基于测井和录井信息相结合的泥页岩储层识别方法——以苏北盆地高邮凹陷阜宁组为例

闫建平，温丹妮，司马立强，言　语，耿　斌

（1.西南石油大学天然气地质四川省重点实验室，成都610500；2.西南石油大学地球科学与技术学院，成都610500；3.中国石化胜利油田分公司地质科学研究院，山东东营257015）

基于测井和录井信息相结合的泥页岩储层识别方法
——以苏北盆地高邮凹陷阜宁组为例

闫建平1，2，温丹妮2，司马立强2，言语2，耿斌3

（1.西南石油大学天然气地质四川省重点实验室，成都610500；2.西南石油大学地球科学与技术学院，成都610500；3.中国石化胜利油田分公司地质科学研究院，山东东营257015）

泥页岩油气储层是目前非常规油气领域备受关注的勘探目标。以苏北盆地高邮凹陷阜宁组泥页岩地层为研究对象，采用岩心、试油测试等资料刻度测井和录井信息，开展非常规泥页岩油气储层的识别研究。通过分析泥页岩储层类型及其测井与录井响应特征，发现泥页岩储层多数为脆性矿物含量高的灰质泥页岩岩相（发育裂隙），少数为脆性矿物含量低的不含（或少含）灰质的泥页岩岩相。根据这2种泥页岩储层类型，提出了2种相应的成因机制解释模型，借鉴气泡图和雷达图较好地显示出了这2种解释模型的测井与录井特征差异，进而建立了基于测井和录井信息相结合的泥页岩储层识别方法，为苏北盆地泥页岩油气储层识别及有效开发提供了依据。

泥页岩；测井和录井；脆性矿物；全烃含量；钻时；阜宁组；高邮凹陷

0　引言

随着非常规油气勘探的逐步深入，泥页岩油气储层已成为备受关注的勘探目标［1］。苏北盆地发育古生界下寒武统幕府山组［2］、上奥陶统五峰组—下志留统高家边组、上二叠统龙潭组［3］、中生界泰二段、新生界阜二段和阜四段等多套优质生烃泥页岩层系，且分布区域广泛。其中，盐城凹陷阜二段泥页岩中见到良好的油气显示［4］，高邮凹陷在阜二段和阜四段已获得工业油流，表明苏北盆地泥页岩层系具备形成泥页岩油气藏的成烃、成藏条件和资源潜力。通常，泥页岩油气具有连续成藏的特点［5-7］，但有利的泥页岩储层识别及评价是有效开发泥页岩油气的关键。测井资料具有成本低、纵向连续性好及地质信息丰富等优点［8］，因此，对成熟的勘探区域进行测井地球化学和测井储层评价是目前页岩气勘探较为理想的思路和方法［9-10］，但泥页岩储层一般富含有机质和脆性矿物，其测井响应特征与常规储层存在差异，仅依靠测井信息来识别泥页岩储层具有一定的局限性和不确定性。

随着录井技术的不断进步，录井信息在储层及流体性质检测方面发挥了重要作用［11］，尤其在富有机质泥页岩储层识别方面，气测录井信息具有很大的优势，能够有效检测流体的成分信息，是配合测井技术开展储层及流体识别的有益补充。笔者以苏北盆地高邮凹陷阜宁组泥页岩地层为研究对象，分析泥页岩储层类型及其测井和录井响应特征，提出相应的泥页岩储层成因机制解释模型，进而建立基于测井和录井信息相结合的泥页岩储层识别方法，以期为进一步开展苏北盆地页岩油储层识别和储量估算提供借鉴。

图1　泥页岩岩相划分Fig.1Lithofacies division of shale

1　泥页岩储层测井和录井响应特征

1.1泥页岩岩性

高邮凹陷阜四段和阜二段岩性种类多，包括泥岩、页岩、粉砂岩、白云岩和灰岩，剖面上呈互层发育。其中，泥岩所占比例最高，以灰质泥岩为主，页岩以灰质页岩为主，灰岩以泥灰岩为主，粉砂岩和白云岩含量较低。灰质泥岩和灰质页岩中脆性矿物含量较高，脆性系数较高［12］，通常发育裂隙，是有利的储层岩相。

1.2泥页岩岩相识别

利用电阻率（Rd）、声波时差（AC）、密度（DEN）、自然伽马（GR）以及能谱等多种测井信息交会进行泥页岩岩性的识别，单从测井响应变量来看效果都不太好。根据测井响应定性特征，随着灰质含量的增加，泥岩或页岩往往表现出声波时差减小、密度和电阻率均增大的特征，且灰质页岩和灰质泥岩的声波时差小于含灰质页岩与含灰质泥岩的声波时差。进一步将录井钻时（DTC）与密度进行交会来识别岩性，仍不能有效识别泥岩岩性［图1（a）］，但发现泥岩及含灰质少的岩性点主要集中在交会图的右下角［图1（b）］。

据此可将复杂的岩性划分为2种类型：一类是含灰质泥页岩岩相（含灰质多），另一类是不含（或少含）灰质的泥页岩岩相。利用钻时可以较好地区分出这2类岩相［图1（b）］。这样划分的原因在于页岩油储层往往是钻时高的含灰质泥页岩岩相层段中钻时相对较低的层段，而且能够为可压裂性评价提供依据。

1.3测井和录井信息适应性分析

气测录井是通过测量地层中烃类气体的含量及组分构成，进而对储层流体性质进行识别的一种地球化学测井方法［13］。测量的气体参数主要有全烃以及CH4，C2H6，C3H8，iC4H10，nC4H10，iC5H12，nC5H12，H2和CO2。对气测录井具有影响的地层因素包括地层压力系数和储层物性。地层压力系数高，则扩散气和渗透气均较多，气测值也高，反之则低。物性好的储层易遭受钻井液超前冲洗，使气测值降低；物性差的储层则不易遭受钻井液超前冲洗，气测值更能真实地反映出地层含油气情况。

苏北盆地高邮凹陷泥页岩地层压力系数主要为1.01～1.18（以HX井阜四段为例），基本为常压地层，而且泥页岩储层物性较差（孔隙度一般小于10%，渗透率一般小于10 mD）。因此，该区地层因素对气测录井的影响较小，其资料适应性较好。

钻时录井主要记录的是钻时值。在钻井措施条件不变的情况下，影响钻时值最主要的因素是岩石性质（岩石可钻性）［14］。高邮凹陷HX井岩心及测试资料显示，泥页岩储层段（3 161～3 163 m）岩性为深灰色油浸含灰质页岩（图2），发育有高角度裂缝（3 161.57～3 161.77 m），钻时与气测曲线显示出较低的钻时和非常高的全烃含量（THC）等特征；测井曲线表现为低声波时差、低中子（CNL）、高密度、低自然伽马、低铀（U）、低无铀伽马（KTH）及高电阻率等特征。图2中所显示的泥页岩储层段的测井和录井响应特征明显不同于非泥页岩储层段，因此，将测井和录井信息相结合对识别泥页岩储层具有较好的适应性。多数泥页岩储层识别模式表现为：录井信息显示出高钻时背景下的低钻时层段，且全烃含量高；测井曲线特征为声波时差和中子均较低、密度高及自然伽马相对较低。

图2　高邮凹陷HX井测录井信息适应性分析Fig.2Applicability analysis of log information of HX well in Gaoyou Sag

2　泥页岩储层2种解释模型及识别方法

2.1解释模型Ⅰ

通过2口关键取心井12个层段的泥页岩储层测井和录井响应适应性分析发现，由于含灰质泥页岩岩相中裂缝较发育，故这种岩相往往易发育泥页岩储层，其成因机制即解释模型Ⅰ类。该类型泥页岩储层上、下部均为富含有机质的泥页岩岩相，富含有机质的泥岩在成熟演化过程中生成的烃大部分排入到有裂隙储集空间的灰质泥页岩岩相中。其测井和录井响应特征表现为：高钻时背景下的低钻时层段（钻时往往大于40 min/m，但不会太高，一般不超过200 min/m；致密的灰质或含灰泥岩，其钻时往往大于200 min/m）［图3（a）］，全烃含量显示为高值，密度高，自然伽马相对偏低，声波时差和中子均偏低。

图3　泥页岩储层解释模型Fig.3Interpretation model of shale reservoir

2.2解释模型Ⅱ

此外，在不含灰质的泥页岩岩相中也发育了少部分另一种类型的泥页岩储层，其成因机制即解释模型Ⅱ类。该类型泥页岩储层上、下部均为含灰质的泥页岩相，黏土矿物含量往往较高，渗透性较差。由于富含有机质泥岩产生的烃大部分滞留在内部的微孔隙中［图3（b）］，进而形成了该类型泥页岩储层。其测井和录井响应特征表现为：低钻时层段（钻时往往小于40 min/m），全烃含量显示为高值，密度低，自然伽马相对偏高，声波时差偏高，中子偏高。另外，发现有机碳（TOC）含量高或铀值高的地层，往往全烃含量低，因此不需要把全烃含量高的层段归位校正到有机碳含量高（或铀值高）的层段。

2.32种解释模型图版及测井和录井响应差异

依据泥页岩储层类型，提出了相应的泥页岩油气富集的成因机制解释模型，为泥页岩储层的有效识别奠定了基础。选取对泥页岩储层敏感的自然伽马、密度和钻时3个参数，建立了相应的识别图版——“自然伽马-密度-钻时（半径）气泡图版”（图4）来识别这2种解释模型。解释模型Ⅰ类，其密度通常大于2.50 g/cm3，自然伽马小于60 API，钻时通常大于80 min/m而小于200 min/m（致密含灰质或灰质泥岩钻时往往大于200 min/m）；解释模型Ⅱ类，其密度通常小于2.35 g/cm3，自然伽马大于70 API，钻时小于40 min/m。

图4　自然伽马-密度-钻时（半径）气泡图版Fig.4Bubble chart of GR-DEN-DTC

进一步采用声波时差、密度、自然伽马、电阻率、钻时及全烃含量等6种变量建立雷达图版，以此来识别裂隙含油层（解释模型Ⅰ类）和气测录井异常地层及非储集地层。

通过对高邮凹陷阜宁组XX井雷达图（图5）的分析得出：①泥岩裂缝含油层表现为全烃含量高、钻时高、自然伽马较低和电阻率偏低的特征，属于解释模型Ⅰ类；②泥岩含油层表现为全烃含量高、钻时低于解释模型Ⅰ类的钻时、自然伽马高、电阻率整体偏低等特征，属于解释模型Ⅱ类；③气测异常层全烃含量高、电阻率偏低；④非储集层全烃含量低、电阻率偏低。

图5　高邮凹陷阜宁组XX井雷达图识别图版Fig.5Radar chart of Funing Formation in XX well in Gaoyou Sag

3　泥页岩储层识别实例

依据建立的2种泥页岩储层成因机制解释模型，结合气泡图解释标准和雷达图特征，对高邮凹陷阜宁组泥页岩储层进行了划分和流体性质识别（图6）。图6中3 456.0～3 457.5 m和3 458.7～3 460.3 m的2个层段，其岩性均为灰黑色含灰质泥岩，测井曲线表现为低声波时差、低中子、高密度（约2.50 g/cm3）、低自然伽马（48～60 API）、低铀、低无铀伽马及高电阻率等特征；气测曲线表现为高钻时背景下的较低值（约80 min/m）和非常高的全烃含量（大于3%）等特征，岩心显示发育有高角度裂缝，由此表明这2个层段均属于解释模型Ⅰ类的泥页岩储层。

图6中3 489.0～3 492.0 m层段，岩性为深灰色泥岩，测井曲线表现为高声波时差、高中子、低密度（约1.95 g/cm3）、高自然伽马（大于70 API）及低电阻率等特征；气测曲线表现为低钻时（小于40 min/m）和非常高的全烃含量（大于4%）等特征，由此表明该层段属于解释模型Ⅱ类的泥页岩储层。

图6　高邮凹陷阜宁组HX井泥页岩储层识别实例Fig.6The shale reservoir identification of Funing Formation in HX well in Gaoyou Sag

同理，利用上述泥页岩储层识别模式特征，在高邮凹陷阜宁组LX井中识别出2个属于解释模型Ⅰ类的泥页岩储层段（3 653.3～3 656.9 m和3 668.3～3671.5 m）以及1个属于解释模型Ⅱ类的泥页岩储层段（3 659.8～3 662.0 m）（图7）。这3个泥页岩储层段所在的深度段（3 635～3 675 m）实际试油测试获日产油4.1 m3。

图7　高邮凹陷阜宁组LX井泥页岩储层识别实例Fig.7The shale reservoir identification of Funing Formation in LX well in Gaoyou Sag

4　结论

（1）苏北盆地高邮凹陷阜四段和阜二段泥页岩储层多数为脆性矿物含量高的灰质泥页岩岩相（发育裂隙），还有少部分为脆性矿物含量低的不含（或少含）灰质的泥页岩岩相。鉴于这2种泥页岩储层类型，提出了2种相应的泥页岩油气富集成因机制解释模型，为识别泥页岩储层奠定了基础。

（2）以建立的2种解释模型为基础，利用气泡图和雷达图，较好地显示出了2种解释模型所对应的泥页岩储层的测井和录井特征差异，进而建立了基于测井和录井信息相结合的泥页岩储层识别方法。该方法可有效地进行泥页岩储层划分和流体性质识别，且应用效果较好。

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（本文编辑：王会玲）

Identification method of shale reservoir based on well logging and log information

Yan Jianping1，2，Wen Danni2，Sima Liqiang2，Yan Yu2，Geng Bin3
（1.Sichuan Key Laboratory of Natural Gas Geology，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China；2.School of Geoscience and Technology，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China；3.Geological Scientific Research Institute，Sinopec Shengli Oilfield Company，Dongying 257015，Shandong，China）

Shale oil and gas reservoir becomes a concerned target in unconventional oil and gas exploration.Taking shale strata of Funing Formation in Gaoyou Sag of Subei Basin as a research subject，this paper used core and testing oil data to demarcate well logging and log information，and further to research the recognition method of unconventional shale oil reservoir.Through the analysis of shale reservoir types and its well logging and log response characteristics，it was found that most shale reservoirs developed calcite lithofacies（crack）with high content of brittleness mineral，and a few developed mudstone facies with low content of brittleness mineral and containing or not containing calcareous.In view of these two kinds of shale reservoir types，the corresponding two kinds of interpretation model were put forward. The bubble chart and radar map can be used to show the differences between two models.The identification method of shale reservoir based on the combination between well logging and log information were established，which canprovide a basis for shale oil and gas reservoir recognition and effective development in Subei Basin.

shale；well loggingand logging；brittle mineral；total hydrocarbon content；drillingtime；FuningFormation；Gaoyou Sag

TE132.2

A

1673-8926（2015）04-0089-07

2015-03-05；

2015-04-12

国家自然科学基金项目“页岩气储层微观结构及岩石物理响应数值模拟研究”（编号：41202110）、四川省应用基础研究计划项目“泥页岩地层周期及高分辨率沉积旋回测井识别研究”（编号：2015JY0200）及西南石油大学校级科技基金项目“页岩气储层微观及岩石物理响应模拟研究”（编号：2012XJZ004）联合资助

闫建平（1980-），男，博士，副教授，主要从事测井地质学、岩石物理及非常规储层测井评价方面的教学与研究工作。地址：（610500）四川省成都市西南石油大学地球科学与技术学院。E-mail：yanjp_tj@163.com。