鄂爾多斯盆地L 區塊泥頁巖測井識別技術

蔡文浙

（中聯煤層氣有限責任公司晉西分公司，山西呂梁 033000）

21 世紀來隨著非常規油氣資源勘探開發理論和技術的不斷進步，頁巖氣的開采逐漸具有經濟效應，工業化作業規模不斷擴大，其在能源領域的支撐作用也愈發突顯[1]。頁巖氣往往賦存于富含有機質高碳泥頁巖的裂縫或基質孔隙中[2]，其氣體富集狀態以吸附氣為主，儲層吼道狹窄，孔隙連通性差，滲透率極低，礦物類型多樣，有機質含量豐富，測井曲線響應特征復雜[3]。前期鉆探和研究表明，鄂爾多斯盆地東北緣L 區塊具備致密砂巖氣、泥頁巖優越的成藏條件和良好的配置關系，資源潛力巨大。在目前區塊主力開發致密砂巖氣的基礎上，需加強泥頁巖含油氣性和可采性評價研究，形成適合于本區塊的泥頁巖勘探開發技術和理論，找到新的資源接替領域。

前人研究結果顯示含油氣泥頁巖測井響應特征受有機質含量影響大，故其儲層測井評價也可以理解為對烴源巖含量的評價。測井資料具有縱向分辨率高、資料連續準確、直觀反映地層信息等優勢，以自然伽馬、聲波時差、中子密度等常規測井及能譜測井等特殊測井曲線信息為基礎，結合數據處理、數據擬合、交會圖等數學方式，得到烴源巖定性或半定量識別方法[4]。研究區存在兩種類型泥頁巖：海陸過渡相泥頁巖、海相泥頁巖，其中本溪組底部還存在一種特殊的海相泥頁巖- 鋁土質泥頁巖，不同類型泥頁巖有機質含量、類型、特征和成熟度存在較大區別，在加上礦物組成、氣態烴等因素作用，其對應的測井響應特征也差異巨大。本文對研究區常規測井資料信息進行統計分析，歸納得到基于常規測井資料的泥頁巖測井響應特征，同時運用能譜測井、常規曲線交會圖法、雙曲線重疊法等多種方法，綜合識別不同類型泥頁巖儲層。

1 泥頁巖類型及其儲層特征研究

1.1 研究區泥頁巖類型

根據沉積環境將鄂爾多斯盆地東北緣L 區塊泥頁巖主要分為兩種類型，海陸過渡相泥頁巖，存在于二疊系山西組，海相泥頁巖，存在于下古生界石炭系本溪組及二疊系太原組，其中本溪組底部存在的鋁土質泥頁巖為海相泥頁巖中的一種特殊類型。

1.1.1 海陸過渡相泥頁巖主要分布在二疊系山西組，儲層特征兼有陸相泥頁巖與海相泥頁巖的特征，主要特點為泥巖與粉砂巖、細砂巖互層，自然伽馬曲線形態呈現鋸齒狀。

1.1.2 海相泥頁巖主要分布在本溪組及太原組，處于靜水沉積環境下，富含有機質，以基質孔隙為主，大量鈾元素吸附于基質表面，能譜測井含鈾伽馬曲線呈現高值，去鈾伽馬曲線呈現低值。鋁土質泥巖位于馬家溝組中上部、本溪組底部，厚度約30 米，測井上顯示為極高自然伽馬值。

1.2 泥頁巖測井響應特征影響因素

泥頁巖不僅與常規砂巖在構造與礦物成分上存在較大差異，不同泥頁巖類型之間也存在區別，其兩者間的測井曲線響應特征存在明顯差異，研究表明，泥頁巖巖屑、粘土礦物、膠結物等含量對電阻率、孔隙度等各類測井信息均有較大影響[5]，分析其儲層礦物特征和粘土礦物類型等信息能及時了解不同泥頁巖類型特征規律，掌握儲層測井響應特征主控因素，以助于泥頁巖識別模型的建立。

泥頁巖的礦物和粘土類型復雜，石英、長石等碎屑礦物含量最高，高嶺石、伊利石、綠泥石等粘土礦物次之，還混有方解石、白云石等碳酸鹽礦物，及少量的黃鐵礦（圖1），各樣本礦物含量差別大，部分巖樣粘土礦物占比超過40%。粘土礦物組分含量（圖2）中以伊利石、高嶺石為主，綠泥石次之，個別樣本伊蒙混層占比較高。

圖1 L 地區泥頁巖礦物類型含量分布圖

圖2 L 地區泥頁巖粘土礦物類型含量分布圖

不同的泥頁巖類型，礦物組成也有明顯的差異，按照儲層類型對泥頁巖礦物組分進行分析，海陸過渡相泥頁巖礦物組分以石英、長石為主，粘土礦物以高嶺石、伊利石、綠泥石以及伊蒙混層為主。海相泥頁巖礦物組分主要為石英，長石含量少，局部富集黃鐵礦，粘土礦物以高嶺石、伊利石為主，其它含量較低。

2 常規測井響應特征

較常規砂巖儲層，泥頁巖儲層受有機質、礦物組成以及油氣的影響，其測井響應特征與常規儲層測井響應特征有明顯的差異。據此，可總結出研究區泥頁巖儲層測井響應特征并加以識別。

總體上看，泥頁巖儲層的常規測井響應特征一般具有“四高兩低”的特點[6]，即高伽馬、高中子、高聲波、高電阻率、低- 中密度、低光電吸收截面（表1）。泥頁巖具體表現如下：

表1 泥頁巖儲層常規測井響應特征

對研究區常規測井曲線值進行統計分析，得到不同泥頁巖類型各測井曲線特征值范圍，據此可對目的區塊泥頁巖儲層進行識別：

海陸過渡相泥頁巖：自然伽馬主要集中在120-170API 左右，密度主要分布在2.60-2.72g/cm3左右，補償中子分布在25-35p.u 左右，聲波時差主要分布在60-72us/ft，光電吸收截面指數分布在2-4b/e 左右，深電阻率主要集中在40-200ohmm。

海相泥頁巖：自然伽馬主要集中在180-275API，密度分布在2.60-2.70g/cm3左右，補償中子分布在15-40p.u 左右，聲波時差主要分布在58-70us/ft，光電吸收截面指數主要分布在1-3b/e 左右，深電阻率主要集中在70-200ohmm。

鋁土質泥巖：自然伽馬主要集中在150-500API，密度分布在2.60-2.90g/cm3左右，補償中子分布在40-65p.u 左右，聲波時差分布50-75us/ft，光電吸收截面指數分布在1-4.5b/e 左右，深電阻率主要集中在20-100ohmm。

3 能譜測井識別方法

海陸過渡相泥頁巖和海相泥頁巖儲層均為在水動力差的低能環境下形成的有利還原性地層，該環境下有利于有機質的富集和保存，有機質顆粒小，比表面積大，可以使泥頁巖儲層基質孔隙吸附大量的鈾離子，放射性元素鈾與有機質的豐度呈現正相關性[7]。自然伽馬能譜測井鈾曲線能反應地層鈾含量，即有機質含量，泥頁巖儲層含鈾伽馬曲線與無鈾伽馬曲線值相差大，非泥頁巖儲層含鈾伽馬曲線與無鈾伽馬曲線值相差小甚至無差異。

從L-17 井實際測井曲線（圖3）來看，圖中黑色框線內井段，含鈾伽馬曲線與無鈾伽馬曲線響應相差80API～100API。而在其他深度段含鈾伽馬與去鈾伽馬值差異小甚至無差異，因此，可用該方法來定性識別泥頁巖儲層。

圖3 L-17 井測井曲線圖

4 組合測井識別方法

4.1 聲波時差曲線和電阻率曲線重疊法

海陸過渡相泥頁巖和海相泥頁巖均為烴源巖，采用聲波時差與電阻率重疊法能夠快速直觀判別泥頁巖儲層。調整曲線刻度，將聲波時差曲線疊合到電阻率曲線上，保持非泥頁巖處兩條曲線處于重疊狀態[8]。由于有機質吸附有鈾元素，聲波時差表現為高異常，基質孔隙流體中有液態烴，不易導電，電阻率曲線也表現為高異常，因此，泥頁巖儲層處兩條曲線出現幅度差，幅度差越大代表儲層有機質含量越高。將聲波時差曲線與電阻率曲線疊合應用到L-22 井中，如圖4 所示，1620-1630m 處兩者基本重合為非烴源巖，1710-1716m 處，兩者交會有明顯包絡，判斷為富含有機質的烴源巖。

圖4 L-22 井測井曲線圖

4.2 交會圖法識別泥頁巖儲層

常規測井響應為一種單因素巖性識別方法，但是實際工作中，不同的巖性往往具有相同的單因素特征。這種情況下交會圖是利用測井資料確定巖性常用的另一種方法，結合錄井資料，通過測井響應交會圖可以快速直觀的判別地層巖性。如圖5、6 所示，根據常規測井曲線值分別做自然伽馬與密度、自然伽馬與聲波時差交會圖版，可以看出，雙因素識別巖性效果明顯較單因素識別效果好，三種類型的泥頁巖及其它巖性（砂巖、灰巖、煤巖、白云巖、泥巖等）都分布在不同區域。

圖5 自然伽馬與密度交會圖版

圖6 自然伽馬與聲波時差交會圖版

5 結論

5.1 研究區海陸過渡相泥頁巖主要分布在山西組，礦物組分以石英為主，粘土礦物含量在20%-50%間浮動，粘礦物成分較復雜；海相泥頁巖主要分布在本溪組及太原組，礦物組分主要為石英，長石含量較少，粘土礦物類型少，局部富集黃鐵礦。

5.2 泥頁巖儲層的常規測井響應表現為“四高兩低”的特點，即高自然伽馬、高中子孔隙度、高聲波時差、高電阻率、低地層體積密度、低光電吸收截面。

5.3 泥頁巖儲層有機質是鈾富集的有利場所，能譜測井中含鈾伽馬曲線值與無鈾伽馬曲線值相差80～100API；運用自然伽馬- 密度曲線或自然伽馬- 聲波時差曲線值雙參數對泥頁巖儲層信息進行約束，可更直觀、準確地識別不同類型泥頁巖。