引用本文
张文雅, 胡洋, 张玉新, 孙红华, 邓清. 饶阳凹陷页岩油烃源岩及“甜点区”的录井评价研究[J]. 录井工程, 2022,33(4): 61-68.
ZHANG Wenya, HU Yang, ZHANG Yuxin, SUN Honghua, DENG Qing. Study on mud logging evaluation of shale oil source rock and "Sweet spot" in Raoyang depression[J]. Mud Logging Engineering, 2022,33(4): 61-68.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2022.04.011  
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饶阳凹陷页岩油烃源岩及“甜点区”的录井评价研究
张文雅, 胡洋, 张玉新, 孙红华, 邓清
中国石油渤海钻探第二录井公司

作者简介：张文雅 高级工程师,1973 年生,2004 年毕业于中国石油大学（华东）资源勘查工程专业,现在中国石油渤海钻探第二录井公司主要从事地质综合研究工作。通信地址：062552 河北省任丘市渤海钻探工程有限公司第二录井公司。电话：（0317）2701479。E-mail：zhangwenya@cnpc.com.cn

收稿日期: 2022-07-04
摘要

在页岩油勘探开发初级阶段,对“甜点”储层发育区的认识以及预测是储层改造和水平井钻探成功的关键,能够有效加快非常规资源的利用。饶阳凹陷页岩油作为华北油田储量重点接替领域,勘探潜力巨大,但目前处于勘探开发初级阶段,尚未取得重大突破。通过对饶阳凹陷沙一下亚段页岩油烃源岩及“甜点区”进行录井评价研究,对烃源岩指标进行归类统计,结合烃源岩评价成果对“甜点区”录井资料响应特征进行研究,对页岩油“甜点区”进行预测,最终深化了对页岩油勘探“甜点区”的认识,并在此基础上提出多项勘探建议,在圈闭目标发现和评价等方面发挥了重要作用。

关键词: 录井评价; 饶阳凹陷; 河间洼槽; 沙一下亚段; 页岩油; 储层; 甜点区
中图分类号:TE132.1 文献标志码:A
Study on mud logging evaluation of shale oil source rock and "Sweet spot" in Raoyang depression
ZHANG Wenya, HU Yang, ZHANG Yuxin, SUN Honghua, DENG Qing
No.2 Mud Logging Comopany,BHDC,CNPC,Renqiu,Hebei 062552,China
Abstract

In the initial stage of shale oil exploration and development, understanding and prediction of "sweet spot" reservoir development area is the key to reservoir reconstruction and horizontal well drilling success, which can effectively accelerate the utilization of unconventional resources. Shale oil in Raoyang depression, as a key reserve replacement area in Huabei oilfield, has great exploration potential, but no major breakthrough has been made because the exploration and development work is in the primary stage. Based on the study of mud logging evaluation of shale oil source rock and "sweet spot" of Lower Sub-Member of the First Member of the Shahejie Formation in Raoyang depression, this paper classifies and statistically evaluates the index of hydrocarbon source rock, and studies the response characteristics of mud logging data of "sweet spot" combined with the results of hydrocarbon source rock evaluation, so as to predict the "sweet spot" of shale oil. Finally, it deepens the understanding of the "sweet spot" of shale oil exploration, and puts forward a number of exploration suggestions, which plays an important role in the discovery and evaluation of trap targets.

Keyword: mud logging evalutaion; Raoyang depression; Hejian trough; Lower Sub-Member of the First Member of the Shahejie Formation; shale oil; reservoir; sweet spot
0 引言

随着北美海相页岩油气的成功开发, 国内陆相页岩油巨大资源潜力也有望转化为现实产量, 并成为国内原油“ 增储上产” 的重大接替资源[1]。中国页岩油气资源十分丰富, 位居世界第三位, 在渤海湾、鄂尔多斯、松辽、准噶尔等盆地均有重大发现[1, 2, 3, 4, 5, 6], 位于渤海湾盆地的冀中坳陷页岩油气整体具有分布范围广、厚度大、成熟度适中的特征, 也是目前非常规勘探开发工作重要的推进区域, 而其中饶阳凹陷沙一下亚段页岩油分布面积广, 地质资源量丰富。由于其岩性复杂, 烃源岩类型多样, 给烃源岩评价及“ 甜点区” 预测带来一定困难。在勘探开发过程中, 如何正确认识页岩油资源潜力; 评价页岩油“ 甜点” 发育区, 找准页岩油富集的有利核心区, 是目前冀中坳陷陆相页岩油取得突破的关键。

页岩油是储存在大段富含有机质的泥页岩等岩层的无机及有机孔隙中的液态烃, 其岩相、赋存方式和储集空间明显不同于常规砂岩油气藏, 其含油性不仅与岩性、物性参数相关, 还与录井地化参数有关, 页岩油储层与常规油藏相比对烃源岩的分布和生烃能力的要求更高, 这是有别于常规油藏的重要方面。因此, 进行储层“ 甜点区” 评价时要重视对相关烃源岩录井地化参数的研究[7, 8]。

1 区域地质概况

饶阳凹陷是渤海湾盆地冀中坳陷中部的一个次级构造单元, 勘探面积约为6 300 km2, 自北向南依次发育马西、任西、河间、留西及饶南五大生油洼槽, 其间发育了一套厚度大、分布面积广且有机质丰度高的优质烃源岩, 实钻最大厚度为112 m, 平均厚度为70 m, 总体上自边缘向洼槽中心呈环带状增厚, 埋深为3 500~5 300 m。整个凹陷以湖侵体系域泥岩沉积为主, 发育了一套可全区对比的标志层（特殊岩性段）, 从地震剖面图（图1）上也可以看出, 沙一下亚段（T4）在剖面上发育较为稳定, 该标志层岩性主要包括灰岩、泥质灰岩及泥页岩等, 是该区的主力储层和生油层。

图1 饶阳凹陷沙一下亚段（T4）地震剖面图

2 沙一下亚段烃源岩录井评价

页岩油既是烃源岩又是储层, 其源内成藏模式决定了烃源岩条件从根本上控制了油气富集程度, 有机质在页岩油储层的形成及评价中起着重要作用。好的页岩油层首先应是好的烃源岩层, 决定了页岩储层的含油量及产能, 评价烃源岩的有机质丰度、成熟度及类型3个必选指标的定量数据可以通过岩石热解手段获得, 因此地化录井成为首选的录井技术, 通过对区域一系列新老钻井岩心、壁心、岩屑样品共923组岩石热解数据统计分析, 建立了饶阳凹陷页岩油烃源岩定性评价标准, 有效地评价了生烃能力, 为下一步勘探开发的选层、选带提供可靠依据。

2.1 烃源岩定性评价

在页岩油气评价时, 有机质丰度（TOC）、成熟度等重要指标不同, 页岩油气含量不同, 运用地化录井技术可以获得S0、S1、S2、TOC、氯仿沥青“ A” 含量、Tmax等岩石热解参数, 利用这些参数可以划分有机质丰度, 判断有机质成熟度。通过有机质丰度与成熟度的结合, 可以最终划分烃源岩类型。

在国内外的页岩油气勘探和研究过程中发现, 页岩油气烃源岩中普遍含有黄铁矿, 其存在为评价烃源岩层有机质含量提供了信息。黄铁矿是自然界沉积物中稳定的铁硫化物矿物, 其形成受细菌代谢有机质、活性铁及氧化剂的影响, 是富有机质沉积的特征矿物, 常与有机质伴生叠置, 与页岩油含量正相关, 同时扫描电镜照片也揭示了黄铁矿表面具有大量微孔隙, 有较好的物性特征。饶阳凹陷沙一下亚段XRD矿物含量分析结果表明, Ⅰ 类烃源岩的黄铁矿含量> 10%, Ⅱ 类烃源岩的黄铁矿含量为5%~10%, Ⅲ 类烃源岩的黄铁矿含量< 5%, 黄铁矿含量高的烃源岩品质更好。

通过分析一系列新老钻井岩心、壁心、岩屑样品的热解气相色谱以及XRD矿物含量分析数据建立了饶阳凹陷烃源岩不同有机质类型相应的分类评价标准（表1）。

表1 饶阳凹陷烃源岩分类评价标准
2.2 烃源岩分级评价

受沉积环境、矿物组成及有机质丰度、类型、成熟度的影响, 泥页岩中的含油气量有明显差别, 评价这种差别的有效指标较多。泥页岩中所含油气量越高, 被有效开发的可能性也越大。直接反映泥质岩中含油量的地球化学指标首推氯仿沥青“ A” 含量和热解烃量S1。泥页岩中油气的富集性是资源分级评价的第一考察要素, 富集是经济可采的基础和前提, 同时干酪根不仅是生成油气的主要介质, 也是吸附油气的主要介质, 因此在其他条件相同的情况下, 干酪根的含量越高, 泥页岩含油气量越大。反映干酪根最直观、有效而且相对稳定的指标是TOC含量[9, 10]。

用S1值、氯仿沥青“ A” 含量和TOC值衡量页岩油含油性高低时, 结果有一定差异, S1、氯仿沥青“ A” 含量均无法反映原油中重质部分的含量, 但TOC值相对稳定, 且S1值、氯仿沥青“ A” 含量与TOC值呈很好的正相关关系, 可用于页岩含油性评价。因此, 基于上述指标, 通过B 11X、XL 25X井的系统取心, 利用531块岩心、壁心、岩屑样品的分析化验统计数据, 建立了泥页岩的TOC与S1、TOC与氯仿沥青“ A” 含量交会图（图 2、图3）。从图中可以看出, 页岩含油量随TOC的变化呈现明显的三段性, 据此形成饶阳凹陷沙一下亚段页岩油分级评价标准。

图2 TOC与S1交会图

图3 TOC与氯仿沥青“ A” 含量交会图

（1）稳定高值段（Ⅰ 类资源）: TOC> 2.0%, S1> 1.2 mg/g, 氯仿沥青“ A” > 0.4%。含油饱和, 多余排出, 为首选的勘探对象— — 富集资源（饱和资源）。

（2）上升段（Ⅱ 类资源）:TOC为0.8%~2.0%, S1为0.5~1.2 mg/g, 氯仿沥青“ A” 含量为0.2%~0.4%。有待技术进步, 或者与富集资源一起作为开发对象— — 低效资源（或欠饱和资源、潜在资源）。

（3）稳定低值段（Ⅲ 类资源）：TOC< 0.8%, S1< 0.5 mg/g, 氯仿沥青“ A” 含量< 0.2%。TOC值低, 含油少, 强吸附, 欠饱和, 难以开发— — 分散资源（无效资源）。

另外, 还可以利用生油指数（氯仿沥青“ A” 含量/TOC× 100）和生烃指数（S1/TOC× 1 000）确定泥页岩层系内页岩油资源量和页岩油可动量。当生烃指数> 60%、S1> 1.2 mg/g时, 有利于页岩油的富集。S1和TOC一般具有正相关关系, 但从分析数据上看, TOC较低时, 氯仿沥青“ A” 含量/TOC和S1/TOC值较大; TOC很高时, 因容易形成有机质（干酪根）, 有利于可溶烃在泥岩中的流动, 但生油指数和生烃指数值反而低。因此, 对于泥（页）岩含油性评价的探索, S1和TOC必须具备一定的下限值, 生油指数和生烃指数才能更好地反映泥页岩中的含油气量。

3 页岩油“ 甜点区” 录井评价

页岩油的岩相、赋存方式和储集空间明显不同于砂岩油气藏, 页岩油是储存在大段富含有机质的泥页岩孔隙中的液态烃, 以自生自储为主, 故对烃源岩评价显得尤为重要, 需在烃源岩类型评价的基础上, 结合岩性、物性、含油性等录井参数, 对页岩油“ 甜点区” 进行评价, 从而优选有利区带[10, 11, 12, 13, 14]。

3.1 小层划分

沙一下亚段“ 特殊岩性段” 是该区生烃主力层系, 岩性主要为页岩、碳酸盐岩且分布广泛, 厚度100~300 m。河间洼槽、蠡县斜坡、任西洼槽3个区带的沙一下亚段的“ 泥脖子段” （沙一下1段）和沙一下亚段“ 特殊岩性段” （沙一下2段）岩电组合特征变化明显, 由此建立分区带标准柱状图（图4）。为更加详细进行区域对比, 了解沙一下亚段“ 特殊岩性段” 横向、纵向变化趋势, 通过在3个重点区带划分单井层序, 并绘制骨干剖面图, 根据岩电组合特征, 将河间洼槽细分为SQ1、SQ2、SQ3、SQ4小层, 蠡县斜坡内带和任西洼槽沙一下亚段“ 特殊岩性段” 细分为SQ1、SQ2、SQ3小层, 并依据页岩油储层评价的各项标准在3个区带进行“ 甜点层” 的优选。

图4 饶阳凹陷沙一下亚段分区带标准柱状图

3.1.1 河间洼槽

河间洼槽沙一下亚段页岩油段共复查49口井, 其中29口井见特殊岩性显示, 23口井见砂岩显示, 11口井有气测显示, “ 特殊岩性段” 试油井17口, 其中N 99X、N 30井获工业油流, 低产井12口, 出水井3口。

沙一下亚段页岩油段紧邻洼槽, 具有良好的供油条件, 埋深3 473~4 189 m, 地层厚度48~152 m, 由西向东洼槽区逐渐增厚; 泥页岩圈闭面积450 km2。根据电性特征分为：SQ1、SQ2、SQ3、SQ4小层, 从厚度上看, SQ1、SQ3小层最为发育, 一般为20~60 m, 尤其洼槽中部（YT 1井）最为发育, 厚度达80 m, 向四周减薄（图5）。上甜点层SQ1埋深3 473~4 189 m, 厚16~42 m, 平均28 m, 主要岩性为油页岩、页岩、白云质灰岩、泥灰岩; 下甜点层SQ3埋深3 516~4 258 m, 厚12~50 m, 平均28 m, 主要岩性为油页岩、泥质白云岩、白云质灰岩、灰质泥岩。两个甜点层均见油斑以上显示, 气测全烃2.5%~100%; TOC> 2.0%, 生油潜量（S1+S2）为5.13~25.35 mg/g, 以Ⅰ 型有机质为主; Tmax为435~445℃, 镜质体反射率（Ro）> 0.7%, 处于成熟阶段。综合评价为Ⅰ 类烃源岩, 具有较大的勘探潜力。

图5 河间洼槽N 99X井-NG 15井连井对比

3.1.2 蠡县斜坡

蠡县斜坡共复查35口井, 其中17口井见泥页岩段显示, 6口井见砂岩显示, 仅4口井有气测录井数据, 沙一下亚段“ 特殊岩性段” 试油井13口, 其中工业油流井4口, 低产井5口, 出水井2口, 干井2口。蠡县斜坡内沙一下亚段“ 特殊岩性段” 埋深3 122~3 410 m, 地层厚50~70 m, 发育较稳定, 泥页岩圈闭面积190 km2。纵向上根据电性特征分SQ1、SQ2、SQ3小层, 从厚度上看, 特殊岩性厚度在SQ2小层最为发育, 主要发育于XL 1井区（图6）。综合评价：甜点层SQ2处于油气运移方向的斜坡带上, 有利面积163 km2, 埋深3 147~3 400 m, 厚21~41 m, 平均32 m; 主要岩性为油页岩、白云质灰岩、泥岩互层; 见油斑以上显示, 气测全烃为0.3%~51.5%; TOC> 2.0%, 以Ⅱ 1-Ⅱ 2型有机质为主; Tmax为430~437℃, Ro> 0.6%, 处于低成熟-成熟阶段, 油质偏重, 为Ⅱ 类烃源岩。

图6 蠡县斜坡XL 13井-XL 10井连井对比

3.1.3 任西洼槽

任西洼槽共复查24口井, 其中7口井见泥页岩段显示, 5口井见砂岩显示, 仅3口井有气测录井数据, 沙一下亚段“ 特殊岩性段” 未见试油井。

任西洼槽沙一下亚段“ 特殊岩性段” 一般为油页岩、页岩, 偶见泥灰岩、白云质灰岩、白云岩、泥质白云岩, 埋深2 855~3 629 m, 地层厚60~162 m, 由西南至东北方向稳定分布, 西北至东南方向增厚, 泥页岩圈闭面积127 km2。根据岩电组合特征将沙一下亚段“ 特殊岩性段” 细分为SQ1、SQ2、SQ3小层, 其中SQ2小层在洼槽中南部发育稳定, 埋深2 864~3 200 m, 厚21~63 m, 平均37 m, 主要岩性为油页岩、泥岩互层（图 7）; 向北东方向SQ1、SQ3小层有逐渐增厚趋势, 甜点层渐变为SQ1、SQ3小层（图8）, 埋深3 200~3 629 m, 厚33~63 m, SQ1小层平均42 m、SQ3小层埋深3 200~3 755 m, 厚25~47 m, SQ3小层平均厚41 m。气测全烃1.2%~16%; TOC> 2.0%, 以Ⅱ 1型有机质为主; Tmax为435~440℃, Ro为0.6%~0.75%, 处于成熟阶段。本区块无试油井, 综合评价为Ⅰ -Ⅱ 类烃源岩。

图8 任西洼槽Y 51井-C 9井连井对比图

图7 任西洼槽XL 10井-D 22井连井对比图

3.2 平面展布特征

在完成以上纵向评价甜点层的基础上, 依据杜金虎等[15]的四品质甜点评价标准, 形成饶阳凹陷重点区带“ 甜点层” 评价表（表2）, 结合各小层SQ1-SQ4的平面展布图, 识别横向上的“ 甜点区” 。

表2 饶阳凹陷重点区带“ 甜点层” 评价

纵向相对连续发育且累计厚度大于20 m的泥页岩段中, 河间洼槽的SQ3小层及任西洼槽北东部的SQ1、SQ3小层富有机质泥页岩沉积厚度大, 沉积范围相对较广; 蠡县斜坡内带和任西洼槽中南部SQ2小层较为发育（图9）。结合烃源岩评价结果确定为页岩油储层的“ 甜点区” 。

图9 饶阳凹陷沙一下亚段分层序泥页岩等厚图

3.3 页岩油“ 甜点区” 预测

结合以上烃源岩与“ 甜点区” 录井评价结果, 对河间洼槽、蠡县斜坡、任西洼槽3个页岩油集中发育区进行综合评价并排序。河间洼槽：烃源岩TOC 4.12%, 生烃潜量8.09 mg/g, 氯仿沥青“ A” 含量0.179 2%, 总烃1 008 mg/L, 以Ⅰ -Ⅱ 1型干酪根为主。蠡县斜坡：TOC 3.28%, 生烃潜量8.61 mg/g, 氯仿沥青“ A” 含量0.265 1%, 总烃1 535 mg/L, 中内带以Ⅱ 2-Ⅱ 1型烃源岩为主。任西洼槽：TOC3.01%, 生烃潜量21.15 mg/g, 氯仿沥青“ A” 含量0.478 1%, 总烃2 693 mg/L, 以Ⅱ 1型烃源岩为主。3个区带均发育一套有机质丰度高的好烃源岩（表3）。

表3 饶阳凹陷沙一下亚段综合排序
4 结论

饶阳凹陷沙一下亚段整体上发育一套非常规页岩油油藏, 综合泥页岩烃源岩生烃强度与泥页岩储层厚度等录井评价参数分析, 河间洼槽生烃强度最大, 泥页岩分布面积较广, 有利于形成大规模的非常规油气藏, 是有利页岩油发育的“ 甜点区” , 而蠡县斜坡、任西洼槽次之。总体评价3个区带均是具有较大勘探潜力的页岩油富集区。

（编辑 卜丽媛）

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