油页岩地层测井解释评价技术探讨dd

油页岩地层测井解释评价技术探讨

中国页岩气网讯：油页岩又称油母页岩，是一种蕴藏量十分丰富但还未被很好利用的矿产资源，低温干馏可获得页岩油。油页岩的赋存状态、评价方法、开采方式等与页岩油气及常规油气藏存在明显区别，属7种非常规油藏之一。目前，中国油页岩资源勘探程度低，关于油页岩方面的研究主要集中在油页岩特征、富集机理、资源评估和工业品质等地质方面，测井解释评价相对较少。利用有效的测井手段，在油页岩地层特有参数和评价方法等方面进行研究，可为地质、钻井、压裂、试油等提供技术支持。

位于山东泰安汶东凹陷的TA-XLA-1井目的层岩性非常复杂，主要有泥灰岩、石膏岩、灰质砂岩、钙质泥岩及含硫、含膏岩系等。油页岩岩屑描述有褐灰色、灰褐色、灰色、含硫、含膏油页岩。与稀盐酸反应弱一中等，原油味浓烈，可点燃，火焰呈黄色。而含硫、含膏油页岩，则呈浅黄或灰褐色，团块状，角砾状。钻井取心资料显示，油页岩含油产状为斑块和星点状，含油不均，油质较重，油脂感弱到较强，污手。

该井主要岩性包括白云岩、灰岩、砂岩、页岩、石膏、黄铁矿等。三孔隙度曲线频率交会图反映主要有碳酸盐岩类的白云岩、灰岩，碎屑岩类砂岩、泥岩及石膏等。从各种交会图分析，密度-自然伽马、铀-自然伽马交会图基本能把2大类矿物不同含量的岩性区分开来，应用效果相对较好(见图1)。

图1 不同矿物成分油页岩密度-自然伽马交会图

自然伽马能谱测井的钍-钾交会图可以分析油页岩地层黏土矿物成分，可以看出油页岩地层主要以层状混合物为主，部分伊利石、少量高岭石(见图2)。

图2 自然伽马测井能谱测井钍-钾交会图

该结果与岩心黏土矿物分析伊蒙混层平均含量51. 5%、伊利石平均含量35. 2%、其他为高岭石和绿泥石的结果一致。自然伽马能谱是区分油页岩黏土矿物不同含量的有效方法。

油页岩地层由多种矿物组成，且有机质和黏土沉积混合在一起。这些矿物对测井曲线有不同的响应特征。依据不同矿物的不同测井曲线响应特征，及有机质和黏土导电性存在的差别，可以定性识别油页岩储层;同时用有效区分有机质及不同矿物的自然伽马能谱与电阻率，利用密度-声波-电阻率(自然伽马)Z值图等交会图技术可以更准确地识别油页岩储层。

一、油页岩储层评价方法

1、油页岩储层参数求取

(1)地层矿物组分估算

油页岩主要成分为矿物质、有机质和水分，有机质和黏土沉积混合在一起，而不是充填在它们之间的孔隙中，不同矿物成分其有机质含量不同。由于没有能够直接测量地层元素含量的元素俘获能谱测井资料，所以综合利用常规测井资料，通过转换方法对岩石成分进行分析，以各组分的相对含量为自变量建立测井响应方程，采用最优化解释方法识别储层并最终提供6种矿物组分含量。目前处理软件还不能依据解释模型把有机质单纯地分离开来，计算的有机碳含量TOC还没作为输入曲线参与矿物组分计算。地层中含量较少的钾长石、黄铁矿等合并到性质相近的组分之中。

图3 油页岩矿物组分及物性处理成果对比图

*非法定计量单位，1 ft=12 in=0. 304 8 m，下同;1 mD=9. 87×10-4μm2，下同

图3处理成果图估算出的矿物组分与X射线衍射全岩心定量分析的碳酸盐矿物、黏土矿物、长石、石英、石膏等含量，数值接近，一致性较好，能满足生产需求。

(2)孔隙度

由于矿物成分复杂，各参数之间相互关联，计算孔隙度时，在考虑区域参数选取的同时，采用三孔隙度曲线计算基质孔隙度及裂缝孔隙度的方法。该方法是油页岩地层求取孔隙度相对准确有效的方法之一。

图4  孔隙度对比图

从图4处理孔隙度和岩心分析孔隙度对比结果看，当孔隙度大于13. 0%时，岩心分析孔隙度明显大于计算孔隙度;当孔隙度小于13. 0%时，则相反。一方面因为裂缝和溶孔等次生孔隙发育的影响;另一方面随着有机质含量的增加，油页岩孔隙度减小。由于有机质含量变化引起骨架和孔隙度变化目前没考虑在内，致使有机质含量增大的层段，常规资料计算的孔隙度偏大。整体对比一致性较好。

(3)有机碳含量

一般计算有机碳含量都用声波时差与深探测电阻率测井曲线重叠，通过?log R幅度差进一步求取有机碳含量。由于研究区域2类矿物组分为主的油页岩地层间互存在且连续厚度较薄，特别是碳酸盐岩含量差异很大，造成裂缝发育情况差别较大，基线的选取及基线的偏移在一定层段内难以统一，求出的连续曲线数值影响较大，出现偏差，应用效果不理想。

有机碳含量除与常规资料有一定的相应关系外，与自然伽马能谱测井的放射性元素铀、钍铀比、去铀伽马有很好的对应关系。普通泥岩电阻率数值低，铀含量低，钾、钍含量相对较高。有机碳含量较高的油页岩地层铀含量明显高于周围泥岩，而钍、钾含量则相对不变。利用铀、钍、钾含量不同，用岩心分析有机碳含量与自然伽马能谱钍铀比的关系回归得到自然伽马能谱计算的有机碳含量。自然伽马能谱测井资料在研究区域求取有机碳含量效果较好。

(4)含油率

根据刘招君等的研究成果，有机碳和含油率有正相关关系。该区域岩心资料没作含油率分析，借用其他研究成果，利用有机碳和含油率的回归关系计算含油率。

计算结果显示，不同矿物成分的油页岩计算出的含油率差别较大。利用阵列声波纵横波比值可以区分不同矿物含量的油页岩含油率高低。因为不同矿物成分有不同的纵横波比值，碳酸盐岩纵横波比值高，黏土纵横波比值较高，石英、长石较低，油的纵横波比值接近砂岩。利用计算的含油率乘以纵横波比值可以有效区分不同矿物含量的油页岩含油率高低。

2、储层渗透性及有效性评价

(1)微裂缝及储层渗透性评价

微电阻率扫描成像测井是评价油页岩地层微裂缝发育程度的重要手段。该井没有电成像测井资料，只能用阵列声波测井结合常规测井资料评价。

通过测井曲线响应特征及岩心描述对比分析，油页岩的矿物成分决定了裂缝的发育程度。碎屑岩成分较多的油页岩地层裂缝较少发育，或局部只发育单一裂缝，这种情况很难通过测井曲线有效判断裂缝层段和有效性。碳酸盐岩矿物含量较高的层段，常规曲线评价方法可通过基质孔隙和裂缝孔隙的方式，用模糊概率方法，把钻井取心及岩心薄片资料分析的裂缝发育状况、宽度、长度等，与阵列感应、声波时差、补偿中子、补偿密度等曲线回归，得出裂缝评价指数进行综合评价。

交叉偶极阵列声波测井参数对地层裂缝较敏感，可以区分基质和裂缝引起的渗透性变化。微细裂缝密度较大的层间缝、构造缝，声波时差及斯通利波幅度衰减，横波各向异性，能定性评价裂缝层段及渗透性，特别是斯通利波幅度衰减对微裂缝相对较敏感。用不存在渗透性或渗透性很差的地层斯通利波幅度及实际地层的斯通利波幅度计算其幅度相对衰减量作为地层渗透性及微裂缝发育程度的评价指数，并确定出评价指数界限值。

裂缝及水平地层应力不平衡可导致地层存在各向异性，裂缝形成的各向异性强弱可反映裂缝的发育程度。各向异性程度相对较弱，反映有效裂缝发育程度低。由于仪器分辨率等问题，油页岩地层即使各向异性信息较弱，也反映出地层发育有微裂缝。而在各向异性较强的层段，通过快横波方位分析判断出最大水平主应力方向，预测裂缝方向。

该井油页岩发育层段673. 89～818. 88 m，主要发育层间缝及低角度裂缝，渗透性较好，评价指数计算结果与岩心分析结果对应关系较好。整体各向异性程度相对较弱，反映地层应力较弱。各向异性强度平均为3.0%～7.0%左右。油页岩层段最大水平主应力方向为北东向。由于裂缝沿着最大应力的方向裂开，预测裂缝走向为近北东向。由于最大水平主应力方向与发育的天然裂缝的走向一致，为了增加井筒与裂缝相交的可能性，该区今后应沿着垂直于北东向的方向布井，揭开更多的油页岩层面，获得更多的产能。

(2)储层有效性评价

油页岩储层有效性主要取决于矿物成分、岩石力学参数、孔隙度渗透率参数、裂缝发育程度等。油页岩储层的基质孔隙度、渗透率很低，没有裂缝几乎不能形成工业产能。除本身的天然裂缝外，油页岩脆性如何、是否有利于压裂改造是评价油页岩储层有效性最主要的内容之一。

利用交叉偶极阵列声波测井资料的岩石力学参数及不同矿物成分的百分含量，可以有效评价油页岩地层的脆性。弹性模量和泊松比是反映岩石脆性的重要岩石力学参数，弹性模量越大，泊松比越小，岩石脆性越好，越容易形成网状裂缝;脆性越小，则形成裂缝、次生溶孔的可能性越小。油页岩的脆性与岩石的矿物组分密切相关。通过该井不同矿物组分岩石力学参数统计分析，白云石、方解石、石英、长石等矿物含量高的地层，弹性模量明显增大，泊松比较小，地层较脆弱，易形成裂缝和次生溶孔，有利于储层压裂改造;而伊利石等黏土矿物成分较多的地层，弹性模量明显降低，二者相差(2～3)×100000MPa，不利于压裂改造。用弹性模量、泊松比相对值作为脆性评价指标之一，用不同矿物体积的百分比作为脆性评价指标之二，两者加权平均作为脆性综合评价指标。

通过综合评价，该井区主要油页岩储层段具有中等强度的抗剪和抗压能力，岩石硬度中等，脆性较高，能造成剪切破裂和张性破损等特征。压裂后易形成网状缝，产油率较高。综合评价指标主要频率分布区间见表1。

表l TA-XLA-1井油页岩储层有效性评价指标主要频率分布区间表

二、应用效果分析

TA-XLA-1井713. 0～745.0 m段地层岩性主要为褐灰色油页岩与灰质泥岩，油迹、油斑显示。常规测井资料显示，油页岩储层自然伽马高中低值都有，说明矿物成分既有以石英、长石和黏土矿物为主的油页岩，也有方解石、白云石等为主的油页岩。处理成果孔隙度平均9. 8%，渗透率平均，该段7个岩样核磁共振检测结果显示，孔喉结构以单峰特征为主，中低孔隙度中低孔喉为主，孔隙度平均9. 34%，说明该段油页岩储层孔隙较发育，储集能力较强。计算的有机碳含量在1.7%～l2%之间，平均3. 9%，含油率在1.2%～8%，平均3. 8%(见图5)，达到了油页岩可开采的品质特征。

图5 TA-XLA-1井综合评价成果图

阵列声波测井资料显示，纵波时差增大，斯通利波存在幅度衰减，渗透性较好，地层存在各向异性，层间缝、构造缝发育，储层有效性好，有机碳含量、含油率较高，解释为I类、Ⅱ类储层。储层评价结果与全岩心分析，物性分析、荧光薄片鉴定、岩样核磁共振检测结果有良好的一致性。

结论与建议：

(1)通过研究区油页岩地层测井资料的综合评价，确定了有效储层层段，降低无效射孔厚度，为后期试油试采工作提供了技术支撑。

(2)利用测井资料，对油页岩地层进行了处理解释，储层物性、矿物组分含量与取心岩石分析结果基本一致，求取了有机碳含量、含油率等重要参数。

(3)提供了油页岩储层有效性评价指标，为钻井、试油、压裂、储层改造等提供了重要的参数。

(4)在现有测井系列基础上，加强微电阻率扫描成像测井、元素俘获能谱测井，建立油页岩有效储层评价方法，进行储层产能评价是今后非常规油气储层测井评价的发展方向。

责编：王亭亭

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