油页岩含油率的测井评价方法

王翠平，潘保芝，林鹤，谷丙洛，魏代云，任志明

（1.吉林大学地球探测科学与技术学院，吉林长春130026；2.中国石油大学，北京100429；3.中国科学院地质与地球物理研究所，北京100029；4.中国科学技术大学，安徽合肥230026）

油页岩含油率的测井评价方法

王翠平1，潘保芝1，林鹤2，谷丙洛3，魏代云4，任志明2

（1.吉林大学地球探测科学与技术学院，吉林长春130026；2.中国石油大学，北京100429；3.中国科学院地质与地球物理研究所，北京100029；4.中国科学技术大学，安徽合肥230026）

针对成熟阶段的油页岩，提出了一种评价油页岩微小孔隙中含油率的方法。应用测井资料，定量求取油页岩各组分的体积含量，得到较为精确的油页岩孔隙度值和泥质含量。通过导电机理的分析，建立油页岩导电模型。利用测井资料确定方程中各参数，对油页岩含油率进行定量评价。实际应用表明，该方法对富含有机质、泥质含量较多的油页岩具有较好的适用性。利用测井资料定量评价油页岩含油率，可有效弥补实验室测样的不足，并为油页岩研究提供有价值的参考资料。

测井解释；油页岩；含油率；泥质含量；导电模型；定量评价

0 引 言

油页岩含油率主要靠实验室铝甄低温干馏方法测量［1－4］，耗时，昂贵，且不连续。另一种方法是通过分析油页岩的测井响应特征，结合对油页岩岩心分析结果，运用回归分析方法得到计算油页岩含油率的统计模型［5－6］，该方法连续性较好，但是需要对大量的岩样数据进行统计分析，而这些数据是在特定地质条件下采集，具有区域性特征。还有学者通过测井资料得到有机碳含量，进而求取含油率［7］，该方法间接求取含油率，周期长，费时费力，精度有待提高。本文从油页岩岩石的导电机理入手，研究油页岩含油率的求取方法。根据石油呈油相初次运移的模拟实验可知，在页岩中生成的、呈分散状态的石油，当其达到一定数量，即超过残余油饱和度时，就会以其原有相态与水一起运移［8］。当油页岩达到一定的成熟度，油页岩的微小孔隙中就可能存在着游离状态的油，倘若用测井资料准确、快速地计算出油页岩中这部分的含油率，就能有效弥补实验室测样的不足，为油页岩的研究提供非常有价值的参考资料。本文以油页岩含油率为出发点，应用测井资料求取油页岩各组分的体积分数，在此基础上，对其导电机理进行分析，提出适合于油页岩的导电模型，从而得到直接用测井资料定量评价含油率的方程。

1 油页岩各组分体积分数的求取

含油率是一个与含水饱和度有关的质量参数，要对其进行定量评价，必须精确求取油页岩岩石各组分的体积分数。有人认为［9］富含有机碳的烃源岩由3部分组成：岩石骨架、固体有机质和孔隙流体。油页岩是烃源岩的一种，除了岩石骨架、孔隙流体和固体有机质之外，还含有较多的泥质。本文在常规的应用线性方程组求取各组分体积分数方法的基础上，提出了一种改进方法。

首先，认为泥质和固体有机质是同一种组分，其体积分数记为V′sh。选取密度、声波时差2条测井曲线建立相应方程组

式中，ρ、Δt分别为密度、声波时差测井值；φ为孔隙度；Vma为骨架的体积；ρma、ρsh、ρφ分别为骨架、泥质与有机质混合组分、孔隙水的密度值；Δtma、Δtsh、Δtφ分别为骨架、泥质与有机质混合组分、孔隙水的声波时差值。

求解式（1），即得到Vma、V′sh、φ。有机质是由沥青和干酪根组成，其中干酪根含量占85%～90%，因此方程中涉及的有机质参数（见表1）是用该地区干酪根的相关参数代替的；另外，由于泥质参数随地区的不同变化比较大，故泥质参数是用相应井段的泥岩数据作交会图得到。

表1 体积模型各组分参数表

然后，精确求取泥质和有机质混合组分中的有机质含量。根据史冀忠在内蒙古巴格毛德地区油页岩的研究可知，巴格毛德浅12井的有机碳含量TOC与电阻率Rt和声波时差Δt有一定相关关系，其统计关系式为［5］

根据式（2），应用巴格毛德浅12井的Rt和Δt测井数据，得到有机碳含量。有机碳是指沉积岩中与有机质有关的碳元素，它是以碳元素多少表示岩石中有机质的含量。有机质的密度与水近似［5］，故而这里用求得的有机碳含量来表示体积模型中的有机质含量VTOC即

从混合组分中除去有机质含量，即得到了油页岩中泥质的体积分数Vsh，即

这样，就得到油页岩各组分的体积分数，尤其是得到较为精确的泥质含量和孔隙度值，为建立导电模型求取含油率奠定基础。

2 含油率定量评价方程的提出

油页岩中富含固体有机质，有机质具有密度低和吸附性强等特征，决定了油页岩在测井曲线上一般显示为高伽马、高电阻率、高声波时差、低密度异常［10］。油页岩的这种特性决定了其与泥岩、砂岩的测井曲线有明显差异。在正常情况下，地层有机质含量越高，测井曲线异常响应越明显。

油页岩中所含的有机质不具导电性，从而减小了油页岩中泥质的导电能力，使油页岩的电阻率增大［10］。岩石骨架和有机质均不导电，只有泥质和孔隙流体具有导电性。据此，在已有的砂泥岩导电模型的基础上，提出了适合于油页岩的导电模型

考虑到含油率是一个质量分数，而含水饱和度是一个体积分数，故而两者存在关系

结合式（5）和式（6），可得到含油率的定量评价方程

该含油率方程主要考虑了固体有机质对泥质导电能力的影响，将2种组分对电导率的综合作用结果以泥质含量Vsh的形式表现在方程中。由此可见，固体有机质含量和泥质含量对含油率的求取结果起到相当大的影响作用。

3 应用实例

这样，就可以应用测井数据，求取油页岩各组分的体积分数，得到方程中的Vsh、φ值，并将确定好的相应参数代入含油率定量评价方程，即可得到油页岩含油率，从而得到油页岩层段的综合测井解释结果（见图2）。

图1 巴格毛德浅12井泥岩段声波－电阻率交会图

将应用含油率方程求取的含油率与分析含油率进行对比（见图3），有很好的相关性，计算的相关系数R＝0.970 3，绝对误差E＝0.683 5%。图3中被圈住的油页岩含油率数值达到3.5%以上，根据刘招君关于油页岩的定义［2］可知，这部分油页岩已经达到了工业标准，可对其进行开采。

图2 巴格毛德浅12井（89～107 m层段）综合测井解释图

图3 含油率方程计算的含油率与分析含油率交会图

4 结 论

（1）油页岩含油率方程的提出，是在分析油页岩的导电机理，考虑油页岩各体积组分对其导电性的贡献，建立油页岩导电模型的基础上提出的。该方法使得利用测井资料求取含油率不再仅局限于借助有机碳含量间接获得，而是一种直接利用测井资料定量评价油页岩含油率的方法。

（2）油页岩各组分体积分数的求取，既应用了常规的求解线性方程组方法，又有改进之处。结果表明，该方法对富含有机质、泥质含量较多的油页岩具有较好的适用性。

（3）含油率方程参数的确定，借鉴了常规储层的评价方法，从参数值的大小可以看出，该含油率定量评价方程适用于低矿化度地层水的油页岩。当然，方程中涉及的参数还受很多因素影响，例如有机质成熟度、地层温度等。

（4）应用含油率定量评价方程求取的结果与实验室分析含油率数据吻合较好，但也存在一定差异，可能是由参数的确定存在误差所致，也可能是由该应用地区油页岩的成熟度过低所导致的。因此，本文探索的方法可能更适用于成熟程度较高的油页岩地层。

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［9］ 王贵文，朱振宇，朱广宇.烃源岩测井识别与评价方法研究［J］.石油勘探与开发，2002，29（4）：50－52.

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Log Evaluation Procedure of Oil Shale’s Oil Cut

WANG Cuiping1，PAN Baozhi1，LIN He2，GU Bingluo3，WEI Daiyun4，REN Zhiming2
（1.College of Geo－exploration Science and Technology，Jilin University，Changchun，Jilin 130026，China；2.China University of Petroleum，Beijing 100429，China；3.Institute of Geology and Geophysics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100029，China；4.University of Science and Technology of China，Hefei，Anhui 230026，China）

Put forward is an oil cut evaluation method for oil shales in minute pore in mature stage.The volume fractions of each component in the oil shales are calculated quantitatively by using log data，and then obtained are comparatively accurate oil shales porosity and shale content.Oil shales conductivity model is established by analyzing electrical conduction mechanism.And parameters in the conductivity model are determined from log data，so as to quantitatively evaluate oil cut of the oil shales.Practical application shows that this method has better applicability for oil shale rich in organic matter and shale content.Using log data to quantitatively evaluate oil shale’s oil cut can effectively make up for deficiencies of laboratory test samples，and provide a valuable reference for research on oil shales.

log interpretation，oil shale，oil cut，shale content，conductivity model，quantitative evaluation

1004－1338（2011）06－0564－04

P631.84

A

油页岩资源地球物理探测关键技术及仪器（项目编号：OSR－02）资助

王翠平，女，1985年生，硕士研究生，从事测井评价方面的研究。

2011－05－25 本文编辑 王小宁）