基于录井资料的页岩油随钻储集层评价技术

侯力虎 徐声驰 刘 志 邹先锋 罗宏斌 冯志清 甘新科 吉 军

(中国石油西部钻探工程有限公司地质研究院)

0 引 言

准噶尔盆地二叠系芦草沟组是中国最为古老的陆相液态烃页岩层系之一，是近海咸化湖盆混积岩沉积。吉木萨尔凹陷是准噶尔盆地东部典型富液态烃凹陷，构造上呈现西断东超、整体向西倾的单斜，凹陷页岩油资源丰富，其中P2l2上甜点和P2l1下甜点是其主力储集层。研究表明吉木萨尔页岩油储集层的储集空间是以基质孔隙为主，天然大裂缝(直劈、斜劈、低角度水平裂缝)为辅的储集类型[1]。近年来，随着吉木萨尔页岩油勘探开发的不断深入，如何优选层段进行压裂改造成了困扰页岩油开发进程的一大难题。前期对页岩油储集层评价主要依靠核磁测井来进行定级，由于核磁测井费用昂贵且解释结果存在多解性，不能满足页岩油储集层评价的生产需求，而录井资料可以更加直观地反映储集层的含油性，因此深入挖掘录井资料的潜力，分析得到气测指数、轻质原油指数、矿物孔隙度指数，利用录井衍生参数与核磁孔隙度的相关性，建立了利用录井资料评价储集层的方法[2]。

1 利用气测录井评价储集层物性

气测录井是对钻井过程中返出钻井液中的烃类气体含量进行连续监测，能够直观反映储集层的含油气性[3-5]。而含油气丰度的大小往往受储集层物性影响。通过研究录井气测与储集层物性之间的相关性，建立录井气测与测井核磁之间的联系，实现利用气测来评价储集层物性的目的[6-8]。

1.1 气测校正

影响气测值大小的因素很多，为了使气测能够更加真实地反映地层的含油气丰度，必须对气测值进行校正。在相同的钻井条件下正常钻进时：

Tg测量值=Tg背景值+Tg破碎+Tg压差

式中：Tg测量值为气测测量值，%；Tg背景值为气测背景值，%；Tg破碎为岩石破碎气测量值，%；Tg压差为压差气测量值，%。

背景气一般主要表现为气测基值的抬升，与正钻地层的含油气丰度无关。破碎气主要受钻时、钻头直径、排量的影响较大。压差气一般是由于钻井液液柱压力小于地层压力而形成的，压差气的大小既受压差影响，也受储集层物性影响(储集层物性好，压差大，压差气含量高)。

根据吉木萨尔页岩油已钻井资料分析表明：气测值大小受钻时影响较大，而由于页岩油特殊的储集层条件(低孔隙度、低渗透率)，压差对气测值影响较小。因此对气测值(Tg)进行了破碎气校正。

Tg=Tg背景值+Tg破碎校正

Tg破碎校正=(Tg测量值Qt)/(πD2/4)

式中：t为钻时，min/m；Q为钻井液泵排量，m3/min；Tg破碎校正为岩石破碎气校正值，%；D为钻头直径，m。

1.2 气测指数的建立

通过对吉木萨尔页岩油70口井(直井+水平井)上、下甜点(P2l22-2、P2l12-2)气测资料的研究发现：气测全烃值与背景值的比值(Ig)与核磁测井的可动孔隙度(CMFF)具有很好的相关性(图1)。

Ig=Tg破碎校正/Tg背景值

Ig=aCMFF+b

式中：Ig为气测指数;Tg破碎校正为校正的气测全烃值，%；Tg背景值为紧邻储集层的泥岩段的气测背景值，%；CMFF为核磁测井可动孔隙度，%；a、b为关系系数。

鉴于气测指数能够反映储集层的可动孔隙度，利用气测指数对页岩油55口水平井进行了解释评价，参考核磁测井的解释结果,制定了基于气测指数的储集层评价标准(表1)。

图1 X井气测指数与核磁可动孔隙度相关性分析

表1 页岩油储集层评价标准(气测指数)

2 利用岩石热解评价储集层物性

由于石油是由烃类、胶质、沥青质和少量的非烃组成的混合物，而这些物质具有不同的沸点，特别是胶质、沥青质大分子化合物在一定温度下能够裂解成小分子而蒸发出来。因此在程序升温过程中石油能够蒸发、裂解出不同的烃类物质，如汽油、柴油、煤油等。

热解分析的主要参数如下：

S0，90℃恒温2 min的热解值;S11，200℃恒温1 min的热解值；S21，200～350℃程序升温，升温速率50℃/min，350℃恒温1 min的热解值；S22，350～450℃程序升温，升温速率50℃/min，450 ℃恒温1 min的热解值；S23，450～600℃程序升温，升温速率50℃/min，450℃恒温1 min的热解值。

通过对吉木萨尔页岩油岩石热解数据的分析发现，甜点内储集岩所对应的热解谱图S11、S21、S22均有明显幅度，热解值呈现明显的双峰。甜点外烃源岩热解谱图的S11、S21值缺失，热解峰值主要出现在S22、S23之间，反映热解成分以重组分为主(图2)。

在对热解数据分析研究的基础上，又进行了岩石热解与核磁测井的相关性分析，发现热解衍生参数(轻质原油指数)与核磁可动孔隙度(CMFF)之间具有良好的相关性(图3)。

图2 页岩油储集层与非储集层岩石热解谱图对比

P2=(S11+S21)/(S0+S11+S21+S22+S23)

P2=iCMFF+j

式中：P2为轻质原油指数；i、j为关系系数。

鉴于轻质原油指数能够反映储集层的可动孔隙度，利用轻质原油指数对页岩油30口水平井进行了解释评价，参考核磁测井的解释结果,制定了基于轻质原油指数的储集层评价标准(表2)。

图3 X井轻质原油指数与核磁可动孔隙度相关性分析

表2 页岩油储集层评价标准(轻质原油指数)

3 利用XRD评价储集层物性

全岩衍射矿物分析技术(XRD)是利用X射线入射到晶体时，不同原子散射的X射线相互干涉，在某些特殊方向上产生强X射线衍射。由于不同矿物的晶体结构不同，其衍射线在空间的分布方位和强度也不同，以此来识别岩石的矿物成分。其干涉加强条件要满足布拉格方程：

2dsinθ=nλ

式中：d为晶面间距，nm；n为反射级数；θ为掠射角，(°)；λ为X射线的波长，nm。

通过对工区内XRD数据分析研究发现：甜点内的斜长石含量相对较高，白云石和方解石含量相对较低。甜点外斜长石含量降低，白云石和方解石含量升高，敏感矿物(斜长石、白云石+方解石)含量的高低能够较好地刻画储集层特征，具有较高可靠性。

在筛选出敏感矿物的基础上，通过大量的统计分析，结合核磁测井拟合回归，建立了利用XRD矿物计算岩石孔隙度的方法。

Ip=mPl/(Dol+Cal)+g

式中：Ip为矿物孔隙度指数；Pl为斜长石含量，%；Dol为白云石含量，%；Cal为方解石含量，%；m、g为关系系数(m=0.035 5，g=0.071 2)。

根据矿物含量计算的矿物孔隙度与核磁总孔隙度相关性较好(图4)，呈正相关。

TCMR=eIp+f

式中：TCMR为核磁总孔隙度，%；e、f为关系系数。

鉴于矿物孔隙度指数能够反映储集层的总孔隙度，利用矿物孔隙度指数对页岩油15口水平井进行了解释评价，参考核磁测井的解释结果,制定了基于矿物孔隙度指数的储集层评价标准(表3)。

图4 X井矿物孔隙度指数与核磁总孔隙度相关性分析

表3 页岩油储集层评价标准(矿物孔隙度指数)

4 应用实例

J 13井是新疆油田在吉木萨尔页岩油层实施的一口产能水平井，该井在录井施工中进行了气测、XRD、岩石热解等录井技术的随钻应用，现场进行了随钻储集层评价。其结果与完井核磁测井进行对比发现，两种方法计算结果具有很高的相似性(图5)，随钻评价结果与核磁测井结果一致。证明了利用录井参数进行随钻储集层评价的实用性。

图5 J 13井随钻储集层评价(录井参数)

5 结 论

随着油气勘探开发的不断深入，页岩油、页岩气等非常规油藏勘探开发越来越受到重视，因此针对非常规油藏的储集层评价也显得越来越重要。通过在吉木萨尔页岩油地区开展气测、岩石热解、XRD等录井资料的数据挖掘，利用校正后的气测值和岩石热解参数得到与核磁测井可动孔隙度相关性较好的气测指数及轻质原油指数，通过XRD矿物计算得到与核磁总孔隙度相关性较好的矿物孔隙度指数，建立基于录井资料的储集层评价标准。

在吉木萨尔页岩油地区首次建立应用录井资料评价储集层物性的方法，在减少勘探开发投入的同时能够较为准确地进行储集层评价，在技术上弥补了单纯依靠测井进行评价的不足，具有良好的应用前景和广阔的应用空间。应用基于录井资料的页岩油储集层评价技术，不仅提高了录井工程服务的技术含量，也为工程地质一体化提供了技术基础。