章新文，李吉君，朱景修，顏鑫桐，羅曦，王民，盧雙舫

（1.中國石化河南油田分公司石油勘探開發(fā)研究院，河南 鄭州450000；2.中國石油大學(xué)（華東）非常規(guī)油氣與新能源研究院，山東 青島266580；3.中國石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室，北京102249；4.東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江 大慶168813）

0 引言

隨著世界油氣能源供給的日趨緊張和常規(guī)油氣勘探開發(fā)形勢的日趨嚴(yán)峻，非常規(guī)油氣已引起人們的高度重視。北美勘探實踐表明，目前發(fā)展勢頭最快、潛力最大的屬頁巖油氣。20 世紀(jì)90年代后期，頁巖氣在美國率先實現(xiàn)商業(yè)化、規(guī)?；撕螽a(chǎn)量迅速增加，使得美國天然氣價格持續(xù)走低，于是眾多石油公司開始把目光瞄準(zhǔn)更具經(jīng)濟價值的頁巖油。國外勘探實踐證實，頁巖油資源同樣潛力巨大。如美國Bakken 的頁巖油資源量達570×108t［1］，俄羅斯西西伯利亞盆地薩累姆油田上侏羅統(tǒng)巴熱諾夫組頁巖油儲量高達13.7×108t［2］。在我國以往常規(guī)油氣勘探過程中，松遼盆地、渤海灣盆地、 南襄盆地等東部含油盆地發(fā)現(xiàn)了眾多泥巖裂縫油藏［3-7］，在一定程度上顯示了頁巖油的資源潛力。

2011年泌陽凹陷泌頁HF1 井通過水平井分段壓裂技術(shù)獲得日產(chǎn)23.6 m3的高產(chǎn)油流，率先取得我國陸相頁巖油開發(fā)的突破，具備較好的勘探開發(fā)前景［8-9］。頁巖油資源開發(fā)能否取得成功主要取決于頁巖油的資源豐度及其可采性。頁巖油的滲流能力遠低于頁巖氣，開采難度大，因此對于頁巖油開發(fā)需要更加重視其資源豐度，重點尋找頁巖油富集段。頁巖油的開采性主要受控于泥頁巖的可壓裂性、地層壓力和原油物性等。基于上述認識，本文首次對泌陽凹陷頁巖油富集段進行了系統(tǒng)劃分，繼而對其資源量進行了評價，最后結(jié)合可采性指出了泌陽凹陷下步頁巖油勘探開發(fā)的有利區(qū)。

1 富集段頁巖油資源評價

1.1 評價標(biāo)準(zhǔn)的建立

通過對泌陽地化分析數(shù)據(jù)的統(tǒng)計整理，建立了氯仿瀝青“A”質(zhì)量分數(shù)和殘留烴量（S1）與總有機碳質(zhì)量分數(shù)（TOC）的對應(yīng)關(guān)系（見圖1）。

圖1 泥頁巖含油性與有機質(zhì)豐度的散點對應(yīng)關(guān)系

由圖1可以看出，氯仿瀝青“A”質(zhì)量分數(shù)、S1隨TOC 的增大總體呈上升趨勢，并表現(xiàn)出明顯的3 段性特征。穩(wěn)定的高值段表明所生的油量基本達到飽和，多余的油被排出，這類泥頁巖的含油量最為豐富，是近期頁巖油評價和勘探最現(xiàn)實的對象，為富集資源；上升段頁巖含油量居中，待未來技術(shù)進一步發(fā)展后才有望成為開發(fā)對象，為低效資源；穩(wěn)定低值段有機質(zhì)豐度低，近期難以被經(jīng)濟有效開發(fā)［10］。

現(xiàn)階段對于頁巖油的勘探開發(fā)，應(yīng)優(yōu)先選擇富集資源，尋找頁巖油富集段，即泥頁巖層系中具備一定厚度，有機質(zhì)豐度達到富集資源標(biāo)準(zhǔn)，或達到富集資源標(biāo)準(zhǔn)比例較高的層段。為方便油田現(xiàn)場推廣應(yīng)用，本次研究將富集資源的TOC 標(biāo)準(zhǔn)定為2%，將泥頁巖層系中達到富集資源標(biāo)準(zhǔn)的泥頁巖厚度比例超過2/3、總厚度超過10 m 的層段定義為頁巖油富集段。

1.2 泥頁巖有機非均質(zhì)性測井識別

受取樣來源和分析經(jīng)費的限制，實驗所得分析數(shù)據(jù)有限，因此不能全面評價烴源巖質(zhì)量。而利用測井技術(shù)所得的地球物理勘探資料，可以建立起測井資料與烴源巖有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)間的定量關(guān)系模型，進而對烴源巖進行預(yù)測與評價［11-12］。本次研究使用改進的ΔlogR方法，無需人為確定基線值及有機碳質(zhì)量分數(shù)背景值，通過計算機可以直接擬合測井值與有機碳質(zhì)量分數(shù)之間的關(guān)系式［13-14］。

利用測井?dāng)?shù)據(jù)資料計算出的TOC、 氯仿瀝青“A”質(zhì)量分數(shù)和S1值與巖樣實測值吻合較好，說明了測井評價泥頁巖有機質(zhì)豐度和含油性具有可行性，為下步富集段的劃分和資源評價奠定了基礎(chǔ)。本次研究共對已進入生烴門限且發(fā)育有效泥頁巖層系的104 口井進行了有機非均質(zhì)性的測井評價，分布廣泛的井位為富集段劃分及資源評價工作的細致開展奠定了基礎(chǔ)。

1.3 富集段劃分及頁巖油資源評價

根據(jù)富集段劃分標(biāo)準(zhǔn)及泥頁巖有機非均質(zhì)性的測井識別結(jié)果，本次研究對泌陽凹陷核桃園組（H21—H38 段）頁巖油富集段進行了細致刻畫和統(tǒng)計。結(jié)果表明，H32，H33 層位富集段最為發(fā)育，具備連片的規(guī)模分布，其他層位富集段發(fā)育較為分散。

通過大量的單井對比分析發(fā)現(xiàn)，泌陽凹陷H32，H33 頁巖油富集段主要發(fā)育在H32 下部、H33 上部及中部。其中，H33 中部富集段最為發(fā)育，在深凹區(qū)存在西北和東南2 個發(fā)育區(qū)，且東南發(fā)育區(qū)富集段厚度高于西北區(qū)，2 發(fā)育區(qū)中心分別處于泌47 井區(qū)和泌149井區(qū)。目前泌陽凹陷已取得突破的安深1、泌頁HF1、泌頁HF2 井頁巖油開發(fā)層位處于該富集段的東南發(fā)育區(qū)，但并非中心區(qū)域。

對于泥頁巖含油性的表征，通常采用氯仿瀝青“A”質(zhì)量分數(shù)和S1這2 個指標(biāo)。受實驗方法限制，氯仿瀝青“A”檢測存在輕烴損失，而S1同時存在輕烴和重?zé)N損失，這2 參數(shù)僅是揭示頁巖油中烴的量，對于頁巖油資源量的計算需結(jié)合其族組成進行折算。理論上，在考慮上述影響因素的情況下，采用2 個含油性指標(biāo)所計算的頁巖油資源量應(yīng)當(dāng)相同。為進行對比驗證，本次研究采用2 個含油性指標(biāo)分別對泌陽凹陷頁巖油富集段的資源量進行計算。對于S1重?zé)N補償矯正可通過樣品抽提前后裂解烴S2的差值進行矯正［15］。對于輕烴補償矯正可通過化學(xué)動力學(xué)方法進行，選取未—低成熟巖石樣品進行Rock-Eval 和PY-GC 實驗，分別建立標(biāo)定原油中輕烴（C6—13）和烴（C6+）生成的化學(xué)動力學(xué)模型，進而進行地質(zhì)應(yīng)用，便可得出不同成熟度條件下頁巖油中輕烴的比例。

對于頁巖油資源量的計算，本文采用體積法。經(jīng)計算，氯仿瀝青“A”法得出的富集段H32 下部頁巖油資源 量 為0.24×108t，H33 上 部0.23×108t，H33 中 部0.91×108t，合計1.38×108t。S1法得出的富集段H32 下部頁巖油資源量為0.27×108t，H33 上部0.24×108t，H33 中部1×108t，合計1.51×108t。2 種計算方法得出的頁巖油資源量比較接近，說明了本次頁巖油資源評價方法的合理性，取2 種方法的均值，3 個富集段頁巖油總資源量約為1.45×108t。

泌陽凹陷H33 中部的富集段氯仿瀝青“A”資源強度等值線圖（見圖2）可以看出，受控于富集段厚度的頁巖油資源強度也存在西北和東南2 個高值區(qū)。其中，泌149 井區(qū)資源強度最高，達200×104t/km2，泌163—泌270 井區(qū)也具有較高的資源強度，約為150×104t/km2，安深1—泌頁HF1 井區(qū)約為100×108t/km2，與前2井區(qū)有一定差距。泌149 和泌163—泌270 井區(qū)富集段也有較好氣測異常，顯示具有較好頁巖油氣前景。

圖2 頁巖油資源強度與黏土礦物質(zhì)量分數(shù)疊合

2 富集段頁巖油可采性評價

由于泌陽凹陷無明顯超壓，對頁巖油可采性的評價主要考慮泥頁巖的無機非均質(zhì)性和原油物性。

2.1 泥頁巖無機非均質(zhì)性測井識別

一般認為泥頁巖主要由黏土礦物組成，其次為碎屑礦物如石英、長石和少量自生非黏土礦物，包括鐵、錳、鋁的氧化物和氫氧化物，以及碳酸鹽、硫酸鹽、硫化物、硅質(zhì)礦物和一些磷酸鹽等。實際上礦物組成及其質(zhì)量分數(shù)變化很大，這對裂縫發(fā)育具一定控制作用。北美主要頁巖油氣產(chǎn)區(qū)開發(fā)實踐揭示，其石英、鈣質(zhì)等脆性礦物的質(zhì)量分數(shù)一般大于50%，有利于壓裂改造［16-18］。從工區(qū)泥頁巖礦物組成分析數(shù)據(jù)可以看出，泌陽凹陷的黏土質(zhì)量分數(shù)大多處于20%～50%；碳酸鹽質(zhì)量分數(shù)處于10%～40%；石英、長石、黃鐵礦的質(zhì)量分數(shù)多數(shù)集中在30%～70%。泌陽凹陷核桃園組泥頁巖脆性礦物質(zhì)量分數(shù)總體較高，有利于泥頁巖儲層的壓裂改造。

由于實際分析數(shù)據(jù)有限，為了明確工區(qū)的無機非均質(zhì)性，本次研究采用密度-中子差值法，利用測井?dāng)?shù)據(jù)對工區(qū)泥頁巖的黏土礦物質(zhì)量分數(shù)進行了定量評價，測井識別結(jié)果與實測值吻合良好，說明了測井識別方法的可行性。結(jié)果表明，泌陽凹陷H33 中部富集段黏土礦物質(zhì)量分數(shù)均值主要分布在20%～40%，與實測數(shù)據(jù)總體相當(dāng)，進一步反映了研究區(qū)泥頁巖脆性較好。

2.2 原油物性

原油物性是影響頁巖油開采的重要因素之一，目前北美地區(qū)所產(chǎn)頁巖油主要為輕質(zhì)油（含凝析油）［19-21］。影響原油物性的因素主要有：一原油的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)質(zhì)量分數(shù)；二原油溶解天然氣的數(shù)量。泌陽凹陷原油、泥頁巖抽提物隨深度變化關(guān)系見圖3a，3b?？梢钥闯觯S深度（成熟度）的增加原油及抽提物中膠質(zhì)與瀝青質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)呈明顯的降低趨勢。

安深1 井、 泌頁1 井原油性質(zhì)介于同深度常規(guī)原油與泥頁巖抽提物之間。這主要是由于原油從源巖初次運移過程中存在組分分餾作用，烴類更多地排出，而膠質(zhì)和瀝青質(zhì)則更多地殘留在泥頁巖中；與源巖抽提物相比，安深1 井和泌頁1 井早期所產(chǎn)原油主要源自較大的孔縫（層理、裂縫），跟基質(zhì)孔隙中原油相比烴類質(zhì)量分數(shù)較高，且源巖抽提物存在輕烴損失的問題。隨著膠質(zhì)、瀝青質(zhì)質(zhì)量分數(shù)的降低，原油的密度和黏度呈明顯下降趨勢，特別是在2 800 m 左右，原油密度和黏度開始驟減（見圖3c，3d）。

泌頁1 井、安深1 井由于埋深較小，有機質(zhì)成熟度較低（Ro平均值0.86%），所產(chǎn)原油的密度和黏度均處于高值區(qū)。從原油物性考慮，2 800 m 以下應(yīng)是頁巖油開發(fā)的有利深度段。此外，地質(zhì)條件下埋深較大的高成熟度原油通常具有較高的氣油比和溫度，這些均會進一步降低原油黏度。

圖3 原油、抽提物及原油物性隨深度變化規(guī)律

3 頁巖油有利區(qū)預(yù)測

頁巖油的富集程度、物性和泥頁巖儲層的脆性、埋深，以及地表條件，共同影響著頁巖油能否被有效地開發(fā)利用。泌陽凹陷的埋深大多小于4 000 m，地表以平原為主，均達到了頁巖油資源開采的要求，不會成為頁巖油資源有效開發(fā)利用的制約條件。從資源強度方面看，泌149 井區(qū)應(yīng)成為下步研究重點，同時泌163、泌270 井區(qū)也具有較高的資源豐度。從原油物性考慮，泌163、泌270 井區(qū)富集段埋深超過2 800 m，對應(yīng)頁巖油黏度較低，便于開采。從礦物組成看，上述2 井區(qū)均處于脆性礦物質(zhì)量分數(shù)的高值區(qū)，有利于地層壓裂改造。

綜上所述，泌149 和泌163、泌270 井區(qū)所在的泌陽凹陷東南部地區(qū)應(yīng)是下一步頁巖油勘探開發(fā)的較有利區(qū)。

4 結(jié)論

1）泌陽凹陷主要發(fā)育3 個頁巖油富集層段，分別是H32 下部、H33 上部及H33 中部。泌陽凹陷H32 下部、H33 上部及H33 中部富集段頁巖油總資源量約為1.45×108t。其中，H33 中部資源量最大，達到0.96×108t，H32 下部與H33 上部資源量相當(dāng)。

2）泌149 和泌163、泌270 井區(qū)所在的泌陽凹陷東南部地區(qū)頁巖油資源豐度高、泥頁巖脆性較好，且原油黏度較小，是下步頁巖油勘探開發(fā)的有利區(qū)。

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