分类：农业论文 时间：2022-02-24 热度：782
摘要: 松辽盆地古龙页岩油储层岩性组合复杂、非均质性强、孔隙流体赋存状态多样，这些特殊性造成储层岩性精细识别及流体准确评价难度大。为了有效解决研究区岩性识别和流体评价的难题，综合应用宏观观察、元素分析、薄片鉴定等岩性识别技术，总结典型岩性各项技术响应特征，建立起页岩油岩性识别组合技术，实现页岩油储层岩性精细识别; 选取能够评价轻质烃类的气测录井、轻烃分析、岩石热解分析等技术的关键参数，将评价参数分别赋予不同权重，建立页岩油储层含油性综合指数，应用综合指数对页岩油储层含油性进行准确评价，取得了较好效果。研究成果为松辽盆地古龙页岩油储层后期精细评价和 “甜点”层段优选提供了重要的技术依据。
关 键 词: 页岩油; 岩性识别; 元素分析; X 射线衍射全岩分析技术 ( XRD) ; 流体评价; 气测录井; 岩石热解;
0 引 言
随着松辽盆地勘探开发程度的深入，大庆油田常规油的勘探已接近尾声，勘探开发重心正逐步向非常规油气勘探领域转移，目前对松辽盆地北部页岩油的勘探开发已成为大庆油田的重要攻关领域。松辽盆地北部古龙凹陷页岩油资源丰富，青山口组暗色泥页岩厚度大、有机质丰度高，且地层存在超压，是一套生油能力很强的优质泥页岩，对该区页岩油进行大规模勘探开发，对油田油气资源可持续开发利用具有重大意义[1]。
古龙凹陷青山口组泥页岩储层为一套厚度较大的半深湖—深湖相沉积的黏土含量高的细粒碎屑岩。大量的岩心分析资料揭示，该区泥页岩层的岩石矿物组分极其复杂，单纯依靠岩心观察和常规岩性识别方法不能精细刻画储层岩性剖面，而岩相的准确识别是进行储集质量和含油性评价的基础。因此，为了满足页岩油勘探需求，需要研究出一套适合泥页岩储层岩性识别方法[2]。
在岩性精细识别的基础上开展页岩油储层流体评价，优选含油性评价关键参数，形成综合性含油指数，对储层含油富集层段进行筛选，结合物性和脆性评价，为储层 “甜点”层段优选提供有力支撑。泥页岩储层流体性质单一，孔隙中可动流体以油质状态赋存，但是，烃类赋存状态及富集程度差异对产能贡献的影响较大。因此，页岩油储层流体评价的重点和难点为储层含油性评价。
1 泥页岩储层岩性准确识别方法
有研究表明古龙凹陷青山口组主要发育 5 类岩性，分别是页岩、泥岩、粉砂质岩、灰质岩、云质岩，纵向上粒度极细、纹层多、岩性组合复杂、岩性变化快、非均质性强，综合应用多项岩性识别技术，总结各岩相特征，准确识别储层岩性对储层后期精细评价至关重要。
1. 1 宏观观察
宏观观察识别岩性，是指通过肉眼直接观察或借助放大镜等简单辅助设备观察岩心、岩屑、井壁取心等实物，分别从颜色、产状、矿物成分、结构、构造、含有物等方面对实物进行观察描述，根据岩性定名原则进行岩性宏观识别，相比岩屑和井壁取心，对钻井岩心新鲜断面进行宏观观察，更能准确识别岩性。
通过对古龙凹陷青山口组页岩油井岩心进行宏观精细观察描述，获得该区典型岩相宏观识别特征 ( 图 1) 。
块状泥岩宏观特征: 深灰、黑灰、灰黑色，成分纯或较纯，块状或波状层理，含炭屑、黄铁矿、蚌化石、介形虫化石等。纹层状页岩宏观特征: 黑灰或灰黑色，成分较纯，页理发育或较发育，纹层厚度一般为 0. 5 ～ 10 mm，单层页理厚度一般为 1. 0～10 mm，页理密度一般为 200 ～ 500 层/m，含炭屑、黄铁矿、蚌化石、介形虫化石等，夹介形虫层条带、方解石脉等。层状页岩宏观特征: 黑灰或灰黑色，成分较纯，页理发育，单层页理厚度一般 0. 2～0. 5 mm，页理密度一般为 400 ～ 1 000 层/m，含炭屑、黄铁矿、蚌化石、介形虫化石等，夹介形虫层条带、方解石脉。粉砂岩宏观特征: 灰、深灰色，成分以石英为主，长石次之，钙、泥质混合胶结，较致密，磨圆呈次棱角状，滴水速渗，滴酸不反应，局部含泥重，呈条纹及条带状分布。介壳灰岩宏观特征: 灰、深灰色，成分较纯或局部含泥重，呈条带状分布，块状层理，化石个体保存完整或较完整，滴酸反应剧烈或较剧烈。白云岩宏观特征: 灰、深灰色，页理和纹层均不发育，致密或较致密，坚硬或较坚硬，滴酸弱反应—中等反应。
1. 2 元素分析技术
元素分析技术是依据岩石所含不同的矿物成分具有不同的 X 射线光谱特征，通过对这些射线光谱特征进行分析，可确定不同岩性的个性元素和元素组合变化规律，在获得各岩性元素特征之后，可反向根据单项元素或元素组合特征建立不同岩性的识别方法[3]。
岩石地球化学研究表明，泥页岩有 5 类矿物组成，分别为黏土矿物、石英、长石、方解石和白云石。黏土矿物主要由蒙脱石、绿泥石、伊利石、高岭石等组成。依据此类矿物的化学分子式可知，主要元 素 为 Si、Al、Mg、Fe、Ca、K、Na、C、O。经过研究，Ca 和 Mg 元素含量与碳酸盐矿物含量的相关性最好; Al 元素含量与黏土矿物含量的相关性最好; Si 元素含量与石英含量呈正相关[4]。应用元素分析技术，对松辽盆地北部古龙凹陷青山口组泥页岩储层主要岩相进行元素分析，通过统计青山口组元素分析数据，对典型岩相类别进行特征元素及规律统计 ( 表 1) ，获得该区主要岩相元素特征，为泥页岩复杂岩性准确识别提供依据。
其中粉砂岩、介壳灰岩为该区常规录井岩性，借助实物观察识别相对容易，但是块状泥岩与层状页岩、纹层状页岩的区分较难，同时，云岩以薄层状分布，岩屑录井过程中亦存在识别难度。故需要借助岩石中的元素质量分数来进行岩性识别。
通 过 表 1 发 现，白 云 岩、介 壳 灰 岩 具 高 w ( Ca) 、w ( Mg) 特征; 粉砂岩具有低 w ( Fe) 、 w ( Mg) 的特征; 块状泥岩与层状页岩、纹层状页岩 以 w ( Ca ) 3. 47% 为 分 界 点， 统 计 页 岩 1 /2w ( Mg) +w ( Fe) 与块状泥岩有一定差异性，故选取 w ( Ca) 与 ( 1 /2w ( Mg) +w ( Fe) ) 绘制交会图 ( 图 2) 。由该图可以看出粉砂岩、云岩、介壳灰岩、块状泥岩、纹层状页岩较好区分，但针对纹层状页岩与层状页岩从元素角度区分较难，需要借助显微镜进行页理观察。
1. 3 X 射线衍射全岩分析技术 ( XRD)
岩石由矿物组成，不同岩性的岩石所含矿物成分及含量不同，每种矿物都有自己特有的晶体结构。X 射线投射到晶体中时出现因散射线加强而存在衍射图像，将衍射图像与矿物衍射数据库中的标准 X 射线衍射图谱对比，能够准确识别出岩石矿物成分与含量[3，5]。
该项分析技术主要能够获取黏土、石英、钾长石、斜长石、方解石、白云石、黄铁矿等矿物成分。
经过研究，通过其相对含量就可以确定岩石岩性[6]，故该项技术可以为现场定量化岩性定名提供参考依据，有效提高复杂岩性准确识别的精度。
由于细粒沉积岩粒度极细，常规薄片难以准确鉴定其矿物含量，而 XRD 是根据不同矿物的特征衍射图谱及矿物含量与其衍射峰强度呈正比关系的原理来获得样品的矿物组成并计算其含量的一种定量分析方法，可识别多种矿物成分。
表 2 统计了青山口组典型岩相与 X 衍射矿物含量关系，从统计数据看，典型岩相主要矿物成分存在一定的规律。其中，白云岩含有典型矿物白云石，同时介壳灰岩具有高含方解石的特点，粉砂岩类结合石英和黏土含量加以识别; 块状泥岩与页岩从矿物成分看差距不大，特别是纹层状页岩的纹层可能是砂质纹层、钙质纹层等，需要借助元素分析及实物观察加以区分。
1. 4 电性特征
针对页岩油储层薄层—纹层多样、岩相复杂的特点，在划分岩相基础上，应用多口取心井开展了岩—电关系分析，明确了古龙凹陷青山口组不同岩相测井响应特征。层状页岩，测井响应具有自然伽马、电阻率、声波时差、中子孔隙度较高，密度值较低特征，成像显亮黄色块状，见裂缝和小孔发育，层中部分发育高亮含白云岩或介屑薄层; 纹层状页岩，测井响应总体具有自然伽马、密度、声波时差值较大，电阻率值稍低等特征，但与层状页岩相比，自然伽马和声波时差值均稍低，成像显示黑黄色块状或层状，发育亮色条带状白云岩或含粉砂、含介屑薄层; 介壳灰岩一般厚度稍大，声波时差较小，微球曲线值较大，成像高亮显示; 白云岩一般厚度薄，声波时差较小，成像以薄纹层为主，亮度稍低; 粉砂岩相一般有声波时差、自然伽马较小、电阻率较大的特征。
1. 5 薄片分析技术
岩石是矿物有规律的组合体，尽管自然界已发现的矿物有 3 000 余种，但岩石中最常见的造岩矿物仅 10 余种，主要为石英、钾长石、斜长石、云母、角闪石、辉石、橄榄石、方解石、白云石、黏土矿物等。利用矿物的光学特征，通过偏光显微镜将自然光变为偏光，测定矿物光学性质识别矿物类别，结合镜下显微结构，根据岩石的组成、结构、构造等矿物及岩石学参数，实现精确岩性识别。最后根据造岩矿物的种类、大致含量、结构、构造特征对岩石进行定名[7-8]。
通过以上录井岩性识别方法综合应用，首先通过肉眼观察从颜色、粒度、页理、含有物等宏观信息对泥页岩储层岩性进行粗描，然后应用元素分析、XRD 矿物分析结合测井资料对岩性进行大类划分，应用薄片分析技术对岩石的结构构造进行微观识别进而对岩性进行准确定名，从而形成方法体系，实现对泥页岩储层岩性的准确识别。
2 泥页岩储层流体评价方法
古龙泥页岩油是以泥、页岩为主的岩石层系中所含的石油资源，主要呈游离态、吸附态或者溶解态保留下来[9]。面对泥页岩的低孔、低渗的特点，蕴含其中的可流动油成为主要研究对象。这就要求从原油性质的角度出发，求取能够反映油质成分、流动 性 的 参 数，并对这些适合的参数予以研究评价。
目前录井现场针对泥页岩油评价的技术手段主要有气测录井技术、岩石热解分析技术、残余碳分析技术、轻烃分析技术等。
2. 1 气测录井技术
气测录井是获取地层游离态烃的主要途径。气测录井是以钻井液为载体，随着钻头破碎地层，地层中的气体溶解入钻井液中，随钻井液上返至井口，经脱气器对钻井液中的气体进行脱离，并通过仪器对气体组分进行分析，记录全烃含量及各气体组分含量的一项录井技术。
气测录井可有效地反映地层中是否含有油、气，其主要测量烃类组分为 C1—C5，可以反映游离态烃类的体积分数。气测全烃值高，说明地层含烃量高、单位时间产出烃类物质多、产能高[10]，同时，气测录井技术不受岩性的影响，因此可以利用气测 录 井 资 料 评 价 页 ( 泥) 岩 储 层 的 含 油气性[11]。
2. 3 残余碳分析技术
在现场随钻地化录井过程中，针对泥页岩油储层，部分样品要同时进行热解及有机残余碳分析，这部分样品在 YQ-Ⅲ型油气显示评价仪分析结束后，转移至有机残余碳分析仪内进行残余碳分析，最终获得全套的热解分析数据。w ( TOC) 与页岩吸附能力呈正相关，即泥页岩中，有机质类型越好，有机质丰度越高，含油性越好。故可同时利用 w ( TOC) 来评价页岩油储层中的 吸附烃的含烃量。
2. 4 轻烃分析技术
轻烃分析属于气相色谱分析技术的一种，主要依据气相色谱分析原理。轻烃分析可以得到油层 C9 以前的各单体烃的含量。原油是一种主要以碳、氢 2 种元素组成的十分复杂的混合物，到目前为止，人们尚不能对其全部组成定性，确定它们的分子结构，但轻烃部分已认识得十分清楚。常温下， C1—C4 为气态烃，C5 以后随着相对分子质量的增加，从液态烃逐步过渡到固态烃。其中，轻烃分析参数中的峰面积是 C9 之前 103 个单体烃的峰面积总和，故可以反映 C9 之前的含烃总量。
轻烃分析技术可以有效弥补气测录井技术无法获取 C6—C9烃组分参数的局限，故可以将轻烃分析的峰总面积作为评价游离烃含量的一个手段。
2. 5 综合性含油参数
结合各项含油性评价关键技术，皆对泥页岩油层具有较好的评价意义。在松辽盆地经过近 10 口井的实践，各含油性参数对泥页岩油油层有较好的特征反映。但局部单项资料直接存在矛盾性，且各项分析参数单位不统一，评价过程较为繁琐，对泥页岩油储层评价造成困扰。本文应用各含油性参数，结合各参数权重，建立了符合泥页岩油储层评价的含油性综合指数。
从分析可知，针对泥页岩油储层，气测全烃值、轻烃分析的轻烃峰面积、地化热解 S1 值、残余碳分析的 w ( TOC) 均能够明确的反映储层含油性。
这 4 种参数作为评价泥页岩油层的主要参数，通过齐家—古龙近 10 口井的应用与研究，对各含油性参数进行权重分配。其中，全烃最大值、地化热解 S1 值分配的权重分别为 0. 3; 轻烃峰面积、 w ( TOC) 分配的权重分别为 0. 2。同时，为了克服各项参数单位不统一的问题，将各参数进行归一化处理，最后将各含油性参数与其对应权重的乘积的累加和定为含油性综合指数。
3 应用效果
井 A 于青一段 2 527～2 543 m 进行了钻井取心录井 ( 图 3) ，依据岩性识别方法，将岩心剖面进行精细描述，本段岩心以纹层状页岩为主，夹薄层泥质云岩、粉砂质泥岩条带; 岩性质较纯，性脆，页理发育差，出筒未见气泡，干照无荧光，滴照见荧光，呈星点及细纹状分布，无油脂感，无油气味，不染手，浅黄色，单层页理厚度最大 0. 5 mm，最小 0. 2 mm，页理密度 300 层/m。
同时，对岩心进行了含油性分析，求取了含油性综合指数。气测全烃最大值为 28. 9%，轻烃总面积 为 18. 4 ～ 154. 8 pA · s， S1 值 为 0. 60 ～ 7. 12 mg /g，w ( TOC) 为 0. 37% ～ 2. 89%，求取综合性含油指数为 0. 23～0. 71。通过对比分析看，解释 59、61 号层为泥页岩油层Ⅰ类层，58、60 号层为泥页岩油Ⅱ类层。
应用本文的方法，综合岩性和含油性分析结论，对 2 个Ⅰ类层的 59、61 号层进行试油测试，取得了较好的产能，反映岩性识别和流体评价方法准确可靠。
4 结 论
( 1) 针对泥页岩储层岩性识别难题，分析总结了各项岩性识别技术典型岩相特征，建立岩性综合识别组合技术，从而实现储层岩性准确识别。
( 2) 针对页岩油储层含油性评价的难题，通过梳理各单项录井评价技术，建立含油性评价综合指数，可有效评价页岩油储层含油性。——论文作者：梁久红 张丽艳 韩冰冰 杨世亮 李 博刘文精 张艳茹 陈晓晓 郭 晶 董黛莉
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