泌陽凹陷陸相頁巖油資源與有利區評價

朱景修，章新文，羅 曦，賈艷雨，胥 玲，吳元斌

(1.中國石化河南油田分公司勘探開發研究院，河南鄭州 450046；2.中國石化河南油田分公司采油一廠)

泌陽凹陷陸相頁巖油資源與有利區評價

朱景修1，章新文1，羅 曦1，賈艷雨1，胥 玲1，吳元斌2

(1.中國石化河南油田分公司勘探開發研究院，河南鄭州 450046；2.中國石化河南油田分公司采油一廠)

泌陽凹陷為中國東部新生代典型富油凹陷，古近系核桃園組沉積了富含有機質湖相泥頁巖，前期研究表明，泌陽凹陷深凹區核桃園組具備形成陸相頁巖油的有利條件。兩年多來，通過開展泌陽凹陷陸相頁巖油地質評價和綜合研究，形成了包括地質多參數綜合評價、巖石學分析、測井儲層評價、錄井儲層評價、地球物理儲層預測、資源評價、有利目標評價、水平井優化設計等8項關鍵技術的地質評價技術系列，其中資源評價及有利區評價技術為頁巖油氣地質評價最為關鍵的技術。通過含油氣頁巖層厚度、面積及含油氣量等資源評價關鍵參數研究，利用體積法計算泌陽凹陷主力頁巖層頁巖油資源量4.2253×108t，頁巖氣資源量729×108m3。利用有機碳、熱演化程度、孔隙度、滲透率等6項頁巖油評價指標，結合泌陽凹陷勘探實踐，初步建立了泌陽凹陷陸相頁巖油有利區評價標準。

泌陽凹陷；陸相頁巖油；地質評價技術；資源評價；有利區評價

頁巖油是指產自頁巖地層中的油氣資源，是以孔隙+裂縫為主要儲集空間的自生自儲式的連續型油藏。一般頁巖油與頁巖氣為共生關系，當Ro在0.7%～1.1%，以頁巖油為主；當Ro大于1.1%時，以頁巖氣為主[1]。目前北美地區頁巖油氣勘探開發已然成熟，而國內大部分頁巖油氣潛力盆地還處在資源評價及區帶評價階段，且尚未形成統一的頁巖油氣資源評價標準和有利區評價標準，僅國土部出臺了頁巖氣資源評價初步標準。本文以南襄盆地陸相富油凹陷泌陽凹陷為例，闡述了資源評價及有利區評價等兩項陸相頁巖油地質評價關鍵技術及其應用，明確了泌陽凹陷頁巖油氣資源量及分布特征，預測評價了主力頁巖層有利區，有效地指導了泌陽凹陷陸相頁巖油勘探開發，為中國陸相盆地頁巖油氣地質評價起到一定的借鑒作用。

1 地質概況

泌陽凹陷為一中新生代斷控凹陷，位于南襄盆地東北角,主要分為北部緩坡帶、中部深凹帶、南部陡坡帶三個次級構造單元[2]。自上而下依次沉積第四系平原組、新近系鳳凰鎮組、古近系廖莊組、核桃園組、大倉房組和玉皇頂組地層，核桃園組是泌陽凹陷主要的生油與儲集巖段。泌陽凹陷作為中國東部典型富油凹陷之一，面積1 000 km2，烴源巖最大厚度1 900 m，分布面積640 km2，資源量3.85×108t。研究表明，泌陽凹陷頁巖主要發育在古近系核桃園組H2至H3上段，縱向累計厚度達620 m，單層厚度達84 m；平面上主要分布在深凹區，與較深-深湖相吻合，面積近400 km2；有機質豐度大于2%占70%，有機質類型以Ⅰ型和Ⅱ1型為主；熱演化程度Ro在0.6%～1.8%；儲層儲集空間類型多，主要發育有方解石溶蝕孔、黏土礦物晶間孔、粒間孔、有機質孔、構造縫、層間縫、微裂縫等。石英、長石、碳酸巖等脆性礦物含量為68%～83%。綜合評價認為泌陽凹陷頁巖具有縱向厚度大、橫向分布范圍較廣、有機質豐度高、熱演化程度適中、儲集空間發育、脆性礦物含量高等特征，具備良好的陸相頁巖油氣形成條件[3-4]。

2 資源評價技術

2.1 頁巖油氣資源評價方法

本次資源評價采用高勘探程度資源評價所應用的體積法。體積法主要利用有效頁巖厚度、面積、密度、氯仿瀝青“A”含量、“S1”含量、含氣量等關鍵參數來計算頁巖油氣資源量。由于泌陽凹陷地質條件較為簡單，且勘探程度十分高，井控程度高，利用目前的鉆井資料及實驗分析資料能夠較為準確地確定有效頁巖厚度、面積等資源參數。

2.1.1 利用“氯仿瀝青A”、“S1”含量計算頁巖油資源量

Q=VρAKa

(1)

或Q=VρS1Ks

(2)

式中：Q——頁巖油資源量，t；V——有效頁巖的體積,m3；ρ——頁巖的巖石密度,t/m3；A——頁巖單位巖石氯仿瀝青“A”含量；Ka——氯仿瀝青“A”輕烴補償系數；S1——頁巖熱解S1參數；Ks——輕烴和重烴校正系數。

評價計算頁巖油資源量即評價計算頁巖殘留的液態烴量，可通過實驗測量頁巖氯仿瀝青“A”及“S1”含量，再通過輕烴及重烴損失校正，最終求得頁巖中頁巖油資源量，乘以頁巖油可采系數，即求得頁巖油開采資源量。輕烴校正是指在進行熱解、氯仿瀝青A抽提等地化實驗前，頁巖樣品輕質液態烴(C6-C13)揮發損失需要校正；重烴校正是指熱解實驗測出的S1僅代表300 ℃之前熱解出的烴，但是在S2中仍有一部分重質的液態烴未能在300 ℃前熱解出來。因此要利用氯仿瀝青“A”、熱解“S1”實測數據計算頁巖中液態烴含量，需要進行氯仿瀝青“A”輕烴校正以及熱解“S1”輕烴和重烴校正。

2.1.2 利用含氣量計算頁巖氣資源量

Q總=Q吸+Q游+Q溶=S×H×ρ×G/100

式中：Q總——頁巖氣總資源量，108m3;Q吸——吸附氣資源量，108m3;Q游——游離氣資源量，108m3;Q溶——溶解氣資源量，108m3;S——含氣頁巖面積，km2;H——含氣頁巖厚度，m；ρ——頁巖密度，t/m3；G——頁巖總含氣量，m3/t(為吸附氣與游離氣含量之和，溶解氣含量極少)。

2.2 資源評價關鍵參數選取

2.2.1 含油氣頁巖厚度及分布面積

目前國內沒有形成統一的含油氣頁巖厚度劃分標準。2011年國土資源部啟動了全國五大區頁巖油氣資源評價及選區研究，對含油氣頁巖厚度劃分制定了標準。將富含有機質泥頁巖段作為含油氣頁巖評價單元，主要從地質和工程兩個因素進行界定。地質上要保證有效含油氣頁巖為富含有機質，且已經成熟生烴，單層及累計厚度較大，夾層較薄，測錄井響應特征明顯；工程上要保證含油氣頁巖不含水，頂底板致密能封隔。為此制定含油氣頁巖厚度劃分取值標準，要求評價單元內頁巖TOC>0.5%、部分TOC>2%；1.1%>Ro>0.5%(頁巖油)、Ro>1.1%(頁巖氣)；累計厚度大于30m；最小單層厚度大于6 m，砂巖及碳酸巖夾層小于3 m；泥地比大于60%；埋深小于5 000 m；氣測曲線上有明顯的異常或含油氣測井響應特征明顯；頂、底板為致密巖層，內部無明顯水層。 為了準確的劃分含油氣頁巖的有效厚度，需要建立包含頁巖巖性、有機碳含量、熱成熟度、氣測曲線、測井曲線等在內的綜合巖性柱狀圖。利用測井聲波和電阻曲線疊合的方法來定量計算頁巖有機碳含量，主要原理為頁巖等生油層的logR(R為聲波和電阻曲線幅度差)與TOC一般呈線性關系[5-6]。具體計算公式為：

TOC=A×logR+△TOC

式中：A——擬合公式的系數；logR——聲波和電阻曲線幅度差的導數；△TOC——非生油層的有機碳背景值。

如安深1井頁巖計算TOC=1.282 ×logR+ 0.4839，相關系數R2為0.82，計算TOC與實測TOC相關系數R2達0.74(圖1、2)。

圖1 頁巖測井計算TOC 與頁巖實測TOC相關性

圖2 logR(幅度差)與頁巖實測TOC相關性

利用測井曲線建立頁巖TOC的縱向變化關系之后，結合其他測井曲線、巖性剖面、氣測曲線等就可以按照含油氣頁巖劃分標準，來劃分統計單井富含有機質頁巖段含油氣頁巖的厚度，平面上劃分統計多口鉆遇頁巖井的含油氣頁巖厚度，編制含油氣頁巖厚度等值線圖。泌陽凹陷從H2-H3劃分為九套富含有機質頁巖段，其中H2-H3上段分五套，H3下段分4套；富含有機質頁巖段埋深1 500～3 500 m；熱演化程度0.5%～1.0%，處生油階段；平面上主要分布在畢店-安店-安棚一帶，位于淺湖-深湖相；厚度30～140 m，厚度中心位于泌168井-安深1井-泌100井一帶，由西北向東南增厚，直至泌355井東南最厚，反映厚度受泌陽凹陷南部及東部兩條邊界大斷裂上盤沉降控制；分布面積95～107 km2。

2.2.2 頁巖含油氣量確定

由于泌陽凹陷H2-H3上段頁巖熱演化程度Ro為0.5%～0.9%，以生成頁巖油為主；核三下段頁巖熱演化程度Ro為1.0%～1.7%，以生成頁巖氣為主；因此泌陽凹陷具有“上油下氣、北油南氣”的頁巖油形成特征。對頁巖含油量確定采用了頁巖氯仿瀝青“A”含量，并進行了輕烴損失校正；對頁巖含氣量確定，主要采用現場含氣量測試結果結合元素俘獲測井解釋求得。由于泌陽凹陷古近系核桃園組陸相頁巖縱向及平面上具有很強的有機非均質性，導致氯仿瀝青“A”含量縱向及平面上變化較大，同時頁巖氯仿瀝青“A”實測數據有限，因此需要利用測井曲線來計算頁巖的氯仿瀝青“A”含量，求得不同位置頁巖的含油量。同頁巖TOC測井計算方法與原理相同，也是利用測井聲波和電阻曲線疊合的方法來定量計算頁巖氯仿瀝青“A”含量；不同之處在于單井的計算模型及公式有差異；如泌頁HF1井頁巖氯仿瀝青“A”含量=0.2651×logR-0.0797。通過測井曲線建模來計算頁巖氯仿瀝青“A”含量，一定要用輕烴損失校正后的實測氯仿瀝青“A”含量數據進行標定，通過標定使得測井曲線計算模型和公式更為準確。通過計算單井富含有機質頁巖段氯仿瀝青“A”含量，平面上展開編制富含有機質頁巖段氯仿瀝青“A”等值線圖。

頁巖含氣量確定有兩種方法，一種是現場含氣量測試法，現場含氣量測試能夠較為直觀、比較準確地衡量頁巖含氣量，另一種是等溫吸附法。由于安深1、泌頁HF1井進行了現場含氣量測試，所以本次頁巖氣資源評價含氣量確定采用了現場含氣量測試法。現場含氣量測試結果表明安深1井1 791～2 570 m頁巖含氣量1.69～2.8 m3/t。利用此數據對安深1元素俘獲測井計算的頁巖含氣量進行標定，從而求得安深1井核三下段頁巖含氣量為2～3 m3/t。通過計算單井頁巖含氣量，平面上展開編制含氣量等值線圖。

2.2.3 頁巖密度確定

頁巖密度值方法主要利用經過實驗測試數據標定的測井解釋密度，對于成熟探區泌陽凹陷，頁巖測井解釋密度較能準確反映頁巖真實密度，兩者吻合較好。安深1井頁巖實測密度2.37～2.66 t/m3，平均2.553 t/m3；泌頁HF1井頁巖實測密度2.37～2.65 t/m3，平均2.555 t/m3。安深1井測井解釋密度2.34～2.69 t/m3,平均2.534 t/m3。頁巖實測密度與測井解釋密度數據吻合較好，因此，可以直接利用測井解釋密度數據來計算頁巖油氣資源量。

2.3 資源潛力及分布特征

通過利用富含有機質頁巖段厚度等值線圖、氯仿瀝青“A”含量等值線圖、含氣量等值線圖以及頁巖密度、原油密度、體積系數等數據，利用網格化軟件讓圖層矢量化后自動相乘，從而求得泌陽凹陷頁巖油氣資源量。泌陽凹陷核二段-核三段五套主力頁巖層頁巖油資源量4.2×108t(表1)，核三下頁巖氣資源量729×108m3(表2)。利用安深1、泌頁HF1井單井產量曲線預測單井累計產油量，除以頁巖油井控儲量(裂縫微震監測計算結果)，求得頁巖油采收率8%；利用Ro、TOC與可采系數關系圖求得頁巖氣可采系數為18%。泌陽凹陷頁巖油可采資源量3 360×104t，頁巖氣可采資源量131×108m3。

表1 泌陽凹陷陸相頁巖油資源量計算數據

表2 泌陽凹陷陸相頁巖氣資源量計算數據

泌陽凹陷為中新代古近系陸相盆地，時間新，熱演化程度Ro最高1.7%，以生成頁巖油為主。3+4號、5號頁巖層分布面積大，厚度大，熱演化程度Ro為0.6%～0.8%，處干酪根熱解成油的生油高峰期，資源量豐富；6號頁巖層厚度較大，分布面積較小，資源量次之；1、2號頁巖層厚度較小，分布范圍較小，埋藏淺，熱演化程度較低，資源量最少，反映頁巖油生成與聚集受頁巖發育程度及熱演化程度控制。泌陽凹陷地層時代較新，頁巖熱演化程度大于1%的分布面積有限，產氣能力及規模有限，資源量較小。

3 有利區評價技術

陸相頁巖油有利區評價是頁巖油氣勘探評價最重要的環節，主要為井位部署提供依據。有利區評價首先考慮頁巖有機質豐度、熱演化程度、厚度、物性、裂縫、地層壓力、流體性質及原地油氣儲量等油藏因素，其次還要考慮地應力特征、脆性礦物含量、斷層、含水層、儲層敏感性等工程因素[7]。北美頁巖油氣有利區評價主要包括頁巖厚度、有機質豐度、熱演化程度、礦物組成等16項參數。參照美國頁巖油氣評價參數與標準，結合泌陽凹陷陸相湖盆頁巖地質條件及勘探特點，優選了8項參數進行有利區評價，并建立了陸相頁巖油有利區評價標準。陸相頁巖油有利區評價標準:①頁巖層段累計厚度大于30 m，有效厚度大于10 m； ②有機質豐度大于2.0%； ③熱演化程度Ro大于0.5%；④孔隙度大于4%；⑤埋深小于3 500 m；⑥脆性礦物大于55%，黏土礦物小于35%。利用以上標準對泌陽凹陷主力頁巖層有利區進行刻畫，3+4、5、6號頁巖層發育頁巖油有利區，其中5號頁巖層分布面積157 km2，厚度60～120 m，有機質豐度2.0%～5.5%，熱演化程度Ro0.6%～1.0%，脆性礦物含量67.29%，層間縫、張裂縫及微裂縫發育，多井在該層鉆遇良好油氣顯示，資源量1.16×108t，可采資源量1181.7×104t；其中有利區面積84 km2，有利區資源量6 076×104t，綜合評價認為該層為頁巖油富集的最有利層段[8-9](圖3)。2011年在該層優化部署了中國首口陸相頁巖油水平井——泌頁HF1井，該井完鉆井深3 722 m，水平段長度1 044 m，采用139.7 mm套管固井完井方式完井，完井后實施15級分段壓裂，獲最高日產油23.6 m3、天然氣1 000 m3，取得陸相頁巖油勘探重大突破。隨后位于該井東5 km部署鉆探了第2口頁巖油水平井——泌頁2HF，該井完鉆井深4 408 m，水平段長1 402 m，套管完井后實施22級分段壓裂，獲最高日產油28.1 m3，進一步展示了泌陽凹陷陸相頁巖油良好的勘探開發前景。

圖3 泌陽凹陷5號頁巖層有利區綜合評價

4 結論與認識

(1)通過開展泌陽凹陷陸相頁巖油地質評價技術研究，建立了包括地質多參數綜合評價、巖石學分析、測井儲層評價、錄井儲層評價、地震儲層預測、資源評價、有利目標優選評價及水平優化設計等8項關鍵技術的陸相頁巖油地質評價技術系列。其中資源評價及有利目標評價技術為頁巖油氣地質評價最為關鍵技術，并在泌陽凹陷進行了應用，取得了較好效果。

(2)對含油氣頁巖厚度、面積、含油量、含氣量及密度等陸相頁巖油資源評價關鍵參數取值進行了深入研究，對富含有機質頁巖段的頁巖油資源量進行評價，并計算了泌陽凹陷主力頁巖層頁巖油資源量4.2253×108t，頁巖氣資源量729×108m3。

(3)利用陸相頁巖油關鍵評價參數及指標，建立了泌陽凹陷陸相頁巖油有利區評價標準，進行了有利區評價。優化部署了陸相頁巖油水平井，壓后獲高產工業油流，使泌陽凹陷成為我國陸相頁巖油勘探首個獲得重大突破的地區。

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編輯：吳官生

1673-8217(2015)05-0038-05

2014-12-22

朱景修，高級工程師，1973年生，1995年畢業于西南石油學院石油地質專業，現從事油氣勘探地質綜合研究及管理工作。

TE122.2

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