鄂尔多斯盆地三叠系延长组页岩油储层裂缝特征及常规测井识别方法

唐小梅，曾联波，岳 锋，赵向原 （中国石油大学（北京）地球科学学院，北京102249）

王晓东，李向平 （长庆油田分公司油气工艺研究院，陕西西安710021）

鄂尔多斯盆地三叠系延长组页岩油储层裂缝特征及常规测井识别方法

唐小梅，曾联波，岳 锋，赵向原 （中国石油大学（北京）地球科学学院，北京102249）

王晓东，李向平 （长庆油田分公司油气工艺研究院，陕西西安710021）

鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7油层组底部广泛发育张家滩页岩，厚度15～60m，中间夹薄层细砂岩或泥质粉砂岩，是很好的页岩油储层。野外露头观察、岩心分析及成像测井资料解释均表明该页岩段近东西向高角度构造裂缝和近水平页理缝发育，为致密页岩油储层提供了良好的渗流通道。依据岩心分析和成像测井资料解释确定单井内裂缝类型和分布；选取对裂缝敏感的常规测井曲线自然电位、声波时差、密度、中子及深浅电阻率差比，根据岩心分析和成像测井解释结果，利用模糊神经网络推理系统确定不同测井曲线的权系数，采用综合概率指数法和分形维数法识别页岩油储层及裂缝。

页岩油；裂缝特征；常规测井识别；鄂尔多斯盆地

随着非常规油气在世界石油天然气工业中展现出举足轻重的作用，页岩油气作为一种非常规油气资源也越来越受到重视。近几年北美海相页岩气的成功勘探开发表明，富含有机质的低孔隙度、低渗透率的页岩也能成为有效的油气储层，其中最重要的因素就是要有足够的天然裂缝为储层提供有效的储集空间和主要的渗流通道［1～3］。国内学者的大量研究表明，中国存在海相页岩和陆相页岩，都有成为工业油气储层的可能，并在泌阳凹陷、辽河西部凹陷等地区成功获得页岩油气［4～7］。目前已有的研究成果侧重于页岩气储层中发育的裂缝类型、成因及评价等［8～10］，对页岩油储层中的裂缝研究甚少。

鄂尔多斯盆地上三叠统延长组长7油层组底部广泛发育湖相页岩，称为“张家滩页岩”，分布范围广、厚度较大、含油率较高，具有巨大的页岩油资源潜力［11，12］。目前将该层作为烃源岩的相关研究很多，但是将其作为页岩油储层来研究的很少。为此，笔者利用野外露头观察、岩心分析及成像测井资料，解释分析了鄂尔多斯盆地上三叠统延长组长7油层组页岩油储层的天然裂缝发育特征，研究了页岩段发育不同程度和不同类型天然裂缝时，对应深度段常规测井的响应特征，并提出了有效的识别方法，为该区页岩油储层的勘探开发提供了理论依据。

1 地质概况

鄂尔多斯盆地以阴山、大青山和狼山为北界，南到秦岭，西自贺兰山和六盘山，东至吕梁山，总面积大约37× 104km2。盆地内部构造相对比较简单，断层不发育，地层平缓，倾角一般小于1°（图1）。上三叠统延长组是一套在湖盆发展全盛期形成的以河流和湖泊相为主的陆源碎屑岩沉积，发育了盆地主要的含油层系，从上到下可以划分为10个油层组（即长1～长10油层组）［13］。其中长7油层组形成于湖盆最大扩张期，水体变深，沉积的范围也明显扩大，形成大面积的深湖－半深湖相的沉积，发育厚层的暗色泥岩和油页岩，特别是长7油层组底部的“张家滩页岩”，在整个盆地分布广泛，厚度约15～100m，有机质丰度高，是中生界最主要的烃源岩分布区［11］。

图1 研究区构造位置简图

该次研究的西峰油田合水区位于鄂尔多斯盆地中的伊陕斜坡西南缘。“张家滩页岩”在该区分布稳定，厚度约15～60m，有机质丰度较高，有机质含量属于中等偏上，干酪根的类型为Ⅱ2型，是常见的生油岩类型，生油品质较好，含油率高，潜力中等，能够为页岩油的形成提供充足的油气来源［11］。纵向上主要为1～2m的小层，中间夹薄层细砂岩或泥质粉砂岩，能够提供有效的储集空间。

2 裂缝分布特征

根据对该区野外露头观察、36口井共638．5m的岩心观察、描述与统计分析以及1口成像测井资料的裂缝分析，西峰油田合水区长7油层组页岩段主要发育有高角度构造裂缝（图2（a））、近水平成岩缝（图2（b））和近水平页理缝（图2（c））3种天然裂缝类型。近水平成岩缝通常顺微层面发育，并具有随微层面弯曲、断续、分枝等分布特点，侧向连通性差。页理缝则是由于页岩通常由在强水动力条件下形成的一系列薄层页岩组成，在机械压实作用和失水收缩作用下会沿着页理发生破裂，形成页理缝，是页岩中最为发育的裂缝，多数情况下表现为水平裂缝。野外露头观察和成像测井显示，该区页岩油储层控制流体渗流系统的主要是高角度构造裂缝和近水平页理缝。

图2 西峰油田延长组长7油层组页岩段岩心上观察的天然裂缝

3 裂缝的常规测井响应特征

依据岩心分析和成像测井资料解释结果确定单井内裂缝类型和分布。研究表明，不同类型裂缝发育段常规测井响应特征差异明显。岩性指示曲线上：井径（CAL）均无异常扩径或缩径现象，井径大小范围保持在21．5～22．1cm之间，平均井径约为21．8cm；自然伽马值（GR）在近水平页理缝发育段异常高，平均值超过400API，在高角度构造裂缝发育段略有降低，但也大大超过一般砂岩地层自然伽马值；自然电位（SP）明显负异常，且在近水平页理缝发育段负异常程度高于高角度构造裂缝发育段（图3）。三孔隙度曲线中：声波时差（AC）增大，且在近水平页理缝发育段增大程度高于高角度构造裂缝发育段；中子孔隙度（CNL）增大，有突然拔高现象，且在近水平页理缝发育段增大程度高于高角度构造裂缝发育段；密度值（DEN）变小，且在近水平页理缝发育段减小程度远高于高角度构造裂缝发育段（图4）。电阻率曲线上：电阻率值区别不大，但深电阻率（RT）和浅电阻率（RXO）差异明显不同，以高角度构造裂缝为主的层段深浅电阻率明显负差异，以近水平页理缝为主的层段明显正差异（图5）。

4 常规测井识别裂缝

由于“张家滩页岩”为富铀层，故自然伽马测井值只能用来识别页岩层的存在，其变化与裂缝变化关系不大。另外，井径曲线在整个页岩油储层段变化很小，也不能反映裂缝发育情况。因此，根据常规测井曲线对裂缝的敏感性，选取自然电位、声波时差、密度、中子及深浅电阻率差比，依据岩心分析和成像测井解释结果，利用模糊神经网络推理系统确定不同测井曲线的权系数，采用综合概率指数法和分形维数法识别页岩油储层及裂缝。

图3 岩性指示曲线交会图

图4 三孔隙度曲线交会图

图5 深浅电阻率曲线交会图

4．1 综合概率指数（CWP）方法

对比计算的各种特征参数曲线和钻井取心段的岩心观测资料或成像测井解释成果，分析各种特征参数对不同类型裂缝的识别能力，确定相应参数的加权系数，然后把所有特征参数综合起来，得到反映不同类型裂缝是否存在及发育程度的综合指标，然后根据综合指标的高低对裂缝发育级别进行分类［14］。具体步骤如下：

1）根据提取的裂缝异常特征参数，在关键井取心段或成像测井解释段中确定各种特征参数反映的裂缝发育的有效厚度hi（i＝1，2，…，m；m为反映裂缝特征参数的个数）。

2）计算出各种特征参数对应的裂缝发育厚度百分比：

式中，H为取心段的厚度或成像测井解释段厚度，m。

3）计算出各种特征参数对应的裂缝权系数：

4）综合所提取的各种特征参数，计算反映裂缝发育程度的综合概率指数CWP：

式中，wi为第i种对裂缝有反映的测井特征参数的加权系数；Curve，i为第i种对裂缝有反映的测井特征参数值。

最后得到的综合概率指数CWP越大，裂缝发育程度越高。由于解释井段无井径异常扩径段，故井径变化对解释结果几乎没有影响，提高了解释结果的可信度。

4．2 测井曲线分形维数方法

通过计算储集层测井曲线的分形维数D值，可以反映其裂缝发育程度［15］。计算方法是：将研究的储层段的测井曲线所在平面进行网格逐次加密，将曲线依次穿过的网格数分别记录为N（L1），N（L2），…，N（Lk），则可以得到网格数的统计公式：

式中，N为研究层段内曲线的数据点数；Lk为第k次网格加密后得到的网格数，1≤k≤t≤n，n为测井值个数；Vt为第t个测井值，电阻率测井可以用其对数值；Vmax为测井最大值；Vmin为测井最小值；INT（）为取整函数。

根据分形理论，记录曲线的数据点数能够存在一定的统计关系：

式中，C为常数系数；D为分形维数。

对式（5）两边取对数，则有：

用式（6）来拟合不同网格数Li与相应曲线穿过网格次数的N（Li）数据系列，就可以获得分形维数值D。D值越高，裂缝发育程度越高。

图6 常规测井解释裂缝结果与成像测井解释结果对比（庄30井，深度1888～1925m）

图6为西峰油田合水区庄30井长7油层组底部1888～1925m井段常规测井数据，应用综合概率指数法与分形维数法解释出裂缝发育位置及程度，将其与成像测井解释裂缝结果对比可以看出，应用常规测井资料在页岩油储层识别出裂缝的发育位置及程度与成像测井解释描述的裂缝符合性较好，符合率可达85%以上。表明对常规测井资料采用综合概率指数法及分形维数法识别页岩油储层裂缝是可靠的。因此，可将该方法应用到其他非取心井或无成像测井的井中识别裂缝。

5 结论

1）西峰油田合水区长7油层组页岩段主要发育高角度构造裂缝和近水平页理缝，天然裂缝控制整个储层的渗流系统。

2）常规测井曲线对长7油层组页岩段响应特征差异明显，能够根据常规测井曲线响应特征差异区分纯页岩层和细砂岩或泥质粉砂岩薄夹层，区分不同类型裂缝的存在。

3）综合概率指数法和分形维数法能有效识别页岩油储层裂缝，并定量确定裂缝发育程度。

［1］Gale J F W，Reed R M，Holder J．Natural fractures in the Barnett Shale and their importance for hydraulic fracture treatments［J］．AAPG Bulletin，2007，91（4）：603～622．

［2］Bowker K A．Barnett shale gas production，Fort Worth Basin：Issues and discussion［J］．AAPG Bulletin，2007，91（4）：523～533．

［3］李欣，段胜楷，孙扬，等．美国页岩气勘探开发最新进展［J］．天然气工业，2011，31（8）：124～126．

［4］Chen S，Zhu Y，Wang H，et al．Shale gas reservoir characterization：A typical case in the southern Sichuan Basin of China［J］．Energy，2011，36（11）：6609～6616．

［5］Zou C，Dong D，Wang S，et al．Geological characteristics and resource potential of shale gas in China［J］．Petroleum Exploration and Development，2010，37（6）：641～653．

［6］Huang J，Zou C，Li J，et al．Shale gas generation and potential of the Lower Cambrian Qiongzhusi Formation in the Southern Sichuan Basin，China［J］．Petroleum Exploration and Development，2012，39（1）：75～81．

［7］刘德华，肖佳林，关富佳．页岩气开发技术现状及研究方向［J］．石油天然气学报，2011，33（1）：119～123．

［8］Ding W，Li C，Li C，et al．Fracture development in shale and its relationship to gas accumulation［J］．Geoscience Frontiers，2012，3（1）：97～105．

［9］吴礼明，丁文龙，张金川，等．渝东南地区下志留统龙马溪组富有机质页岩储层裂缝分布预测［J］．石油天然气学报，2011，33（9）：43～46．

［10］王怡，徐江，梅春桂，等．含裂缝的硬脆性泥页岩理化及力学特性研究［J］．石油天然气学报，2011，33（6）：104～108．

［11］丁敏，姚志刚，张狄杰．鄂尔多斯盆地延长组长7页岩油存在的可能性分析［J］．石油化工应用，2011，30（12）：59～63．

［12］徐士林，包书景．鄂尔多斯盆地三叠系延长组页岩气形成条件及有利发育区预测［J］．天然气地球科学，2009，20（3）：460～465．

［13］杨俊杰．鄂尔多斯盆地构造演化与油气分布规律［M］．北京：石油工业出版社，2002．

［14］孙建孟，刘蓉，梅基席，等．青海柴西地区常规测井裂缝识别方法［J］．测井技术，1999，23（4）：28～32．

［15］尹燕义，柳成志，陈洪波，等．裂缝型储层裂缝发育程度分形描述方法［J］．大庆石油学院学报，1998，22（1）：10～12．

［编辑］ 龙 舟

P631．84

A

1000－9752（2012）06－0095－05

2012－02－20

国家重大科技专项（2011ZX05013－004）。

唐小梅（1979－），女，2002年大学毕业，讲师，博士生，现主要从事致密储层油气勘探开发方面的研究工作。