鄂尔多斯盆地L 区块泥页岩测井识别技术

蔡文浙

（中联煤层气有限责任公司晋西分公司，山西吕梁 033000）

21 世纪来随着非常规油气资源勘探开发理论和技术的不断进步，页岩气的开采逐渐具有经济效应，工业化作业规模不断扩大，其在能源领域的支撑作用也愈发突显[1]。页岩气往往赋存于富含有机质高碳泥页岩的裂缝或基质孔隙中[2]，其气体富集状态以吸附气为主，储层吼道狭窄，孔隙连通性差，渗透率极低，矿物类型多样，有机质含量丰富，测井曲线响应特征复杂[3]。前期钻探和研究表明，鄂尔多斯盆地东北缘L 区块具备致密砂岩气、泥页岩优越的成藏条件和良好的配置关系，资源潜力巨大。在目前区块主力开发致密砂岩气的基础上，需加强泥页岩含油气性和可采性评价研究，形成适合于本区块的泥页岩勘探开发技术和理论，找到新的资源接替领域。

前人研究结果显示含油气泥页岩测井响应特征受有机质含量影响大，故其储层测井评价也可以理解为对烃源岩含量的评价。测井资料具有纵向分辨率高、资料连续准确、直观反映地层信息等优势，以自然伽马、声波时差、中子密度等常规测井及能谱测井等特殊测井曲线信息为基础，结合数据处理、数据拟合、交会图等数学方式，得到烃源岩定性或半定量识别方法[4]。研究区存在两种类型泥页岩：海陆过渡相泥页岩、海相泥页岩，其中本溪组底部还存在一种特殊的海相泥页岩- 铝土质泥页岩，不同类型泥页岩有机质含量、类型、特征和成熟度存在较大区别，在加上矿物组成、气态烃等因素作用，其对应的测井响应特征也差异巨大。本文对研究区常规测井资料信息进行统计分析，归纳得到基于常规测井资料的泥页岩测井响应特征，同时运用能谱测井、常规曲线交会图法、双曲线重叠法等多种方法，综合识别不同类型泥页岩储层。

1 泥页岩类型及其储层特征研究

1.1 研究区泥页岩类型

根据沉积环境将鄂尔多斯盆地东北缘L 区块泥页岩主要分为两种类型，海陆过渡相泥页岩，存在于二叠系山西组，海相泥页岩，存在于下古生界石炭系本溪组及二叠系太原组，其中本溪组底部存在的铝土质泥页岩为海相泥页岩中的一种特殊类型。

1.1.1 海陆过渡相泥页岩主要分布在二叠系山西组，储层特征兼有陆相泥页岩与海相泥页岩的特征，主要特点为泥岩与粉砂岩、细砂岩互层，自然伽马曲线形态呈现锯齿状。

1.1.2 海相泥页岩主要分布在本溪组及太原组，处于静水沉积环境下，富含有机质，以基质孔隙为主，大量铀元素吸附于基质表面，能谱测井含铀伽马曲线呈现高值，去铀伽马曲线呈现低值。铝土质泥岩位于马家沟组中上部、本溪组底部，厚度约30 米，测井上显示为极高自然伽马值。

1.2 泥页岩测井响应特征影响因素

泥页岩不仅与常规砂岩在构造与矿物成分上存在较大差异，不同泥页岩类型之间也存在区别，其两者间的测井曲线响应特征存在明显差异，研究表明，泥页岩岩屑、粘土矿物、胶结物等含量对电阻率、孔隙度等各类测井信息均有较大影响[5]，分析其储层矿物特征和粘土矿物类型等信息能及时了解不同泥页岩类型特征规律，掌握储层测井响应特征主控因素，以助于泥页岩识别模型的建立。

泥页岩的矿物和粘土类型复杂，石英、长石等碎屑矿物含量最高，高岭石、伊利石、绿泥石等粘土矿物次之，还混有方解石、白云石等碳酸盐矿物，及少量的黄铁矿（图1），各样本矿物含量差别大，部分岩样粘土矿物占比超过40%。粘土矿物组分含量（图2）中以伊利石、高岭石为主，绿泥石次之，个别样本伊蒙混层占比较高。

图1 L 地区泥页岩矿物类型含量分布图

图2 L 地区泥页岩粘土矿物类型含量分布图

不同的泥页岩类型，矿物组成也有明显的差异，按照储层类型对泥页岩矿物组分进行分析，海陆过渡相泥页岩矿物组分以石英、长石为主，粘土矿物以高岭石、伊利石、绿泥石以及伊蒙混层为主。海相泥页岩矿物组分主要为石英，长石含量少，局部富集黄铁矿，粘土矿物以高岭石、伊利石为主，其它含量较低。

2 常规测井响应特征

较常规砂岩储层，泥页岩储层受有机质、矿物组成以及油气的影响，其测井响应特征与常规储层测井响应特征有明显的差异。据此，可总结出研究区泥页岩储层测井响应特征并加以识别。

总体上看，泥页岩储层的常规测井响应特征一般具有“四高两低”的特点[6]，即高伽马、高中子、高声波、高电阻率、低- 中密度、低光电吸收截面（表1）。泥页岩具体表现如下：

表1 泥页岩储层常规测井响应特征

对研究区常规测井曲线值进行统计分析，得到不同泥页岩类型各测井曲线特征值范围，据此可对目的区块泥页岩储层进行识别：

海陆过渡相泥页岩：自然伽马主要集中在120-170API 左右，密度主要分布在2.60-2.72g/cm3左右，补偿中子分布在25-35p.u 左右，声波时差主要分布在60-72us/ft，光电吸收截面指数分布在2-4b/e 左右，深电阻率主要集中在40-200ohmm。

海相泥页岩：自然伽马主要集中在180-275API，密度分布在2.60-2.70g/cm3左右，补偿中子分布在15-40p.u 左右，声波时差主要分布在58-70us/ft，光电吸收截面指数主要分布在1-3b/e 左右，深电阻率主要集中在70-200ohmm。

铝土质泥岩：自然伽马主要集中在150-500API，密度分布在2.60-2.90g/cm3左右，补偿中子分布在40-65p.u 左右，声波时差分布50-75us/ft，光电吸收截面指数分布在1-4.5b/e 左右，深电阻率主要集中在20-100ohmm。

3 能谱测井识别方法

海陆过渡相泥页岩和海相泥页岩储层均为在水动力差的低能环境下形成的有利还原性地层，该环境下有利于有机质的富集和保存，有机质颗粒小，比表面积大，可以使泥页岩储层基质孔隙吸附大量的铀离子，放射性元素铀与有机质的丰度呈现正相关性[7]。自然伽马能谱测井铀曲线能反应地层铀含量，即有机质含量，泥页岩储层含铀伽马曲线与无铀伽马曲线值相差大，非泥页岩储层含铀伽马曲线与无铀伽马曲线值相差小甚至无差异。

从L-17 井实际测井曲线（图3）来看，图中黑色框线内井段，含铀伽马曲线与无铀伽马曲线响应相差80API～100API。而在其他深度段含铀伽马与去铀伽马值差异小甚至无差异，因此，可用该方法来定性识别泥页岩储层。

图3 L-17 井测井曲线图

4 组合测井识别方法

4.1 声波时差曲线和电阻率曲线重叠法

海陆过渡相泥页岩和海相泥页岩均为烃源岩，采用声波时差与电阻率重叠法能够快速直观判别泥页岩储层。调整曲线刻度，将声波时差曲线叠合到电阻率曲线上，保持非泥页岩处两条曲线处于重叠状态[8]。由于有机质吸附有铀元素，声波时差表现为高异常，基质孔隙流体中有液态烃，不易导电，电阻率曲线也表现为高异常，因此，泥页岩储层处两条曲线出现幅度差，幅度差越大代表储层有机质含量越高。将声波时差曲线与电阻率曲线叠合应用到L-22 井中，如图4 所示，1620-1630m 处两者基本重合为非烃源岩，1710-1716m 处，两者交会有明显包络，判断为富含有机质的烃源岩。

图4 L-22 井测井曲线图

4.2 交会图法识别泥页岩储层

常规测井响应为一种单因素岩性识别方法，但是实际工作中，不同的岩性往往具有相同的单因素特征。这种情况下交会图是利用测井资料确定岩性常用的另一种方法，结合录井资料，通过测井响应交会图可以快速直观的判别地层岩性。如图5、6 所示，根据常规测井曲线值分别做自然伽马与密度、自然伽马与声波时差交会图版，可以看出，双因素识别岩性效果明显较单因素识别效果好，三种类型的泥页岩及其它岩性（砂岩、灰岩、煤岩、白云岩、泥岩等）都分布在不同区域。

图5 自然伽马与密度交会图版

图6 自然伽马与声波时差交会图版

5 结论

5.1 研究区海陆过渡相泥页岩主要分布在山西组，矿物组分以石英为主，粘土矿物含量在20%-50%间浮动，粘矿物成分较复杂；海相泥页岩主要分布在本溪组及太原组，矿物组分主要为石英，长石含量较少，粘土矿物类型少，局部富集黄铁矿。

5.2 泥页岩储层的常规测井响应表现为“四高两低”的特点，即高自然伽马、高中子孔隙度、高声波时差、高电阻率、低地层体积密度、低光电吸收截面。

5.3 泥页岩储层有机质是铀富集的有利场所，能谱测井中含铀伽马曲线值与无铀伽马曲线值相差80～100API；运用自然伽马- 密度曲线或自然伽马- 声波时差曲线值双参数对泥页岩储层信息进行约束，可更直观、准确地识别不同类型泥页岩。