辽河坳陷大民屯凹陷沙河街组四段页岩油富集资源潜力评价

卢双舫，陈国辉，王　民，李进步，王　新，单俊峰，胡英杰，毛俊莉

[1.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;2.中国石油 辽河油田公司 勘探开发研究院,辽宁 盘锦 124010]



辽河坳陷大民屯凹陷沙河街组四段页岩油富集资源潜力评价

卢双舫1，陈国辉1，王民1，李进步1，王新1，单俊峰2，胡英杰2，毛俊莉2

[1.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;2.中国石油 辽河油田公司 勘探开发研究院,辽宁 盘锦 124010]

页岩油具有高密度、高粘度以及低孔、低渗的特征，开采难度较大，因此对资源丰度相对较高、开采难度相对较小的富集资源进行评价十分必要。利用热解烃S1与有机碳含量(TOC)的“三分性”关系确定TOC大于4%为靶区页岩油富集资源划分标准。热解烃S1存在轻、重烃损失现象，在利用其进行资源评价前，需进行轻烃、重烃恢复。通过对比分析，发现抽提后页岩样品的裂解烃S2普遍降低，说明S2中包括一部分残留烃，而该部分残留烃在氯仿抽提过程中已被去除。利用抽提前、后S2的差值ΔS2对S1进行重烃恢复，重烃恢复系数随成熟度的增大而增大。假设页岩在排烃过程中轻烃和重烃等比例排出，利用生烃动力学原理对页岩生成各烃类组分的比例进行评价，进而根据该比例对S1进行轻烃恢复，轻烃恢复系数随着成熟度的增大呈先减小后增大的趋势。在测井评价页岩有机质非均质性(TOC和S1)的基础上，对富集资源进行划分，并利用S1的轻烃、重烃恢复结果，对页岩油富集资源进行资源评价。渤海湾盆地辽河坳陷大民屯凹陷E2s4(2)亚段页岩油富集资源量约为2.2×108t。

页岩油；轻烃、重烃校正；大民屯凹陷；渤海湾盆地

能源需求的日益攀升和常规油气资源的不断消耗，使油气供需矛盾日益突出，非常规能源越来越受到人们的重视。页岩气勘探、开发首先在北美取得了巨大成功[1-3]，全球范围内掀起了页岩气勘探、开发热潮[4-6]。受页岩气开发的启示及天然气价格降低的调控作用，投资者开展了页岩油的勘探与开发[7-9]。中国的页岩油气资源潜力巨大，初步预测可采页岩油资源量约为(30～60)×108t[10]。渤海湾盆地辽河坳陷早在20世纪70年代就在辽河油区兴隆台油田兴8井发现了泥岩裂缝油藏，但由于油质较稠，产能较差，未能引起石油工作者的重视。近年来，不断在泥岩地层中发现良好的油气显示。2001年，大民屯凹陷S224井在沙河街组四段二亚段(E2s4(2))的泥页岩段压裂试油，日产油16.2 t，2010年5月至2011年7月累计产油3 126.4 t，产气73 805 m3，此外，在大民屯凹陷内对137口探井的资料进行复查，其中50多口井在泥页岩地层具有良好的油气显示。

由于页岩储层具有低孔、低渗的特征，加上油相对气具有密度大、黏度大，难以流动的特征[11-12]，因此页岩油的开发难度极大，资源丰度较高的富集资源应为勘探开发的首选目标。对于页岩油资源富集程度的评价，首先需要建立富集资源评价标准。目前，对于页岩油富集资源评价标准的报道较少，前期研究中根据含油性与总有机碳的“三分性”关系将页岩油资源分为三级[13]，其中的Ⅱ级和Ⅲ级资源富集程度较低，对于页岩油的勘探开发意义不大，而Ⅰ级资源富集程度较高，是勘探开发的首选目标。因此本次研究将Ⅰ级资源评价标准作为富集资源评价标准。

前人在对页岩油进行资源评价的过程中，通常用热解烃(S1)代表残留烃含量[14-16]，但由于实验的原因，S1缺失相当一部分轻烃和重烃，无法代表页岩中的全部残留烃含量[14,17]。缺失的轻烃和重烃对于页岩油资源评价具有重要意义，同时轻烃含量对于提高页岩油的流动性具有重要意义，因此有必要对S1进行轻烃和重烃的补偿校正。对于重烃校正，根据前人[18]的方法，通过对抽提前、后裂解烃(S2)进行对比，利用其差值对重烃进行校正；对于轻烃校正，张林晔[17]等人曾利用液氮对刚取出的岩心进行冷冻处理，然后将冷冻的样品放置于室温，检测放置不同时间时的S1值，根据其损失率对S1的轻烃进行恢复，但岩样从井底上升至地表的过程中，已经损失大量轻烃，此部分轻烃无法恢复。本次研究采用组分化学动力学方法对生烃过程中各碳数组分的含量进行计算，结合重烃恢复结果对轻烃进行恢复。

本文通过对靶区泥页岩有机地球化学数据进行分析，建立页岩油富集资源评价标准，利用测井方法对泥页岩中有机质分布非均质性进行评价，在对残留烃进行重烃校正和轻烃补偿的基础上，对大民屯凹陷E2s4(2)页岩油富集资源潜力进行评价。

1　地质概况

大民屯凹陷在构造上位于渤海湾盆地辽河坳陷东北部(图1)，平面上呈不规则三角形，南宽北窄，四周为边界断层所限[19-20]。面积约为 800 km2。截止2008年底，探明石油地质储量3.24×108t，累计天然气探明储量(气层气)226.2×108m3，是我国东部著名的“小而肥”含油凹陷，也是闻名于世的高蜡高凝油生产基地。

图1　大民屯凹陷构造单元划分

2　实验及结果

有机碳含量测试采用美国利柯公司的CS230碳硫分析仪；热解实验采用Rock-Eval 6热解仪；氯仿沥青“A”测试采用YS-全自动多功能抽提仪；镜质组反射率测试采用UMSP-50显微光度计。

2.2实验结果

地球化学实验分析结果表明，大民屯凹陷E2s4(2)油页岩有机质丰度极高，总有机碳含量(TOC)分布在1.18%～16.99%，平均可达7.16%，氯仿沥青“A”含量分布在0.028%～1.70%，平均可达0.49%，S1+S2分布在2.45～85.84 mg/g，平均可达41.07 mg/g，主体部分属于好烃源岩或极好烃源岩级别。Tmax-HI(热解峰温-氢指数)图版显示，有机质类型以Ⅰ型为主，极少部分表现为Ⅱ1型和Ⅲ2型。镜质体反射率(Ro)主体部分在0.5%～1.0%，表明成熟度处在生油阶段(图2)。从有机质的丰度、类型和成熟度来看，大民屯凹陷E2s4(2)泥页岩具有良好的生油能力且正处于大量生油阶段，是本区的主要生油岩之一，因其生油量巨大，可在大量排油形成油藏的同时，仍有大量原油原地滞留，为页岩油藏的形成提供物质基础。

对A17井泥页岩样品进行Rock-Eval和PY-GC实验，有机质生成各组分烃类累积转化率结果如图4所示，样品TOC为11.28%，S1为0.13 mg/g，S2为55.04 mg/g。

3　讨论

3.1泥页岩有机质非均质性测井评价

泥页岩TOC和S1是页岩油资源评价中的重要参数。受构造变动、气候变化、沉积充填等所导致的沉积环境变迁的影响，有机质的发育与分布存在明显的非均质性。受样品分析周期、费用、数量的制约，实测数据总是难以达到精细描述泥页岩有机质分布非均质性的需求。不过，由于有机质的发育特征对众多测井响应(如声波、电阻、中子、密度、伽马等)都有明显的影响[21-23]，使得利用测井资料来评价泥页岩有机非均质性成为可能。近年来，以ΔlogR模型为代表的测井地化技术在常规与非常规油气勘探中对源岩TOC非均质性的评价方面得到了较为广泛、成功的探索和应用[24-27]。然而，TOC显然不如S1能够更为直观地反映泥页岩的含油量。理论上，S1含量的变化同样会引起相应的测井响应，这也使得利用测井资料直观评价泥页岩中的含油性成为了可能。

承灾体的时空概率PS∶T主要由承灾体本身的性质决定，土地资源及道路工程均为固定型承灾体，其时空概率PS∶T=1；人员时空概率主要计算在坡脚道路过往车辆中的人员，AGS给出了过往车辆在坡脚道路中行驶的时空概率计算公式：

图2　大民屯凹陷E2s4(2)泥页岩有机质特征

图3　大民屯凹陷E2s4(2)泥页岩抽提前、 后热解实验S2对比

本次采用改进的ΔlogR模型[28-29]对S352井、S224井、A64井和A1井建立TOC评价测井模型，同时对S352井、S224井和A64井建立S1评价测井模型，将模型在全区内进行推广应用。

3.2页岩油富集段划分

泥页岩低孔、低渗的特征决定着页岩油资源开发难度较大，并非所有资源都可以被有效开采，只有聚集程度较高的富集资源可能被有效开采，因此，需要对页岩油富集资源进行有针对性的评价。目前，关于分级评价标准及依据的报道较少，虽然国内学者[30-33]曾尝试提出过页岩气的分级标准，但对页岩油并不适用。早期研究中，在总结了我国东部大部分陆相盆地的页岩含油性规律的基础上，依据S1与TOC关系的“三分性”原则建立页岩油资源分级的评价标准[13]，整体上S1随TOC的增大而增大，但当TOC达到一定值时，S1不再随TOC的增大而变化，即含油达到饱和，此时对于页岩油开发最为有利，将此时TOC作为页岩油资源

富集段划分标准。本文按照此原理，将TOC大于4%作为富集段划分标准(图5)。

对页岩油藏进行开发时需要进行水利压裂，页岩层系过薄不利于压裂技术的实施，由于水力压裂波范围通常为30 m，因此本文将厚度大于30 m，且泥页岩厚度超过2/3(以泥页岩为主体)的地层作为泥页岩有效层系。在泥页岩有效层系内，如果泥页岩中TOC大于4%的部分超过2/3，则将该段作为页岩油资源富集段。在对泥页岩有机非均质性进行测井评价的基础上，对靶区内页岩油资源富集段进行划分。

3.3泥页岩含油性参数校正

在对页岩油资源进行评价时一般采用S1这一参数进行计算。S1为热解实验升温过程中300 ℃以前热蒸发出来的、已经存在于源岩中的烃类产物。然而，部分已存在于泥页岩中的重质烃类产物沸点远高于300 ℃，加之干酪根对烃类具有吸附、溶胀作用，使泥页岩中的残留烃无法在300 ℃之前被完全热蒸发出来，因此一部分残留烃无法作为S1被检测，而是在300 ℃之后被当做S2检测[14,18]。另外，在岩心从井底到达地面的过程中、岩心在岩心库中长时间放置以及实验前对样品的粉碎过程中，泥页岩中的气态烃(C1-5)和轻质液态烃(C6-13)已经损失殆尽[14,17]。因此，采用热解分析得到的S1并不能代表地下岩石中残留烃量。地下泥页岩中的原油应该包括以下三部分：①实测S1；②热解分析前已经损失的小分子烃类；③被作为S2检测的重质残留烃。所以对页岩油资源潜力进行评价时需要对S1进行重烃校正和轻烃补偿。

图4　大民屯凹陷A17井E2s4(2)泥页岩PY-GC实验累积转化率

图5　大民屯凹陷E2s4(2)页岩油资源富集段划分标准

图6　大民屯凹陷E2s4(2)泥页岩S1重烃恢复系数(KH)

(1)

前人对轻烃补偿校正的研究较少，且认识并不相同。如Cools[34]认为轻烃大部分损失掉了，约占35%(C14-/C5+)；Hunt[35]认为原油中约有30%的轻烃；张林晔[17]认为约有一半的残留烃在岩心静置及分析测试过程中损失。本次研究假设所生成的油气中各组分比例与残留油气中各组分比例近似相等，干酪根生成油气经过初次裂解和二次裂解两部分反应，根据化学动力学原理[36]对干酪根初次裂解过程以及原油二次裂解过程进行化学动力学标定，得到各个反应的化学动力学参数(图7)。另外，用大庆轻质油进行金管实验所得的成气过程近似表征C6-13裂解成气过程[37]，利用饱和烃和芳烃裂解成气过程近似表征C14+裂解成气过程[38]。对化学动力学参数进行地质应用，结合EasyRo模型[39-40]计算出不同Ro时各个油气组分产率的比例，进而得到不同Ro时的轻烃恢复系数(KL=C6-13/C14+)，KL约在60%～100%(图8)。轻烃的补偿校正系数(KL)受成熟度和有机质类型双重影响。

前人对钻井取心后立即用液氮冷冻的岩心进行分析，认为渤南洼陷E2s3(F)(沙河街组三段下亚段)泥页岩S1轻烃损失量约为S1实测值的一半[17]，相比之下，前人研究所求得的恢复系数偏低，原因在于其在恢复过程中认为钻井取心后立即用液氮冷冻的岩心没有轻烃损失。

(2)

3.4页岩油富集资源潜力评价

根据上述所建立的S1重烃校正和轻烃补偿方案，对S1的评价结果进行恢复校正，校正后的S1即可表征单位质量岩石中含油量。根据测井评价所划分的页岩油资源富集段范围，利用体积法对靶区页岩油富集段内的资源强度进行评价，靶区富集段页岩油资源强度分布在(120～360)×104t/km2，资源量约为2.2×108t。

图7　大民屯凹陷A17井活化能分布直方图

图8　大民屯凹陷E2s4(2)泥页岩S1轻烃恢复系数(KL)

4　结论

1) 大民屯凹陷E2s4(2)TOC平均达到7.16%，氯仿沥青“A”含量平均可达0.49%，S1+S2平均可达41.07 mg/g，有机质丰度主体达到好烃源岩或极好烃源岩级别，有机质类型以Ⅰ型为主，Ro主体分布在0.5%～1.0%，处于生油阶段。从地球化学特征来看，具备页岩油成藏的物质基础。

2) 根据S1与TOC“三分性”关系，将TOC大于4%作为靶区页岩油富集段划分标准，对靶区有机质非均质性(TOC和S1)进行测井评价，结合富集段划分标准对靶区页岩油富集段进行划分。

4) 靶区页岩油富集段内资源量约为2.2×108t。

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(编辑张玉银)

Potential evaluation of enriched shale oil resource of Member 4 of the Shahejie Formation in the Damintun Sag,Liaohe Depression

Lu Shuangfang1,Chen Guohui1,Wang Min1,Li Jinbu1,Wang Xin1,Shan Junfeng2,Hu Yingjie2,Mao Junli2

[1.ResearchInstituteofUnconventionalPetroleumandRenewableEnergy,ChinaUniversityofPetroleum(EastChina),Qingdao,Shandong266580,China；2.ExplorationandDevelopmentResearchInstitute,LiaoheOilfieldCompany,PetroChina,Panjin,Liaoning124010,China]

Recovery efficiency of shale oil is low due to high density,high viscosity,low porosity and low permeability,and it is necessary to evaluate the resource potential of the enriched resources that are high in resource abundance and low in exploitation difficulty.TOCover 4% is taken as the criteria for classification of enriched shale oil resource according to the triple-division relationship betweenS1andTOC.Because of the light and heavy hydrocarbon loss inS1,S1should be corrected before it is used to evaluate the resource potential.Comparative analysis shows thatS2decreases when the shale sample is extracted by chloroform,indicating that there are some residual hydrocarbons inS2but they have been eliminated by extracting process.The distinction ΔS2is used to correct the heavy hydrocarbon ofS1,and the correction coefficient increases with the increase of maturity.Assuming that the light and heavy hydrocarbons expel at the same rate during the hydrocarbon expulsion process,the ratio calculated with hydrocarbon generation kinetics theory is used to correct the light hydrocarbon ofS1.With the increase of maturity,the correction coefficient of light hydrocarbons first decreases and then increases.On the basis of evaluating the organic heterogeneity by logging,the enriched shale oil resource is classified,and its potential is evaluated by using the correctedS1.The potential enriched shale oil resource is about 2.2×108t in E2s4(2)sub-member in the Damintun Sag,Liaohe Depression,Bohai Bay Basin.

shale oil,light and heavy hydrocarbon correction,Damintun Sag,Bohai Bay Basin

2015-07-15;

2015-12-05。

卢双舫(1962—)，男，博士、博士生导师，油气地球化学与非常规油气勘探。E-mail:lushuangfang@upc.edu.cn。

中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(15CX06013A)；研究生创新工程项目(YCX2015002)；国家自然科学基金项目(41330313，41172134)；中国石油科技创新基金项目(2011D-5006-0101)。

0253-9985(2016)01-0008-07

10.11743/ogg20160102

TE122.1

A