泌阳凹陷陆相页岩油资源与有利区评价

2015-07-02朱景修章新文贾艳雨吴元斌

石油地质与工程 2015年5期

关键词：泌阳资源量气量

朱景修，章新文，罗曦，贾艳雨，胥玲，吴元斌

(1.中国石化河南油田分公司勘探开发研究院，河南郑州 450046；2.中国石化河南油田分公司采油一厂)

泌阳凹陷陆相页岩油资源与有利区评价

朱景修1，章新文1，罗曦1，贾艳雨1，胥玲1，吴元斌2

(1.中国石化河南油田分公司勘探开发研究院，河南郑州 450046；2.中国石化河南油田分公司采油一厂)

泌阳凹陷为中国东部新生代典型富油凹陷，古近系核桃园组沉积了富含有机质湖相泥页岩，前期研究表明，泌阳凹陷深凹区核桃园组具备形成陆相页岩油的有利条件。两年多来，通过开展泌阳凹陷陆相页岩油地质评价和综合研究，形成了包括地质多参数综合评价、岩石学分析、测井储层评价、录井储层评价、地球物理储层预测、资源评价、有利目标评价、水平井优化设计等8项关键技术的地质评价技术系列，其中资源评价及有利区评价技术为页岩油气地质评价最为关键的技术。通过含油气页岩层厚度、面积及含油气量等资源评价关键参数研究，利用体积法计算泌阳凹陷主力页岩层页岩油资源量4.2253×108t，页岩气资源量729×108m3。利用有机碳、热演化程度、孔隙度、渗透率等6项页岩油评价指标，结合泌阳凹陷勘探实践，初步建立了泌阳凹陷陆相页岩油有利区评价标准。

泌阳凹陷；陆相页岩油；地质评价技术；资源评价；有利区评价

页岩油是指产自页岩地层中的油气资源，是以孔隙+裂缝为主要储集空间的自生自储式的连续型油藏。一般页岩油与页岩气为共生关系，当Ro在0.7%～1.1%，以页岩油为主；当Ro大于1.1%时，以页岩气为主[1]。目前北美地区页岩油气勘探开发已然成熟，而国内大部分页岩油气潜力盆地还处在资源评价及区带评价阶段，且尚未形成统一的页岩油气资源评价标准和有利区评价标准，仅国土部出台了页岩气资源评价初步标准。本文以南襄盆地陆相富油凹陷泌阳凹陷为例，阐述了资源评价及有利区评价等两项陆相页岩油地质评价关键技术及其应用，明确了泌阳凹陷页岩油气资源量及分布特征，预测评价了主力页岩层有利区，有效地指导了泌阳凹陷陆相页岩油勘探开发，为中国陆相盆地页岩油气地质评价起到一定的借鉴作用。

1 地质概况

泌阳凹陷为一中新生代断控凹陷，位于南襄盆地东北角,主要分为北部缓坡带、中部深凹带、南部陡坡带三个次级构造单元[2]。自上而下依次沉积第四系平原组、新近系凤凰镇组、古近系廖庄组、核桃园组、大仓房组和玉皇顶组地层，核桃园组是泌阳凹陷主要的生油与储集岩段。泌阳凹陷作为中国东部典型富油凹陷之一，面积1 000 km2，烃源岩最大厚度1 900 m，分布面积640 km2，资源量3.85×108t。研究表明，泌阳凹陷页岩主要发育在古近系核桃园组H2至H3上段，纵向累计厚度达620 m，单层厚度达84 m；平面上主要分布在深凹区，与较深-深湖相吻合，面积近400 km2；有机质丰度大于2%占70%，有机质类型以Ⅰ型和Ⅱ1型为主；热演化程度Ro在0.6%～1.8%；储层储集空间类型多，主要发育有方解石溶蚀孔、黏土矿物晶间孔、粒间孔、有机质孔、构造缝、层间缝、微裂缝等。石英、长石、碳酸岩等脆性矿物含量为68%～83%。综合评价认为泌阳凹陷页岩具有纵向厚度大、横向分布范围较广、有机质丰度高、热演化程度适中、储集空间发育、脆性矿物含量高等特征，具备良好的陆相页岩油气形成条件[3-4]。

2 资源评价技术

2.1 页岩油气资源评价方法

本次资源评价采用高勘探程度资源评价所应用的体积法。体积法主要利用有效页岩厚度、面积、密度、氯仿沥青“A”含量、“S1”含量、含气量等关键参数来计算页岩油气资源量。由于泌阳凹陷地质条件较为简单，且勘探程度十分高，井控程度高，利用目前的钻井资料及实验分析资料能够较为准确地确定有效页岩厚度、面积等资源参数。

2.1.1 利用“氯仿沥青A”、“S1”含量计算页岩油资源量

Q=VρAKa

(1)

或Q=VρS1Ks

(2)

式中：Q——页岩油资源量，t；V——有效页岩的体积,m3；ρ——页岩的岩石密度,t/m3；A——页岩单位岩石氯仿沥青“A”含量；Ka——氯仿沥青“A”轻烃补偿系数；S1——页岩热解S1参数；Ks——轻烃和重烃校正系数。

评价计算页岩油资源量即评价计算页岩残留的液态烃量，可通过实验测量页岩氯仿沥青“A”及“S1”含量，再通过轻烃及重烃损失校正，最终求得页岩中页岩油资源量，乘以页岩油可采系数，即求得页岩油开采资源量。轻烃校正是指在进行热解、氯仿沥青A抽提等地化实验前，页岩样品轻质液态烃(C6-C13)挥发损失需要校正；重烃校正是指热解实验测出的S1仅代表300 ℃之前热解出的烃，但是在S2中仍有一部分重质的液态烃未能在300 ℃前热解出来。因此要利用氯仿沥青“A”、热解“S1”实测数据计算页岩中液态烃含量，需要进行氯仿沥青“A”轻烃校正以及热解“S1”轻烃和重烃校正。

2.1.2 利用含气量计算页岩气资源量

Q总=Q吸+Q游+Q溶=S×H×ρ×G/100

式中：Q总——页岩气总资源量，108m3;Q吸——吸附气资源量，108m3;Q游——游离气资源量，108m3;Q溶——溶解气资源量，108m3;S——含气页岩面积，km2;H——含气页岩厚度，m；ρ——页岩密度，t/m3；G——页岩总含气量，m3/t(为吸附气与游离气含量之和，溶解气含量极少)。

2.2 资源评价关键参数选取

2.2.1 含油气页岩厚度及分布面积

目前国内没有形成统一的含油气页岩厚度划分标准。2011年国土资源部启动了全国五大区页岩油气资源评价及选区研究，对含油气页岩厚度划分制定了标准。将富含有机质泥页岩段作为含油气页岩评价单元，主要从地质和工程两个因素进行界定。地质上要保证有效含油气页岩为富含有机质，且已经成熟生烃，单层及累计厚度较大，夹层较薄，测录井响应特征明显；工程上要保证含油气页岩不含水，顶底板致密能封隔。为此制定含油气页岩厚度划分取值标准，要求评价单元内页岩TOC>0.5%、部分TOC>2%；1.1%>Ro>0.5%(页岩油)、Ro>1.1%(页岩气)；累计厚度大于30m；最小单层厚度大于6 m，砂岩及碳酸岩夹层小于3 m；泥地比大于60%；埋深小于5 000 m；气测曲线上有明显的异常或含油气测井响应特征明显；顶、底板为致密岩层，内部无明显水层。为了准确的划分含油气页岩的有效厚度，需要建立包含页岩岩性、有机碳含量、热成熟度、气测曲线、测井曲线等在内的综合岩性柱状图。利用测井声波和电阻曲线叠合的方法来定量计算页岩有机碳含量，主要原理为页岩等生油层的logR(R为声波和电阻曲线幅度差)与TOC一般呈线性关系[5-6]。具体计算公式为：

TOC=A×logR+△TOC

式中：A——拟合公式的系数；logR——声波和电阻曲线幅度差的导数；△TOC——非生油层的有机碳背景值。

如安深1井页岩计算TOC=1.282 ×logR+ 0.4839，相关系数R2为0.82，计算TOC与实测TOC相关系数R2达0.74(图1、2)。

图1 页岩测井计算TOC 与页岩实测TOC相关性

图2 logR(幅度差)与页岩实测TOC相关性

利用测井曲线建立页岩TOC的纵向变化关系之后，结合其他测井曲线、岩性剖面、气测曲线等就可以按照含油气页岩划分标准，来划分统计单井富含有机质页岩段含油气页岩的厚度，平面上划分统计多口钻遇页岩井的含油气页岩厚度，编制含油气页岩厚度等值线图。泌阳凹陷从H2-H3划分为九套富含有机质页岩段，其中H2-H3上段分五套，H3下段分4套；富含有机质页岩段埋深1 500～3 500 m；热演化程度0.5%～1.0%，处生油阶段；平面上主要分布在毕店-安店-安棚一带，位于浅湖-深湖相；厚度30～140 m，厚度中心位于泌168井-安深1井-泌100井一带，由西北向东南增厚，直至泌355井东南最厚，反映厚度受泌阳凹陷南部及东部两条边界大断裂上盘沉降控制；分布面积95～107 km2。

2.2.2 页岩含油气量确定

由于泌阳凹陷H2-H3上段页岩热演化程度Ro为0.5%～0.9%，以生成页岩油为主；核三下段页岩热演化程度Ro为1.0%～1.7%，以生成页岩气为主；因此泌阳凹陷具有“上油下气、北油南气”的页岩油形成特征。对页岩含油量确定采用了页岩氯仿沥青“A”含量，并进行了轻烃损失校正；对页岩含气量确定，主要采用现场含气量测试结果结合元素俘获测井解释求得。由于泌阳凹陷古近系核桃园组陆相页岩纵向及平面上具有很强的有机非均质性，导致氯仿沥青“A”含量纵向及平面上变化较大，同时页岩氯仿沥青“A”实测数据有限，因此需要利用测井曲线来计算页岩的氯仿沥青“A”含量，求得不同位置页岩的含油量。同页岩TOC测井计算方法与原理相同，也是利用测井声波和电阻曲线叠合的方法来定量计算页岩氯仿沥青“A”含量；不同之处在于单井的计算模型及公式有差异；如泌页HF1井页岩氯仿沥青“A”含量=0.2651×logR-0.0797。通过测井曲线建模来计算页岩氯仿沥青“A”含量，一定要用轻烃损失校正后的实测氯仿沥青“A”含量数据进行标定，通过标定使得测井曲线计算模型和公式更为准确。通过计算单井富含有机质页岩段氯仿沥青“A”含量，平面上展开编制富含有机质页岩段氯仿沥青“A”等值线图。

页岩含气量确定有两种方法，一种是现场含气量测试法，现场含气量测试能够较为直观、比较准确地衡量页岩含气量，另一种是等温吸附法。由于安深1、泌页HF1井进行了现场含气量测试，所以本次页岩气资源评价含气量确定采用了现场含气量测试法。现场含气量测试结果表明安深1井1 791～2 570 m页岩含气量1.69～2.8 m3/t。利用此数据对安深1元素俘获测井计算的页岩含气量进行标定，从而求得安深1井核三下段页岩含气量为2～3 m3/t。通过计算单井页岩含气量，平面上展开编制含气量等值线图。

2.2.3 页岩密度确定

页岩密度值方法主要利用经过实验测试数据标定的测井解释密度，对于成熟探区泌阳凹陷，页岩测井解释密度较能准确反映页岩真实密度，两者吻合较好。安深1井页岩实测密度2.37～2.66 t/m3，平均2.553 t/m3；泌页HF1井页岩实测密度2.37～2.65 t/m3，平均2.555 t/m3。安深1井测井解释密度2.34～2.69 t/m3,平均2.534 t/m3。页岩实测密度与测井解释密度数据吻合较好，因此，可以直接利用测井解释密度数据来计算页岩油气资源量。

2.3 资源潜力及分布特征

通过利用富含有机质页岩段厚度等值线图、氯仿沥青“A”含量等值线图、含气量等值线图以及页岩密度、原油密度、体积系数等数据，利用网格化软件让图层矢量化后自动相乘，从而求得泌阳凹陷页岩油气资源量。泌阳凹陷核二段-核三段五套主力页岩层页岩油资源量4.2×108t(表1)，核三下页岩气资源量729×108m3(表2)。利用安深1、泌页HF1井单井产量曲线预测单井累计产油量，除以页岩油井控储量(裂缝微震监测计算结果)，求得页岩油采收率8%；利用Ro、TOC与可采系数关系图求得页岩气可采系数为18%。泌阳凹陷页岩油可采资源量3 360×104t，页岩气可采资源量131×108m3。

表1 泌阳凹陷陆相页岩油资源量计算数据

表2 泌阳凹陷陆相页岩气资源量计算数据

泌阳凹陷为中新代古近系陆相盆地，时间新，热演化程度Ro最高1.7%，以生成页岩油为主。3+4号、5号页岩层分布面积大，厚度大，热演化程度Ro为0.6%～0.8%，处干酪根热解成油的生油高峰期，资源量丰富；6号页岩层厚度较大，分布面积较小，资源量次之；1、2号页岩层厚度较小，分布范围较小，埋藏浅，热演化程度较低，资源量最少，反映页岩油生成与聚集受页岩发育程度及热演化程度控制。泌阳凹陷地层时代较新，页岩热演化程度大于1%的分布面积有限，产气能力及规模有限，资源量较小。

3 有利区评价技术

陆相页岩油有利区评价是页岩油气勘探评价最重要的环节，主要为井位部署提供依据。有利区评价首先考虑页岩有机质丰度、热演化程度、厚度、物性、裂缝、地层压力、流体性质及原地油气储量等油藏因素，其次还要考虑地应力特征、脆性矿物含量、断层、含水层、储层敏感性等工程因素[7]。北美页岩油气有利区评价主要包括页岩厚度、有机质丰度、热演化程度、矿物组成等16项参数。参照美国页岩油气评价参数与标准，结合泌阳凹陷陆相湖盆页岩地质条件及勘探特点，优选了8项参数进行有利区评价，并建立了陆相页岩油有利区评价标准。陆相页岩油有利区评价标准:①页岩层段累计厚度大于30 m，有效厚度大于10 m； ②有机质丰度大于2.0%； ③热演化程度Ro大于0.5%；④孔隙度大于4%；⑤埋深小于3 500 m；⑥脆性矿物大于55%，黏土矿物小于35%。利用以上标准对泌阳凹陷主力页岩层有利区进行刻画，3+4、5、6号页岩层发育页岩油有利区，其中5号页岩层分布面积157 km2，厚度60～120 m，有机质丰度2.0%～5.5%，热演化程度Ro0.6%～1.0%，脆性矿物含量67.29%，层间缝、张裂缝及微裂缝发育，多井在该层钻遇良好油气显示，资源量1.16×108t，可采资源量1181.7×104t；其中有利区面积84 km2，有利区资源量6 076×104t，综合评价认为该层为页岩油富集的最有利层段[8-9](图3)。2011年在该层优化部署了中国首口陆相页岩油水平井——泌页HF1井，该井完钻井深3 722 m，水平段长度1 044 m，采用139.7 mm套管固井完井方式完井，完井后实施15级分段压裂，获最高日产油23.6 m3、天然气1 000 m3，取得陆相页岩油勘探重大突破。随后位于该井东5 km部署钻探了第2口页岩油水平井——泌页2HF，该井完钻井深4 408 m，水平段长1 402 m，套管完井后实施22级分段压裂，获最高日产油28.1 m3，进一步展示了泌阳凹陷陆相页岩油良好的勘探开发前景。

图3 泌阳凹陷5号页岩层有利区综合评价

4 结论与认识

(1)通过开展泌阳凹陷陆相页岩油地质评价技术研究，建立了包括地质多参数综合评价、岩石学分析、测井储层评价、录井储层评价、地震储层预测、资源评价、有利目标优选评价及水平优化设计等8项关键技术的陆相页岩油地质评价技术系列。其中资源评价及有利目标评价技术为页岩油气地质评价最为关键技术，并在泌阳凹陷进行了应用，取得了较好效果。

(2)对含油气页岩厚度、面积、含油量、含气量及密度等陆相页岩油资源评价关键参数取值进行了深入研究，对富含有机质页岩段的页岩油资源量进行评价，并计算了泌阳凹陷主力页岩层页岩油资源量4.2253×108t，页岩气资源量729×108m3。

(3)利用陆相页岩油关键评价参数及指标，建立了泌阳凹陷陆相页岩油有利区评价标准，进行了有利区评价。优化部署了陆相页岩油水平井，压后获高产工业油流，使泌阳凹陷成为我国陆相页岩油勘探首个获得重大突破的地区。

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编辑：吴官生