泥页岩地层孔隙流体实验数据分析

王 敏

(中国石化胜利油田分公司 地质科学研究院，山东 东营 257000)

泥页岩地层孔隙流体实验数据分析

王 敏

(中国石化胜利油田分公司 地质科学研究院，山东 东营 257000)

由于缺乏取心资料和系统研究，使得国内外对于陆相盆地泥页岩含油率的测定还没有一个明确的标准，从而缺乏对泥页岩孔隙流体分布规律的认识。该文从实验室条件分析出发，采用常压干馏法和氦气法分别获取了泥页岩的含水量、含油量和孔隙度。实验结果表明，采用常规方法测量的泥页岩孔隙流体分布规律异于常规砂岩储层，集中表现在：(1)泥页岩地层的含水饱和度与含油饱和度之和大于100%；(2)随着孔隙度的增加，岩石单位含油体积变大，而单位含水体积不变。从测量方法和测量条件出发，剖析了出现该现象的原因，并给出了相应解释。该结果对于泥页岩非常规油气的深入研究和重新认识有一定的参考意义。

密闭取心；含油体积；含水饱和度；含油饱和度；孔隙流体；泥页岩

在现今非常规油气勘探的背景下，陆相盆地泥页岩油气藏作为我国东部老油田重要的能源接替阵地，逐渐成为勘探的热点和难点[1-8]。国内对泥页岩的系统研究及开发相较国外起步晚，因此在某些具体问题，如泥页岩孔隙流体分布特征上缺乏明确的认识，特别是与国外相比，我国陆相盆地相变快、沉积不稳定、实验手段缺乏借鉴等因素更是制约了研究者对于页岩油气的认识[9-11]。胜利油田济阳坳陷多套层系普遍发育泥页岩[12-15]，为加深对泥页岩孔隙流体分布特征的认识，辅助泥页岩勘探研究，本文从胜利油田第一口系统的针对泥页岩的密闭取心井资料分析入手，利用交会图手段分析了泥页岩与常规砂岩孔隙流体实验规律的不同，并结合实验条件对其特征进行了详尽刻画和合理解释，以期对泥页岩勘探研究有所帮助。

1 实验方法

实验室岩心油水饱和度测定方法主要包括蒸馏抽提法、常压干馏法、研磨萃取法、浸泡、烘干法等，但是针对泥页岩含油率的测定方法目前还没有一个明确的标准，国内外也缺乏对于陆相泥页岩样品的岩心数据分析，从而使得对泥页岩孔隙流体分布规律缺乏系统认识[16-19]。

H井为胜利油区沾化凹陷的一口针对泥页岩的密闭取心井，目的层为半咸—淡水湖相沉积岩，岩性以油页岩、油泥岩为主，系统的保压密闭取心及合理保存，加上后期丰富的实验数据为泥页岩油气的研究提供了便利条件。本次研究采用胜利油田地质科学研究院提供的实验数据，采用常压干馏法和氦气法，先后测定了岩心的含水量及孔隙度。实验仪器包含干馏筒、WS2000微量水分测定仪及对流烘箱。

实验的具体步骤如下：(1)制备一块完整的岩心，称其质量m1；(2)将岩心放入干馏筒中，将干馏筒放入设定温度为150 ℃的烘箱中，干馏时间为24 h；(3)干馏结束后立即将干馏筒放入冷水中冷却30 min(冷却时，水不要浸至密封盖)，取出干馏筒， 擦干筒外水珠，打开密封盖，迅速加入无水乙醇，密封浸泡24 h后取4～6 mL溶液置于密封的小瓶中待测；(4)使用微量水分测定仪测量乙醇水溶液中水的电解值，再用标准溶液作标准曲线，把乙醇水溶液中水的电解值和标准曲线做比对，得到岩样的含水体积Vwa；(5)制备的完整岩样进行洗油、烘干以后称其质量m2；(6)利用氦气法测量岩心孔隙度。

在获得岩心孔隙度的基础上，采用下述公式进行计算，便可得到岩心含水及含油饱和度。

Vwa=k(h-a)

式中：Vwa为岩样含水体积；k为含水标准曲线的斜率；h为使用微量水分测定仪测量乙醇水溶液中水的电解值；a为含水标准曲线与横坐标的交点；m1为岩样质量；m2为烘干的岩样质量；ρw，ρa，ρo分别为水的密度、岩石密度和油的密度；φ为岩石的有效孔隙度；Sw为含水饱和度；So为含油饱和度。

2 实验数据特征及原因分析

分析实验室测量的含水饱和度、含油饱和度及孔隙度之间的相互匹配关系，可以得到异于常规砂岩孔隙流体分布规律的特征。

2.1含水、含油饱和度之和与孔隙度的关系

常规砂岩储层中，若不考虑油气散失，含油饱和度与含水饱和度之和应为常数100%，而在我国东部探区陆相泥页岩地层中，这种情况有所不同。

图1为根据H井泥页岩岩心分析数据获取的含油饱和度及含水饱和度之和与孔隙度的关系图，从图1中可以看到，孔隙度小于6%的样品点中，部分岩心的含油饱和度和含水饱和度之和大于100%，最大可达到170%，这与纯砂岩中二者之和小于等于100%的情况是不同的。图2为利用胜利油区沙三下亚段砂岩密闭取心资料统计的孔隙度与含油饱和度及含水饱和度之和的关系图，可以看出，由于降压脱气及油气散失，砂岩中含油饱和度与含水饱和度之和均小于100%。

通过对比和分析发现，在现有的实验条件和操作步骤下，这种现象在泥页岩中是普遍存在的。究其原因，可能是以下因素引起的：实验室在150 ℃高温条件下，获取的含油量不仅仅来源于岩石中的无机孔隙，也有一部分来自于有机质中纳米级别的微孔隙，甚至有可能一部分来源于干酪根的高温裂解，当进一步在常温条件下测量岩石孔隙度时，氦气无法进入到有机质中纳米级别的微孔隙，所测得的孔隙体积无法反映有机质中的微孔隙。在这种情况下，导致孔隙体积测量值偏小，从而使得部分岩心计算得到的含油饱和度与含水饱和度要高于100%，这种现象在目前实验方法和条件下是泥页岩独有的特征。

这种情况下，若采用岩心高压饱和法，持续加压一定时间，使微孔隙和细小喉道能够充分饱和进而测量孔隙度，可在一定程度上减少含水饱和度和含油饱和度之和超过100%的现象，但仍然无法完全消除。因此，亟待建立合理和精确的实验室分析方法,从而实现对泥页岩的精细分析和评价。

图1 胜利油田沙三下亚段泥页岩孔隙度与岩石含油饱和度和含水饱和度之和的关系

图2 胜利油田沙三下亚段砂岩孔隙度与岩石含油饱和度和含水饱和度之和的关系

图3 胜利油田沙三下亚段泥页岩孔隙度与含水饱和度关系

2.2含油、含水饱和度与孔隙度关系

由图3可以看出，孔隙度的增大，含水饱和度降低，这与纯砂岩地层的流体变化规律是一致的。鉴于泥页岩中准确的含油饱和度应该是利用100%减去含水饱和度得到的，因此可以认为随着孔隙度的升高，含油饱和度是逐渐变大的。

2.3含油体积、含水体积与孔隙度关系

为了考察岩石中含油体积、含水体积与孔隙度的关系，利用岩石孔隙度与含油饱和度及含水饱和度分别乘积，通过换算可得到每立方米的含油体积和含水体积，单位为m3。图4和图5分别为孔隙度和每立方米岩石含油体积及含水体积的交会图。由图4中可以看到，本井的泥页岩孔隙度介于1%～14%之间，主要分布范围集中在8%以下，随着孔隙度的增大，含油体积在0.002～0.09 m3之间变化，呈逐渐增大趋势，即孔隙度越大，含油体积越大，即含油量越大。而在图5中，随着孔隙度的增大，含水体积变化较小，特别是在孔隙度小于8%的范围内(即泥页岩主要分布区间)，含水体积基本保持不变，集中分布在0.01 ～0.02 m3附近的范围内，即地层中的含水体积不随孔隙度的增大而增大，而是基本保持在一个稳定值上，若考虑到泥页岩中的水主要来源于原生孔隙中的不可动水，则这种现象与国外普遍持有的对于沉积相近的特定岩性下储集体单位体积的束缚水含量基本恒定的观点是相符的[13]。藉此我们可以得到以下结论：在此类泥页岩地层中，含水量保持稳定，物性越好，含油饱和度越高，则含油量越大。

图4 胜利油田沙三下亚段泥页岩孔隙度与岩石含油体积关系

图5 胜利油田沙三下亚段泥页岩孔隙度与岩石含水体积关系

上述实验表明，在现有实验条件下，泥页岩与纯砂岩中地层孔隙流体分布规律不同，并通过对实验条件和实验步骤的剖析，给出了相应的解释。综合分析来看，泥页岩地层的含油量与物性有着较好的关系，物性越好，含油量越高。

3 结论

1)利用常压干馏法和氦气法获取的含油饱和度与含水饱和度之和大于100%，分析可能是由于高温下干酪根的裂解和常温下氦气法的孔隙度测量值偏小的缘故。

2)随着孔隙度的增加，含油体积逐渐变大，而含水体积不变。据此，在计算泥页岩地层含油饱和度时，可首先求取含水饱和度，再利用100%减去含水饱和度获得。

致谢：在论文的写作和修改过程中，得到了胜利油田地质科学研究院朱家俊教授级高级工程师的悉心指点和无私帮助，在此表示感谢。

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(编辑徐文明)

Analysisofshalefluidexperimentdata

Wang Min

(GeoscienceScientificResearchInstitute,SINOPECShengliOilfieldCompany,Dongying,Shandong257000,China)

There is still no clear standard in determining oil volume of continental basin shale in domestic and abroad due to the lack of coring data and systematic research. Therefore the deeply understanding of fluid distribution law in shale is also lacked. Based on the laboratory conditions today, the water content, oil content and porosity of shale are measured by the atmospheric dry distillation method and the helium method. The experimental results show that the pore fluid distribution law in shale is different from conventional sandstone. 1) The sum of water saturation and oil saturation is greater than 100% in shale; 2) With the increasing of porosity, oil volume is also increasing while water volume is constant. A reasonable explanation for the phenomenon is given by analyzing the experiment methods and conditions. This understanding might be significant for the in-depth research and understanding of unconventional shale reservoir.

sealed coring; oil volume; water saturation; oil saturation; pore fluid; shale

1001-6112(2013)02-0199-03

10.11781/sysydz20130215

TE135

A

2012-04-17；

2013-01-04。

王敏(1982—)，男，博士，从事非常规油气测井评价研究。E-mail：wangmin136.slyt@sinopec.com。

中国石化页岩油气资源评价及选区专项子课题2“胜利油田东部探区页岩油气资源评价及选区研究”(YYYQ-ZP-02)和中国石化科研攻关项目“济阳坳陷页岩油富集条件与有利区预测”(P12062)资助。