・ ８ ・ 录井工程 ・研究与探讨・ 泌阳凹陷湖相页岩的岩相特征及其脆性 甜点区的选取原则 季泽普 （中国石化河南石油勘探局地质录井公司） 季泽普．泌阳凹陷湖相页岩的岩相特征及其脆性甜点区的选取原则．录井工程，２０１３，２４（２）：８－１３ 摘 要 页岩油气正逐步成为勘探开发的重要领域，其中页岩脆性评价是页岩压裂选段选点的重要依据。不同类 型的页岩脆性矿物含量存在较大差异，在分析泌阳凹陷湖相页岩资料响应特征的基础上，结合岩心观察、试验，从 常见页岩类型、岩石结构、矿物组成及其含量、岩石微相特征等方面入手，归纳了钙质页岩、砂质页岩、黑色（黏土 质）页岩３种页岩类型特征。实验表明，同等压力下钙质页岩最易破裂，脆性特征影响压裂效果。研究认为根据页 岩类型特性进行该区页岩压裂选点解释是页岩压裂改造成功的重要因素，可遵循钙质页岩“脆而不甜”、砂质页岩 “既脆又甜”、黑色（黏土质）页岩“甜而不脆”的原则，依据页岩类型判断页岩的脆性，并且压裂井段要脆甜结合，均 衡选取。通过ＢＹＨＦ １井现场实际应用表明效果较好。 关键词 砂质页岩 钙质页岩 黑色页岩 特征 识别 脆性评价 中图分类号：ＴＥ ｌ３２．１ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－９８０３．２０１３．０２．００２ ０引言 １页岩类型 页岩为黏土岩类中固结较好、具有页状层理的 一页岩本身既是烃源岩又是储集层，是典型的“原 位饱和成藏”机制形成的＿】 ］。作为非常规油气储集 种特殊岩石类型。根据页岩中所含非黏土矿物成 层，随着水平井钻完井、多级水力体积压裂等工艺技 术的突破，页岩油气的工业化开采成为可能＿３］，目 前，页岩油气成为中国油气勘探关注的焦点之一。 南襄盆地泌阳凹陷湖相沉积的页岩类型主要为 钙质页岩、砂质页岩、黑色（黏土质）页岩、油页岩等。 不同的页岩表现出不同的特性，研究不同页岩的岩 性特征将为评价地层脆性、寻找页岩气“甜点”和裂 缝“甜点”区，为压裂的选点、选段提供参考，为页岩 油气的勘探开发提供决策依据。 为此，针对页岩气岩性特征，笔者在分析泌阳凹 分的不同，通常划分为钙质页岩、硅质页岩、铁质页 岩、黑色页岩、碳质页岩、油页岩等。根据泌阳凹陷 页岩岩心、岩屑观察及矿物成分分析，该凹陷页岩类 型按混入物成分可分为钙质页岩、砂质页岩、黑色 （黏土质）页岩３种。 １．１矿物成分特征 泌阳凹陷湖相页岩矿物成分受物源控制，矿物 成分主要为石英、斜长石、方解石、白云石及少量的 石膏、黄铁矿。作为陆源湖相沉积，页岩沉积物中石 英、长石含量较高，如图１所示。脆性矿物中石英平 均含量为２６．４３ ，斜长石平均含量为１６．９５ ，其 陷湖相页岩资料响应特征的基础上，从常见页岩类 型、岩石结构、矿物组成及其含量、岩石微相特征等 方面人手，归纳不同页岩类型特征，利用页岩不同特 次为方解石、铁白云石及少量的黄铁矿、石膏，平均 脆性矿物含量达６４．７２ 。 不同的页岩矿物含量存在明显的差异，黑色页 岩中黏土矿物含量较高，通常大于３０ 。另有一种 特殊情况见表１中黑色页岩＊，该页岩中方解石矿 。征识别页岩类型，根据各页岩类型特性及脆性矿物 含量确定甜点区、脆性甜点区，进行该区页岩压裂选 点解释，经实践应用取得了较好的效果。 季泽普 ］ 程师，１ ９７２年生，１ ９９６年毕业于中国地质大学石油地质专业，现从事石油地质综合研究工作河南石油勘探局地质录井公司。电话：（０３７７）６３８３７２２５。Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｚｐｊｚｌ＠１６３ＣＯｒｌｌ ．通信地址：４７３１３２河南省南阳市中国石化 ・ １０ ・ 录井工程 ２Ｏ】３年６月 １．３页岩岩石微相 裂缝发育的岩石微相主要为：砂质页岩中块状、 黑色页岩具有纹层状、块状、层状３种岩石微 相，微裂缝不发育；砂质页岩具有块状含粉砂质、纹 层状含粉砂质２种岩石微相，微裂缝发育；钙质页岩 具有层状、块状、纹层状灰质或白云质等５种微相 （表２）。 纹层状含粉砂质泥岩相和钙质页岩中层状、纹层状 灰质泥岩相。镜下微观构造观察：具有水平微层理， 含有方解石夹层的纹层状灰质白云质泥岩相常常发 育微裂缝，这些裂缝较发育的页岩岩石微相类型也 是压裂评价的脆性区域。 表２ ＢＹＨＦ １井页岩类型与岩石微相 ２ 页岩特征 识别非常规页岩天然气所需的常规测井项目主 后可见少量白色糊状物存留；黑色（黏土质）页岩为 黑色、深灰色，岩屑多呈片状、块状。利用页岩不同 的视觉特征，可以简便识别页岩的类型。 ２．３垂直承压简易试验 要是：自然伽马、井径、中子密度、岩性密度、体密度、 声波时差、电阻率测井＿５ ］。不同类型的页岩在响应 特征上有共性也存在差异，含气页岩在测井曲线上 选取３种类型页岩岩心，小心切割磨制为２×３ ×３ ｃｍ的块状，垂直于页岩页理加压进行垂直承压 试验，试验结果见表３，钙质页岩在加压１８ ＭＰａ时 先破裂（试验在带压力表的千斤顶上进行），其次为 砂质页岩，最后加压至压力表最大量程，黑色（黏土 具有明显的“４高２低”特征，即高自然伽马、高电阻 率、高声波、高中子孔隙度，低密度、低光电效应。其 中最常用的为自然伽马和电阻率。利用测井曲线形 态和相对变化幅度可以直观地识别页岩气储集层。 ２．１ 电性响应特征 质）页岩仍未破裂。页岩脆性分析：钙质页岩＞砂质 页岩＞黑色（黏土质）页岩。在水平段钙质页岩页理 面横向垂直压裂，更易于沿钙质页理脆断，从而更易 于形成压裂传导缝。砂质页岩由于砂质条带的存 在，是“脆而甜”的页岩油气储集体。 表３不同类型页岩岩心垂直承压简易试验 砂质页岩为中低自然伽马，低电阻率特征，砂质 条带、团块中含流体性质不同电阻率也不同，在条 带、团块内所含油为页岩油；钙质页岩为低自然伽马 高电阻率特征，相对于黑色（黏土质）页岩电阻率值 更高，而自然伽马明显为低值，钙质页岩的这一特性 可作为水平段导向的“标志层”（图４）；黑色（黏土 质）页岩的泥质含量高，某些有机质中含有高放射性 物质，表现为高自然伽马，一般大于１００ ＡＰＩ，电阻 率呈高值，声波时差介于泥岩和砂岩之间。 ２．２ 岩屑特征 砂质页岩为灰色、深灰色，岩屑清洗后多呈糊状 且量少；钙质页岩色浅，常呈灰白色，易碎，岩屑清洗 第２４卷第２期 季泽普：泌阳凹陷湖相页岩的岩相特征及其脆性甜点区的选取原则 ・ｌ３・ ＢＹＨＦ １井水平段２ ６００～３ ７００ ｍ共评价甜点 区１２段、脆性甜点区１２段。ＢＹＨＦ １井参照岩屑 描述，依据页岩类型特征，脆性矿物类型含量，随钻 测井曲线划分甜点区、脆性甜点区。 白云石含量高、随钻自然伽马值低、随钻电阻率 值高的页岩确定为钙质页岩。然后，依据钙质页岩 脆性矿物含量划分脆性甜点区。典型的井段 ２ ９４１～３ ００３ ｒｎ白云石含量最大为３４ ，平均为 ２１ ，石英含量平均为２６ Ａｏ，自然伽马值低，最小为 ９Ｏ ＡＰＩ，最大为１５９ ＡＰＩ，平均为１２６ ＡＰＩ，地层电阻 率高，最大为６７ ４９０ Ｑ・ｍ，平均１５ ８８９ Ｑ・ｍ，且自然 伽马与地层电阻率呈镜像反射。典型钙质页岩脆性 甜点区井段还有脆性甜点区９号、１０号层。 气测显示异常，有机质含量高，石英含量较高， 并且依据随钻自然伽马和地层电阻率判定岩性为砂 质页岩，依据砂质页岩的特性综合评价甜点区和脆 性甜点区。例如：井段３ ３０８～３ ３５６ ｍ、井段３ ２９２～ ３ ３４４ ｒｎ，白云石含量平均为７．１ ，石英含量平均为 ３６．１ ，电阻率平均为３４３ Ｑ・ｍ，自然伽马平均为 １４２ ＡＰＩ。 黑色黏土质页岩则根据气测参数和有机质含量 值进行判定，比较典型的有井段３ １４１～３２００ ｍ，自 然伽马最小为１６４．９ ＡＰＩ，最大为１９６．９ ＡＰＩ，平均 为１８７．９ ＡＰＩ，有机碳（Ｃ 。）最小为２．７８ ，最大为 ４．３８ ，平均为３．４４ ，气测甲烷最小为０．２３ ，最 大为２．９８ ，平均为１．３３ 。含有方解石的黑色 （黏土质）页岩中，后期生成的方解石多充填在页岩 裂缝中，形成封闭或半封闭的裂缝，裂缝中含有油气 的井段也划为甜点区，例如：３ ２２４～３２７４ ｍ、３ ４１６ ～３４４１ ｍ井段，方解石最小为１０ ，最大为２１ ， 平均为１４ ，有机碳最小为３．９ ，最大为４．４ ，平 均为４．１ ，甲烷最小为０．８ ，最大为３．３ ，平均 为１．９ 。 在甜点区和脆性甜点区划分的基础上设计实际 压裂段、射孔点。根据选段结果，ＢＹＨＦ １井在水平 段２ ６００ ３ ７２０ ｍ选取射孔点３１处，经分段大型压 裂，用１５ ｍｍ油嘴放喷，油压为６．０２ ＭＰａ增加到 ６．６ ＭＰａ再下降到６．０１ ＭＰａ，总液量为１６１．０８ ｍ。， 水量为１３１．０８ ｍ。，油量为３０．０ ｍ。，瞬时日产气流 量为８．３×１０ ｍ。／ａ～９．６×１０ ｍ。／ｄ，全天产气量 为８．９９８８×１０ ｍ。，原油含水微量，ＣＬ质量浓度为 ７３６６１ ｍｇ／Ｌ、ｐＨ值为６。至２０］１年９月８日，累计 出水量为２ １８５．０９ ｍ。，产油量为５００．０３ ｒｎ。，产气量 为１４８．５８６ ３×１０ ｍ。。压裂液返排率７１．３ 。 总体来说，按照页岩甜点区和脆性甜点区选取 原则进行评价压裂，获得页岩油气勘探的突破，取得 了较满意的效果。 ４结论 分析总结了南襄盆地泌阳凹陷钙质页岩、砂质 页岩、黑色（黏土质）页岩３种常见湖相页岩的矿物 成分、含量特征以及页岩岩石微相、结构差异及对应 的识别特征。通过ＢＹＨＦ １井应用实例对３种页 岩的脆性进行了实验验证，提出根据页岩类型判定 页岩脆性，同类型页岩依据脆性矿物总量对比判定 页岩脆性的观点。依据页岩类型选取脆性甜点区的 原则，对其它地区湖相页岩评价及压裂选点、选段有 借鉴意义。 参 考 文 献 Ｅｌｉ邹才能，董大忠，王社教，等．中国页岩气形成机理、地 质特征及资源潜力ＥＪ］．石油勘探与开发，２ｏｌｏ，３７ （６）：６４１－６５３． Ｅ２］ 康玉柱．中国非常规泥页岩油气藏特征及勘探前景展 望ＥＪ］．天然气工业２ｏ１２，３２（４）：１－５． Ｅ３］张立安，李龙．页岩气经济开采关键技术研究［Ｊ］．中 国石油和化工标准与质量，２ｏ１２，（８）：１２７． Ｅ４］王社教，杨涛，张国生，等．页岩气主要富集因素与核心 区选择及评价ＥＪ］．中国工程科学，２ｏ１２．１４（４）：９４— １ｏｏ． Ｅｓ３潘仁芳，赵明清，伍媛．页岩气测井技术的应用ＥＪ］．中 国科技信息２０１０，（７）：１６－１８． Ｅ６］侯颉，邹长春，杨玉卿．页岩气储层矿物组分测井分析 方法ＥＪ］．工程地球物理学报，２ｏ１２，９（５）：６ｏ７—６１３． Ｅ７］ 陈祥，王敏，严永新，等．泌阳凹陷陆相页岩油气成藏条 件ＥＪ］．石油与天然气地质２Ｏｌ１，３２（４）：５６８—５７６． Ｅ８］ 吕明久，付代国，何斌，等．泌阳凹陷深凹区页岩油勘 探实践［Ｊ］．石油地质与工程，２０１２，２６（３）：８５—８７． （返修收稿｝＝ｊ期２０１ ３ ０４ ２３编辑姜萍）