渤海灣盆地滄東凹陷孔二段湖相頁巖油甜點(diǎn)評價(jià)與勘探實(shí)踐

韓文中，趙賢正，金鳳鳴，蒲秀剛，陳世悅，牟連剛，張偉，時(shí)戰(zhàn)楠，汪虎

（1.中國石油大港油田公司，天津 300280；2.中國石油大學(xué)（華東），山東青島 266580）

0 前言

頁巖油是繼頁巖氣之后當(dāng)前全球非常規(guī)油氣發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域，頁巖油資源豐富、勘探開發(fā)前景廣闊，據(jù)美國能源信息署（EIA）評估，全球頁巖油技術(shù)可采儲量為 469×108t，其中中國達(dá)到 44.8×108t[1-3]，主要分布在渤海灣盆地、鄂爾多斯盆地以及準(zhǔn)噶爾盆地等中新生代陸相地層中[4-10]，渤海灣盆地古近系頁巖油地質(zhì)資源量可達(dá)28.2×108t。滄東凹陷是渤海灣盆地黃驊坳陷南側(cè)的次級凹陷，古近系孔店組二段（簡稱“孔二段”）發(fā)育了一套厚層高有機(jī)質(zhì)豐度的泥頁巖。為深入認(rèn)識該層系基本地質(zhì)特征，指導(dǎo)頁巖油勘探，先后鉆探G108-8及GD12兩口井，連續(xù)取心565 m，并系統(tǒng)開展了巖性、烴源巖特性、物性、含油性、脆性的系統(tǒng)分析，認(rèn)識到孔二段頁巖層系巖石類型多樣且頻繁互層，源巖優(yōu)質(zhì)且滯留烴多，儲集層發(fā)育且孔縫密集，普遍含油且多段富集，脆性礦物含量較高，具備頁巖油規(guī)模發(fā)育的基礎(chǔ)[11-12]，明確了“高豐度多類型有機(jī)質(zhì)、高長英質(zhì)含量、高紋層發(fā)育程度、中等熱演化程度”是湖相頁巖油形成的有利條件[13-14]。在孔二段頁巖的新認(rèn)識指導(dǎo)下，部署的KN9、GD6x1、GD13、G1605和G1608等井在不同地區(qū)、不同層段均獲得工業(yè)油流，日產(chǎn)油為5.0～32.6 m3，證實(shí)近500 m厚的孔二段有近2/3的地層均為含油層系。但孔二段頁巖縱向地質(zhì)特征差異較大，不同層段日產(chǎn)油差異也較大，選擇哪一層段作為下步勘探的目的層以實(shí)現(xiàn)頁巖油效益勘探和規(guī)模增儲就成為勘探家亟待解決的關(guān)鍵問題。為此，在前人地質(zhì)認(rèn)識和富集因素研究基礎(chǔ)上，本文系統(tǒng)開展頁巖層系宏觀、微觀沉積韻律特征，以及基于含油性、滲流性、可壓性、源巖特性和物性等參數(shù)的頁巖油甜點(diǎn)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和方法研究，進(jìn)而優(yōu)選最優(yōu)甜點(diǎn)層作為鉆探箱體，以期為本區(qū)頁巖油水平井位部署選層選區(qū)提供認(rèn)識及技術(shù)支持。

1 地質(zhì)概況

滄東凹陷是在區(qū)域性拉張背景下發(fā)育的一個(gè)新生代陸內(nèi)斷陷湖盆（見圖1），勘探面積約1 760 km2?？椎杲M是古近紀(jì)早期沉積的一套“紅-黑-紅”巖石建造，孔二段為孔店組湖泛期沉積，厚400～600 m，是一低位—湖擴(kuò)—高位體系域完整的三級層序，可進(jìn)一步劃分為 SQEk21、SQEk22、SQEk23、SQEk24共 4個(gè)四級層序（分別對應(yīng)孔二段一亞段（Ek21）—四亞段（Ek24））及SQ①—SQ⑩共10個(gè)五級層系[11]。孔二段沉積期滄東凹陷為內(nèi)陸封閉湖盆，環(huán)湖發(fā)育多個(gè)三角洲沉積朵葉體，湖盆邊部主體發(fā)育辮狀河三角洲前緣亞相中細(xì)砂巖，湖盆中部半深湖區(qū)主體發(fā)育泥頁巖，面積 260 km2（見圖 1深藍(lán)色區(qū)域），兩者過渡區(qū)主體發(fā)育前三角洲及濱淺湖相泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖等。

圖1 渤海灣盆地滄東凹陷Ek21頁巖沉積有利區(qū)

X衍射分析（XRD）表明，研究區(qū)泥頁巖層系主要由石英、長石、白云石、方解石、方沸石、黃鐵礦、黏土等礦物組成，脆性礦物石英、方解石、白云巖、方沸石含量較高，一般大于 60%。碳酸鹽礦物（方解石與白云石）、長英質(zhì)礦物（石英與長石）及黏土礦物平均含量分別為33%，35%，16%。以此作為三端元主礦物，依據(jù)其含量可將傳統(tǒng)的泥頁巖劃分為長英質(zhì)頁巖、混合質(zhì)頁巖、灰云質(zhì)頁巖、灰云巖4種基本巖類[12]。泥頁巖整體達(dá)到好—很好烴源巖標(biāo)準(zhǔn)[15]。有機(jī)碳含量平均值為3.6%，最高可達(dá)12.92%，生烴潛量（S1+S2）平均值為18.9 mg/g，最高達(dá)73.0 mg/g，氯仿瀝青“A”平均值為0.47%。干酪根以Ⅰ型和Ⅱ1型為主，Ro值為0.66%～1.10%，一般小于1.3%，故孔二段烴源巖以生油為主。長英質(zhì)頁巖、混合質(zhì)頁巖、白云質(zhì)頁巖 TOC平均值分別為4.5%，3.0%，1.1%。儲集層整體相對致密，孔隙度平均值為4.8%，滲透率平均值為0.17×10-3μm2，但粒間孔、晶間孔及多種微裂縫組成的孔-縫系統(tǒng)使得致密的泥頁巖層系可成為有效儲集層。泥頁巖層系紋層及層間縫較發(fā)育，可有效提高頁巖層系的水平滲透率[11]。

2 頁巖沉積韻律特征及準(zhǔn)層序劃分

頁巖宏觀與微觀特征均表現(xiàn)為不同礦物組分紋層的韻律互層?？锥伍L度565 m的頁巖巖心呈現(xiàn)為長英質(zhì)頁巖、混合質(zhì)頁巖、灰云質(zhì)頁巖、灰云巖等巖類的不同韻律互層結(jié)構(gòu)[13]，測井曲線形態(tài)表現(xiàn)為高頻鋸齒狀、中頻鋸齒狀、齒化箱形等不同形態(tài)，電阻率成像上表現(xiàn)為亮暗高頻互層（見表 1、圖 2）。根據(jù)頁巖紋層密度及厚度，巖心尺度的韻律結(jié)構(gòu)可劃分為紋層狀、薄層狀、層狀等（見表1）。薄片及XRD分析表明，組成頁巖紋層的礦物主要有長英質(zhì)碎屑、白云石、方沸石、有機(jī)質(zhì)、黏土等。場發(fā)射掃描電鏡觀察表明，無機(jī)礦物紋層主要表現(xiàn)為“儲集層”，頁巖孔隙的載體主要為白云石、石英和長石（見圖3a），孔二段中等成熟度（Ro值為0.8%～1.1%）頁巖的孔隙以礦物粒間孔、晶間孔、次生溶蝕孔等無機(jī)孔為主，占比 85%以上；而有機(jī)質(zhì)紋層主要表現(xiàn)為“源巖”，因此厘米—毫米級甚至微米級不同組分紋層的韻律互層即反應(yīng)了頁巖微觀的“源儲”配置。熒光薄片視域下，無機(jī)礦物儲集層的熒光性明顯強(qiáng)于有機(jī)質(zhì)紋層（見圖3b），說明源巖生成的烴類就近微運(yùn)移到了儲集層之中（見圖3c），因此，頁巖油富集除了外因熱演化外，也受不同組分紋層配置結(jié)構(gòu)和比例——頁巖巖相的影響。

圖2 孔店組二段頁巖地質(zhì)特征及層序劃分綜合柱狀圖（以G108-8井Ek21SQ⑨為例）

圖3 滄東凹陷孔二段G108-8井頁巖微觀孔隙及層理特征

表1 Ek21頁巖組分結(jié)構(gòu)特征表

以 Ek21為例，綜合優(yōu)勢巖石類型、沉積韻律結(jié)構(gòu)及測井曲線特征等，自下而上可劃分為薄層狀灰云質(zhì)頁巖相（A）、紋層狀混合質(zhì)頁巖相（B）、紋層狀長英質(zhì)頁巖相（C）和層狀灰云質(zhì)頁巖相（D）。各相的地質(zhì)、測井特征差異較大（見表 1、圖 2），其滯留油富集的程度（見圖 2熒光掃描）以及針對性的壓裂工藝也不同，單個(gè)巖相厚度小于30 m，基本與頁巖油水平井壓裂改造的有效厚度相當(dāng)。由于湖相頁巖是一套連續(xù)沉積，常規(guī)錄井巖性單一，自然伽馬曲線起伏變化小，準(zhǔn)層序界面識別困難。根據(jù)準(zhǔn)層序的概念[16]，一個(gè)頁巖準(zhǔn)層序其實(shí)是巖性、結(jié)構(gòu)等沉積特征相似的一套頁巖韻律組合，故可根據(jù)頁巖巖相進(jìn)行準(zhǔn)層序的劃分，在五級層序劃分基礎(chǔ)上將Ek2頁巖段劃分為21個(gè)準(zhǔn)層序[14]，其中SQ⑨劃分為PS1—PS4共4個(gè)準(zhǔn)層序，其特征如表1所示。

3 頁巖油評價(jià)指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)

對于隱蔽性、非均質(zhì)性強(qiáng)的頁巖油，篩選出相對優(yōu)質(zhì)的甜點(diǎn)層并預(yù)測其分布是頁巖油效益勘探的關(guān)鍵因素之一。頁巖油地質(zhì)評價(jià)的指標(biāo)較多，2020年頒布的國家標(biāo)準(zhǔn)《頁巖油地質(zhì)評價(jià)方法》涉及生烴品質(zhì)、儲集層品質(zhì)、工程力學(xué)品質(zhì)及含油性等4大方面25個(gè)評價(jià)要素[17]，中國專家學(xué)者主要從巖性、物性、含油性、源巖特性、脆性、敏感性、地應(yīng)力各向異性以及經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行評價(jià)[18-19]，其中最關(guān)鍵的 3大地質(zhì)因素是含油性、滲流性和可壓性。為使頁巖油評價(jià)更具操作性，在實(shí)際研究及廣泛調(diào)研基礎(chǔ)上[4,14,20-24]，本文提出了表征含油性的游離烴含量（S1）、表征滲流性的頁巖沉積韻律結(jié)構(gòu)、表征可壓性的黏土含量、表征源巖特性的TOC及表征頁巖物性的孔隙度等5項(xiàng)指標(biāo)，并將頁巖油劃分為Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類，各項(xiàng)指標(biāo)的分類界限論述如下。

3.1 頁巖總有機(jī)碳（TOC）及含油量（S1）

在TOC與S1相關(guān)圖上，S1隨TOC的增大往往表現(xiàn)為三段性特征[25]，即①低TOC值低S1值段、②TOC和S1線性增大段、③TOC值增大但S1最大值基本保持穩(wěn)定段（見圖 4a）。前兩者反映了隨著生烴母質(zhì)增加而生烴量增加的基本規(guī)律，此時(shí)生成烴量還難以滿足頁巖自身吸附的需要，故隨著TOC值增大，S1值一般也增大，當(dāng)生烴量滿足頁巖自身吸附時(shí)而多余的烴排出，最大S1值基本反映了頁巖的吸附能力，故其一般保持在穩(wěn)定值內(nèi)。本區(qū) GD12井、GD14井的實(shí)測TOC值及 S1值統(tǒng)計(jì)表明，S1穩(wěn)定高值的 TOC界限點(diǎn)為 2.3%（見圖 4a）。由于頁巖吸附能力或排烴壓力的差異，不同層系頁巖的界限 2具有差異，但一般大于 2.0%（見表2），故本文將Ⅰ類甜點(diǎn)區(qū)的TOC界限取為2.0%，這與宋明水、郭旭光、王勇等學(xué)者的研究結(jié)論基本一致[22-24]。結(jié)合表3界限1的取值及“好烴源巖”標(biāo)準(zhǔn)[15]，將頁巖油選區(qū)選層的TOC下限值定為1%。

圖4 滄東凹陷孔二段頁巖TOC與S1相關(guān)關(guān)系圖

表2 陸相頁巖S1隨TOC變化三段性的分界值

對于砂巖-運(yùn)移型頁巖油，頁巖TOC值越高則生烴總量和排烴量越高，越有利于在砂巖夾層中的聚集。而對于頁巖-滯留型頁巖油，由于有機(jī)質(zhì)與黏土礦物含量一般呈正相關(guān)，高有機(jī)質(zhì)含量往往造成頁巖脆性及可壓裂性降低，因此，TOC值并非越高越好。W16井189塊樣品的BI與TOC的關(guān)系表明，TOC值大于6%，96%樣品的BI值小于40%，為低脆性頁巖（見圖5a），故將Ⅰ類甜點(diǎn)的TOC值上限確定為6%。

圖5 滄東凹陷孔二段頁巖TOC及黏土含量與脆性指數(shù)相關(guān)關(guān)系圖（脆性指數(shù)BI計(jì)算方法參見[11]）

表2顯示S1界限2一般為3.0～5.3 mg/g，平均值為3.8 mg/g，研究區(qū)S1界限2為4.0 mg/g。10余口水平井巖屑S1、TOC及其產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)表明，當(dāng)TOC值大于2.3%、S1值大于4.0 mg/g時(shí)，水平井一年期穩(wěn)定產(chǎn)量均大于10 t/d（見圖4b），綜合分析將孔二段頁巖油Ⅰ類甜點(diǎn)有利區(qū)下限S1確定為4.0 mg/g。G77井（2 106.8 m，TOC值為5.24%）干酪根溶脹吸附實(shí)驗(yàn)表明，中等演化階段頁巖吸附量平均值為100 mg/g，即每克有機(jī)質(zhì)可以最大吸附100 mg液態(tài)烴，由此可根據(jù)TOC值的界限確定S1選區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)。如根據(jù) TOC值下限1.0%確定 S1值最低應(yīng)滿足頁巖自身吸附的量，即其下限值為1.0 mg/g。

3.2 頁巖韻律結(jié)構(gòu)

趙文智等、趙賢正等研究表明，頁巖紋層（頁理）越發(fā)育，頁巖的儲集性和滲流性越好[13-14]。本文利用CT掃描、核磁共振并結(jié)合離心實(shí)驗(yàn)分析了微觀上不同韻律結(jié)構(gòu)的頁巖孔隙特征及流體的可動(dòng)性，研究表明紋層結(jié)構(gòu)頁巖大孔喉發(fā)育，平均孔隙半徑為187 nm，平均喉道半徑為168 nm，呈層狀分布，順層連通性較好，T2譜顯示可動(dòng)烴占比可達(dá)46.7%（見圖6a、圖6b）；薄層狀結(jié)構(gòu)頁巖小—大孔喉均有發(fā)育，平均孔隙半徑為102 nm，平均喉道半徑為66 nm，孔喉呈立體—層狀分布，T2譜顯示可動(dòng)烴占比15.6%（見圖6c、圖6d）；層狀結(jié)構(gòu)頁巖以小孔喉為主，平均孔隙半徑為87 nm，平均喉道半徑為58 nm，呈立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，T2譜顯示可動(dòng)烴占比 8.7%（見圖 6e、圖 6f），因此，頁巖韻律結(jié)構(gòu)對頁巖油滲流具有重要影響。根據(jù)上述分析將Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類頁巖油的結(jié)構(gòu)分別確定為紋層狀、薄層狀和層狀。

圖6 官東12井不同紋層結(jié)構(gòu)頁巖的CT掃描孔喉及不同轉(zhuǎn)速核磁共振T2譜特征

3.3 黏土含量

由于脆性礦物及脆性評價(jià)公式不同，目前尚沒有統(tǒng)一的頁巖脆性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如脆性指數(shù)。Bowker發(fā)現(xiàn)產(chǎn)氣最好的Barnett頁巖中石英礦物含量平均值為45%，黏土礦物含量平均值為 27%[29]；《海相頁巖氣勘探目標(biāo)優(yōu)選方法》國家標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)脆性指數(shù)、脆性礦物含量和水平應(yīng)力差異系數(shù)評價(jià)頁巖可壓裂性，認(rèn)為脆性指數(shù)大于 35%時(shí)頁巖脆性較大[30]；鄒才能等認(rèn)為石英、方解石等脆性礦物含量大于40%，黏土含量小于 30%時(shí)頁巖具有較好脆性[31]；趙文智等建議的頁巖油甜點(diǎn)區(qū)/層段黏土礦物含量下限為30%[13]。本文W16井BI與黏土含量相關(guān)關(guān)系統(tǒng)計(jì)表明（見圖5b），黏土含量大于40%時(shí)，受黏土含量及有機(jī)質(zhì)含量雙重影響，頁巖脆性指數(shù)基本都小于 40%，為低脆頁巖，現(xiàn)有水基壓裂液易引起黏土膨脹，導(dǎo)致支撐劑無法有效注入，導(dǎo)流能力低，壓裂改造效果差，目前尚無該類型頁巖油勘探突破的報(bào)道；黏土含量為30%～40%時(shí)，90%以上的樣品脆性指數(shù)小于 40%，為低脆頁巖，松遼盆地古龍凹陷古頁油平 1井通過二氧化碳增能壓裂，在青一段獲日產(chǎn)超35 m3高產(chǎn)工業(yè)油流，實(shí)現(xiàn)了高黏土含量的頁巖油突破[4]；黏土含量小于 30%時(shí)，樣品脆性指數(shù)一般大于 40%，為中、高脆頁巖，是目前頁巖油勘探的主體。綜合分析將Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類頁巖油的黏土含量指標(biāo)界限分別定為20%，30%，40%。

3.4 頁巖孔隙度

頁巖孔隙度大小一方面反映了頁巖儲油能力，另一方面也反映了頁巖微觀孔隙結(jié)構(gòu)及由此影響的微觀滲流能力?？锥雾搸r209塊S1與核磁有效孔隙統(tǒng)計(jì)表明，孔隙度越小，S1值越低（見圖7）。當(dāng)核磁有效孔隙度大于8%時(shí)，S1值一般大于4 mg/g；當(dāng)孔隙度大于6%時(shí)，S1值一般大于3 mg/g，且95%以上概率S1值大于4 mg/g；當(dāng)孔隙度為4%時(shí)，S1值一般大于1 mg/g，中位值約2 mg/g；當(dāng)孔隙度為2%時(shí)，S1中位值約1 mg/g。姜在興等[32]將目標(biāo)儲集層實(shí)測孔隙度下限定為6%，有利儲集層孔隙度為 4%～6%，無效儲集層孔隙度小于4%；Zou等[21]、楊智[19]等認(rèn)為經(jīng)濟(jì)性甜點(diǎn)區(qū)的實(shí)測孔隙度下限為 3%～4%。綜合分析將Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類頁巖油的孔隙度指標(biāo)界限分別定為6%，4%，2%。

圖7 滄東凹陷孔二段頁巖核磁有效孔隙度與S1相關(guān)關(guān)系圖（N為樣品數(shù)量）

3.5 頁巖油評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

綜上分析，將S1值大于等于4 mg/g、紋層結(jié)構(gòu)、黏土含量小于20%、TOC值為2%～6%、孔隙度大于等于6%作為Ⅰ類頁巖油評價(jià)指標(biāo)；S1值為2～4 mg/g、薄層狀結(jié)構(gòu)、黏土含量為 20%～30%、TOC值大于等于6%、孔隙度4%～6%作為Ⅱ類頁巖油評價(jià)指標(biāo)；S1值為1～2 mg/g、層狀結(jié)構(gòu)、黏土含量為30%～40%、TOC值為 1%～2%、孔隙度為 2%～4%作為Ⅲ類頁巖油評價(jià)指標(biāo)（見表3）。

表3 頁巖油地質(zhì)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

4 頁巖油甜點(diǎn)層及甜點(diǎn)區(qū)評價(jià)

4.1 甜點(diǎn)層定量評價(jià)

頁巖油甜點(diǎn)層是含油性、滲流性、可壓性、源巖特性和物性等因素的最優(yōu)匹配層，實(shí)際情況下某小層的上述地質(zhì)因素并非同時(shí)最優(yōu)，因此甜點(diǎn)層評價(jià)需要綜合平衡考慮各地質(zhì)因素。為減少人為因素影響，甜點(diǎn)層評價(jià)采用賦權(quán)重定量評價(jià)方法，一是不同參數(shù)賦不同權(quán)重值（ai），由于頁巖中游離油含量越高，流動(dòng)性及可壓裂性越好，越有利于頁巖油的開采，因此S1、韻律結(jié)構(gòu)、黏土含量作為優(yōu)先指標(biāo)，其次源巖特性和物性對頁巖油開采起到重要影響而非直接性的敏感參數(shù)，其權(quán)重分別設(shè)為25%，25%，20%，15%，15%；二是同一參數(shù)的不同分類（vj）賦不同分值，按照 10分制，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類分值分別為10分、6分和3分。定義其綜合評價(jià)指數(shù)EI如（1）式所示，EI表示的是研究層段內(nèi)樣品不同權(quán)重的5個(gè)地質(zhì)因素的總得分值。

以Ek21SQ⑨為例，基于表 1中PS1～PS4準(zhǔn)層序的頁巖巖相地質(zhì)特征，根據(jù)表 2評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行單項(xiàng)打分，然后應(yīng)用（1）式將單項(xiàng)得分乘以相應(yīng)指標(biāo)的權(quán)重以計(jì)算綜合評價(jià)指數(shù)的分值，如表4所示。研究表明，PS2最為有利，獲得9.4分，滿足地質(zhì)和工程，其次為PS3，為8.2分，以及PS1，為8.0分，而PS4相對較差，為6.2分。PS3頁巖雖然烴源巖及含油性較好，但物性及可壓性等工程品質(zhì)相對較差，而PS1頁巖則相反，造成兩者的綜合評分相近，在滿足頁巖壓裂形成復(fù)雜縫網(wǎng)并能有效支撐的條件下，PS3較PS1更為有利。因此，縱向上優(yōu)選PS2和PS3兩套頁巖油甜點(diǎn)層作為目前主力勘探層系。

表4 準(zhǔn)層序單項(xiàng)指標(biāo)得分與EI總得分表

通過孔二段頁巖油直井鉆探以驗(yàn)證并優(yōu)選最佳甜點(diǎn)層（見圖8）。KN9井射孔段主要為PS2，壓裂后2 mm油嘴放噴日產(chǎn)油29.6 t，GD13井射孔段為PS1+PS2兩個(gè)小層，壓裂后2 mm油嘴放噴日產(chǎn)油10.5 t，GD6x1井射孔段為 PS2+PS3，壓裂后 3 mm油嘴放噴日產(chǎn)油28.5 t，G1608井射孔段為PS3，TOC平均值為5.6%，S1值為3.7 mg/g，壓裂后4 mm油嘴初期日產(chǎn)油47.1 t，試采105 d，累產(chǎn)油為1 540.7 t，平均日產(chǎn)油14.7 t。雖然頁巖油勘探早期多針對1～2個(gè)小層同時(shí)壓裂試油，且試油產(chǎn)量的高低與射孔厚度、壓裂規(guī)模、放噴工藝等有關(guān)，但不同小層試油情況亦能側(cè)面反映其產(chǎn)能情況，即PS2、PS3小層一般具有較高的產(chǎn)能。

圖8 Ek21頁巖不同巖相頁巖油產(chǎn)量柱狀圖（括號內(nèi)數(shù)據(jù)為試油層厚）

4.2 甜點(diǎn)區(qū)疊合評價(jià)

平面上以PS2和PS3小層為例，通過S1、黏土含量、TOC、孔隙度、地層厚度等要素疊合，官東地區(qū)優(yōu)選Ⅰ類甜點(diǎn)區(qū)54 km2，滿足S1值大于4 mg/g、TOC值大于2%、黏土含量小于20%、孔隙度大于4%；Ⅱ類甜點(diǎn)區(qū)為64 km2，滿足S1值大于2 mg/g、TOC值大于2%、黏土含量小于30%、孔隙度大于4%；Ⅲ類甜點(diǎn)區(qū)為 105 km2。優(yōu)選Ⅰ類甜點(diǎn)在 G1608井區(qū)部署1701H、1702H先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)井，并在一個(gè)平臺工廠化鉆探1H、2H和3H等3口水平井（見圖9）。

圖9 滄東凹陷孔東地區(qū)PS2+PS3小層甜點(diǎn)評價(jià)圖

5 頁巖油勘探實(shí)踐

2017年之后針對PS2和PS3進(jìn)行水平井壓裂提產(chǎn)實(shí)驗(yàn)（見表5）。1701H、1702H和1H水平井壓裂試油段為PS2+PS3，2H、3H試油段為PS3。1702H井目前仍自噴，穩(wěn)產(chǎn)期已達(dá)623 d，累產(chǎn)油超萬噸；1701H井累產(chǎn)7 637 t，下泵生產(chǎn)一年后日產(chǎn)油8.9 t，與1702H井相比，試油期少了63 d、試油段長度少了342 m，且未鉆橋塞，排出上述因素，預(yù)期兩井累產(chǎn)油量相差不大，勘探成效好。1H、2H、3H井相比，1H井比2H、3H井試油段長度分別減少了152 m和103 m，米液量、米砂量均較小且未鉆橋塞，3口井生產(chǎn)450 d左右，1H井的井筒供液能力和日產(chǎn)油水平均強(qiáng)于2H和3H井，若排除上述工程差異，預(yù)期 1H井累計(jì)產(chǎn)油量要高于2H和3H井。綜上，PS2+PS3小層（以PS2為主）鉆探的水平井累產(chǎn)油量和穩(wěn)產(chǎn)周期要大于純 PS3小層鉆探的水平井，這與PS2頁巖的基質(zhì)孔隙度和工程脆性高有關(guān)，即其是地質(zhì)、工程雙甜點(diǎn)，PS3地質(zhì)甜點(diǎn)更優(yōu)，這與前述準(zhǔn)層序評價(jià)結(jié)論一致。頁巖油水平井應(yīng)選擇地質(zhì)、工程雙甜點(diǎn)的層段鉆進(jìn)，更有利于水平井的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和采收率的提高。

表5 滄東凹陷孔二段頁巖油水平井鉆探成效統(tǒng)計(jì)表

在上述認(rèn)識指導(dǎo)下，2020年以來，滄東凹陷孔二段進(jìn)一步加大了頁巖油勘探，目前已壓裂投產(chǎn)井25口，但受斷層影響，水平井段長度一般僅為400～800 m，日產(chǎn)油200 t以上，累產(chǎn)油超6×104t。生產(chǎn)時(shí)間大于200 d且穩(wěn)定生產(chǎn)3個(gè)月以上的水平井有7口井，初期日產(chǎn)油為12.8～26.9 t，目前日產(chǎn)油為8.0～15.5 t。同時(shí)歧口凹陷沙河街組三段頁巖油勘探也獲得新突破[33]，鉆探的QY10-1-1井壓裂后5 mm油嘴放噴，產(chǎn)量達(dá)103.5 t/d、產(chǎn)氣量為5 891 m3/d。孔店組、沙河街組頁巖油勘探表明，渤海灣盆地古近系頁巖油勘探前景十分廣闊。

6 結(jié)論

滄東凹陷孔二段頁巖層系發(fā)育薄層狀灰云質(zhì)頁巖（A）、紋層狀混合質(zhì)頁巖（B）、紋層狀長英質(zhì)頁巖（C）和層狀灰云質(zhì)頁巖（D）4類主要頁巖巖相，基于此將SQ⑨劃分為PS1—PS4共4個(gè)準(zhǔn)層序。PS1頁巖S1值為3.7 mg/g，TOC平均值為3.4%，核磁孔隙度為6.6%，黏土含量為18%；PS2頁巖S1值為4.5 mg/g，TOC平均值為4.0%，核磁孔隙度為5.5%，黏土含量為16%；PS3頁巖S1值為7.6 mg/g，TOC平均值為4.5%，核磁孔隙度為3.8%，黏土含量為25%；PS4頁巖S1值為3.3 mg/g，TOC平均值為1.6%，核磁孔隙度為6.1%，黏土含量為14%。

優(yōu)選 TOC、S1、韻律結(jié)構(gòu)、黏土含量、孔隙度 5項(xiàng)頁巖油甜點(diǎn)評價(jià)參數(shù)，將頁巖油劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類。Ⅰ類頁巖油S1值大于等于4 mg/g、紋層結(jié)構(gòu)、黏土含量小于20%、TOC值為2%～6%、孔隙度大于等于6%；Ⅱ類頁巖油S1值2～4 mg/g、薄層狀結(jié)構(gòu)、黏土含量20%～30%、TOC值大于等于6%、孔隙度4%～6%；Ⅲ類頁巖油S1值1～2 mg/g、層狀結(jié)構(gòu)、黏土含量30%～40%、TOC值為1%～2%、孔隙度2%～4%。

采用賦權(quán)重定量評價(jià)方法對 PS1～PS4準(zhǔn)層序進(jìn)行綜合評價(jià)，按降序依次為PS2、PS3、PS1、PS4。據(jù)此優(yōu)選PS2和PS3兩套頁巖油甜點(diǎn)作為水平井的鉆探箱體，直井及1701H、1702H 等水平井鉆探均證實(shí)PS2、PS3具有較高的產(chǎn)能。

符號注釋：

ai——各項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，無因次；BI——脆性指數(shù)，%；EI——綜合評價(jià)指數(shù)，無因次；OSI——含油飽和度指數(shù)，mg/g；Ro——鏡質(zhì)體反射率，%；Rt——電阻率，Ω·m；S1——游離烴含量，mg/g；S2——熱解烴含量，mg/g；TOC——總有機(jī)碳含量，%；vj——單項(xiàng)分類的得分，無因次；Vc——黏土含量，%；φ——孔隙度，%。