泌阳凹陷页岩油富集段资源评价及有利区预测

2014-06-15章新文李吉君朱景修颜鑫桐罗曦王民卢双舫

断块油气田 2014年3期

章新文，李吉君，朱景修，颜鑫桐，罗曦，王民，卢双舫

（1.中国石化河南油田分公司石油勘探开发研究院，河南郑州450000；2.中国石油大学（华东）非常规油气与新能源研究院，山东青岛266580；3.中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京102249；4.东北石油大学地球科学学院，黑龙江大庆168813）

0 引言

随着世界油气能源供给的日趋紧张和常规油气勘探开发形势的日趋严峻，非常规油气已引起人们的高度重视。北美勘探实践表明，目前发展势头最快、潜力最大的属页岩油气。20 世纪90年代后期，页岩气在美国率先实现商业化、规模化，此后产量迅速增加，使得美国天然气价格持续走低，于是众多石油公司开始把目光瞄准更具经济价值的页岩油。国外勘探实践证实，页岩油资源同样潜力巨大。如美国Bakken 的页岩油资源量达570×108t［1］，俄罗斯西西伯利亚盆地萨累姆油田上侏罗统巴热诺夫组页岩油储量高达13.7×108t［2］。在我国以往常规油气勘探过程中，松辽盆地、渤海湾盆地、南襄盆地等东部含油盆地发现了众多泥岩裂缝油藏［3-7］，在一定程度上显示了页岩油的资源潜力。

2011年泌阳凹陷泌页HF1 井通过水平井分段压裂技术获得日产23.6 m3的高产油流，率先取得我国陆相页岩油开发的突破，具备较好的勘探开发前景［8-9］。页岩油资源开发能否取得成功主要取决于页岩油的资源丰度及其可采性。页岩油的渗流能力远低于页岩气，开采难度大，因此对于页岩油开发需要更加重视其资源丰度，重点寻找页岩油富集段。页岩油的开采性主要受控于泥页岩的可压裂性、地层压力和原油物性等。基于上述认识，本文首次对泌阳凹陷页岩油富集段进行了系统划分，继而对其资源量进行了评价，最后结合可采性指出了泌阳凹陷下步页岩油勘探开发的有利区。

1 富集段页岩油资源评价

1.1 评价标准的建立

通过对泌阳地化分析数据的统计整理，建立了氯仿沥青“A”质量分数和残留烃量（S1）与总有机碳质量分数（TOC）的对应关系（见图1）。

图1 泥页岩含油性与有机质丰度的散点对应关系

由图1可以看出，氯仿沥青“A”质量分数、S1随TOC 的增大总体呈上升趋势，并表现出明显的3 段性特征。稳定的高值段表明所生的油量基本达到饱和，多余的油被排出，这类泥页岩的含油量最为丰富，是近期页岩油评价和勘探最现实的对象，为富集资源；上升段页岩含油量居中，待未来技术进一步发展后才有望成为开发对象，为低效资源；稳定低值段有机质丰度低，近期难以被经济有效开发［10］。

现阶段对于页岩油的勘探开发，应优先选择富集资源，寻找页岩油富集段，即泥页岩层系中具备一定厚度，有机质丰度达到富集资源标准，或达到富集资源标准比例较高的层段。为方便油田现场推广应用，本次研究将富集资源的TOC 标准定为2%，将泥页岩层系中达到富集资源标准的泥页岩厚度比例超过2/3、总厚度超过10 m 的层段定义为页岩油富集段。

1.2 泥页岩有机非均质性测井识别

受取样来源和分析经费的限制，实验所得分析数据有限，因此不能全面评价烃源岩质量。而利用测井技术所得的地球物理勘探资料，可以建立起测井资料与烃源岩有机质质量分数间的定量关系模型，进而对烃源岩进行预测与评价［11-12］。本次研究使用改进的ΔlogR方法，无需人为确定基线值及有机碳质量分数背景值，通过计算机可以直接拟合测井值与有机碳质量分数之间的关系式［13-14］。

利用测井数据资料计算出的TOC、氯仿沥青“A”质量分数和S1值与岩样实测值吻合较好，说明了测井评价泥页岩有机质丰度和含油性具有可行性，为下步富集段的划分和资源评价奠定了基础。本次研究共对已进入生烃门限且发育有效泥页岩层系的104 口井进行了有机非均质性的测井评价，分布广泛的井位为富集段划分及资源评价工作的细致开展奠定了基础。

1.3 富集段划分及页岩油资源评价

根据富集段划分标准及泥页岩有机非均质性的测井识别结果，本次研究对泌阳凹陷核桃园组（H21—H38 段）页岩油富集段进行了细致刻画和统计。结果表明，H32，H33 层位富集段最为发育，具备连片的规模分布，其他层位富集段发育较为分散。

通过大量的单井对比分析发现，泌阳凹陷H32，H33 页岩油富集段主要发育在H32 下部、H33 上部及中部。其中，H33 中部富集段最为发育，在深凹区存在西北和东南2 个发育区，且东南发育区富集段厚度高于西北区，2 发育区中心分别处于泌47 井区和泌149井区。目前泌阳凹陷已取得突破的安深1、泌页HF1、泌页HF2 井页岩油开发层位处于该富集段的东南发育区，但并非中心区域。

对于泥页岩含油性的表征，通常采用氯仿沥青“A”质量分数和S1这2 个指标。受实验方法限制，氯仿沥青“A”检测存在轻烃损失，而S1同时存在轻烃和重烃损失，这2 参数仅是揭示页岩油中烃的量，对于页岩油资源量的计算需结合其族组成进行折算。理论上，在考虑上述影响因素的情况下，采用2 个含油性指标所计算的页岩油资源量应当相同。为进行对比验证，本次研究采用2 个含油性指标分别对泌阳凹陷页岩油富集段的资源量进行计算。对于S1重烃补偿矫正可通过样品抽提前后裂解烃S2的差值进行矫正［15］。对于轻烃补偿矫正可通过化学动力学方法进行，选取未—低成熟岩石样品进行Rock-Eval 和PY-GC 实验，分别建立标定原油中轻烃（C6—13）和烃（C6+）生成的化学动力学模型，进而进行地质应用，便可得出不同成熟度条件下页岩油中轻烃的比例。

对于页岩油资源量的计算，本文采用体积法。经计算，氯仿沥青“A”法得出的富集段H32 下部页岩油资源量为0.24×108t，H33 上部0.23×108t，H33 中部0.91×108t，合计1.38×108t。S1法得出的富集段H32 下部页岩油资源量为0.27×108t，H33 上部0.24×108t，H33 中部1×108t，合计1.51×108t。2 种计算方法得出的页岩油资源量比较接近，说明了本次页岩油资源评价方法的合理性，取2 种方法的均值，3 个富集段页岩油总资源量约为1.45×108t。

泌阳凹陷H33 中部的富集段氯仿沥青“A”资源强度等值线图（见图2）可以看出，受控于富集段厚度的页岩油资源强度也存在西北和东南2 个高值区。其中，泌149 井区资源强度最高，达200×104t/km2，泌163—泌270 井区也具有较高的资源强度，约为150×104t/km2，安深1—泌页HF1 井区约为100×108t/km2，与前2井区有一定差距。泌149 和泌163—泌270 井区富集段也有较好气测异常，显示具有较好页岩油气前景。

图2 页岩油资源强度与黏土矿物质量分数叠合

2 富集段页岩油可采性评价

由于泌阳凹陷无明显超压，对页岩油可采性的评价主要考虑泥页岩的无机非均质性和原油物性。

2.1 泥页岩无机非均质性测井识别

一般认为泥页岩主要由黏土矿物组成，其次为碎屑矿物如石英、长石和少量自生非黏土矿物，包括铁、锰、铝的氧化物和氢氧化物，以及碳酸盐、硫酸盐、硫化物、硅质矿物和一些磷酸盐等。实际上矿物组成及其质量分数变化很大，这对裂缝发育具一定控制作用。北美主要页岩油气产区开发实践揭示，其石英、钙质等脆性矿物的质量分数一般大于50%，有利于压裂改造［16-18］。从工区泥页岩矿物组成分析数据可以看出，泌阳凹陷的黏土质量分数大多处于20%～50%；碳酸盐质量分数处于10%～40%；石英、长石、黄铁矿的质量分数多数集中在30%～70%。泌阳凹陷核桃园组泥页岩脆性矿物质量分数总体较高，有利于泥页岩储层的压裂改造。

由于实际分析数据有限，为了明确工区的无机非均质性，本次研究采用密度-中子差值法，利用测井数据对工区泥页岩的黏土矿物质量分数进行了定量评价，测井识别结果与实测值吻合良好，说明了测井识别方法的可行性。结果表明，泌阳凹陷H33 中部富集段黏土矿物质量分数均值主要分布在20%～40%，与实测数据总体相当，进一步反映了研究区泥页岩脆性较好。

2.2 原油物性

原油物性是影响页岩油开采的重要因素之一，目前北美地区所产页岩油主要为轻质油（含凝析油）［19-21］。影响原油物性的因素主要有：一原油的胶质、沥青质质量分数；二原油溶解天然气的数量。泌阳凹陷原油、泥页岩抽提物随深度变化关系见图3a，3b。可以看出，随深度（成熟度）的增加原油及抽提物中胶质与沥青质的质量分数呈明显的降低趋势。

安深1 井、泌页1 井原油性质介于同深度常规原油与泥页岩抽提物之间。这主要是由于原油从源岩初次运移过程中存在组分分馏作用，烃类更多地排出，而胶质和沥青质则更多地残留在泥页岩中；与源岩抽提物相比，安深1 井和泌页1 井早期所产原油主要源自较大的孔缝（层理、裂缝），跟基质孔隙中原油相比烃类质量分数较高，且源岩抽提物存在轻烃损失的问题。随着胶质、沥青质质量分数的降低，原油的密度和黏度呈明显下降趋势，特别是在2 800 m 左右，原油密度和黏度开始骤减（见图3c，3d）。

泌页1 井、安深1 井由于埋深较小，有机质成熟度较低（Ro平均值0.86%），所产原油的密度和黏度均处于高值区。从原油物性考虑，2 800 m 以下应是页岩油开发的有利深度段。此外，地质条件下埋深较大的高成熟度原油通常具有较高的气油比和温度，这些均会进一步降低原油黏度。

图3 原油、抽提物及原油物性随深度变化规律

3 页岩油有利区预测

页岩油的富集程度、物性和泥页岩储层的脆性、埋深，以及地表条件，共同影响着页岩油能否被有效地开发利用。泌阳凹陷的埋深大多小于4 000 m，地表以平原为主，均达到了页岩油资源开采的要求，不会成为页岩油资源有效开发利用的制约条件。从资源强度方面看，泌149 井区应成为下步研究重点，同时泌163、泌270 井区也具有较高的资源丰度。从原油物性考虑，泌163、泌270 井区富集段埋深超过2 800 m，对应页岩油黏度较低，便于开采。从矿物组成看，上述2 井区均处于脆性矿物质量分数的高值区，有利于地层压裂改造。

综上所述，泌149 和泌163、泌270 井区所在的泌阳凹陷东南部地区应是下一步页岩油勘探开发的较有利区。