。作者選取典型的吉木薩爾凹陷蘆草溝組、古龍凹陷青山口組、鄂爾多斯盆地延長組長7段，蘇北盆地阜寧組二段等頁巖油儲集層為例，通過分析非常規(guī)油氣測井評價難點，選擇采用針對性的新技術(shù)測井序列實現(xiàn)儲集層參數(shù)計算以及流體性質(zhì)判別。在此基礎(chǔ)上歸納總結(jié)烴源巖測井識別評價方法，指出在測井沉積學(xué)研究、測井裂縫識別以及測井地應(yīng)力評價方面測井地質(zhì)學(xué)研究的新征程與方向。非常規(guī)油氣時代，人工智能的融入以及不同地質(zhì)、地球物理測井和新技術(shù)測井資料的多尺度數(shù)據(jù)融合，可為非常規(guī)油氣的勘探開發(fā)提供技術(shù)支撐。

1 非常規(guī)油氣測井儲集層評價重點

常規(guī)碎屑巖儲集層原生孔隙發(fā)育，同時可見次生溶蝕孔隙以及黏土礦物微孔隙，孔喉尺度為微米級，孔喉之間連通性較好（Nelson，2009；Rezaeeetal.，2012）。碳酸鹽巖則發(fā)育不同類型、不同尺寸多尺度孔喉網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（賴錦等，2021b）。致密儲集層（覆壓滲透率小于0.1×10－3μ m2）原生孔隙發(fā)育較少，以粒間溶蝕孔、長石巖屑顆粒粒內(nèi)溶孔、黏土礦物微孔隙為主，孔喉尺寸主要是微米級—納米級，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜（Anovitz and Cole，2015；Lai and Wang，2015；Laietal.，2016；孫龍德等，2019）。頁巖油氣儲集層覆壓滲透率最低，甚至小于0.01×10－3μm2，僅存在少量粒間孔，頁巖主要儲集空間為納米級的粒內(nèi)孔隙、有機質(zhì)孔、晶間孔等，孔喉連通性最差（圖1）（鄒才能等，2011；Loucksetal.，2012；Zouetal.，2019；金 之鈞等，2021）。

圖1 不同常規(guī)、致密和頁巖儲集層類型典型特征對比Fig.1 Typical characteristic comparisons of conventional reservoir，tight reservoir and shale reservoir

非常規(guī)油氣其油氣富集模式多為源儲一體、油氣連續(xù)聚集，油氣富集機理受控于源儲配置關(guān)系和儲集層自身屬性，在成藏過程中以超壓和擴散作用作為主要成藏動力，油氣主要富集在低能貧氧—厭氧的深湖—半深湖亞相（焦方正等，2019；朱如凱等，2022）。而早期勘探開發(fā)為主的常規(guī)油氣藏，以圈閉成藏為理論依據(jù)，油氣富集模式多為源儲分離，富集機理受控于構(gòu)造背景和沉積特征，在成藏過程中以浮力和毛管阻力為主要動力，油氣主要富集于高能水體環(huán)境中（焦方正，2019；馬永生等，2021；朱如凱等，2022）。以致密油氣和頁巖油氣為典型代表的非常規(guī)油氣除具有源儲一致或源儲緊鄰的特征外，往往其巖性復(fù)雜，儲集層致密，薄互層發(fā)育，導(dǎo)致非均質(zhì)性和各向異性均較強，決定了對測井評價技術(shù)理論體系的特殊需求（賴錦等，2021a；劉國強，2021；Laietal.，2022a）。與常規(guī)儲集層 “四性關(guān)系”（巖性、物性、電性、含油氣性）測井評價不同，源儲一致或緊鄰的非常規(guī)油氣測井評價往往要在 “四性關(guān)系”基礎(chǔ)上強調(diào)烴源巖特性的評價，且因為非常規(guī)油氣無自然產(chǎn)能，需求壓裂才能建產(chǎn)，因此更需注重脆性和地應(yīng)力各向異性的分析與解釋，即“七性關(guān)系”評價（孫建孟，2013；李國欣和朱如凱，2020；李國欣等，2021；劉國強，2021；賴錦等，2022a）。非常規(guī)油氣測井評價除關(guān)注儲集層品質(zhì)外，還需要強調(diào)烴源巖品質(zhì)并注重工程品質(zhì)，通過烴源巖品質(zhì)可落實資源 “甜點”區(qū)／帶，通過儲集層品質(zhì)分類可預(yù)測地質(zhì) “甜點”區(qū)／帶，而根據(jù)工程品質(zhì)分類可優(yōu)選壓裂 “甜點”區(qū)／帶（楊智等，2015；張鵬飛等，2019；閆偉林等，2021；鄭建東等，2021；賴錦等，2022a；楊小兵等，2022）。

全序列測井技術(shù)包括常規(guī)測井（自然伽馬、聲波和電阻率等）、高分辨率陣列感應(yīng)（HDIL）、自然伽馬能譜測井（K，Th，U含量）、元素俘獲測井（ECS）、LithoScanner、陣列聲波測井（DSI等）、微電阻率成像測井（FMI等）、核磁共振測井（NMR）等（匡立春等，2013；蔣平等，2015；賴錦等，2021a）。針對非常規(guī)油氣儲集層測井評價，常規(guī)測井可判斷巖石礦物組分、判別巖性、識別流體性質(zhì)以及計算TOC含量等（Passeyetal.，1990）。元素俘獲譜測井（ECS）以及LithoScanner可獲取地層中Si、Ca、Fe等元素含量，通過進一步處理可獲得組成巖石礦物含量（黏土、碳酸鹽、長英質(zhì)等）（王敏等，2013）。陣列聲波測井可用于巖石力學(xué)參數(shù)如楊氏模量、泊松比等測井計算，進一步可用于脆性指數(shù)測井評價，并可用于判別現(xiàn)今地應(yīng)力方向（賴錦等，2016；Laietal.，2017）。成像測井可拾取厘米級的紋層（礦物組分）變化，并可進一步判別沉積構(gòu)造以及裂縫發(fā)育特征，在巖相識別以及地質(zhì)甜點評價中應(yīng)用廣泛，同時可通過誘導(dǎo)縫、井壁崩落等判別地應(yīng)力方向（Laietal.，2018；李寧等，2020）。核磁共振測井能夠反映地層巖石孔隙結(jié)構(gòu)和流體信息，且不受骨架影響，因此在評價儲集層質(zhì)量以及流體性質(zhì)方面具有獨到的優(yōu)勢（Sun and Dunn，2005；肖立志，2007；Wangetal.，2020）。在常規(guī)測井序列基礎(chǔ)上，元素俘獲、核磁共振和成像測井等新方法的廣泛應(yīng)用，提高了非常規(guī)油氣礦物組分、孔隙結(jié)構(gòu)和儲集層甜點發(fā)育特征的測井識別精度（趙賢正等，2017；賴錦等，2021a；劉國強，2021）。

2 測井儲集層評價

非常規(guī)油氣測井儲集層評價注重 “七性關(guān)系”研究。測井評價的首要任務(wù)是發(fā)現(xiàn)和評價含油氣層（金鼎等，2007；李劍浩，2007），對于非常規(guī)油氣而言同樣如此。測井儲集層評價主要包括儲集層參數(shù)（孔、滲、飽）計算以及流體性質(zhì)判別（湯天知等，2020；劉國強，2021；鄭建東等，2021；譚鋒奇等，2022）。儲集層孔隙度一般情況下可以通過常規(guī)測井AC、DEN和CNL組合通過線性關(guān)系以及多元回歸擬合實現(xiàn)孔隙度測井計算（李寧等，2020）。核磁共振測井在頁巖孔隙度計算中優(yōu)勢明顯，一般情況下可以3ms為截止值計算有效孔隙度，10ms為截止值計算有效孔隙度（李寧等，2020）。王偉等（2019）利用巖心核磁共振實驗刻度，確定總孔隙度核磁共振T2譜起算時間為0.3ms（即0.3ms以上的弛豫組分為孔隙信號，而0.3ms以下的弛豫組分為干黏土或者巖石骨架信號），而有效孔隙度起算核磁時間為1.7ms，并采用迭代法（式1）實現(xiàn)了吉木薩爾地區(qū)蘆草溝組儲集層有效孔隙度的準(zhǔn)確計算（王偉等，2019；劉雅慧等，2021）。

式中，φ為有效孔隙度，T2cutoff、T2max、T2min分別為T2截止值（1.7ms），最大、最小橫向弛豫時間，ms；S（T）為橫向弛豫時間相關(guān)的孔隙度分布函數(shù)（劉雅慧等，2021）。

滲透率的測井計算可基于核磁共振計算的總孔隙度，再結(jié)合核磁導(dǎo)出的T2幾何平均值以及束縛水飽和度（BVI）等參數(shù)，通過Timur-Coats模型以及斯倫貝謝的Schlumberger Doll Research（SDR）模型實現(xiàn)滲透率測井評價（Rezaeeetal.，2012）。

除孔隙度外，含油氣飽和度的定量計算也是優(yōu)選頁巖地質(zhì) “甜點”的重要參數(shù)之一（夏宏泉等，2017）。同樣也可以利用迭代法實現(xiàn)含油飽和度測井計 算（Kuangetal.，2020；Pangetal.，2022），劉雅慧等（2021）通過巖心分析含油飽和度刻度，確定吉木薩爾凹陷蘆草溝組儲集層7ms以上的組分為油信號，并采用核磁迭代法計算了含油飽和度，結(jié)果與巖心分析吻合較好（式2）。

式2中，So為含油飽和度，計算含油飽和度時T2cutoff取值為7.0ms。

通過CMR核磁共振測井，分別選取1.7ms和7.0ms作為截止值，基于核磁共振T2譜通過迭代法實現(xiàn)了有效孔隙度和含油飽和度測井計算，同時通過Coats模型計算了單井滲透率，在參數(shù)計算基礎(chǔ)上，進行單井流體性質(zhì)的判別，單井上識別出典型的8個油層段（圖2）?？梢钥吹接蛯佣坞娮杪什灰欢ㄗ罡?，但深、淺電阻率往往具有一定的分異，其T2譜形態(tài)往往較寬，甚至存在拖尾現(xiàn)象，再結(jié)合孔隙度和飽和度參數(shù)的計算，可實現(xiàn)單井油層的識別（圖2）。

圖2 吉木薩爾凹陷蘆草溝組測井儲集層參數(shù)計算與流體性質(zhì)識別評價Fig.2 Calculation of reservoir parameters and fluid property determination using well logs for the Lucaogou Formation in Jimusar sag

3 烴源巖測井評價

與源儲分離的常規(guī)油氣不同，非常規(guī)油氣測井評價需求實現(xiàn)烴源巖以及源儲配置觀察測井評價（鐘高潤等，2016；Godfray and Seetharamaiah，2019）。烴源巖品質(zhì)決定了油氣的富集程度（杜江民等，2016）。烴源巖測井評價包括烴源巖定性識別以及TOC、S1和S2等指標(biāo)測井定量計算，目前烴源巖可根據(jù)其高GR（尤其高U）、高中子、高電阻率、高聲波時差、低密度等測井響應(yīng)特征進行定性識別（Passeyetal.，1990；Shalabyetal.，2019；Zhaoetal.，2019；鄭建東等，2021）。而TOC含量的測井定量計算方法相對比較成熟，目前可依據(jù)可歸納為5種方法：（1）ΔlogR方法，目前該方法相對比較成熟，已經(jīng)得到廣泛推廣應(yīng)用（Passeyetal.，1990；王貴文等，2002）；（2）改進的ΔlogR方法，如變基線的方法，可以消除由于巖石骨架特征變化的影響，提高TOC 計算精度（Zhaoetal.，2016）；（3）自然伽馬能譜測井，如利用自然伽馬測井U曲線建立TOC定量計算模型（陸巧煥等，2006）；（4）多元曲線回歸法，如GR、AC、CNL和RT等測井曲線通過多元回歸建立TOC測井定量計算模型（Azizetal.，2020）；（5）人工智能方法如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機法等，人工智能方法的運用可提高TOC測井計算的效率（Wangetal.，2019；Amosu and Sun，2021）。

除上述基于常規(guī)測井的TOC測井計算方法外，新技術(shù)測井資料LithoScanner測井也可應(yīng)用于TOC含量的測井計算：首先LithoScanner測井可以獲得地層中的總碳（TC）含量，由有機碳（TOC）和無機碳（TIC）構(gòu)成，無機碳主要存在于碳酸鹽礦物如方解石CaCO3和白云石CaMg（CO3）2，利用總碳減去無機碳含量，那么得到的就是有機碳TOC含量（圖3）。跟離散分析的巖心數(shù)據(jù)相比，相對縱向連續(xù)性好的測井曲線可實現(xiàn)TOC含量、烴源巖品質(zhì)的單井連續(xù)評價，由此指導(dǎo)資源甜點預(yù)測等工作。

圖3 基于常規(guī)、LithoScanner以及成像測井的古龍凹陷青山口組頁巖巖相測井評價Fig.3 Log evaluation of lithofacies of Gulong sag Qingshankou Formation using conventional well logs，LithoScanner and image log

4 測井沉積學(xué)

自1979年歐·塞拉提出測井相從而搭建測井曲線和沉積解釋之間的橋梁以來（Serra，1979），不同系列測井資料即被廣泛運用于砂巖和碳酸鹽巖沉積儲集層特征精細(xì)描述與評價工作中（Laietal.，2018；賴錦等，2018，2021）。而非常規(guī)油氣烴源巖和儲集層均屬于細(xì)粒沉積巖，指粒徑小于0.0625mm的顆粒含量占50%以上的沉積巖（Aplin and Macquaker，2011；Ghadeer and Macquaker，2011；周立宏等，2018；劉可禹和劉暢，2019）。細(xì)粒沉積巖在全球各個盆地廣泛分布，其主要礦物成分包括黏土礦物、粉砂、碳酸鹽和有機質(zhì)等（Loucksetal.，2009；姜在興等，2014）。細(xì)粒沉積巖沉積背景相對單一，如海相頁巖主要發(fā)育深水陸棚相，而陸相頁巖以半深湖—深湖亞相為主（蔣裕強等，2016），但細(xì)粒沉積巖粒度細(xì)、礦物成分復(fù)雜。巖相是在一定沉積環(huán)境形成的巖石或巖石組合，巖相表征細(xì)粒沉積巖粒度、礦物組成、沉積構(gòu)造及有機地球化學(xué)等特征（付金華等，2013；蔣裕強等，2016；Liuetal.，2019），是頁巖油等非常規(guī)儲集層 “甜點”識別的基礎(chǔ)，因此巖相的地質(zhì)識別與劃分以及測井評價與預(yù)測工作至關(guān)重要（李國欣等，2021；馬永生等，2022）。

目前沒有統(tǒng)一的巖相劃分標(biāo)準(zhǔn)，細(xì)粒沉積巖巖相劃分一般可依據(jù)三級指標(biāo)，即有機質(zhì)豐度—沉積構(gòu)造—礦物成分（Liuetal.，2019；柳波等，2021；黎茂穩(wěn)等，2022；馬永生等，2022），其中，沉積構(gòu)造反映水動力條件，礦物成分決定儲集空間，而有機質(zhì)豐度反映資源潛力與烴類聚集，通常隨著沉積環(huán)境水動力條件減弱，黏土礦物含量以及TOC值逐漸升高（柳波等，2018；馬永生等，2022）。付金華等（2013）基于巖心薄片資料以及測井上可識別標(biāo)志，將鄂爾多斯盆地延長組長7段劃分出油頁巖巖相、暗色泥巖巖相、砂質(zhì)泥巖與泥質(zhì)砂巖巖相和砂巖巖相。姜在興等（2014）基于碳酸鹽、黏土礦物和有機質(zhì)三端元組分，以2%和4%作為低、中、高有機質(zhì)的劃分界限，劃分出中國東部湖相細(xì)粒沉積巖典型高有機質(zhì)頁狀灰?guī)r、高有機質(zhì)頁狀黏土巖、中有機質(zhì)頁狀灰?guī)r、中有機質(zhì)頁狀灰質(zhì)黏土巖、低有機質(zhì)灰泥灰?guī)r、低有機質(zhì)塊狀黏土巖相共6種巖相。柳波等（2018）以沉積構(gòu)造特征（塊狀、層狀和紋層狀）、有機質(zhì)豐度TOC值1%和2%為界限，以及黏土礦物含量20%為界限，將松遼盆地青山口組一段細(xì)粒沉積巖劃分出中等有機質(zhì)含量紋層狀長英質(zhì)泥巖相等7種巖相類型。

測井序列中，常規(guī)測井對巖性、礦物成分以及流體性質(zhì)響應(yīng)靈敏，但其分辨率較低，約1.0m，成像測井則可連續(xù)拾取毫米級（5mm）礦物成分以及沉積構(gòu)造變化特征，地球化學(xué)測井如元素俘獲ECS以及LithoScanner測井則可提供單井連續(xù)的礦物組分（黃鐵礦、黏土、長英質(zhì)、碳酸鹽等）變化（魏國等，2015；賴錦等，2021a）。因此細(xì)粒沉積巖巖相的測井識別與評價首先可通過LithoScanner測量巖石礦物組分以及總碳（TC）、無機碳（TIC）以及有機碳TOC含量，或者利用常規(guī)測井采用ΔlogR進行TOC計算（Passeyetal.，1990；王貴文等，2002；朱光有等，2003；Shalabyetal.，2019），然后通過成像測井識別塊狀、層狀和紋層狀沉積構(gòu)造（Laietal.，2018；Wang Setal.，2021），在此基礎(chǔ)上即可利用測井資料連續(xù)識別與劃分巖相（圖3）。

松遼盆地古龍凹陷青山口組頁巖形成于深湖—半深湖環(huán)境，廣泛發(fā)育層狀和紋層狀頁巖，且存在粉砂巖、介殼灰?guī)r等夾層，有機質(zhì)豐度高，w（TOC）主要為2.0%～3.0%（何文淵等，2021；鄭建東等，2021）。通過巖心觀察等發(fā)現(xiàn)古龍頁巖發(fā)育云質(zhì)泥巖、黏土質(zhì)頁巖、長英質(zhì)頁巖以及介殼灰?guī)r等巖性（李寧等，2020；何文淵等，2021；鄭建東等，2021）。首先通過LithoScanner測井識別了單井連續(xù)的礦物組分（黏土、石英、長石、碳酸鹽、黃鐵礦等）特征（圖3），并利用LithoScanner探測地層總碳含量，去除無機碳含量，剩下的即為有機碳（TOC）含量（圖3），由此實現(xiàn)單井巖性的識別與劃分以及TOC含量的定量計算，在此基礎(chǔ)上通過成像測井資料識別了紋層狀、層狀和塊狀沉積構(gòu)造（圖3），最終通過有機質(zhì)豐度—沉積構(gòu)造—礦物成分實現(xiàn)巖相的測井判別（圖3）。

5 裂縫識別與測井評價

常規(guī)油氣儲集層側(cè)重構(gòu)造裂縫評價，不同類型和產(chǎn)狀的構(gòu)造裂縫對油氣的運移和聚焦起重要控制，目前針對砂巖、碳酸鹽巖儲集層裂縫測井識別與評價已經(jīng)形成完善的解釋方法流程（Ameenetal.，2012；Khoshbakhtetal.，2012；賴錦等，2015；Laietal.，2018）。而以細(xì)粒沉積巖為主的非常規(guī)油氣儲集層，因為處于盆地腹地或斜坡區(qū)，構(gòu)造相對平緩，同時巖石塑性較強，因此構(gòu)造裂縫發(fā)育較少，而層理縫（頁理縫）在非常規(guī)油氣運移和聚集中扮演重要角色（Zengetal.，2016；Ladevèzeetal.，2018；鞠瑋等，2020；閆建平等，2022）。細(xì)粒沉積巖沉積紋層廣泛發(fā)育，紋層界面通常屬于力學(xué)性質(zhì)薄弱界面（郭旭升等，2016；Hengetal.，2020），層理縫是指經(jīng)構(gòu)造改造、流體異常壓力以及成巖作用等導(dǎo)致巖石沿層理面發(fā)生破裂而形成的裂縫（鞠瑋等，2020），層理縫是非常規(guī)油氣儲集層中最常見的裂縫類型，當(dāng)然還發(fā)育流體超壓裂縫以及構(gòu)造縫（郭旭升 等，2016；Zhangetal.，2017；Liuetal.，2020；Liangetal.，2021）。層理縫與沉積層理的區(qū)別在于原層理發(fā)育位置存在透入性破裂面、不存在巖石內(nèi)聚力（鞠瑋等，2020）。層理縫的發(fā)育可改善儲集層物性，同時有利于油氣富集（Momenietal.，2019；鞠瑋等，2020；Lietal.，2021）。

吉木薩爾凹陷蘆草溝組形成于咸化湖盆沉積環(huán)境，發(fā)育三角洲、灘壩等沉積相，其巖性主要為泥巖、粉砂巖和碳酸鹽巖（高崗等，2016；郭旭光等，2019；王小軍等，2019）。吉木薩爾蘆草溝組巖心上層理縫常平行于層理面出現(xiàn)，熒光光源照射下可觀察到層理縫面較強的熒光特征（圖4）。層理縫在測井上表現(xiàn)為高聲波時差、低電阻率的響應(yīng)特征，中子、自然伽馬測井等對層理縫發(fā)育響應(yīng)不靈敏（圖4）（賴錦等，2015；Laietal.，2022b）。成像測井在非常規(guī)油氣裂縫和層理縫的定性解釋與定量評價方法應(yīng)用廣泛（Laietal.，2018）。高分辨率成像測井可拾取層理縫發(fā)育的形態(tài)，其與層理的區(qū)別在于且沿層理縫面常出現(xiàn)后續(xù)的膠結(jié)與溶蝕，從而使得裂縫面呈現(xiàn)為明暗相間不連續(xù)界面（圖4）（黃玉越等，2022；Laietal.，2022b）。

通過成像測井，結(jié)合巖心觀察刻度，再利用常規(guī)測井序列的聲波和電阻率測井，可以識別與評價非常規(guī)儲集層單井層理縫分布特征（圖4）。成像測井在非常規(guī)油氣層理縫評價方面應(yīng)用成效顯著，通過成像測井可以拾取巖石中沉積層理的特征，進一步可以拾取誘導(dǎo)縫和井壁崩落的特征，用以判別現(xiàn)今地應(yīng)力方向，在此基礎(chǔ)上可以連續(xù)拾取單井發(fā)育的層理縫特征（圖5）。層理縫走向往往與沉積層理面的走向基本一致，且其傾角基本小于10°，由于傾角較低，其張開度也較差，且受后期溶蝕與膠結(jié)的影響，層理縫面往往不規(guī)則，在成像測井上表現(xiàn)為明暗斷續(xù)的正弦曲線（圖5）（Laietal.，2022b）。

圖5 基于成像測井的吉木薩爾凹陷蘆草溝組層理縫、誘導(dǎo)縫和層理面識別與評價（J10035）Fig.5 Bedding planes，induced fracture，natural fracture picked out from image logs of the Lucaogou Formation in Jimusar sag（J10035）

6 地應(yīng)力測井評價

非常規(guī)油氣開發(fā)缺少自然產(chǎn)能，需要鉆水平井以及采取壓裂改造等才能獲得工業(yè)油流，脆性和地應(yīng)力是壓裂改造中的重點評價內(nèi)容，二者決定了工程甜點的分布。脆性評價旨在優(yōu)選利于規(guī)模壓裂的可壓裂儲集層段（賴錦等，2016），一般有2種利用測井資料計算脆性的方法，其一為巖石力學(xué)參數(shù)法（楊氏模量和泊松比），其二為礦物組分比值法（石英、碳酸鹽等為脆性礦物）（Jarvieetal.，2007；Laietal.，2015；賴錦等，2016；Iqbaletal.，2018；Kumaretal.，2018；Zhaoetal.，2019）。而地應(yīng)力評價可對井網(wǎng)布置、鉆完井設(shè)計、壓裂改造、井壁穩(wěn)定性分析提供指導(dǎo)，因此壓裂過程中現(xiàn)今地應(yīng)力的方向和大小的評價至關(guān)重要（Iqbaletal.，2018；Stadtmulleretal.，2018；Laietal.，2019）。

由于在壓裂過程中形成的壓裂裂縫易沿最大水平主應(yīng)力擴展，為了獲得大體積的橫切裂縫系統(tǒng)，非常規(guī)油氣布井時常沿最小主應(yīng)力方向布置，且水平井一般沿最小水平主應(yīng)力或小于30°夾角鉆進（賈長貴等，2014）。這一方面可以有效避免井壁失穩(wěn)、井塌；另一方面能夠保證沿現(xiàn)今最大主應(yīng)力方向壓裂，提高壓裂效果，最好的射孔方位通常也是沿著最大水平主應(yīng)力方向（陸黃生，2012；賈長貴等，2014）?，F(xiàn)今地應(yīng)力的方向可基于成像測井拾取誘導(dǎo)縫（指示最大水平主應(yīng)力方向SHmax）和井壁崩落（指示最小水平主應(yīng)力方向Shm in）方位獲得（Laietal.，2018），同時陣列聲波測井提取的快慢橫波方位也可用于地應(yīng)力方向判別，快橫波方向指示現(xiàn)今最大水平主應(yīng)力方向（圖6）。圖6中的地層各向異性圖表明，該井SHmax總體為北東—南西向地應(yīng)力，但隨著埋深增大，SHmax方向發(fā)生偏移，近于近東西向（賴錦等，2022a）。

圖6 蘇北盆地古近系阜二段頁巖現(xiàn)今地應(yīng)力方向和大小以及脆性指數(shù)測井評價Fig.6 Well log evaluation of in situ stress direction and magnitudes as well as brittleness index of the Member 2 of Paleogene Funing Formation in Subei Basin

除現(xiàn)今地應(yīng)力方向外，現(xiàn)今地應(yīng)力大小也是決定壓裂方案設(shè)計以及壓裂層段優(yōu)選的重要因素。通常水平方向上2個應(yīng)力的差異在工程上影響著儲集層改造時裂縫的形態(tài)，2個方向上應(yīng)力差異越小越易于形成復(fù)雜縫網(wǎng)，這對非常規(guī)開采非常有利（朱海燕等，2022）。相反，水平兩向應(yīng)力差異越大，形成的往往為單組裂縫（陸黃生，2012；賈長貴等，2014；馬永生等，2022）。因此頁巖儲集層如果具備埋深較小、脆性較強、天然裂縫發(fā)育以及水平兩向應(yīng)力差較小等條件時，往往最有利于壓裂改造（梁興等，2021；馬永生等，2022）?，F(xiàn)今地應(yīng)力場剖面可以分解為垂向應(yīng)力（Sv）、SHmax、Shmin以及孔隙流體壓力（Pp）（Zobacketal.，2003；Laietal.，2019）。在巖石力學(xué)參數(shù)如楊氏模量、泊松比確定的基礎(chǔ)上，經(jīng)過與巖心聲發(fā)射法等實測地應(yīng)力數(shù)據(jù)刻度，可通過一維巖石力學(xué)模型來計算現(xiàn)今應(yīng)力場大?。↖qbaletal.，2018；賴錦等，2021a）。蘇北盆地阜寧組二段地應(yīng)力大小計算結(jié)果表明，單井SHmax和Shmin隨著深度增加地應(yīng)力逐漸增大，但水平兩向應(yīng)力差基本較為穩(wěn)定，為20MPa左右，通過泊松比—楊氏模量法計算的脆性指數(shù)較高，總體該井段有利于壓裂改造（圖6）（賴錦等，2022a）。非常規(guī)油氣 “工程甜點”評價時除考慮現(xiàn)今地應(yīng)力方向外，還需注重脆性以及現(xiàn)今地應(yīng)力大小測井計算，以進行可壓裂性分析。

7 “甜點”測井預(yù)測

非常規(guī)油氣測井 “七性關(guān)系”、“三品質(zhì)”評價以及測井地質(zhì)學(xué)綜合研究，最終都是為了預(yù)測其“甜點”區(qū)帶（賴錦等，2021a）。非常規(guī)油氣 “甜點”包括資源 “甜點”區(qū)／帶、地質(zhì) “甜點”區(qū)／帶，工程 “甜點”區(qū)／帶（Avanzinietal.，2016；唐振興等，2019；張鵬飛等，2019）。烴源巖品質(zhì)可落實資源 “甜點”區(qū)／帶，地質(zhì) “甜點”區(qū)／帶則主要通過儲集層品質(zhì)（孔隙度、飽和度、裂縫發(fā)育）評價，工程 “甜點”區(qū)／帶優(yōu)選則依托基于脆性、地應(yīng)力各向異性的工程品質(zhì)分類評價（楊智等，2015；吳鵬等，2022）。地質(zhì) “甜點”是指儲集條件較好、源儲配置優(yōu)越、含油豐度相對高的區(qū)帶，因此巖性識別、TOC計算、孔隙度、飽和度等參數(shù)解釋成為關(guān)鍵（陳義國等，2021；吳鵬等，2022）。工程 “甜點”指可壓裂性強且壓裂縫開度易于保持的區(qū)帶，因此需研究脆性指數(shù)、應(yīng)力參數(shù)及其壓裂縫擴展方向（吳鵬等，2022）。從開發(fā)建產(chǎn)角度考慮，非常規(guī)油氣需注重地質(zhì) “甜點”和工程 “甜點”的評價與優(yōu)選（付鎖堂等，2020；蔣云箭等，2020；叢平等，2021；張少龍等，2022）。

頁巖油根據(jù)其源儲配置等可以劃分儲集層夾層型、混積型和頁巖型（焦方正等，2020；趙賢正等，2022）。作為混積型頁巖層系代表，吉木薩爾凹陷蘆草溝組巖性復(fù)雜多樣，儲集層及含油性非均質(zhì)性強，導(dǎo)致甜點分類評價及預(yù)測工作困難。根據(jù)巖性組合、儲集空間類型及含油性以及巖石力學(xué)參數(shù)、脆性指數(shù)和水平兩向應(yīng)力差等分別劃分出3種類型地質(zhì)和工程 “甜點”（表 1）（郭旭光等，2019；王林生等，2022）。此外，眾多專家學(xué)者還針對純頁巖型（松遼盆地古龍凹陷青山口組頁巖）、夾層型（鄂爾多斯盆地延長組長7段）等不同類型頁巖展開了測井綜合評價與甜點預(yù)測等工作（Zhaoetal.，2019；李寧等，2020；姚東華等，2022；趙賢正等，2022）。

通過核磁共振測井采用迭代法實現(xiàn)孔隙度和飽和度計算（1.7ms和7ms界限），滲透率則根據(jù)Timur-Coats模型來計算（王偉等，2019；劉雅慧等，2021）。通過泊松比—楊氏模量法計算脆性指數(shù)，利用ΔlogR方法計算TOC。最后采用一維巖石力學(xué)模型來計算現(xiàn)今三軸地應(yīng)力大小，最終建立綜合 “七性關(guān)系”的鐵柱子（賴錦等，2021a）。然后參照表1所建立的標(biāo)準(zhǔn)，即可實現(xiàn)單井縱向上含油有利層段的優(yōu)選與預(yù)測，可以看到單井上甜點發(fā)育的非均質(zhì)性，該井發(fā)育5個含油有利層段（So＞50%）（圖7），同時毗鄰優(yōu)質(zhì)烴源巖，對應(yīng)地質(zhì)“甜點”段，其中3755.5～3761m深度段，經(jīng)試油獲得日產(chǎn)7.18 t原油。而工程甜點則主要優(yōu)選脆性指數(shù)相對較高，而兩向應(yīng)力差值較低的層段，可以看到5個地質(zhì) “甜點”發(fā)育層段往往也對應(yīng)脆性指數(shù)相對較高而地應(yīng)力值較低層段。

表1 吉木薩爾凹陷蘆草溝組頁巖油地質(zhì)和工程 “甜點”評價標(biāo)準(zhǔn)（據(jù)郭旭光等，2019；有修改）Table 1 Standard parameter for evaluating geological and engineering“sweet spot”of the Lucaogou Formation shale oil in Jimusar sag（modified from Guo et al.，2019）

圖7 吉木薩爾凹陷蘆草溝組測井 “七性關(guān)系”評價與甜點預(yù)測Fig.7 Evaluation and prediction of“sween spot”and“seven relationships”of the Lucaogou Formation in Jimusar sag

非常規(guī)油氣時代已經(jīng)到來，測井地質(zhì)學(xué)研究唯有創(chuàng)新適應(yīng)新形勢的方法技術(shù)理論體系，才能有新出路（Laietal.，2022a）。要實現(xiàn)非常規(guī)油氣 “甜點”綜合評價預(yù)測，“鐵柱子”井的建立成為關(guān)鍵。以不同序列測井資料為基礎(chǔ)，不同巖心分析化驗資料為刻度，利用測井資料識別不同巖性、計算孔隙度和飽和度等參數(shù)，實現(xiàn)TOC含量測井評價，然后建立脆性和地應(yīng)力測井評價，最終建立集全非常規(guī)油氣 “七性關(guān)系”的 “鐵柱子”井。其中，不同系列的常規(guī)、成像、核磁和元素掃描測井為“甜點”預(yù)測提供技術(shù)手段，巖心觀察以及配套分析化驗數(shù)據(jù)則為測井信息向地質(zhì)信息轉(zhuǎn)換提供橋梁（鄭建東等，2021）?！拌F柱子井”是搭建了巖心分析化驗資料以及不同測井采集序列之間橋梁的標(biāo)桿井，鐵柱子井上地質(zhì)與工程 “甜點”段的優(yōu)選將變得切實可行，由此可推廣至其他井的 “甜點”預(yù)測工作，為非常規(guī)油氣 “甜點”預(yù)測提供技術(shù)支撐（匡立春等，2015；唐振興等，2019）。通過常規(guī)、LithoScanner測井實現(xiàn)礦物組分以及TOC含量計算，實現(xiàn)烴源巖品質(zhì)分類評價及預(yù)測；通過常規(guī)、成像以及核磁共振測井，建立巖相、儲集層參數(shù)以及層理縫等測井評價方法，實現(xiàn)儲集層品質(zhì)測井評價；最后可通過常規(guī)、陣列聲波測井建立地應(yīng)力和脆性的測井評價體系，實現(xiàn)工程品質(zhì)測井評價，最后在 “鐵柱子”井指導(dǎo)下，實現(xiàn)非常規(guī)油氣 “甜點”綜合評價及預(yù)測。

非常規(guī)油氣、測井地質(zhì)學(xué)以及人工智能三者的碰撞激起了新的火花（賴錦等，2021a）。不同的機器學(xué)習(xí)方法如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及支持向量機的方法被廣泛運用至非常規(guī)油氣TOC評價（Wangetal.，2019；Amosu and Sun，2021）、測井儲集層評價（石玉江等，2021）、有利儲集層預(yù)測以及工程品質(zhì)評價預(yù)測等工作中（李陽等，2020）。大數(shù)據(jù)、機器學(xué)習(xí)以及人工智能的引入以及不同尺度的地質(zhì)與地球物理測井資料的融合，可挖掘隱藏在測井資料中更多的地質(zhì)信息，同時可將測井解釋人員從繁重的、低層次解釋工作中解脫出來，從而更高效、更科學(xué)地實現(xiàn)非常規(guī)油氣測井綜合地質(zhì)解釋與評價（賴錦等，2021a；李寧等，2021；石玉江等，2021；王華和張雨順，2021；劉國強等，2022）。

目前，針對頁巖油等非常規(guī)油氣測井采集技術(shù)以及配套的參數(shù)解釋模型建立、三品質(zhì)綜合評價等方面還存在較多挑戰(zhàn)，但隨著地球物理測井技術(shù)的推進、地質(zhì)學(xué)理論的革新以及人工智能等引入，必將使得測井地質(zhì)學(xué)相關(guān)理論技術(shù)體系更好地運用至地質(zhì)和工程甜點預(yù)測等工作中。

8 結(jié)論

源儲一致或緊鄰的非常規(guī)油氣測井評價需求“七性關(guān)系”與 “三品質(zhì)”特征評價。通過常規(guī)測井計算TOC含量并進行烴源巖品質(zhì)評價，通過核磁共振測井可實現(xiàn)儲集層參數(shù)計算及流體性質(zhì)判別，完成測井儲集層評價工作。巖相可采用有機質(zhì)豐度—沉積構(gòu)造—礦物成分三級指標(biāo)命名，并通過LithoScanner測井評價TOC和礦物組分，成像測井識別沉積構(gòu)造，實現(xiàn)巖相測井評價與預(yù)測。常規(guī)測井、巖心資料與成像測井相互刻度可實現(xiàn)層理縫識別與評價。脆性指標(biāo)以及現(xiàn)今地應(yīng)力大小的測井計算可采取常規(guī)與陣列聲波測井結(jié)合的方法來實現(xiàn)。地質(zhì) “甜點”優(yōu)選與預(yù)測需注重巖相、層理縫以及孔、滲、飽等儲集層參數(shù)評價，工程 “甜點”優(yōu)選則強調(diào)脆性和地應(yīng)力耦合關(guān)系評價。全系列測井資料與巖心分析化驗資料相互刻度驗證可建立 “鐵柱子井”，并實現(xiàn)非常規(guī)油氣地質(zhì)與工程 “甜點”預(yù)測。不同尺度的地質(zhì)與地球物理測井資料及其與人工智能的交叉融合將不斷推動測井地質(zhì)學(xué)創(chuàng)新。