海外页岩油气纵向地质甜点识别方法

陈晓智，陈桂华，邹 拓，祝彦贺，胡晓兰，吕玉民，白玉湖

(1.中海油研究总院，北京 100028；2.中国石油天然气股份有限公司大港油田公司勘探开发研究院，天津 300280；3.中国华电集团清洁能源有限公司，北京 100160)

海外页岩油气纵向地质甜点识别方法

陈晓智1，陈桂华1，邹 拓2，祝彦贺1，胡晓兰3，吕玉民1，白玉湖1

(1.中海油研究总院，北京 100028；2.中国石油天然气股份有限公司大港油田公司勘探开发研究院，天津 300280；3.中国华电集团清洁能源有限公司，北京 100160)

准确识别页岩油气地质甜点、确定关键识别参数、优选水平井靶点是开展页岩油气研究急需解决的问题。勘探开发实践表明，页岩油气的地质甜点为“甜点体”，其纵向上遵循从远景段、有利段、核心段，再到甜点的递进识别过程。本文以北美Eagle Ford组页岩为例，从构造沉积背景确定了浅海-半深海相沉积的下白垩统为远景段；利用野外露头和钻井岩芯，通过层序地层分析明确了Eagle Ford组为晚白垩世的有利页岩发育层；结合测井解释得出了下Eagle Ford段为该组的核心段；同时，提出了自然伽马、有机碳含量、电阻率、含烃饱和度4类测井曲线进行划分核心段和识别纵向甜点段的应用方法。在此基础上，通过观察扫描电镜和薄片资料，分析A、B、C三个亚段生烃能力和储集能力，明确了下Eagle Ford段的B亚段为纵向地质甜点。分析PH、EM、BL三口井初始产量和水平井段钻井轨迹在A、B、C三个亚段的钻遇时间，结果显示B亚段对页岩油气较高产量贡献率最大，是下Eagle Ford段最佳的水平井靶点优选位置。

页岩油气；纵向地质甜点；水平井靶点；Eagle Ford

页岩油气主要以钻水平井的方式进行开采[1-2]，水平井靶点(水平段着陆点)的选择对提高产量至关重要。从地质角度而言，水平井靶点处于页岩油气地质甜点上，即页岩品质最佳的目的层段。目前，对页岩油气地质甜点的研究主要集中在利用地质参数等值线叠加寻找地质“甜点”[3-5]和利用地震储层反演预测页岩品质相对高值区反映地质“甜点”[6-7]，但多是对某一套页岩地质品质的综合评价，对同一套页岩纵向递进分段以及水平井靶点优化的研究鲜有报道。实践表明，美国著名的Barnett组页岩和我国涪陵地区商业开发的龙马溪组页岩在纵向上均呈现明显的分段性[8-10]。因此，通过识别页岩油气纵向地质甜点来优化水平井靶点位置是获得高产页岩油气的重要前提。

页岩油气地质甜点是一个“甜点体”的概念，包括平面甜点和纵向甜点。平面甜点的识别流程包括对远景区、有利区、核心区和甜点的识别[11]。相对于平面甜点，纵向甜点的识别流程相似地按照从远景段、有利段、核心段，再到纵向甜点的过程。在远景段的识别中，首先判断目的层是否为深水沉积，根据其划定远景段；在此基础上，有利段-核心段的识别，主要分析相应地层的层序地层结构及岩性特征，优选出有利沉积环境发育地层中的最有利层段；而对纵向甜点的最终确定，则是在上述优选的最有利的地层段中根据有机质含量、含烃饱和度等参数，寻找最优质的页岩油气富集段。通过对“甜点体”的识别，可以有效地指导水平井井组(PAD)部署和水平井靶点位置判断，结合工程参数，对水平段的压裂级数、簇数、级/簇间距、压裂规模等均具有很好的指导意义[12]。

海外页岩油气选区评价中，由于缺少详实的页岩样品分析化验资料，往往在地质背景认识的基础上，充分利用测井信息和产量数据从地质甜点“正演”和产量贡献“反演”两个角度深化地质甜点的认识与识别，进而指导水平井靶点的优选[13-14]。本文以北美Eagle Ford组页岩为例，探讨页岩油气纵向地质甜点识别方法，以期为海外页岩油气资产评价或国内页岩气战略选区研究提供思路与借鉴。

1 地质甜点“正演”

1.1 远景段识别

中侏罗世-晚白垩世，北美大陆与南美板块由裂谷向被动大陆边缘转化，海平面相对上升。晚白垩世构造背景相对稳定，形成了稳定的北美大陆、西侧落基山脉和中部的墨西哥海湾，其中研究区德克萨斯州处于浅海-半深海深水沉积环境，为发育Eagle Ford组富有机质沉积物提供良好背景[15-16]。因此，晚白垩世的海相沉积地层可以被划定为Eagle Ford组的纵向远景段。

1.2 有利段-核心段识别

上白垩世，研究区自下而上依次沉积了Buda组、Eagle Ford组和Austin Chalk组三套地层。露头上，Buda组为灰色块状灰岩，Eagle Ford组为灰黑色-灰白色层状页岩，Austin Chalk组为灰白色微晶灰岩(图1A～D)，三套地层均遭受不同程度的风化作用。根据露头上的岩性组合，Eagle Ford组可划分为下Eagle Ford段和上Eagle Ford段。其中，下Eagle Ford段为灰黑色页岩，上Eagle Ford段为灰白色页岩，成层性明显(图1E)。钻井岩芯显示(图1F、图1G)，下Eagle Ford段页岩颜色较上Eagle Ford段深，岩性更加单一；而上Eagle Ford段颜色较浅，纹层非常发育，分析认为是岩层中有机质含量较下Eagle Ford段少，沉积时水体深度相对浅所致。

层序地层分析表明，下Eagle Ford段地层沉积时期对应海进体系域，为沉积层序格架的凝缩段，低能-还原环境为富有机质页岩的形成和保存提供了良好条件；上Eagle Ford段沉积时期对应海侵体系域向高位体系域过渡阶段，沉积的水体相对浅于下Eagle Ford段，沉积了薄层的钙质页岩和粉砂夹层，与下Eagle Ford段直观差别明显。

Austin Chalk组、Eagle Ford组和Buda组三套地层岩性不一，其岩性突变面在测井曲线上特征明显，纵向上划分有利段-核心段的分界面较为清晰。PH井综合测井解释显示(图2)，GR、TOC、RT、(1-Sw)、POR、PER和VOLUME_CLAY曲线在Austin Chalk组与Eagle Ford组界面均为突然增高现象，在Eagle Ford组与Buda组界面均呈现突然降低特征，VOLUME_CARB曲线在以上两个界面处突变现象相反。纵向上有利段Eagle Ford组划分特征明显。

根据地化分析结果，下Eagle Ford段页岩富有机质、黏土矿物含量相对较高；上Eagle Ford段含有钙质、砂质成份相对较高，在GR、TOC、VOLUME_CLAY曲线上，下Eagle Ford段曲线值相对上Eagle Ford段差别更明显，而在VOLUME_CARB曲线上数值相对要小。

因此，通过测井解释成果的8个参数GR、TOC、RT、(1-Sw)、POR、PER、VOLUME_CARB和VOLUME_CLAY可以划分纵向有利段和核心段。相对于上Eagle Ford段，下Eagle Ford段在TOC、含烃饱和度、孔隙度、渗透率等表征储量丰度参数上均占优，划定为纵向核心段。

A-晚白垩统露头沉积特征；B-Austin Chalk组与Eagle Ford组分界面沉积特征；C-上Eagle Ford段与下Eagle Ford段分界面沉积特征；D-Eagle Ford组与Buda组分界面沉积特征；E-上Eagle Ford段与下Eagle Ford段分界面沉积特征；F-上Eagle Ford段岩芯特征；G-下Eagle Ford段岩芯特征图1 Eagle Ford地层露头和岩芯特征

1.3 甜点段识别

在上述核心段划分的基础上，根据测井曲线形态变化特征，对下Eagle Ford段进行甜点段划分。下Eagle Ford段底部接近Buda组，GR、TOC、VOLUME_CLAY曲线均呈现下降特征；下Eagle Ford段的中上部地层富含有机质，其测井曲线形态变化不明显。与下Eagle Ford段顶部比较，其中部地层对应的GR、TOC、VOLUME_CLAY曲线表现为高值，RT、(1-Sw)、POR和PER曲线相似且均为高值；同时，GR曲线的稳定性大于顶部地层对应的GR曲线，综合分析认为顶部地层沉积的水体具有变浅趋势，逐渐变为沉积含有钙质或粉砂质薄夹层的灰黑色页岩。通过对核心段上述8个参数对应的测井曲线进行详细划分分析，并对研究区的35口井进行单井划分、对8条连井剖面进行横向对比，最终确定了GR、TOC、RT和含烃饱和度(1-Sw)为划分甜点段的4个关键参数。

为了进一步了解下Eagle Ford段纵向甜点变化特征，将下Eagle Ford段的顶部、中部、底部分别对应为A、B、C三个亚段。同时，拟定上述4个关键参数的测井曲线在其变化范围内的充满度为对应层段页岩的富烃丰度，如TOC参数在其变化范围内，其曲线值越靠近最大值，表明其富烃丰度越大，其供烃能力越强。对比分析下Eagle Ford段A、B、C三个亚段，结果表明C亚段整体的TOC含量普遍偏低，储层物性相对A亚段和B亚段差；A亚段和B亚段的GR、TOC、RT、1-Sw数值均较高，且相对A亚段，B亚段上述4个参数值略大。

以PH井下Eagle Ford段页岩为例，扫描电镜资料显示，B亚段的有机质含量以及有机质中孔隙数量及规模明显大于A亚段，表明B亚段的富烃能力明显大于A亚段(图3)。薄片观察表明，B亚段含有大量颗石藻生物化石，而A亚段的颗石藻生物化石规模上明显较B亚段小，数量更少(图4)。繁盛于白垩纪的颗石藻，具有很强的固碳作用，是海洋中最基本的生物生产力[17-18]，因此推测B亚段的生烃潜力大于A亚段。

综上“正演”分析所述，B亚段生烃能力和储集能力均优于A亚段，B亚段为纵向地质甜点。

2 产量贡献“反演”

将Eagle Ford现有生产井按照产量大小分为三类，初始油当量大于600boe/month为高产井、初始油当量处于300～600boe/month为中产井、初始油当量小于300boe/month为低产井。

图2 PH井综合测井解释

图3 PH井下Eagle Ford段A、B亚段有机质特征

图4 PH井下Eagle Ford段A、B亚段生物化石发育特征

对不同产量区域的典型井进行分析(图5)：高产井区(PH井)：A亚段和B亚段富烃丰度基本相似，供烃能力不易区分；中产井区(EM井)：B亚段富烃丰度大于A亚段，表明供烃能力B亚段大于A亚段；低产井区(BL井)：B亚段富烃丰度明显大于A亚段，表明B亚段供烃能力明显大于A亚段。因此，推测当A亚段和B亚段富烃丰度均较大时造成高产，当其中一段远低于另一段时可能造成低产，其他情况可能造成中产。

对比PH井、EM井和BL井与其周边生产井产量发现(图6)，PH井产量略高于区域平均值，推测其产量可能来自于A亚段和B亚段的共同贡献；EM井产量略低于区域平均值，推测其产量可能以来自B亚段为主，以来自A亚段为辅；BL井产量远低于区域平均值，推测其产量可能以来自A亚段为主，B亚段对产量的贡献不大。

为了证实以上推测，研究了PH、EM和BL这三口井的水平段钻井轨迹(图7)。PH井：水平段垂向深度8050～8160ft，水平井靶点深度为8160ft，A、B亚段界面深度为8153ft，表明水平段沿着A-B界面向上钻进，在A亚段钻进长度大于B亚段，产量的直接贡献来自于A亚段，经压裂后B亚段间接贡献了产量，是共同效应造成该井高产。EM井：水平段垂向深度8770～8930ft，水平井靶点深度为8770ft，水平段钻进长度B亚段最大、A亚段次之、C亚段再次之，产量贡献主要来自B亚段，A、C亚段有少量贡献，且B亚段的贡献比率较大，是该井中产的原因。BL井：水平段垂向深度6406～6508ft，水平井靶点深度为6508ft，A-B界面深度为6502ft，表明水平段绝大部分钻在A亚段，而A亚段相对B亚段在岩性和物性参数上均较差，认为是该井低产的主要原因。

图5 PH、EM、BL三口井A、B、C三个亚段测井响应特征

图6 PH、EM、BL三口井及周边生产井初始产量对比

图7 PH、EM、BL三口井钻井轨迹示意图

通过分析上述三口不同产量井的富烃丰度与供烃能力及其水平井段钻井的轨迹产量贡献率，B亚段为最佳的水平井靶点位置。

3 结 论

1)页岩油气地质“甜点体”中，纵向地质甜点的识别是优选水平井靶点位置的重要前提，其遵循从远景段到有利段，到核心段，再到甜点的递进识别流程。

2)北美Eagle Ford地区晚白垩世海相沉积背景发育的Eagle Ford组地层划分为纵向远景段；露头、岩芯、测井资料划分出Eagle Ford组为有利页岩发育段，下Eagle Ford段富有机质灰黑色页岩段属于纵向核心段；下Eagle Ford段中B亚段生烃能力和储集能力均优于A亚段，为Eagle Ford组的纵向地质甜点。

3)测井曲线GR、TOC、RT、(1-Sw)、POR、PER、VOLUME_CLAY和VOLUME_CARB有助于划分有利段、核心段和甜点；下Eagle Ford段在TOC、含烃饱和度、孔隙度、渗透率等表征储量丰度参数上均明显优于上Eagle Ford段，且B亚段曲线数值略大于A亚段，表明GR、TOC、RT和(1-Sw)是识别纵向地质甜点的主要参数。

4)PH、EM、BL三口不同产量井A、B亚段富烃丰度分析表明，当A、B两亚段富烃丰度均较大时可能造成高产，当其中一段远低于另一段时可能造成低产，其他情况可能造成中产。结合水平井段钻井轨迹在下Eagle Ford段中A、B、C三个亚段钻遇时间，B亚段对页岩油气较高产量贡献率最大，是最佳的水平井靶点优选位置。

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Recognition methods for oversea shale oil and gas vertical geological sweet spot

CHEN Xiaozhi1，CHEN Guihua1，ZOU Tuo2，ZHU Yanhe1，HU Xiaolan3，LYU Yumin1,BAI Yuhu1

(1.CNOOC Research Institute，Beijing 100028，China；2.Exploration and Development Research Institute of Dagang Oilfield Company，CNPC，Tianjin 300280，China；3.China Huadian Group Clean Energy Co.，Ltd.，Beijing 100160，China)

Accurately identifying the geological sweet spot，confirming the key identification parameters and optimizing horizontal well target position are becoming the urgent issues.The exploration and development shows the geological sweet spot in shale actually means a shale body where oil or gas in high content occupied in.The vertical identification process includes from the prospect segment，to the favorable segment，then to the core segment，and progressively to the sweet spot.Taking the Eagle Ford shale as an example，the research results show that the formation deposited in the basin or continental shelf is the shale prospect segment in Late Cretaceous.According to the sequence stratigraphic characteristics based on the outcrops and the core，the Eagle Ford Formation is as the best favorable layer in the Late Cretaceous.Integrated the logging interpretation including natural gamma(GR)，organic carbon content(TOC)，resistivity(RT) and hydrocarbon saturation(1-Sw) four types curve，the lower Eagle Ford layer was divided as the core segment in the Eagle Ford Formation and finally the Part B in the lower Eagle Ford layer was optimized as the vertical geological sweet spot by the analysis on the hydrocarbon generation and reservoir capability of the Part A，Part B and Part C.The per-well initial production of three wells PH，EM and BL，and the drilling time in Part A，Part B and Part C show that the Part B is the largest contributor for production and to be the best horizontal well target position.

shale oil and gas；vertical geological sweet spot；horizontal well target position；Eagle Ford

2016-02-15

中国海洋石油国际有限公司生产项目“Eagle Ford和Niobrara项目综合研究”资助(编号：2014FS-008)；中海石油(中国)有限公司综合科研项目“海外页岩油气产能评价技术与方法研究”资助(编号：YXKY-2016-ZY-03)

陈晓智(1985-)，男，北京人，工程师，主要从事非常规油气资源勘探与评价研究， E-mail：chenxzh4@cnooc.com.cn。

TE323

A

1004-4051(2016)12-0153-06