引用本文
马青春. 页岩油录井综合评价方法探索——以冀东油田NP 2-SL井为例[J]. 录井工程, 2020,31(S1): 13-18.
MA Qingchun. Exploration of the comprehensive evaluation method for shale oil logging:A case study of NP 2-SL well in Jidong Oilfield[J]. Mud Logging Engineering, 2020,31(S1): 13-18.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2020.S1.003  
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页岩油录井综合评价方法探索——以冀东油田NP 2-SL井为例
马青春
中国石油渤海钻探第一录井公司

作者简介：马青春 工程师,1975年生,2014年毕业于中国石油大学(北京)石油工程专业,现在中国石油渤海钻探第一录井公司从事录井综合解释评价工作。通信地址:300280 天津市大港油田团结东路渤海钻探第一录井公司。电话:(022)25925104。E-mail:476526422@qq.com

摘要

冀东油田南堡凹陷首口超深页岩油井NP 2-SL井获工业油流,标志着冀东油田页岩油勘探领域获得重要突破。冀东油田应用X射线衍射矿物分析技术(XRD)、X射线荧光元素分析技术(XRF)、气测、三维定量荧光、岩石热解、热解气相色谱录井技术,从岩性、脆性、含油性、烃源岩、油源五个方面对NP 2-SL井开展录井综合解释评价,且评价结论与试油效果吻合,在此基础上确定了冀东油田页岩油井总体评价思路:页岩油段岩性特征以泥质夹薄砂岩为主;脆性以石英、长石、方解石、白云石总体含量为指标;含油性以气测全烃、对比级、液态烃( S1)、含油气总量( Pg)为主要参数;烃源岩以含油气总量( Pg)、TOC、 Tmax为主要参数;油源对比以碳数分布、Pr/Ph、Pr/nC17、Ph/nC18为主要参数,形成了录井技术多参数融合。多角度认识、多方位评价的解释模型。NP 2-SL井页岩油储集层评价思路及评价标准的确立为今后冀东油田勘探开发页岩油储集层解释评价工作奠定了基础。

关键词: 页岩油; 录井技术; 岩性; 脆性; 含油性; 烃源岩; 油源
中图分类号:TE132.1 文献标志码:A
Exploration of the comprehensive evaluation method for shale oil logging:A case study of NP 2-SL well in Jidong Oilfield
MA Qingchun
No.1 Mud Logging Company,BHDC,CNPC,Tianjin 300280,China
Abstract

The first ultra deep shale oil well NP 2-SL in Nanpu Sag of Jidong Oilfield obtained industrial oil flow,marking an important breakthrough in shale oil exploration in Jidong Oilfield. Technologies of X-ray diffraction mineral analysis(XRD),X-ray fluorescence element analysis(XRF),gas logging,3D quantitative fluorescence,rock pyrolysis and pyrolysis gas chromatography for mud logging are applied to comprehensively interpret and evaluate NP 2-SL well in mud logging from five aspects of lithology,brittleness,oil bearing,source rock and oil source,and the evaluation conclusion is consistent with the oil test effect. On this basis,the overall evaluation idea of shale oil wells in Jidong Oilfield is determined. The lithology characteristics of the shale oil section are mainly argillaceous with thin sandstone;the overall content of quartz,feldspar,calcite and dolomite are the indexes for brittleness;the main parameters of oil bearing are total hydrocarbons measured by gas logging,comparison grade,liquid hydrocarbons( S1) and total hydrocarbon content( Pg),and that of source rocks are total hydrocarbon content( Pg),TOC and Tmax;and the oil source comparison takes the carbon number distribution,Pr/Ph、Pr/nC17 and Ph/nC18 as the main parameters. An interpretation model of multi-parameter fusion,multi-angle understanding,and multi-directional evaluation of mud logging technologies has been formed. The establishment of evaluation ideas and standards for shale oil reservoirs of NP 2-SL well lays the foundation for future interpretation and development of shale oil reservoirs in the exploration and development in Jidong Oilfield.

Keyword: shale oil; mud logging technology; lithology; brittleness; oil bearing; sourcerock; oil source
0 引言

加快页岩油业务发展是中石油贯彻国家大力提升国内勘探开发力度, 保障国家能源安全的战略举措。渤海湾盆地、松辽盆地、鄂尔多斯盆地、准噶尔盆地等大型沉积盆地开展了先导试验, 大港、新疆、吐哈和长庆被列为页岩油开发重要示范区。录井技术在页岩油气藏的勘探、开发过程中起着“ 眼睛” 和“ 参谋” 的双重作用。纳米级孔隙、自生自储、超低渗透率等地质特性对录井技术应用、录井传统解释评价模型的适用性提出了挑战, 因此需要建立新的解释评价方法以满足页岩油气藏的特殊需求。

围绕页岩油评价的录井重点和技术难点, 冀东油田NP 2-SL井在页岩油勘探中, 除常规录井技术外, 还采用X射线衍射矿物分析(XRD)、X射线荧光元素分析(XRF)、三维定量荧光、岩石热解、热解气相色谱等录井技术对页岩油储集层进行评价。依据产能潜力的高低, 初步形成了页岩油气层的解释结论等级划分, 解释结论分为了Ⅰ 类油层、Ⅱ 类油层、Ⅲ 类油层、干层[1, 2, 3]。评价标准的建立为冀东油田今后的页岩油录井综合解释评价奠定了基础。

1 储集层岩性识别及脆性评价

NP 2-SL井页岩油储集层位于沙河街组沙一段, 沙一段既是冀东油田南堡凹陷的主要储集层之一, 也是良好的油源供源层系, 因此烃源岩发育, 并且具有分布范围广、厚度大等特点, 垂直厚度约200 m。沙一段的岩性为灰色、深灰色泥岩与灰色细砂岩、灰色粉砂岩不等厚互层。为了精细划分出页岩油储集层中夹薄砂层, 采用了X射线荧光元素分析技术对页岩油层段进行了精细划分, 同时应用X射线衍射矿物分析技术对页岩油储集层的脆性进行了评价。

1.1 页岩油储集层岩性识别

在NP 2-SL井随钻录井中, 为了能精细划分岩性剖面, 采用了X射线荧光元素分析技术。该技术随钻能分析20种矿物元素, 分析样品周期约为3 min, 分析速度快, 检测精度高, 能有效帮助地质师进行岩屑剖面的定名[4]。本井利用X射线荧光元素分析技术重点识别大段泥岩段夹薄层粉砂岩不易识别的难题。根据以往应用经验, 泥岩的主要代表元素是Fe和Al; 砂岩的主要代表元素是Si。采用二维坐标进行投点, Fe和Al的总含量有明显的变化趋势, 依据以往的X射线荧光元素分析技术岩性定名规律, 结合本井的数据变化特征, 确定了泥岩的元素值Fe和Al的总含量大于10%, Si含量小于27%, 砂岩的元素值Fe和Al的总含量小于10%, Si含量大于20%。在大段泥岩段中, 可以精细地划分出薄的砂岩层(图1)。

图1 NP 2-SL井泥岩-砂岩判别图板

1.2 页岩油储集层脆性评价

页岩油气勘探开发结果表明, 脆性矿物是裂缝产生的物质基础和必要条件, 脆性矿物含量的多少, 直接影响着压裂效果。泥岩中含有较多的硅质和碳酸盐等矿物时, 岩石的脆性增强, 产生裂缝的能力就强, 压裂的效果就越好。

为精确计算脆性矿物的含量, NP 2-SL井采用了X射线衍射矿物分析技术。该技术的优势之一是样品量少, 能直接精确测量各种矿物的含量, 避免了由元素推算矿物的多解性[5]。硅质含量主要是石英和长石含量, 碳酸盐矿物主要是方解石和白云石的含量。首先对泥岩的黏土矿物、石英、长石、方解石、白云石含量进行了检测, 采用三端元图板法, 进行数据投点, 发现泥岩的黏土和脆性矿物成分含量很稳定(图2), 黏土矿物的含量为21.83%~34.06%, 石英+长石的含量为20.65%~36.00%, 方解石+白云石的含量为34.40%~51.72%。

图2 NP 2-SL井脆性矿物分布规律

在实际应用中, 石英和长石统称为长英质, 方解石和白云石统称为云灰质, 黏土矿物即泥质。页岩油矿物成分总体分为泥质、长英质、云灰质三部分(图3)。泥质=黏土/(黏土+石英+长石+方解石+白云石), 长英质=(石英+长石)/(黏土+石英+长石+方解石+白云石), 云灰质=(方解石+白云石)/(黏土+石英+长石+方解石+白云石)。脆性矿物的含量是长英质和云灰质的总和。这样, 通过X射线衍射矿物分析直接测到的矿物就能计算出脆性矿物的含量。参考大港油田页岩油勘探开发经验, 脆性矿物超过60%就具备压裂条件。NP 2-SL井页岩油段的脆性矿物含量为72.73%, 达到压裂条件。鉴于NP 2-SL井页岩油段整体脆性矿物含量稳定, 且具备压裂条件, 因此在页岩油储集层评价中重点考虑含油性。

图3 NP 2-SL井脆性矿物含量分布

2 页岩油储集层含油性评价

目前国内录井油气识别技术主要包括气测、三维定量荧光、岩石热解。这些技术能直接检测到单位体积或者单位质量样品的含油气丰度。因此, 在页岩油储集层勘探开发还处于探索阶段环境下, NP 2-SL井录井采用以上三项技术作为含油性评价的主要技术。借鉴大港油田页岩油勘探开发的经验, NP 2-SL井页岩油评价结论分四个等级, Ⅰ 类油层、Ⅱ 类油层、Ⅲ 类油层、干层。各项技术界限阈值的设置, 结合了冀东油田常规储集层评价标准和泥岩自身的含油性特征, 由于页岩油层段的泥岩都是具有一定生烃能力的烃源岩, 泥岩本身所含烃类值高, 页岩油储集层界限阈值的设定上普遍高于常规储集层。

2.1 气测数据特征

气测的活跃程度能直接反映地层的含油气性, 页岩油储集层本身也是烃源岩层, 因此气测活跃是页岩油层段的首要表现特征。冀东油田常规储集层油层的湿度值大于15%。本井结合全烃和湿度比这两项参数, 对页岩油层段进行了储集层评价[6]。Ⅰ 类油层的全烃大于40%, 湿度比为20%~35%; Ⅱ 类油层的全烃20%~40%, 湿度比为20%~40%; Ⅲ 类油层的全烃7%~20%, 湿度比为20%~32%; 干层的全烃小于7%, 湿度比大于25%。

2.2 三维定量荧光数据特征

三维定量荧光技术以其检测精度高、分析速度快、能直观地判断原油性质等特点广泛应用于各大油田的油气勘探开发领域。对比级直接检测单位样品量的含油气丰度, 油性指数可判断原油性质。本井采用这两项参数, 对页岩油层段进行评价。Ⅰ 类油层的对比级大于9.3级, 油性指数为0.9~1.2; Ⅱ 类油层的对比级为8.7~9.3, 油性指数为0.9~1.4; Ⅲ 类油层的对比级为7.2~8.7, 油性指数为1.1~1.5; 干层的对比级小于7.2, 油性指数大于1.4(图4)。从Ⅰ 类油层的油性指数区间可以看出, 该井页岩油的原油性质属于轻质油。

图4 NP 2-SL井页岩油三维定量荧光评价模型

2.3 岩石热解数据特征

岩石热解技术能够检测出单位样品气态烃(S0)、液态烃(S1)、固态烃(S2)。液态烃含量直接反映储集层的含油量多少[7]。结合总有机碳含量(TOC), 本井采用这两项参数, 对页岩油层段进行了评价。Ⅰ 类油层的S1大于2.6 mg/g, TOC在1.1%~1.7%之间; Ⅱ 类油层的S1为2.0~2.6 mg/g, TOC为1.0%~1.3%; Ⅲ 类油层的S1为1.0~2.0 mg/g, TOC为0.7%~1.3%; 干层的S1小于1.0 mg/g, TOC为0.1%~1.5%(图5)。

图5 NP 2-SL井页岩油岩石热解评价模型

2.4 建立页岩油储集层评价标准

依据气测、三维定量荧光、岩石热解三项技术界定的标准, 建立了冀东油田页岩油储集层的评价标准(表1)。综合各项录井参数指标对NP 2-SL井进行了储集层级别划分(图6)。在解释评价过程中, 全烃、对比级、S1、TOC是含油量参数, Wh、油性指数是原油特征参数, 解释结论要充分考虑这些参数指标来确定。在应用过程中, 可能会出现一些参数不符合标准的情况, 出于页岩油勘探成本和勘探难度考虑, 对解释结论要降级处理。

表1 冀东油田页岩油储集层评价标准

图6 NP 2-SL井录井综合解释评价

3 烃源岩评价及油源对比

烃源岩评价和油源对比是依据岩石热解和热解气相色谱这两项技术进行分析。NP 2-SL井作为冀东油田第一口页岩油井, 在烃源岩评价和油源对比方面进行相应的研究, 得到初步的认识十分必要。

3.1 烃源岩评价

NP 2-SL井页岩油段进行岩石热解分析, 采用Pg、TOC、Tmax这三项参数从有机质丰度和有机质成熟度两方面进行了评价[8, 9, 10]。本井页岩油层段有机质含油气丰度Pg为3~11 mg/g, 平均6.0 mg/g, TOC稳定在1%~2%之间, 平均1.2%, 属于好烃源岩; 有机质成熟度Tmax值在435~450之间, 属于成熟阶段。

3.2 油源对比

依据热解气相色谱技术, NP 2-SL井分别从气相色谱峰形、Pr/Ph、Pr/nC17、Ph/nC18这4项参数进行了对比。在随钻评价过程中, NP 2-SL井页岩油层段泥岩分别与本区块的NP 23-LLLL井东一段原油、NP 36-LLLL井沙一段原油、NP 2-LL井东三段井壁取心, 高尚堡区块G 66XL井沙三段油页岩, 大港油田页岩油进行了气相色谱峰形对比(图7)。从图形分布特征可以看出, 本井与NP 36-LLLL井沙一段原油、NP 2-LL井东三段井壁取心的峰形基本一致, G 66XL井沙三段油页岩和NP 23-LLLL井东一段原油与本井气相色谱峰形不同, 大港油田的页岩油跟本井对比存在明显差异。在完井试油之后, 进行了油气运移指标 Pr/Ph、Pr/nC17、Ph/nC18对比。从三角图上看出(图8), NP 2-SL井页岩油段原油与NP 2-SL井页岩油岩屑、NP 36-LLLL井沙一段原油特征一致, 属于同一个油源。与其他井存在明显差异。说明NP 2-SL井页岩油段试油所出的原油来自沙一段页岩油段。

图7 NP 2-SL井气相色谱峰形分布

图8 NP 2-SL井气相色谱峰形分布

4 应用效果分析

NP 2-SL井依据录井综合解释评价结论, 对解释结论为Ⅰ 类油层、Ⅱ 类油层的5 063.0~5 159 m井段进行试油压裂, 2 mm油嘴放喷, 第二天产油19.7 m3/d, 无水, 放喷20 d后, 产油18.5 m3/d, 累计出油384.36 m3, 出气14 216 m3, 获得工业油流。从本井取到原油经过热解气相色谱分析, 三维定量荧光技术分析(图9), 证明本井的原油来自沙一段。

图9 NP 2-SL井三维定量荧光岩屑与原油谱图形态对比

5 结束语

随着对页岩油勘探开发重视程度的日益提高, 录井技术得到了空前的重视, 已成为页岩油勘探开发领域非常重要的评价手段。NP 2-SL井综合应用各项录井技术, 分别从岩性、脆性、含油性、烃源岩、油源对比五个方面快速、直观对页岩油储集层进行了全面认识, 依据各项参数的数据规律建立了页岩油评价标准, 弥补了冀东油田页岩油录井技术评价的空白。在钻探过程中利用X射线衍射矿物分析技术(XRD)进行脆性评价; 利用X射线荧光元素分析技术(XRF)进行岩性评价; 利用气测、三维定量荧光、岩石热解进行含油性评价; 利用热解气相色谱进行油源评价。充分体现了录井综合解释评价技术在页岩油勘探过程中的及时性、直观性、全面性。NP 2-SL井页岩油储集层评价思路及评价标准的建立为今后冀东油田勘探开发页岩油储集层解释评价工作奠定了基础。

(编辑 李特)

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