引用本文
钟小军, 史彦飞, 于伟高, 张文雅, 刘建新, 王习军. 页岩气储层甜点评价方法在乌拉力克组的应用[J]. 录井工程, 2025,36(1): 106-113.
ZHONG Xiaojun, SHI Yanfei, YU Weigao, ZHANG Wenya, LIU Jianxin, WANG Xijun. Application of the sweet spot evaluation method for shale gas reservoirs in Wulalike Formation[J]. Mud Logging Engineering, 2025,36(1): 106-113.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2025.01.016  
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页岩气储层甜点评价方法在乌拉力克组的应用
钟小军①, 史彦飞①, 于伟高①, 张文雅②, 刘建新②, 王习军③
①中国石油华北油田公司勘探事业部
②中国石油渤海钻探第二录井公司
③中国石油华北油田公司安全监督检测中心

作者简介：钟小军 高级工程师,1985年生,2008年毕业于西南石油大学资源勘查工程专业,现在中国石油华北油田公司勘探事业部从事项目管理工作。通信地址：062552 河北省任丘市华北油田公司勘探事业部。E-mail：zhongxiaojun@petrochina.com.cn

收稿日期: 2025-01-11
摘要

随着鄂尔多斯盆地天然气勘探不断向深层拓展,盆地西缘奥陶系的多口井在乌拉力克组试气获得工业气流,勘探潜力得到了进一步证实。然而,随着勘探的推进,识别甜点储层和评估流体性质的挑战也日益凸显。为此,在前人研究的基础上,综合分析了鄂尔多斯盆地西缘乌拉力克组储层的61口井的关键录井参数,总结了这些参数在页岩气储层中的响应特征,并建立了相应的甜点储层评价方法和解释标准。通过在乌拉力克组25层/9口井的实际应用,解释符合率达到了85.0%,较之前提高了6%,有效提高了该区域页岩气资源的勘探开发效率和成功率,为鄂尔多斯盆地西缘乌拉力克组页岩气储层的后续勘探开发提供了技术支持。

关键词: 页岩气储层; 甜点; 录井评价; 鄂尔多斯盆地; 乌拉力克组
中图分类号:TE132.1 文献标志码:A
Application of the sweet spot evaluation method for shale gas reservoirs in Wulalike Formation
ZHONG Xiaojun①, SHI Yanfei①, YU Weigao①, ZHANG Wenya②, LIU Jianxin②, WANG Xijun③
①Exploration Department of PetroChina Huabei Oilfield Company,Renqiu,Hebei 062552,China
② No.2 Mud Logging Company,BHDC,CNPC,Renqiu,Hebei 062552,China
③Safety Supervision and Testing Center of PetroChina Huabei Oilfield Company,Renqiu,Hebei 062552,China
Abstract

With the continuous expansion of natural gas exploration into deeper strata in Ordos Basin,many Ordovician wells in the western margin of the basin have obtained industrial gas flow through oil testing in Wulalike Formation,and the exploration potential has been further confirmed. However,with the advancement of exploration,the challenges of identifying sweet spot reservoirs and assessing fluid properties have become increasingly prominent. Therefore,on the basis of previous studies,the key mud logging parameters of 61 wells in Wulalike Formation reservoirs in the western margin of Ordos Basin were comprehensively analyzed,the response characteristics of these parameters in shale gas reservoirs were summarized,and the corresponding sweet spot reservoir evaluation methods and interpretation criteria were established. Through the practical application in 25 layers from 9 wells in Wulalike Formation,the interpretation coincidence rate has reached 85.0%,6% higher than before,effectively improving the exploration and development efficiency and success rate of shale gas resources in the region,and providing technical support for the subsequent exploration and development of shale gas reservoirs in Wulalike Formation in the western margin of Ordos Basin.

Keyword: shale gas reservoir; sweet spot; mud logging evaluation; Ordos Basin; Wulalike Formation
0 引言

在全球能源结构加速转型的背景下, 非常规天然气资源的开发和利用正逐渐成为能源领域的新焦点。页岩气储层作为非常规天然气的重要组成部分, 其勘探和开发具有重要意义[1]。然而, 页岩气储层所具有的“ 低孔、低渗、低含气丰度” , 强烈的非均质性和岩性及含气性在横向上快速变化的特性, 使得不同录井资料中流体性质的响应特征难以保持一致, 增加了勘探开发的难度, 并给页岩气储层的评价带来了挑战[2, 3]。

随着鄂尔多斯盆地天然气勘探不断向深层拓展, 盆地西缘奥陶系多口井在乌拉力克组陆续发现天然气显示和低产气流, 尤其是ZP 1、L 86等井先后获得高产工业气流, 证实乌拉力克组页岩不仅具有良好的烃源岩和盖层特性, 还具备一定的储集能力, 并形成天然气藏[4, 5]。然而, 现有页岩气储层的评价方法明显落后于常规储层的评价方法。本文旨在通过定量研究页岩气储层甜点评价方法, 有效确定其开采价值, 并优化钻井和压裂设计, 降低开采成本, 为页岩气储层的高效开发提供科学依据和技术支持。

1 地质概述

在鄂尔多斯盆地漫长的地质演化过程中, 东部地区由于构造运动的影响, 逐渐抬升为陆地, 而西缘地区则在裂陷的同时继续接受沉积, 两种因素共同作用形成了深水斜坡-盆地相的沉积环境, 从北至南区带可以分为北部铁克苏庙、中部上海庙以及南部马家滩、大水坑等地区。这种独特的构造特征和地质演化过程, 导致其地层岩石类型复杂, 岩性和含气性在横向上变化较快[6]。

录井资料揭示乌拉力克组岩性以深灰-灰黑色泥页岩沉积为主, 泥页岩主要为白云质泥岩和灰质泥岩, 少量黑色页岩, 地层厚度一般在10~120 m。近年来, ZP 1井等多口井的成功突破揭示了该套储层具备一定的勘探潜力, 但也逐渐暴露出一些难点：一是同属泥页岩的岩石类型（包括泥岩、含灰泥岩、硅质页岩、灰（云）质页岩、泥质（晶）灰岩等）中甜点储层的判别问题; 二是乌拉力克组页岩气储层的气水关系复杂, 流体性质评价难的问题。

2 甜点储层的判别

通过统计鄂尔多斯盆地西缘乌拉力克组30口钻遇气测异常的已钻井揭示, 优质气层段主要位于乌拉力克组底部10~30 m, 具有泥页岩类岩性特征, 横向上连续性较好, 开发潜力规模较大。

2.1 储集空间类型识别

姜振学等的研究结果表明[7], 泥页岩孔隙类型多样, 有机质、脆性矿物和黏土矿物等基质均有孔隙发育。通过对岩心、薄片观察发现, 乌拉力克组岩石十分致密, 孔隙发育程度较差。储集空间包括粒间孔、粒内孔、微裂缝及少量的有机质孔。对试气成功井的岩心实物照片分析表明（图1）, 甜点储层页岩纹层、微裂缝较为发育（图1a、图1b）, 部分断面富集黄铁矿; 微裂缝大多为水平产状, 局部可见层间缝被硅质或碳酸盐岩充填（图1c-图1g）, 具有页岩特征（图1a-图1h）, 有利于储层压裂改造在横向上的延展[8, 9]。

图1 奥陶统乌拉力克组页岩岩心实物观察

从试气成功井的岩心薄片资料看（图2）, 岩心纹层发育（图2a-图2h）, 钙质纹层与硅质胶结物共生（图2d）, 富含藻类（图2g、图2h）, 岩性被定名为硅质页岩、钙质页岩或混合页岩, 呈现出多种页岩类岩性特征。这些特征均为乌拉力克组页岩气甜点储层的典型表现。因此, 通过收集录井资料, 对反映甜点特征的录井参数进行统计分析, 并筛选出敏感参数, 从而建立了一套页岩气甜点储层的分类评价方法。

图2 奥陶统乌拉力克组页岩岩心微观薄片

2.2 “ 甜点” 岩性的确定

碳酸盐岩地层岩性通常可依据其矿物化学成分来判定, 当表征方解石含量的Ca元素和表征白云石含量的Mg元素越高, 表征陆源碎屑含量的Si、Al、Fe、K、S、Ti、Na元素越低时, 表明碳酸盐岩成分越纯（例如, ZP 1井井段4 190~4 194 m灰岩段）（图3）。在地层划分基础上, 经关联对比分析, 优选奥陶系乌拉力克组地层Ca、Mg、Si、Al、Fe等特征元素进行岩性识别[10, 11]。

图3 ZP 1井（导眼）元素综合录井图

从元素录井资料可知, 钻进至乌拉力克组地层后, Ca、Mg、Si、Al、Fe元素含量变化特征明显。含气显示段位于地层底部, 底部硅质含量明显高于上部, 含气性变好。结合试气结果以及气测全烃（Tg）、元素数据响应特征认为, 4 255~4 269 m硅质页岩段是本套地层的甜点储层。

2.3 甜点储层识别图板的建立

统计鄂尔多斯盆地西缘乌拉力克组多口取心井850个数据点元素数据, 从中优选Ca、Mg、Si、Al特征元素进行组合, 建立了元素岩性识别二维图板（图4）, 实现了应用元素数据对硅质页岩、灰质页岩、云质页岩、灰岩的有效区分。其中, 甜点储层中硅质页岩表现为Mg、Ca含量较低, Si含量高, Al含量中等的特点[12]。

图4 乌拉力克组元素岩性识别二维图板

通过统计取心井元素数据, 以计算出的“ 硅质” “ 泥质” “ 云质+灰质” 矿物质含量作为端元建立三角形图板。参照企业标准Q/SYBHZ 0466-2018《页岩油岩石定名及含油级别划分》, 在乌拉力克组识别出4类岩性：砂岩、泥岩、页岩、云灰岩。针对页岩类进一步识别出7小类, 其中硅质页岩又细分为黏土质硅质页岩、云灰质硅质页岩, 实现了岩性的精细识别（图5）。

图5 乌拉力克组XRF元素岩性识别三角形图板

3 流体性质评价

由于乌拉力克组页岩气储层非均质性强, 含气不均且气水关系复杂, 通过试气结果分析与区域划分, 并根据钻遇乌拉力克组的61口井（其中21口井已试气）井位分布位置及气测组分结构特征, 将乌拉力克组页岩气储层初步划分为2种含气体系, 即“ 水多气少” “ 气多水少” , 以及4个特征区带, 分别是北部铁克苏庙地区、中部上海庙地区和南部马家滩、大水坑地区。北部铁克苏庙地区埋深较大, 受邻近西侧断裂带影响, 含气性保存条件较差, 产水量较大, 呈现“ 水多气少” 的特征[13]; 中部上海庙地区离洼槽带较远, 产气量较低; 靠近南部洼槽带的马家滩、大水坑地区, 斜坡构造相对简单, 油气供应更为充分, 产气量较高, 具有“ 气多水少” 的特征。

3.1 气测解释图板的建立

针对乌拉力克组复杂的气水关系, 细化气测全烃及烃组分结构上的差异分析, 分区建立解释图板及评价标准。

3.1.1 北部铁克苏庙、中部上海庙地区（水多气少）

铁克苏庙地区：全烃峰值多数小于10%, 气测组分不全且C1相对含量高（多数大于98%）, 组分多出至C3, 呈干气特征, 试气结果以产水为主。

上海庙地区：全烃峰值小于20%, 气测组分较为齐全, C1相对含量较低（多数集中在85%~90%之间）, 重组分含量较高, 呈湿气特征, 烃斜率（C2/C3）, 比铁克苏庙地区烃斜率高（表1）, 在全烃与烃斜率图板上气水同层、含气水层、水层分区较明显, 多数井为气水同出。

表1 上海庙地区乌拉力克组解释标准

3.1.2 南部马家滩、大水坑地区（气多水少）

马家滩地区：全烃峰值较高, 大于10%, 气测组分不全且C1相对含量高（多数大于98%）, 试气以产气为主, 产水较少。

大水坑地区：全烃峰值高, 大于20%, 气测组分不全且C1相对含量高（多数大于97%）, 易发生气侵复杂情况, 试气以低产气层为主。

南部整体气测值较北部高且C1相对含量高, 呈干气特征, 烃斜率较大, 试气以产气为主（表2）。

表2 南部马家滩、大水坑地区乌拉力克组解释标准
3.2 改造选层方法的建立

鄂尔多斯盆地西缘乌拉力克组ZP 1等井岩心解析实验证明, 页岩气储层含气量与气测全烃以及储层显示厚度具有较好的相关性, 由此建立了通过游离气指数评价含气性的新方法[14, 15, 16, 17]。游离气指数计算公式如下：

Gf=（Tgmax/Tgbase）×（Hsh/Hst）（1）

式中：Gf为游离气指数; Tgmax为全烃最大值, %; Tgbase为全烃基值, %; Hsh为显示层厚度, m; Hst为地层厚度, m。

脆性矿物具有低泊松比和高杨氏模量, 在受到外力作用时更易发生断裂, 且极易扩展[18], 其含量是影响页岩气储层可改造性的关键因素, 也是评价页岩基质孔隙和微裂缝发育程度、含气性及压裂改造方式的重要指标。因此, 脆性矿物含量的多少直接影响页岩气储层的改造效果和产量。依据表征储层可改造性强的脆性元素Ca、Mg、Si的含量与表征黏土类的元素Al含量关系建立脆性指数（BI）计算模型。公式如下：

BI=VCa+VMg+VSiVCa+VMg+VSi+VAl×100%（2）

式中：BI为脆性指数; VCa为Ca元素XRF测量值, %; VMg为Mg元素XRF测量值, %; VSi为Si元素XRF测量值, %; VAl为Al元素XRF测量值, %。

通过鄂尔多斯盆地西缘乌拉力克组脆性指数评价表（表3）得知, 当脆性指数≥ 65时, 储层的脆性好、可压性高, 在受到压裂时能够较为容易地产生裂缝, 从而有利于油气的开采。

表3 鄂尔多斯盆地西缘乌拉力克组脆性指数评价

在建立了游离气指数评价含气性方法基础上, 结合储层脆性评价结果, 将含气性和脆性结合分析, 创新形成了有效储层指数（Rdi）评价模型。公式如下：

Rdi=Gf· BI/100 （3）

应用以上方法对乌拉力克组储层含气性、脆性等关键参数计算出的有效储层指数在横向上展开综合评价, 与试气结果吻合（表4）。

表4 有效储层指数评价
3.3 评价标准

依据乌拉力克组储层含气性、脆性等关键参数, 总结各类参数在乌拉力克组储层的录井响应特征, 建立了乌拉力克组页岩气储层录井评价标准（表5）。

表5 乌拉力克组页岩气储层录井评价标准
4 应用实例

通过对鄂尔多斯盆地西缘北部铁克苏庙地区、中部上海庙地区以及南部马家滩、大水坑地区乌拉力克组储层的25层9口井的应用统计, 解释符合率达到了85.0%, 较之前提高了6%, 有效提升了该区域页岩气资源的勘探开发效率和成功率。

E 102X井是在中部上海庙地区部署的一口预探井。本井试气层3-6、11、15、16段为灰岩段, 其余1-2、7-10、12-14、17共10段均以甜点岩性硅质页岩为主（表6、图5、图6）。从岩性差异来看, 灰岩的产气贡献总占比为44%, 硅质页岩的产气贡献总占比为56%。从示踪剂效果看（图7）, 产气层主要集中在1-4、7段, 解释结论多为差气层、气水同层。从有效储层指数计算结果看, 其值越大, 对应产气贡献率越高, 证实了有效储层评价指数模型的有效性。

表6 E 102X井录井解释结果

图6 E 102X井综合录井图

图7 E 102X井示踪剂追踪图

5 结论

针对鄂尔多斯盆地西缘乌拉力克组页岩气储层, 应用录井技术, 结合测井、试气等资料分析总结录井响应特征, 优选出不同岩石类型及流体性质的敏感参数, 分区建立了乌拉力克组页岩气储层录井评价方法及解释标准。首先基于录井元素数据建立了页岩岩性识别图板, 实现了硅质页岩甜点储层有效区分; 其次在应用游离气指数评价含气性方法基础上, 结合储层脆性评价结果将含气性与脆性结合, 建立有效储层指数计算模型, 在E 102X等井的应用中, 充分证实了该模型储层甜点评价的准确性和有效性, 为储层精准评价及选层改造提供了新的支撑。

建议在应用解释评价图板基础上, 结合新钻井进行不断修正及优化, 并优选与录井现场数据关联密切的图板建立统一判别模式, 以推动随钻快速解释进程, 而将其余综合性较强图板用于后期单井的解释评价。

（编辑 王丙寅）

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