盧雙舫，陳國輝，王　民，李進步，王　新，單俊峰，胡英杰，毛俊莉

[1.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;2.中國石油 遼河油田公司 勘探開發(fā)研究院,遼寧 盤錦 124010]

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遼河坳陷大民屯凹陷沙河街組四段頁巖油富集資源潛力評價

盧雙舫1，陳國輝1，王民1，李進步1，王新1，單俊峰2，胡英杰2，毛俊莉2

[1.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;2.中國石油 遼河油田公司 勘探開發(fā)研究院,遼寧 盤錦 124010]

頁巖油具有高密度、高粘度以及低孔、低滲的特征，開采難度較大，因此對資源豐度相對較高、開采難度相對較小的富集資源進行評價十分必要。利用熱解烴S1與有機碳含量(TOC)的“三分性”關(guān)系確定TOC大于4%為靶區(qū)頁巖油富集資源劃分標(biāo)準。熱解烴S1存在輕、重?zé)N損失現(xiàn)象，在利用其進行資源評價前，需進行輕烴、重?zé)N恢復(fù)。通過對比分析，發(fā)現(xiàn)抽提后頁巖樣品的裂解烴S2普遍降低，說明S2中包括一部分殘留烴，而該部分殘留烴在氯仿抽提過程中已被去除。利用抽提前、后S2的差值ΔS2對S1進行重?zé)N恢復(fù)，重?zé)N恢復(fù)系數(shù)隨成熟度的增大而增大。假設(shè)頁巖在排烴過程中輕烴和重?zé)N等比例排出，利用生烴動力學(xué)原理對頁巖生成各烴類組分的比例進行評價，進而根據(jù)該比例對S1進行輕烴恢復(fù)，輕烴恢復(fù)系數(shù)隨著成熟度的增大呈先減小后增大的趨勢。在測井評價頁巖有機質(zhì)非均質(zhì)性(TOC和S1)的基礎(chǔ)上，對富集資源進行劃分，并利用S1的輕烴、重?zé)N恢復(fù)結(jié)果，對頁巖油富集資源進行資源評價。渤海灣盆地遼河坳陷大民屯凹陷E2s4(2)亞段頁巖油富集資源量約為2.2×108t。

頁巖油；輕烴、重?zé)N校正；大民屯凹陷；渤海灣盆地

能源需求的日益攀升和常規(guī)油氣資源的不斷消耗，使油氣供需矛盾日益突出，非常規(guī)能源越來越受到人們的重視。頁巖氣勘探、開發(fā)首先在北美取得了巨大成功[1-3]，全球范圍內(nèi)掀起了頁巖氣勘探、開發(fā)熱潮[4-6]。受頁巖氣開發(fā)的啟示及天然氣價格降低的調(diào)控作用，投資者開展了頁巖油的勘探與開發(fā)[7-9]。中國的頁巖油氣資源潛力巨大，初步預(yù)測可采頁巖油資源量約為(30～60)×108t[10]。渤海灣盆地遼河坳陷早在20世紀70年代就在遼河油區(qū)興隆臺油田興8井發(fā)現(xiàn)了泥巖裂縫油藏，但由于油質(zhì)較稠，產(chǎn)能較差，未能引起石油工作者的重視。近年來，不斷在泥巖地層中發(fā)現(xiàn)良好的油氣顯示。2001年，大民屯凹陷S224井在沙河街組四段二亞段(E2s4(2))的泥頁巖段壓裂試油，日產(chǎn)油16.2 t，2010年5月至2011年7月累計產(chǎn)油3 126.4 t，產(chǎn)氣73 805 m3，此外，在大民屯凹陷內(nèi)對137口探井的資料進行復(fù)查，其中50多口井在泥頁巖地層具有良好的油氣顯示。

由于頁巖儲層具有低孔、低滲的特征，加上油相對氣具有密度大、黏度大，難以流動的特征[11-12]，因此頁巖油的開發(fā)難度極大，資源豐度較高的富集資源應(yīng)為勘探開發(fā)的首選目標(biāo)。對于頁巖油資源富集程度的評價，首先需要建立富集資源評價標(biāo)準。目前，對于頁巖油富集資源評價標(biāo)準的報道較少，前期研究中根據(jù)含油性與總有機碳的“三分性”關(guān)系將頁巖油資源分為三級[13]，其中的Ⅱ級和Ⅲ級資源富集程度較低，對于頁巖油的勘探開發(fā)意義不大，而Ⅰ級資源富集程度較高，是勘探開發(fā)的首選目標(biāo)。因此本次研究將Ⅰ級資源評價標(biāo)準作為富集資源評價標(biāo)準。

前人在對頁巖油進行資源評價的過程中，通常用熱解烴(S1)代表殘留烴含量[14-16]，但由于實驗的原因，S1缺失相當(dāng)一部分輕烴和重?zé)N，無法代表頁巖中的全部殘留烴含量[14,17]。缺失的輕烴和重?zé)N對于頁巖油資源評價具有重要意義，同時輕烴含量對于提高頁巖油的流動性具有重要意義，因此有必要對S1進行輕烴和重?zé)N的補償校正。對于重?zé)N校正，根據(jù)前人[18]的方法，通過對抽提前、后裂解烴(S2)進行對比，利用其差值對重?zé)N進行校正；對于輕烴校正，張林曄[17]等人曾利用液氮對剛?cè)〕龅膸r心進行冷凍處理，然后將冷凍的樣品放置于室溫，檢測放置不同時間時的S1值，根據(jù)其損失率對S1的輕烴進行恢復(fù)，但巖樣從井底上升至地表的過程中，已經(jīng)損失大量輕烴，此部分輕烴無法恢復(fù)。本次研究采用組分化學(xué)動力學(xué)方法對生烴過程中各碳數(shù)組分的含量進行計算，結(jié)合重?zé)N恢復(fù)結(jié)果對輕烴進行恢復(fù)。

本文通過對靶區(qū)泥頁巖有機地球化學(xué)數(shù)據(jù)進行分析，建立頁巖油富集資源評價標(biāo)準，利用測井方法對泥頁巖中有機質(zhì)分布非均質(zhì)性進行評價，在對殘留烴進行重?zé)N校正和輕烴補償?shù)幕A(chǔ)上，對大民屯凹陷E2s4(2)頁巖油富集資源潛力進行評價。

1　地質(zhì)概況

大民屯凹陷在構(gòu)造上位于渤海灣盆地遼河坳陷東北部(圖1)，平面上呈不規(guī)則三角形，南寬北窄，四周為邊界斷層所限[19-20]。面積約為 800 km2。截止2008年底，探明石油地質(zhì)儲量3.24×108t，累計天然氣探明儲量(氣層氣)226.2×108m3，是我國東部著名的“小而肥”含油凹陷，也是聞名于世的高蠟高凝油生產(chǎn)基地。

圖1　大民屯凹陷構(gòu)造單元劃分

2　實驗及結(jié)果

有機碳含量測試采用美國利柯公司的CS230碳硫分析儀；熱解實驗采用Rock-Eval 6熱解儀；氯仿瀝青“A”測試采用YS-全自動多功能抽提儀；鏡質(zhì)組反射率測試采用UMSP-50顯微光度計。

2.2實驗結(jié)果

地球化學(xué)實驗分析結(jié)果表明，大民屯凹陷E2s4(2)油頁巖有機質(zhì)豐度極高，總有機碳含量(TOC)分布在1.18%～16.99%，平均可達7.16%，氯仿瀝青“A”含量分布在0.028%～1.70%，平均可達0.49%，S1+S2分布在2.45～85.84 mg/g，平均可達41.07 mg/g，主體部分屬于好烴源巖或極好烴源巖級別。Tmax-HI(熱解峰溫-氫指數(shù))圖版顯示，有機質(zhì)類型以Ⅰ型為主，極少部分表現(xiàn)為Ⅱ1型和Ⅲ2型。鏡質(zhì)體反射率(Ro)主體部分在0.5%～1.0%，表明成熟度處在生油階段(圖2)。從有機質(zhì)的豐度、類型和成熟度來看，大民屯凹陷E2s4(2)泥頁巖具有良好的生油能力且正處于大量生油階段，是本區(qū)的主要生油巖之一，因其生油量巨大，可在大量排油形成油藏的同時，仍有大量原油原地滯留，為頁巖油藏的形成提供物質(zhì)基礎(chǔ)。

對A17井泥頁巖樣品進行Rock-Eval和PY-GC實驗，有機質(zhì)生成各組分烴類累積轉(zhuǎn)化率結(jié)果如圖4所示，樣品TOC為11.28%，S1為0.13 mg/g，S2為55.04 mg/g。

3　討論

3.1泥頁巖有機質(zhì)非均質(zhì)性測井評價

泥頁巖TOC和S1是頁巖油資源評價中的重要參數(shù)。受構(gòu)造變動、氣候變化、沉積充填等所導(dǎo)致的沉積環(huán)境變遷的影響，有機質(zhì)的發(fā)育與分布存在明顯的非均質(zhì)性。受樣品分析周期、費用、數(shù)量的制約，實測數(shù)據(jù)總是難以達到精細描述泥頁巖有機質(zhì)分布非均質(zhì)性的需求。不過，由于有機質(zhì)的發(fā)育特征對眾多測井響應(yīng)(如聲波、電阻、中子、密度、伽馬等)都有明顯的影響[21-23]，使得利用測井資料來評價泥頁巖有機非均質(zhì)性成為可能。近年來，以ΔlogR模型為代表的測井地化技術(shù)在常規(guī)與非常規(guī)油氣勘探中對源巖TOC非均質(zhì)性的評價方面得到了較為廣泛、成功的探索和應(yīng)用[24-27]。然而，TOC顯然不如S1能夠更為直觀地反映泥頁巖的含油量。理論上，S1含量的變化同樣會引起相應(yīng)的測井響應(yīng)，這也使得利用測井資料直觀評價泥頁巖中的含油性成為了可能。

承災(zāi)體的時空概率PS∶T主要由承災(zāi)體本身的性質(zhì)決定，土地資源及道路工程均為固定型承災(zāi)體，其時空概率PS∶T=1；人員時空概率主要計算在坡腳道路過往車輛中的人員，AGS給出了過往車輛在坡腳道路中行駛的時空概率計算公式：

圖2　大民屯凹陷E2s4(2)泥頁巖有機質(zhì)特征

圖3　大民屯凹陷E2s4(2)泥頁巖抽提前、 后熱解實驗S2對比

本次采用改進的ΔlogR模型[28-29]對S352井、S224井、A64井和A1井建立TOC評價測井模型，同時對S352井、S224井和A64井建立S1評價測井模型，將模型在全區(qū)內(nèi)進行推廣應(yīng)用。

3.2頁巖油富集段劃分

泥頁巖低孔、低滲的特征決定著頁巖油資源開發(fā)難度較大，并非所有資源都可以被有效開采，只有聚集程度較高的富集資源可能被有效開采，因此，需要對頁巖油富集資源進行有針對性的評價。目前，關(guān)于分級評價標(biāo)準及依據(jù)的報道較少，雖然國內(nèi)學(xué)者[30-33]曾嘗試提出過頁巖氣的分級標(biāo)準，但對頁巖油并不適用。早期研究中，在總結(jié)了我國東部大部分陸相盆地的頁巖含油性規(guī)律的基礎(chǔ)上，依據(jù)S1與TOC關(guān)系的“三分性”原則建立頁巖油資源分級的評價標(biāo)準[13]，整體上S1隨TOC的增大而增大，但當(dāng)TOC達到一定值時，S1不再隨TOC的增大而變化，即含油達到飽和，此時對于頁巖油開發(fā)最為有利，將此時TOC作為頁巖油資源

富集段劃分標(biāo)準。本文按照此原理，將TOC大于4%作為富集段劃分標(biāo)準(圖5)。

對頁巖油藏進行開發(fā)時需要進行水利壓裂，頁巖層系過薄不利于壓裂技術(shù)的實施，由于水力壓裂波范圍通常為30 m，因此本文將厚度大于30 m，且泥頁巖厚度超過2/3(以泥頁巖為主體)的地層作為泥頁巖有效層系。在泥頁巖有效層系內(nèi)，如果泥頁巖中TOC大于4%的部分超過2/3，則將該段作為頁巖油資源富集段。在對泥頁巖有機非均質(zhì)性進行測井評價的基礎(chǔ)上，對靶區(qū)內(nèi)頁巖油資源富集段進行劃分。

3.3泥頁巖含油性參數(shù)校正

在對頁巖油資源進行評價時一般采用S1這一參數(shù)進行計算。S1為熱解實驗升溫過程中300 ℃以前熱蒸發(fā)出來的、已經(jīng)存在于源巖中的烴類產(chǎn)物。然而，部分已存在于泥頁巖中的重質(zhì)烴類產(chǎn)物沸點遠高于300 ℃，加之干酪根對烴類具有吸附、溶脹作用，使泥頁巖中的殘留烴無法在300 ℃之前被完全熱蒸發(fā)出來，因此一部分殘留烴無法作為S1被檢測，而是在300 ℃之后被當(dāng)做S2檢測[14,18]。另外，在巖心從井底到達地面的過程中、巖心在巖心庫中長時間放置以及實驗前對樣品的粉碎過程中，泥頁巖中的氣態(tài)烴(C1-5)和輕質(zhì)液態(tài)烴(C6-13)已經(jīng)損失殆盡[14,17]。因此，采用熱解分析得到的S1并不能代表地下巖石中殘留烴量。地下泥頁巖中的原油應(yīng)該包括以下三部分：①實測S1；②熱解分析前已經(jīng)損失的小分子烴類；③被作為S2檢測的重質(zhì)殘留烴。所以對頁巖油資源潛力進行評價時需要對S1進行重?zé)N校正和輕烴補償。

圖4　大民屯凹陷A17井E2s4(2)泥頁巖PY-GC實驗累積轉(zhuǎn)化率

圖5　大民屯凹陷E2s4(2)頁巖油資源富集段劃分標(biāo)準

圖6　大民屯凹陷E2s4(2)泥頁巖S1重?zé)N恢復(fù)系數(shù)(KH)

(1)

前人對輕烴補償校正的研究較少，且認識并不相同。如Cools[34]認為輕烴大部分損失掉了，約占35%(C14-/C5+)；Hunt[35]認為原油中約有30%的輕烴；張林曄[17]認為約有一半的殘留烴在巖心靜置及分析測試過程中損失。本次研究假設(shè)所生成的油氣中各組分比例與殘留油氣中各組分比例近似相等，干酪根生成油氣經(jīng)過初次裂解和二次裂解兩部分反應(yīng)，根據(jù)化學(xué)動力學(xué)原理[36]對干酪根初次裂解過程以及原油二次裂解過程進行化學(xué)動力學(xué)標(biāo)定，得到各個反應(yīng)的化學(xué)動力學(xué)參數(shù)(圖7)。另外，用大慶輕質(zhì)油進行金管實驗所得的成氣過程近似表征C6-13裂解成氣過程[37]，利用飽和烴和芳烴裂解成氣過程近似表征C14+裂解成氣過程[38]。對化學(xué)動力學(xué)參數(shù)進行地質(zhì)應(yīng)用，結(jié)合EasyRo模型[39-40]計算出不同Ro時各個油氣組分產(chǎn)率的比例，進而得到不同Ro時的輕烴恢復(fù)系數(shù)(KL=C6-13/C14+)，KL約在60%～100%(圖8)。輕烴的補償校正系數(shù)(KL)受成熟度和有機質(zhì)類型雙重影響。

前人對鉆井取心后立即用液氮冷凍的巖心進行分析，認為渤南洼陷E2s3(F)(沙河街組三段下亞段)泥頁巖S1輕烴損失量約為S1實測值的一半[17]，相比之下，前人研究所求得的恢復(fù)系數(shù)偏低，原因在于其在恢復(fù)過程中認為鉆井取心后立即用液氮冷凍的巖心沒有輕烴損失。

(2)

3.4頁巖油富集資源潛力評價

根據(jù)上述所建立的S1重?zé)N校正和輕烴補償方案，對S1的評價結(jié)果進行恢復(fù)校正，校正后的S1即可表征單位質(zhì)量巖石中含油量。根據(jù)測井評價所劃分的頁巖油資源富集段范圍，利用體積法對靶區(qū)頁巖油富集段內(nèi)的資源強度進行評價，靶區(qū)富集段頁巖油資源強度分布在(120～360)×104t/km2，資源量約為2.2×108t。

圖7　大民屯凹陷A17井活化能分布直方圖

圖8　大民屯凹陷E2s4(2)泥頁巖S1輕烴恢復(fù)系數(shù)(KL)

4　結(jié)論

1) 大民屯凹陷E2s4(2)TOC平均達到7.16%，氯仿瀝青“A”含量平均可達0.49%，S1+S2平均可達41.07 mg/g，有機質(zhì)豐度主體達到好烴源巖或極好烴源巖級別，有機質(zhì)類型以Ⅰ型為主，Ro主體分布在0.5%～1.0%，處于生油階段。從地球化學(xué)特征來看，具備頁巖油成藏的物質(zhì)基礎(chǔ)。

2) 根據(jù)S1與TOC“三分性”關(guān)系，將TOC大于4%作為靶區(qū)頁巖油富集段劃分標(biāo)準，對靶區(qū)有機質(zhì)非均質(zhì)性(TOC和S1)進行測井評價，結(jié)合富集段劃分標(biāo)準對靶區(qū)頁巖油富集段進行劃分。

4) 靶區(qū)頁巖油富集段內(nèi)資源量約為2.2×108t。

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(編輯張玉銀)

Potential evaluation of enriched shale oil resource of Member 4 of the Shahejie Formation in the Damintun Sag,Liaohe Depression

Lu Shuangfang1,Chen Guohui1,Wang Min1,Li Jinbu1,Wang Xin1,Shan Junfeng2,Hu Yingjie2,Mao Junli2

[1.ResearchInstituteofUnconventionalPetroleumandRenewableEnergy,ChinaUniversityofPetroleum(EastChina),Qingdao,Shandong266580,China；2.ExplorationandDevelopmentResearchInstitute,LiaoheOilfieldCompany,PetroChina,Panjin,Liaoning124010,China]

Recovery efficiency of shale oil is low due to high density,high viscosity,low porosity and low permeability,and it is necessary to evaluate the resource potential of the enriched resources that are high in resource abundance and low in exploitation difficulty.TOCover 4% is taken as the criteria for classification of enriched shale oil resource according to the triple-division relationship betweenS1andTOC.Because of the light and heavy hydrocarbon loss inS1,S1should be corrected before it is used to evaluate the resource potential.Comparative analysis shows thatS2decreases when the shale sample is extracted by chloroform,indicating that there are some residual hydrocarbons inS2but they have been eliminated by extracting process.The distinction ΔS2is used to correct the heavy hydrocarbon ofS1,and the correction coefficient increases with the increase of maturity.Assuming that the light and heavy hydrocarbons expel at the same rate during the hydrocarbon expulsion process,the ratio calculated with hydrocarbon generation kinetics theory is used to correct the light hydrocarbon ofS1.With the increase of maturity,the correction coefficient of light hydrocarbons first decreases and then increases.On the basis of evaluating the organic heterogeneity by logging,the enriched shale oil resource is classified,and its potential is evaluated by using the correctedS1.The potential enriched shale oil resource is about 2.2×108t in E2s4(2)sub-member in the Damintun Sag,Liaohe Depression,Bohai Bay Basin.

shale oil,light and heavy hydrocarbon correction,Damintun Sag,Bohai Bay Basin

2015-07-15;

2015-12-05。

盧雙舫(1962—)，男，博士、博士生導(dǎo)師，油氣地球化學(xué)與非常規(guī)油氣勘探。E-mail:lushuangfang@upc.edu.cn。

中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金資助項目(15CX06013A)；研究生創(chuàng)新工程項目(YCX2015002)；國家自然科學(xué)基金項目(41330313，41172134)；中國石油科技創(chuàng)新基金項目(2011D-5006-0101)。

0253-9985(2016)01-0008-07

10.11743/ogg20160102

TE122.1

A