基于测井资料的页岩油储层甜点预测

夏宏泉 ，赖 俊，李高仁，杨 赟

1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室·西南石油大学，四川 成都 610500；2.中国石油长庆油田勘探开发研究院，陕西 西安 710021；3.中国石油川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院，陕西 西安710021

引言

页岩油甜点预测的关键是页岩油层评价，通常包括3 个方面：烃源岩特性品质（SQ）评价、储层物性品质（RQ）评价和完井品质（CQ）评价[1]。三品质评价是寻找地质甜点（用于揭示页岩储层资源潜力）和工程甜点（用于评价储层的可压裂性）的理论依据[2]。针对长庆油田陇东地区长7 段低孔、低渗、低压储层，按照三品质评价参数的岩石物理意义，通过储层三品质综合评价与划分标准的建立，形成一套地质–工程一体化页岩油储层评价方法，实现对目的层甜点区的有效识别和预测。

周德华等[3]提出了储层核心参数评价法，综合地质–工程两个方面的评价参数，对四川盆地建南地区侏罗系页岩储层甜点进行了预测。邹才能等[4]总结分析了中国页岩油沉积环境、储集空间、油气聚集等方面的问题，明确了页岩油核心评价参数。张晨晨等[5]考虑脆性指数和有机碳含量之间的显著相关性、有机质丰度和可压裂性，建立了页岩储层品质分类指标，并对四川盆地五峰组–龙马溪组页岩储层甜点进行了预测。廖东良等[6]评价了单一参数法、雷达面积模型和独立性权重系数模型在页岩储层甜点预测的准确性。曹海涛等[7]采用灰色关联分析法研究了深层页岩储层地质因素与工程甜点的相关性，建立了适用于永川地区页岩储层甜点预测方法。郭旭光等[8]分析了准噶尔盆地页岩油储层甜点形成条件，明确了甜点主控因素，建立了多参数甜点预测方法。蒲秀刚等[9]开展了页岩油储层成藏因素研究，形成了甜点预测“四准”技术。

以上这些研究虽然较好地考虑了地质、工程两个因素，但是，在评价参数赋值方面存在不足，即笼统地按照评价参数与试油产量的相关性对其进行赋值，未考虑不同品质评价在储层甜点预测中的权重差异。

本文利用纵向分辨率高、蕴含丰富地质力学信息的测井曲线，结合射孔压裂、试油等资料，首先，计算SQ、RQ、CQ 等3 类评价参数，然后，从地质与工程两个方面考虑不同参数所蕴含信息具有重复性，引入复相关系数法和地质工程甜点系数的概念，综合评价与明确地质工程甜点的主控因素，以形成地质工程一体化参数评价标准。由此对单井地质剖面上的甜点层段进行识别与划分，为研究区页岩油的射孔压裂选层与改造等工作提供依据。

1 页岩油三品质参数的测井提取

利用自然伽马、密度、声波时差等测井曲线提取储层三品质参数是甜点预测的基础工作。页岩油评价与甜点预测需要综合考虑烃源岩特性品质参数、储层物性品质参数和完井品质参数[10-11]。

1.1 烃源岩特性品质（SQ）参数提取

（1）有机碳含量提取：有机碳含量越高，储层烃源岩品质越好，越有利于形成页岩油地质甜点区[12]，其测井计算模型数值上为

（2）有机质成熟度提取：有机质成熟度越高，储层烃源岩品质越好，越有利于形成页岩油地质甜点区，其测井计算模型数值上为[13]

1.2 储层物性品质（RQ）参数提取

（1）孔隙度提取：孔隙度越高，储层物性品质越好，越有利于形成页岩油地质甜点区，其测井计算模型数值上为

（2）含油饱和度提取：含油饱和度越高，储层物性品质越好，越有利于形成页岩油地质甜点区，其测井计算模型数值上为

1.3 完井品质（CQ）参数提取

（1）泊松比提取：泊松比越低，储层完井品质（CQ）越好，越有利于形成页岩油工程甜点区。泊松比根据纵横波时差计算，纵横波时差比值一般大于1.414，而且其比值越大，则泊松比越大，其测井计算模型数值上为[14]

（2）杨氏模量提取：杨氏模量越高，储层完井品质越好，越有利于形成页岩油工程甜点区，其测井计算模型数值上为

（3）脆性指数提取：脆性指数越高，储层完井品质越好，越有利于形成页岩油工程甜点区[15]，其测井计算模型数值上为

（4）孔隙压力提取：孔隙压力越高，储层完井品质越好，越有利于形成页岩油工程甜点区，其测井计算模型数值上为

（5）水平主应力提取：水平主应力越低，储层完井品质越好，越有利于形成页岩油工程甜点区，采用Anderson 模型进行测井计算

式（9）和式（10）中Biot 系数根据式（11）进行测井计算

（6）破裂压力提取：破裂压力越低，储层完井品质越好，越有利于形成页岩油甜点区，其测井计算模型为[16]

（7）水平应力差异系数提取：水平应力差异系数越高，储层完井品质越好，越有利于形成页岩油工程甜点区，其计算模型为[17]

（8）断裂韧度提取：断裂韧度越低，储层完井品质越好，越有利于形成页岩油工程甜点区，其计算模型为[18-19]

（9）波阻抗提取：波阻抗越低，储层完井品质越好，越有利于形成页岩油工程甜点区，其测井计算模型为

（10）可压裂指数提取：可压裂指数越高，储层完井品质越好，有利于形成页岩油工程甜点区[20]，其测井计算模型为

对陇东地区7 口井7 个储层段进行岩石力学计算的测井精细处理，结合试油产能数据，提取得到7 个储层段甜点响应敏感参数（有机碳含量、有机质成熟度、孔隙度、含油饱和度、杨氏模量、泊松比、脆性指数、水平最小主应力、水平应力差异系数、孔隙压力、破裂压力、I 型断裂韧度、II 型断裂韧度、波阻抗、可压裂指数）及其对应储层的页岩油产量，结果如表1 所示。

表1 7 个层段甜点响应敏感参数提取结果Tab.1 Extraction results of sensitive parameters for sweet spot in 7 reseevoir intervals

结果为页岩油甜点中主控因素分析和甜点评价标准建立提供依据。

2 页岩油甜点主控因素分析

依据不同参数对页岩储层产量的关联程度，选取关联程度高的因素作为储层评价的主控因素，并赋以合理权重是进行储层甜点预测的首要工作。由于单因素回归结果的相关性较差，为此采用灰色关联分析法[21]和复相关系数法[22]对上述因素分析，综合选出符合工区页岩储层甜点评价的主控因素。

2.1 灰色关联分析法

灰色关联分析法是针对数据量较少、相关数据之间意义不清楚的情况下，利用既有的数据所潜在的信息来进行关联分析的一种方法。

它是通过建立评价矩阵(储层评价的众多因素)与参考矩阵(储层产油量)，求得各个评价因素与参考因素的灰色关联度，按照关联程度的大小确定储层主控因素。其原理如下：

（1）建立评价矩阵Xi和参考矩阵X0

（2）采用均值标准化对矩阵(X0,X1,X2···,Xn)T进行无量纲化；

（3）计算关联系数

式中：Ri–灰色关联度。

采用灰色关联法对包含储层有效厚度（He）的16 个甜点响应敏感参数进行了逐一分析，结果如表2 所示。

表2 甜点响应敏感参数关联分析结果Tab.2 Correlation analysis results of sensitive parameters of sweet spot response

各个敏感参数的关联度结果，关联度越大，则表明该参数对于甜点的影响就越大。

通过对比各个参数的关联度，选取了关联度较大（>0.8）的10 个敏感参数，按照其所属的评价类型进行分类，分别为SQ（ITOC，Ro）、RQ（He，φ，So）、CQ（υ，pp，SH12，KIC，KIIC），并将其作为判别储层甜点的主控因素。

2.2 多元回归复相关系数法

复相关系数是用来描述因变量Y与多个自变量（X1,X2···,Xc）之间相关程度的统计指标。采用复相关系数法能够综合各个指标，并且赋予相应的权重值，精准对储层进行评价和甜点预测。

复相关系数不是直接求得，需要通过建立因变量Y与多个自变量（X1,X2···,Xc）多元回归模型来求取相关系数。

（1）建立因变量与多个自变量（X1,X2···,Xc）的多元回归模型

对优选出的主控因素按照SQ、RQ、CQ 进行复相关系数分析，得出复相关系数及权重结果（表3）。

表3 复相关系数及权重分析结果Tab.3 Analysis results of the multiple correlation coefficient and weight

对于烃源岩品质，复相关系数ITOC>Ro，其对应的权重分别为0.495、0.505；对于储层物性品质，复相关系数He=φ >So，其对应的权重分别为0.198、0.198、0.604；对于完井品质，复相关系数KIC=KIIC>pp>υ=SH12，其对应的权重分别为0.178、0.178、0.186、0.229、0.229；这为页岩油甜点评价系数及标准的划分奠定了坚实基础。

3 页岩油甜点评价系数计算与标准

利用灰色关联分析法筛选出具有代表性的评价参数作为主控因素，同时利用复相关系数法对选出的主控因素进行合理的权重赋值，综合两种方法得出甜点系数的计算公式为

通过测井资料精准计算各评价参数，结合灰色关联分析法与复相关系数法，按照不同的评价指标，建立适用于陇东地区长7 段三甜点系数的公式为

应用该方法对工区J12 井、J14 井等进行甜点评价，求出三甜点系数XSQ、XRQ、XCQ，建立的工区页岩油甜点评价标准，如表4 所示。综合分析页岩油层的XSQ、XRQ、XCQ，取其最小值作为评价标准界限，则适用于该区长7 段优质页岩油储层甜点的评价标准为：XSQ>0.581、XRQ>0.494、XCQ>0.715。

表4 甜点系数分析结果Tab.4 Analysis results of sweet spot coefficients

4 应用实例分析

以陇东地区Y321 井为例，利用长7 段页岩油地层（2 047～2 166 m）测井数据计算其主控因素（He、ITOC、Ro、φ、So、υ、SH12、Pp、KIC、KIIC），并依据式（27）～式（29）计算出甜点系数（表5）。

表5 Y321 井长7 段页岩油地层甜点系数Tab.5 Sweet spot coefficients of Chang 7 shale oil formation in Well Y321

图1 解释结论中1、2、3、4 分别代表解释为页岩油的4 个含油小层。

图1 Y321 井长7 段甜点响应敏感参数测井解释结果Fig.1 Logging interpretation results of sensitive parameters for sweet spots in Chang 7 section of Well Y321

通过进一步提取主控因素进行归一化处理，求得Y321 井4 个小层的三品质甜点系数。将三品质甜点系数与评价标准（XSQ>0.581、XRQ>0.494、XCQ>0.715）进行比较，发现Y321 井4 个小层的三甜点系数均大于评价标准，从而得出Y321 井长7 段4 个小层皆为页岩油甜点层的结果。

该结果与实际试油产能8.16 t/d 相符，证实了本文预测方法和标准的准确性。

5 结论

（1）充分利用自然伽马、密度、声波时差等测井曲线可准确地提取页岩油烃源岩特性品质（SQ）、储层物性品质（RQ）和完井品质（CQ）3 方面的品质评价参数。

（2）采用灰色关联分析法优选出陇东地区长7段页岩油甜点主控因素，主要包括有效厚度、有机碳含量、有机质成熟度、孔隙度、含油饱和度、泊松比、水平应力差异系数、孔隙压力、I 型断裂韧度、II型断裂韧度等10 项甜点主控因素。这些主控因素能够较全面地表征储层的烃源岩品质、储层品质和完井品质，基本可以避免了单因素回归的局限性和片面性。

（3）通过多元回归复相关系数法对主控因素赋以合理的权重，并结合试油产能测试结果，确定出三品质甜点系数的推荐评价标准为XSQ>0.581、XRQ>0.494、XCQ>0.715。

（4）陇东地区Y321 井实例分析表明，该井长7段页岩地层中4 个页岩油小层的三品质甜点系数均大于推荐的评价标准，说明4 个小层均为页岩油甜点层，该结果与实际试油产能8.16 t/d 相符，证实了本文预测方法和评价标准的准确性。