閆建平，溫丹妮，司馬立強，言　語，耿　斌

（1.西南石油大學天然氣地質(zhì)四川省重點實驗室，成都610500；2.西南石油大學地球科學與技術(shù)學院，成都610500；3.中國石化勝利油田分公司地質(zhì)科學研究院，山東東營257015）

基于測井和錄井信息相結(jié)合的泥頁巖儲層識別方法
——以蘇北盆地高郵凹陷阜寧組為例

閆建平1，2，溫丹妮2，司馬立強2，言語2，耿斌3

（1.西南石油大學天然氣地質(zhì)四川省重點實驗室，成都610500；2.西南石油大學地球科學與技術(shù)學院，成都610500；3.中國石化勝利油田分公司地質(zhì)科學研究院，山東東營257015）

泥頁巖油氣儲層是目前非常規(guī)油氣領(lǐng)域備受關(guān)注的勘探目標。以蘇北盆地高郵凹陷阜寧組泥頁巖地層為研究對象，采用巖心、試油測試等資料刻度測井和錄井信息，開展非常規(guī)泥頁巖油氣儲層的識別研究。通過分析泥頁巖儲層類型及其測井與錄井響應特征，發(fā)現(xiàn)泥頁巖儲層多數(shù)為脆性礦物含量高的灰質(zhì)泥頁巖巖相（發(fā)育裂隙），少數(shù)為脆性礦物含量低的不含（或少含）灰質(zhì)的泥頁巖巖相。根據(jù)這2種泥頁巖儲層類型，提出了2種相應的成因機制解釋模型，借鑒氣泡圖和雷達圖較好地顯示出了這2種解釋模型的測井與錄井特征差異，進而建立了基于測井和錄井信息相結(jié)合的泥頁巖儲層識別方法，為蘇北盆地泥頁巖油氣儲層識別及有效開發(fā)提供了依據(jù)。

泥頁巖；測井和錄井；脆性礦物；全烴含量；鉆時；阜寧組；高郵凹陷

0　引言

隨著非常規(guī)油氣勘探的逐步深入，泥頁巖油氣儲層已成為備受關(guān)注的勘探目標［1］。蘇北盆地發(fā)育古生界下寒武統(tǒng)幕府山組［2］、上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)高家邊組、上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M［3］、中生界泰二段、新生界阜二段和阜四段等多套優(yōu)質(zhì)生烴泥頁巖層系，且分布區(qū)域廣泛。其中，鹽城凹陷阜二段泥頁巖中見到良好的油氣顯示［4］，高郵凹陷在阜二段和阜四段已獲得工業(yè)油流，表明蘇北盆地泥頁巖層系具備形成泥頁巖油氣藏的成烴、成藏條件和資源潛力。通常，泥頁巖油氣具有連續(xù)成藏的特點［5-7］，但有利的泥頁巖儲層識別及評價是有效開發(fā)泥頁巖油氣的關(guān)鍵。測井資料具有成本低、縱向連續(xù)性好及地質(zhì)信息豐富等優(yōu)點［8］，因此，對成熟的勘探區(qū)域進行測井地球化學和測井儲層評價是目前頁巖氣勘探較為理想的思路和方法［9-10］，但泥頁巖儲層一般富含有機質(zhì)和脆性礦物，其測井響應特征與常規(guī)儲層存在差異，僅依靠測井信息來識別泥頁巖儲層具有一定的局限性和不確定性。

隨著錄井技術(shù)的不斷進步，錄井信息在儲層及流體性質(zhì)檢測方面發(fā)揮了重要作用［11］，尤其在富有機質(zhì)泥頁巖儲層識別方面，氣測錄井信息具有很大的優(yōu)勢，能夠有效檢測流體的成分信息，是配合測井技術(shù)開展儲層及流體識別的有益補充。筆者以蘇北盆地高郵凹陷阜寧組泥頁巖地層為研究對象，分析泥頁巖儲層類型及其測井和錄井響應特征，提出相應的泥頁巖儲層成因機制解釋模型，進而建立基于測井和錄井信息相結(jié)合的泥頁巖儲層識別方法，以期為進一步開展蘇北盆地頁巖油儲層識別和儲量估算提供借鑒。

圖1　泥頁巖巖相劃分Fig.1Lithofacies division of shale

1　泥頁巖儲層測井和錄井響應特征

1.1泥頁巖巖性

高郵凹陷阜四段和阜二段巖性種類多，包括泥巖、頁巖、粉砂巖、白云巖和灰?guī)r，剖面上呈互層發(fā)育。其中，泥巖所占比例最高，以灰質(zhì)泥巖為主，頁巖以灰質(zhì)頁巖為主，灰?guī)r以泥灰?guī)r為主，粉砂巖和白云巖含量較低?；屹|(zhì)泥巖和灰質(zhì)頁巖中脆性礦物含量較高，脆性系數(shù)較高［12］，通常發(fā)育裂隙，是有利的儲層巖相。

1.2泥頁巖巖相識別

利用電阻率（Rd）、聲波時差（AC）、密度（DEN）、自然伽馬（GR）以及能譜等多種測井信息交會進行泥頁巖巖性的識別，單從測井響應變量來看效果都不太好。根據(jù)測井響應定性特征，隨著灰質(zhì)含量的增加，泥巖或頁巖往往表現(xiàn)出聲波時差減小、密度和電阻率均增大的特征，且灰質(zhì)頁巖和灰質(zhì)泥巖的聲波時差小于含灰質(zhì)頁巖與含灰質(zhì)泥巖的聲波時差。進一步將錄井鉆時（DTC）與密度進行交會來識別巖性，仍不能有效識別泥巖巖性［圖1（a）］，但發(fā)現(xiàn)泥巖及含灰質(zhì)少的巖性點主要集中在交會圖的右下角［圖1（b）］。

據(jù)此可將復雜的巖性劃分為2種類型：一類是含灰質(zhì)泥頁巖巖相（含灰質(zhì)多），另一類是不含（或少含）灰質(zhì)的泥頁巖巖相。利用鉆時可以較好地區(qū)分出這2類巖相［圖1（b）］。這樣劃分的原因在于頁巖油儲層往往是鉆時高的含灰質(zhì)泥頁巖巖相層段中鉆時相對較低的層段，而且能夠為可壓裂性評價提供依據(jù)。

1.3測井和錄井信息適應性分析

氣測錄井是通過測量地層中烴類氣體的含量及組分構(gòu)成，進而對儲層流體性質(zhì)進行識別的一種地球化學測井方法［13］。測量的氣體參數(shù)主要有全烴以及CH4，C2H6，C3H8，iC4H10，nC4H10，iC5H12，nC5H12，H2和CO2。對氣測錄井具有影響的地層因素包括地層壓力系數(shù)和儲層物性。地層壓力系數(shù)高，則擴散氣和滲透氣均較多，氣測值也高，反之則低。物性好的儲層易遭受鉆井液超前沖洗，使氣測值降低；物性差的儲層則不易遭受鉆井液超前沖洗，氣測值更能真實地反映出地層含油氣情況。

蘇北盆地高郵凹陷泥頁巖地層壓力系數(shù)主要為1.01～1.18（以HX井阜四段為例），基本為常壓地層，而且泥頁巖儲層物性較差（孔隙度一般小于10%，滲透率一般小于10 mD）。因此，該區(qū)地層因素對氣測錄井的影響較小，其資料適應性較好。

鉆時錄井主要記錄的是鉆時值。在鉆井措施條件不變的情況下，影響鉆時值最主要的因素是巖石性質(zhì)（巖石可鉆性）［14］。高郵凹陷HX井巖心及測試資料顯示，泥頁巖儲層段（3 161～3 163 m）巖性為深灰色油浸含灰質(zhì)頁巖（圖2），發(fā)育有高角度裂縫（3 161.57～3 161.77 m），鉆時與氣測曲線顯示出較低的鉆時和非常高的全烴含量（THC）等特征；測井曲線表現(xiàn)為低聲波時差、低中子（CNL）、高密度、低自然伽馬、低鈾（U）、低無鈾伽馬（KTH）及高電阻率等特征。圖2中所顯示的泥頁巖儲層段的測井和錄井響應特征明顯不同于非泥頁巖儲層段，因此，將測井和錄井信息相結(jié)合對識別泥頁巖儲層具有較好的適應性。多數(shù)泥頁巖儲層識別模式表現(xiàn)為：錄井信息顯示出高鉆時背景下的低鉆時層段，且全烴含量高；測井曲線特征為聲波時差和中子均較低、密度高及自然伽馬相對較低。

圖2　高郵凹陷HX井測錄井信息適應性分析Fig.2Applicability analysis of log information of HX well in Gaoyou Sag

2　泥頁巖儲層2種解釋模型及識別方法

2.1解釋模型Ⅰ

通過2口關(guān)鍵取心井12個層段的泥頁巖儲層測井和錄井響應適應性分析發(fā)現(xiàn)，由于含灰質(zhì)泥頁巖巖相中裂縫較發(fā)育，故這種巖相往往易發(fā)育泥頁巖儲層，其成因機制即解釋模型Ⅰ類。該類型泥頁巖儲層上、下部均為富含有機質(zhì)的泥頁巖巖相，富含有機質(zhì)的泥巖在成熟演化過程中生成的烴大部分排入到有裂隙儲集空間的灰質(zhì)泥頁巖巖相中。其測井和錄井響應特征表現(xiàn)為：高鉆時背景下的低鉆時層段（鉆時往往大于40 min/m，但不會太高，一般不超過200 min/m；致密的灰質(zhì)或含灰泥巖，其鉆時往往大于200 min/m）［圖3（a）］，全烴含量顯示為高值，密度高，自然伽馬相對偏低，聲波時差和中子均偏低。

圖3　泥頁巖儲層解釋模型Fig.3Interpretation model of shale reservoir

2.2解釋模型Ⅱ

此外，在不含灰質(zhì)的泥頁巖巖相中也發(fā)育了少部分另一種類型的泥頁巖儲層，其成因機制即解釋模型Ⅱ類。該類型泥頁巖儲層上、下部均為含灰質(zhì)的泥頁巖相，黏土礦物含量往往較高，滲透性較差。由于富含有機質(zhì)泥巖產(chǎn)生的烴大部分滯留在內(nèi)部的微孔隙中［圖3（b）］，進而形成了該類型泥頁巖儲層。其測井和錄井響應特征表現(xiàn)為：低鉆時層段（鉆時往往小于40 min/m），全烴含量顯示為高值，密度低，自然伽馬相對偏高，聲波時差偏高，中子偏高。另外，發(fā)現(xiàn)有機碳（TOC）含量高或鈾值高的地層，往往全烴含量低，因此不需要把全烴含量高的層段歸位校正到有機碳含量高（或鈾值高）的層段。

2.32種解釋模型圖版及測井和錄井響應差異

依據(jù)泥頁巖儲層類型，提出了相應的泥頁巖油氣富集的成因機制解釋模型，為泥頁巖儲層的有效識別奠定了基礎(chǔ)。選取對泥頁巖儲層敏感的自然伽馬、密度和鉆時3個參數(shù)，建立了相應的識別圖版——“自然伽馬-密度-鉆時（半徑）氣泡圖版”（圖4）來識別這2種解釋模型。解釋模型Ⅰ類，其密度通常大于2.50 g/cm3，自然伽馬小于60 API，鉆時通常大于80 min/m而小于200 min/m（致密含灰質(zhì)或灰質(zhì)泥巖鉆時往往大于200 min/m）；解釋模型Ⅱ類，其密度通常小于2.35 g/cm3，自然伽馬大于70 API，鉆時小于40 min/m。

圖4　自然伽馬-密度-鉆時（半徑）氣泡圖版Fig.4Bubble chart of GR-DEN-DTC

進一步采用聲波時差、密度、自然伽馬、電阻率、鉆時及全烴含量等6種變量建立雷達圖版，以此來識別裂隙含油層（解釋模型Ⅰ類）和氣測錄井異常地層及非儲集地層。

通過對高郵凹陷阜寧組XX井雷達圖（圖5）的分析得出：①泥巖裂縫含油層表現(xiàn)為全烴含量高、鉆時高、自然伽馬較低和電阻率偏低的特征，屬于解釋模型Ⅰ類；②泥巖含油層表現(xiàn)為全烴含量高、鉆時低于解釋模型Ⅰ類的鉆時、自然伽馬高、電阻率整體偏低等特征，屬于解釋模型Ⅱ類；③氣測異常層全烴含量高、電阻率偏低；④非儲集層全烴含量低、電阻率偏低。

圖5　高郵凹陷阜寧組XX井雷達圖識別圖版Fig.5Radar chart of Funing Formation in XX well in Gaoyou Sag

3　泥頁巖儲層識別實例

依據(jù)建立的2種泥頁巖儲層成因機制解釋模型，結(jié)合氣泡圖解釋標準和雷達圖特征，對高郵凹陷阜寧組泥頁巖儲層進行了劃分和流體性質(zhì)識別（圖6）。圖6中3 456.0～3 457.5 m和3 458.7～3 460.3 m的2個層段，其巖性均為灰黑色含灰質(zhì)泥巖，測井曲線表現(xiàn)為低聲波時差、低中子、高密度（約2.50 g/cm3）、低自然伽馬（48～60 API）、低鈾、低無鈾伽馬及高電阻率等特征；氣測曲線表現(xiàn)為高鉆時背景下的較低值（約80 min/m）和非常高的全烴含量（大于3%）等特征，巖心顯示發(fā)育有高角度裂縫，由此表明這2個層段均屬于解釋模型Ⅰ類的泥頁巖儲層。

圖6中3 489.0～3 492.0 m層段，巖性為深灰色泥巖，測井曲線表現(xiàn)為高聲波時差、高中子、低密度（約1.95 g/cm3）、高自然伽馬（大于70 API）及低電阻率等特征；氣測曲線表現(xiàn)為低鉆時（小于40 min/m）和非常高的全烴含量（大于4%）等特征，由此表明該層段屬于解釋模型Ⅱ類的泥頁巖儲層。

圖6　高郵凹陷阜寧組HX井泥頁巖儲層識別實例Fig.6The shale reservoir identification of Funing Formation in HX well in Gaoyou Sag

同理，利用上述泥頁巖儲層識別模式特征，在高郵凹陷阜寧組LX井中識別出2個屬于解釋模型Ⅰ類的泥頁巖儲層段（3 653.3～3 656.9 m和3 668.3～3671.5 m）以及1個屬于解釋模型Ⅱ類的泥頁巖儲層段（3 659.8～3 662.0 m）（圖7）。這3個泥頁巖儲層段所在的深度段（3 635～3 675 m）實際試油測試獲日產(chǎn)油4.1 m3。

圖7　高郵凹陷阜寧組LX井泥頁巖儲層識別實例Fig.7The shale reservoir identification of Funing Formation in LX well in Gaoyou Sag

4　結(jié)論

（1）蘇北盆地高郵凹陷阜四段和阜二段泥頁巖儲層多數(shù)為脆性礦物含量高的灰質(zhì)泥頁巖巖相（發(fā)育裂隙），還有少部分為脆性礦物含量低的不含（或少含）灰質(zhì)的泥頁巖巖相。鑒于這2種泥頁巖儲層類型，提出了2種相應的泥頁巖油氣富集成因機制解釋模型，為識別泥頁巖儲層奠定了基礎(chǔ)。

（2）以建立的2種解釋模型為基礎(chǔ)，利用氣泡圖和雷達圖，較好地顯示出了2種解釋模型所對應的泥頁巖儲層的測井和錄井特征差異，進而建立了基于測井和錄井信息相結(jié)合的泥頁巖儲層識別方法。該方法可有效地進行泥頁巖儲層劃分和流體性質(zhì)識別，且應用效果較好。

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（本文編輯：王會玲）

Identification method of shale reservoir based on well logging and log information

Yan Jianping1，2，Wen Danni2，Sima Liqiang2，Yan Yu2，Geng Bin3
（1.Sichuan Key Laboratory of Natural Gas Geology，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China；2.School of Geoscience and Technology，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China；3.Geological Scientific Research Institute，Sinopec Shengli Oilfield Company，Dongying 257015，Shandong，China）

Shale oil and gas reservoir becomes a concerned target in unconventional oil and gas exploration.Taking shale strata of Funing Formation in Gaoyou Sag of Subei Basin as a research subject，this paper used core and testing oil data to demarcate well logging and log information，and further to research the recognition method of unconventional shale oil reservoir.Through the analysis of shale reservoir types and its well logging and log response characteristics，it was found that most shale reservoirs developed calcite lithofacies（crack）with high content of brittleness mineral，and a few developed mudstone facies with low content of brittleness mineral and containing or not containing calcareous.In view of these two kinds of shale reservoir types，the corresponding two kinds of interpretation model were put forward. The bubble chart and radar map can be used to show the differences between two models.The identification method of shale reservoir based on the combination between well logging and log information were established，which canprovide a basis for shale oil and gas reservoir recognition and effective development in Subei Basin.

shale；well loggingand logging；brittle mineral；total hydrocarbon content；drillingtime；FuningFormation；Gaoyou Sag

TE132.2

A

1673-8926（2015）04-0089-07

2015-03-05；

2015-04-12

國家自然科學基金項目“頁巖氣儲層微觀結(jié)構(gòu)及巖石物理響應數(shù)值模擬研究”（編號：41202110）、四川省應用基礎(chǔ)研究計劃項目“泥頁巖地層周期及高分辨率沉積旋回測井識別研究”（編號：2015JY0200）及西南石油大學校級科技基金項目“頁巖氣儲層微觀及巖石物理響應模擬研究”（編號：2012XJZ004）聯(lián)合資助

閆建平（1980-），男，博士，副教授，主要從事測井地質(zhì)學、巖石物理及非常規(guī)儲層測井評價方面的教學與研究工作。地址：（610500）四川省成都市西南石油大學地球科學與技術(shù)學院。E-mail：yanjp_tj@163.com。