徐 哲 倪有利 王 宇 杜 鵬 吐洪江 李 晗

（①中國石油錄井技術研發(fā)中心；②中國石油長城鉆探工程有限公司錄井公司）

0 引言

頁巖油是指以頁巖為主的頁巖層系中所含的石油資源，其中包括泥頁巖孔隙和裂縫中的石油，也包括泥頁巖層系中致密碳酸巖或碎屑巖鄰層和夾層中的石油資源。頁巖油氣有效的開發(fā)方式通常為水平井和分段壓裂技術，然而頁巖、泥巖吸水易膨脹，導致井壁失穩(wěn)出現(xiàn)起下鉆劃眼、遇阻頻繁等問題[1-4]。為保障井壁的穩(wěn)定與潤滑，頁巖油的鉆探主要在油基鉆井液條件下進行。地化錄井技術是頁巖油儲層最主要的含油性評價錄井技術，然而油基鉆井液主要采用白油作為油基，其不但對常規(guī)錄井作業(yè)中巖屑清洗、熒光識別、氣測錄井等具有一定的干擾，造成真假顯示區(qū)分困難，也會對儲層巖石熱解分析結(jié)果產(chǎn)生一定影響，尤其是以巖屑、巖心為分析對象的巖石熱解參數(shù)S1值，易受油基鉆井液有機溶劑的污染，往往導致關鍵評價參數(shù)嚴重失真，無法真實反映儲層的含油性變化特征，給頁巖油儲層含油性評價帶來較大的挑戰(zhàn)[5-7]。

本文以遼河油田頁巖油儲層為例，針對油基鉆井液污染導致的含油性評價困難這一問題，開展地化錄井技術響應特征研究，對巖石熱解S1值進行校正。通過研究發(fā)現(xiàn)地化錄井技術中的熱解氣相色譜譜圖峰面積與S1值之間具有較好的相關性，在此基礎上利用相關性分析進行參數(shù)優(yōu)選，建立鉆井液污染條件下儲層含油性校正模型，利于提高油基鉆井液條件下油氣層識別與含油性評價的時效性和準確性，為鉆井現(xiàn)場快速科學決策提供依據(jù)。

1 油基鉆井液對地化錄井技術的影響

通過對研究區(qū)水基鉆井液和油基鉆井液條件下S0、S1、S2、Pg等巖石熱解參數(shù)對比發(fā)現(xiàn)，在油基鉆井液環(huán)境下，儲層巖石熱解分析S0值相對水基鉆井液環(huán)境有所增加，但由于影響因素多，規(guī)律性不明顯；在油基鉆井液環(huán)境下S1值明顯高于水基鉆井液環(huán)境下的S1值，其升高幅度受儲層物性、含油氣性、鉆井液與地層壓差、巖屑浸泡時間、巖屑污染程度等多種因素影響；S2值在油基鉆井液和水基鉆井液環(huán)境下無規(guī)律變化；在油基鉆井液環(huán)境下由于受S1值升高影響，Pg值也大幅增加[8-10]。

在水基鉆井液條件下，各儲層熱解氣相色譜分析數(shù)據(jù)中主峰碳分布范圍較廣，C10-C33的烴類組分均有分布；在油基鉆井液條件下，主要采用白油作為油基，白油的主要成分為C12-C20的烴類組分。通過開展大量的巖石熱解實驗分析，認為在井筒高溫條件下，白油具有極高S1值的特征；通過熱解氣相色譜響應特征進行分析認為，白油熱解氣相色譜譜圖呈現(xiàn)前峰隆起型特征，對C10-C20之間的飽和烴組分影響很大，對C20以后的飽和烴組分基本無影響，即僅對S1有影響，對S0、S2、S4影響不大（表1、圖1、圖2）。

表1 巖石熱解參數(shù)對應碳數(shù)范圍

圖1 SG 169-4井（水基鉆井液）熱解氣相色譜譜圖

圖2 SY 1井（油基鉆井液）熱解氣相色譜譜圖

2 地化錄井技術含油性校正方法

與水基鉆井液相比，油基鉆井液條件下巖石熱解評價參數(shù)與熱解氣相色譜譜圖響應特征有明顯的區(qū)別，故針對水基鉆井液的解釋評價標準不適用于油基鉆井液。本文針對油基鉆井液給地化錄井技術帶來的影響，建立了一套恢復巖石熱解參數(shù)S1值和TOC的含油性校正的方法，以滿足在油基鉆井液條件下頁巖油儲層勘探開發(fā)的需求。

2.1 關鍵參數(shù)優(yōu)選

巖石熱解方法的定量化程度高，但是識別污染難，熱解氣相色譜譜圖識別鉆井液污染具有優(yōu)勢，但是偏定性，因此將兩項技術相互結(jié)合實現(xiàn)優(yōu)勢互補。由于白油對C20以后的組分基本無影響，以大民屯地區(qū)SH 301D 井為例，應用未受油基鉆井液影響的導眼井巖心及巖屑巖石熱解及熱解氣相色譜數(shù)據(jù)，通過Pearson 函數(shù)關聯(lián)分析，分別計算C20之后不同碳數(shù)范圍的熱解氣相色譜譜圖峰面積與S1值之間的相關性，發(fā)現(xiàn)C21-C25范圍的熱解氣相色譜譜圖峰面積與S1值的相關性最好。因此，本文將C21-C25范圍的熱解氣相色譜譜圖峰面積作為校正S1值的關鍵參數(shù)。

2.2 油基鉆井液條件下巖石熱解S1值校正方法

如上所述，對大民屯地區(qū)SH 301D井在導眼井未受油基鉆井液污染的情況下，優(yōu)選C21-C25范圍的熱解氣相色譜譜圖峰面積（M）作為關鍵參數(shù)（表2），與巖石熱解參數(shù)S1值建立線性回歸關系，并擬合形成S1反演模型。

表2 巖石熱解S1值反演數(shù)據(jù)（節(jié)選）

第一步：選取熱解氣相色譜參數(shù)C21-C25峰面積作為模型自變量，應用Pearson 函數(shù)數(shù)學算法，開展C21-C25峰面積與S1值之間的相關性分析，其相關系數(shù)r為0.9518。

第二步：應用線性擬合法，進行多重數(shù)據(jù)之間的收斂分析，建立熱解氣相色譜C21-C25峰面積（M）反演巖石熱解參數(shù)S1值的公式（圖3），得到大民屯地區(qū)地化反演模型如下：

圖3 巖石熱解參數(shù)S1值反演模型

第三步：應用總有機碳含量計算公式，可以得到油基鉆井液條件下頁巖油儲層TOC校正模型如下：

將水基鉆井液導眼井S1、TOC 實測值（TOC），分別與油基鉆井液水平井相對應垂深的S1校正值（S1校）、TOC 校正值（TOC校）進行對比，S1與S1校絕對誤差平均為0.47 mg/g，TOC 與TOC校絕對誤差平均為0.04%，誤差均較小。分別對兩種參數(shù)原始值和校正值進行相關性分析，油頁巖實測S1與S1校的相關系數(shù)為0.949 6，油頁巖實測TOC 與TOC校的相關系數(shù) 為0.999 9，反映該方法實用性較強（圖4、圖5、表3）。

圖4 油頁巖實測S1值與S1校相關性

圖5 油頁巖實測TOC與TOC校相關性

表3 S1值、TOC值校正誤差分析

3 應用效果分析

通過在遼河油田渤海灣盆地大民屯凹陷SH 301、SH 302、SH 303 井，西部凹陷SY 1 井，開魯盆地陸東凹陷HYH 231、HYH 232、HYH 233 井共7 口井應用此方法，均可消除油基鉆井液對巖石熱解參數(shù)S1值及TOC的影響。

3.1 SH 302井

SH 302井是部署在渤海灣盆地大民屯凹陷的一口水平井，水平段巖性主要為灰黑色油頁巖，原始油基鉆井液條件下巖石熱解分析數(shù)據(jù)為：S1為11.567～142.896 mg/g，TOC為3.277%～29.019%。導眼井在水基鉆井液條件下相同層位的巖石熱解分析數(shù)據(jù)為：S1為3.638～9.570 mg/g，TOC為3.266%～8.196%。

分別對SH 302井巖石熱解參數(shù)S1與TOC進行校正，得 到 的S1校為3.302～10.381 mg/g，TOC校為3.514%～7.509%，與導眼井相同層位水基鉆井液條件下巖石熱解參數(shù)S1、TOC 相符，參數(shù)具有參考價值，適用于水基鉆井液的解釋評價標準。應用此方法對該井水平段進行含油性評價，綜合解釋Ⅰ類儲層384.0 m/16 層，Ⅱ類儲層797.0 m/19 層，Ⅲ類儲層25.0 m/3 層，經(jīng)壓裂試油后獲得初期日產(chǎn)油9.6 t，反映該方法能夠有效提高油基鉆井液條件下含油性評價的準確性（表4）。

表4 SH 302井巖石熱解參數(shù)校正數(shù)據(jù)（節(jié)選）

3.2 SY 1井

SY 1 井是部署在渤海灣盆地西部凹陷的一口水平井，水平段巖性主要為灰色油斑粉砂巖，為非常規(guī)頁巖油，原始油基鉆井液條件下巖石熱解分析數(shù)據(jù)為：S1為33.310～48.450 mg/g，S2為5.694～41.751 mg/g。鄰井SG 169-4 井在水基鉆井液條件下相同層位的巖石熱解分析數(shù)據(jù)為：S1為4.855～8.279 mg/g，S2為3.179～37.419 mg/g。

由表5 可見，對SY 1 井巖石熱解參數(shù)S1進行校正，得到的S1校為5.016～9.118 mg/g，與鄰井相同層位巖石熱解參數(shù)S1相符，參數(shù)具有參考價值，證明該方法同樣適用于非常規(guī)頁巖油，有效修正了S1數(shù)據(jù)，解決了非常規(guī)頁巖油水平井含油性評價難題，為頁巖油高效勘探開發(fā)作出貢獻。

表5 SY 1井巖石熱解參數(shù)校正數(shù)據(jù)（節(jié)選）

4 結(jié)束語

（1）針對遼河油田頁巖油油基鉆井液體系中巖石熱解S1值受污染嚴重問題，通過Pearson 函數(shù)關聯(lián)分析和色譜譜圖形態(tài)擬合方法，對地化錄井參數(shù)的價值進行深入挖掘，引入C21-C25峰面積M作為關鍵參數(shù)，與巖石熱解參數(shù)S1值建立線性回歸關系，形成了一套適用于遼河油田頁巖油儲層巖石熱解參數(shù)S1和TOC 校正的新方法，完善了在油基鉆井液條件下頁巖油儲層勘探開發(fā)的錄井含油性評價方法。

（2）通過多井應用驗證，均能有效校正S1和TOC值，有效解決了油基鉆井液對地化錄井技術的影響，對頁巖油勘探開發(fā)及油基鉆井液條件下非常規(guī)儲層錄井含油性評價具有重要的現(xiàn)實意義。