海外頁巖油氣縱向地質甜點識別方法

陳曉智，陳桂華，鄒 拓，祝彥賀，胡曉蘭，呂玉民，白玉湖

(1.中海油研究總院，北京 100028；2.中國石油天然氣股份有限公司大港油田公司勘探開發研究院，天津 300280；3.中國華電集團清潔能源有限公司，北京 100160)

海外頁巖油氣縱向地質甜點識別方法

陳曉智1，陳桂華1，鄒 拓2，祝彥賀1，胡曉蘭3，呂玉民1，白玉湖1

(1.中海油研究總院，北京 100028；2.中國石油天然氣股份有限公司大港油田公司勘探開發研究院，天津 300280；3.中國華電集團清潔能源有限公司，北京 100160)

準確識別頁巖油氣地質甜點、確定關鍵識別參數、優選水平井靶點是開展頁巖油氣研究急需解決的問題?？碧介_發實踐表明，頁巖油氣的地質甜點為“甜點體”，其縱向上遵循從遠景段、有利段、核心段，再到甜點的遞進識別過程。本文以北美Eagle Ford組頁巖為例，從構造沉積背景確定了淺海-半深海相沉積的下白堊統為遠景段；利用野外露頭和鉆井巖芯，通過層序地層分析明確了Eagle Ford組為晚白堊世的有利頁巖發育層；結合測井解釋得出了下Eagle Ford段為該組的核心段；同時，提出了自然伽馬、有機碳含量、電阻率、含烴飽和度4類測井曲線進行劃分核心段和識別縱向甜點段的應用方法。在此基礎上，通過觀察掃描電鏡和薄片資料，分析A、B、C三個亞段生烴能力和儲集能力，明確了下Eagle Ford段的B亞段為縱向地質甜點。分析PH、EM、BL三口井初始產量和水平井段鉆井軌跡在A、B、C三個亞段的鉆遇時間，結果顯示B亞段對頁巖油氣較高產量貢獻率最大，是下Eagle Ford段最佳的水平井靶點優選位置。

頁巖油氣；縱向地質甜點；水平井靶點；Eagle Ford

頁巖油氣主要以鉆水平井的方式進行開采[1-2]，水平井靶點(水平段著陸點)的選擇對提高產量至關重要。從地質角度而言，水平井靶點處于頁巖油氣地質甜點上，即頁巖品質最佳的目的層段。目前，對頁巖油氣地質甜點的研究主要集中在利用地質參數等值線疊加尋找地質“甜點”[3-5]和利用地震儲層反演預測頁巖品質相對高值區反映地質“甜點”[6-7]，但多是對某一套頁巖地質品質的綜合評價，對同一套頁巖縱向遞進分段以及水平井靶點優化的研究鮮有報道。實踐表明，美國著名的Barnett組頁巖和我國涪陵地區商業開發的龍馬溪組頁巖在縱向上均呈現明顯的分段性[8-10]。因此，通過識別頁巖油氣縱向地質甜點來優化水平井靶點位置是獲得高產頁巖油氣的重要前提。

頁巖油氣地質甜點是一個“甜點體”的概念，包括平面甜點和縱向甜點。平面甜點的識別流程包括對遠景區、有利區、核心區和甜點的識別[11]。相對于平面甜點，縱向甜點的識別流程相似地按照從遠景段、有利段、核心段，再到縱向甜點的過程。在遠景段的識別中，首先判斷目的層是否為深水沉積，根據其劃定遠景段；在此基礎上，有利段-核心段的識別，主要分析相應地層的層序地層結構及巖性特征，優選出有利沉積環境發育地層中的最有利層段；而對縱向甜點的最終確定，則是在上述優選的最有利的地層段中根據有機質含量、含烴飽和度等參數，尋找最優質的頁巖油氣富集段。通過對“甜點體”的識別，可以有效地指導水平井井組(PAD)部署和水平井靶點位置判斷，結合工程參數，對水平段的壓裂級數、簇數、級/簇間距、壓裂規模等均具有很好的指導意義[12]。

海外頁巖油氣選區評價中，由于缺少詳實的頁巖樣品分析化驗資料，往往在地質背景認識的基礎上，充分利用測井信息和產量數據從地質甜點“正演”和產量貢獻“反演”兩個角度深化地質甜點的認識與識別，進而指導水平井靶點的優選[13-14]。本文以北美Eagle Ford組頁巖為例，探討頁巖油氣縱向地質甜點識別方法，以期為海外頁巖油氣資產評價或國內頁巖氣戰略選區研究提供思路與借鑒。

1 地質甜點“正演”

1.1 遠景段識別

中侏羅世-晚白堊世，北美大陸與南美板塊由裂谷向被動大陸邊緣轉化，海平面相對上升。晚白堊世構造背景相對穩定，形成了穩定的北美大陸、西側落基山脈和中部的墨西哥海灣，其中研究區德克薩斯州處于淺海-半深海深水沉積環境，為發育Eagle Ford組富有機質沉積物提供良好背景[15-16]。因此，晚白堊世的海相沉積地層可以被劃定為Eagle Ford組的縱向遠景段。

1.2 有利段-核心段識別

上白堊世，研究區自下而上依次沉積了Buda組、Eagle Ford組和Austin Chalk組三套地層。露頭上，Buda組為灰色塊狀灰巖，Eagle Ford組為灰黑色-灰白色層狀頁巖，Austin Chalk組為灰白色微晶灰巖(圖1A～D)，三套地層均遭受不同程度的風化作用。根據露頭上的巖性組合，Eagle Ford組可劃分為下Eagle Ford段和上Eagle Ford段。其中，下Eagle Ford段為灰黑色頁巖，上Eagle Ford段為灰白色頁巖，成層性明顯(圖1E)。鉆井巖芯顯示(圖1F、圖1G)，下Eagle Ford段頁巖顏色較上Eagle Ford段深，巖性更加單一；而上Eagle Ford段顏色較淺，紋層非常發育，分析認為是巖層中有機質含量較下Eagle Ford段少，沉積時水體深度相對淺所致。

層序地層分析表明，下Eagle Ford段地層沉積時期對應海進體系域，為沉積層序格架的凝縮段，低能-還原環境為富有機質頁巖的形成和保存提供了良好條件；上Eagle Ford段沉積時期對應海侵體系域向高位體系域過渡階段，沉積的水體相對淺于下Eagle Ford段，沉積了薄層的鈣質頁巖和粉砂夾層，與下Eagle Ford段直觀差別明顯。

Austin Chalk組、Eagle Ford組和Buda組三套地層巖性不一，其巖性突變面在測井曲線上特征明顯，縱向上劃分有利段-核心段的分界面較為清晰。PH井綜合測井解釋顯示(圖2)，GR、TOC、RT、(1-Sw)、POR、PER和VOLUME_CLAY曲線在Austin Chalk組與Eagle Ford組界面均為突然增高現象，在Eagle Ford組與Buda組界面均呈現突然降低特征，VOLUME_CARB曲線在以上兩個界面處突變現象相反?？v向上有利段Eagle Ford組劃分特征明顯。

根據地化分析結果，下Eagle Ford段頁巖富有機質、黏土礦物含量相對較高；上Eagle Ford段含有鈣質、砂質成份相對較高，在GR、TOC、VOLUME_CLAY曲線上，下Eagle Ford段曲線值相對上Eagle Ford段差別更明顯，而在VOLUME_CARB曲線上數值相對要小。

因此，通過測井解釋成果的8個參數GR、TOC、RT、(1-Sw)、POR、PER、VOLUME_CARB和VOLUME_CLAY可以劃分縱向有利段和核心段。相對于上Eagle Ford段，下Eagle Ford段在TOC、含烴飽和度、孔隙度、滲透率等表征儲量豐度參數上均占優，劃定為縱向核心段。

A-晚白堊統露頭沉積特征；B-Austin Chalk組與Eagle Ford組分界面沉積特征；C-上Eagle Ford段與下Eagle Ford段分界面沉積特征；D-Eagle Ford組與Buda組分界面沉積特征；E-上Eagle Ford段與下Eagle Ford段分界面沉積特征；F-上Eagle Ford段巖芯特征；G-下Eagle Ford段巖芯特征圖1 Eagle Ford地層露頭和巖芯特征

1.3 甜點段識別

在上述核心段劃分的基礎上，根據測井曲線形態變化特征，對下Eagle Ford段進行甜點段劃分。下Eagle Ford段底部接近Buda組，GR、TOC、VOLUME_CLAY曲線均呈現下降特征；下Eagle Ford段的中上部地層富含有機質，其測井曲線形態變化不明顯。與下Eagle Ford段頂部比較，其中部地層對應的GR、TOC、VOLUME_CLAY曲線表現為高值，RT、(1-Sw)、POR和PER曲線相似且均為高值；同時，GR曲線的穩定性大于頂部地層對應的GR曲線，綜合分析認為頂部地層沉積的水體具有變淺趨勢，逐漸變為沉積含有鈣質或粉砂質薄夾層的灰黑色頁巖。通過對核心段上述8個參數對應的測井曲線進行詳細劃分分析，并對研究區的35口井進行單井劃分、對8條連井剖面進行橫向對比，最終確定了GR、TOC、RT和含烴飽和度(1-Sw)為劃分甜點段的4個關鍵參數。

為了進一步了解下Eagle Ford段縱向甜點變化特征，將下Eagle Ford段的頂部、中部、底部分別對應為A、B、C三個亞段。同時，擬定上述4個關鍵參數的測井曲線在其變化范圍內的充滿度為對應層段頁巖的富烴豐度，如TOC參數在其變化范圍內，其曲線值越靠近最大值，表明其富烴豐度越大，其供烴能力越強。對比分析下Eagle Ford段A、B、C三個亞段，結果表明C亞段整體的TOC含量普遍偏低，儲層物性相對A亞段和B亞段差；A亞段和B亞段的GR、TOC、RT、1-Sw數值均較高，且相對A亞段，B亞段上述4個參數值略大。

以PH井下Eagle Ford段頁巖為例，掃描電鏡資料顯示，B亞段的有機質含量以及有機質中孔隙數量及規模明顯大于A亞段，表明B亞段的富烴能力明顯大于A亞段(圖3)。薄片觀察表明，B亞段含有大量顆石藻生物化石，而A亞段的顆石藻生物化石規模上明顯較B亞段小，數量更少(圖4)。繁盛于白堊紀的顆石藻，具有很強的固碳作用，是海洋中最基本的生物生產力[17-18]，因此推測B亞段的生烴潛力大于A亞段。

綜上“正演”分析所述，B亞段生烴能力和儲集能力均優于A亞段，B亞段為縱向地質甜點。

2 產量貢獻“反演”

將Eagle Ford現有生產井按照產量大小分為三類，初始油當量大于600boe/month為高產井、初始油當量處于300～600boe/month為中產井、初始油當量小于300boe/month為低產井。

圖2 PH井綜合測井解釋

圖3 PH井下Eagle Ford段A、B亞段有機質特征

圖4 PH井下Eagle Ford段A、B亞段生物化石發育特征

對不同產量區域的典型井進行分析(圖5)：高產井區(PH井)：A亞段和B亞段富烴豐度基本相似，供烴能力不易區分；中產井區(EM井)：B亞段富烴豐度大于A亞段，表明供烴能力B亞段大于A亞段；低產井區(BL井)：B亞段富烴豐度明顯大于A亞段，表明B亞段供烴能力明顯大于A亞段。因此，推測當A亞段和B亞段富烴豐度均較大時造成高產，當其中一段遠低于另一段時可能造成低產，其他情況可能造成中產。

對比PH井、EM井和BL井與其周邊生產井產量發現(圖6)，PH井產量略高于區域平均值，推測其產量可能來自于A亞段和B亞段的共同貢獻；EM井產量略低于區域平均值，推測其產量可能以來自B亞段為主，以來自A亞段為輔；BL井產量遠低于區域平均值，推測其產量可能以來自A亞段為主，B亞段對產量的貢獻不大。

為了證實以上推測，研究了PH、EM和BL這三口井的水平段鉆井軌跡(圖7)。PH井：水平段垂向深度8050～8160ft，水平井靶點深度為8160ft，A、B亞段界面深度為8153ft，表明水平段沿著A-B界面向上鉆進，在A亞段鉆進長度大于B亞段，產量的直接貢獻來自于A亞段，經壓裂后B亞段間接貢獻了產量，是共同效應造成該井高產。EM井：水平段垂向深度8770～8930ft，水平井靶點深度為8770ft，水平段鉆進長度B亞段最大、A亞段次之、C亞段再次之，產量貢獻主要來自B亞段，A、C亞段有少量貢獻，且B亞段的貢獻比率較大，是該井中產的原因。BL井：水平段垂向深度6406～6508ft，水平井靶點深度為6508ft，A-B界面深度為6502ft，表明水平段絕大部分鉆在A亞段，而A亞段相對B亞段在巖性和物性參數上均較差，認為是該井低產的主要原因。

圖5 PH、EM、BL三口井A、B、C三個亞段測井響應特征

圖6 PH、EM、BL三口井及周邊生產井初始產量對比

圖7 PH、EM、BL三口井鉆井軌跡示意圖

通過分析上述三口不同產量井的富烴豐度與供烴能力及其水平井段鉆井的軌跡產量貢獻率，B亞段為最佳的水平井靶點位置。

3 結 論

1)頁巖油氣地質“甜點體”中，縱向地質甜點的識別是優選水平井靶點位置的重要前提，其遵循從遠景段到有利段，到核心段，再到甜點的遞進識別流程。

2)北美Eagle Ford地區晚白堊世海相沉積背景發育的Eagle Ford組地層劃分為縱向遠景段；露頭、巖芯、測井資料劃分出Eagle Ford組為有利頁巖發育段，下Eagle Ford段富有機質灰黑色頁巖段屬于縱向核心段；下Eagle Ford段中B亞段生烴能力和儲集能力均優于A亞段，為Eagle Ford組的縱向地質甜點。

3)測井曲線GR、TOC、RT、(1-Sw)、POR、PER、VOLUME_CLAY和VOLUME_CARB有助于劃分有利段、核心段和甜點；下Eagle Ford段在TOC、含烴飽和度、孔隙度、滲透率等表征儲量豐度參數上均明顯優于上Eagle Ford段，且B亞段曲線數值略大于A亞段，表明GR、TOC、RT和(1-Sw)是識別縱向地質甜點的主要參數。

4)PH、EM、BL三口不同產量井A、B亞段富烴豐度分析表明，當A、B兩亞段富烴豐度均較大時可能造成高產，當其中一段遠低于另一段時可能造成低產，其他情況可能造成中產。結合水平井段鉆井軌跡在下Eagle Ford段中A、B、C三個亞段鉆遇時間，B亞段對頁巖油氣較高產量貢獻率最大，是最佳的水平井靶點優選位置。

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Recognition methods for oversea shale oil and gas vertical geological sweet spot

CHEN Xiaozhi1，CHEN Guihua1，ZOU Tuo2，ZHU Yanhe1，HU Xiaolan3，LYU Yumin1,BAI Yuhu1

(1.CNOOC Research Institute，Beijing 100028，China；2.Exploration and Development Research Institute of Dagang Oilfield Company，CNPC，Tianjin 300280，China；3.China Huadian Group Clean Energy Co.，Ltd.，Beijing 100160，China)

Accurately identifying the geological sweet spot，confirming the key identification parameters and optimizing horizontal well target position are becoming the urgent issues.The exploration and development shows the geological sweet spot in shale actually means a shale body where oil or gas in high content occupied in.The vertical identification process includes from the prospect segment，to the favorable segment，then to the core segment，and progressively to the sweet spot.Taking the Eagle Ford shale as an example，the research results show that the formation deposited in the basin or continental shelf is the shale prospect segment in Late Cretaceous.According to the sequence stratigraphic characteristics based on the outcrops and the core，the Eagle Ford Formation is as the best favorable layer in the Late Cretaceous.Integrated the logging interpretation including natural gamma(GR)，organic carbon content(TOC)，resistivity(RT) and hydrocarbon saturation(1-Sw) four types curve，the lower Eagle Ford layer was divided as the core segment in the Eagle Ford Formation and finally the Part B in the lower Eagle Ford layer was optimized as the vertical geological sweet spot by the analysis on the hydrocarbon generation and reservoir capability of the Part A，Part B and Part C.The per-well initial production of three wells PH，EM and BL，and the drilling time in Part A，Part B and Part C show that the Part B is the largest contributor for production and to be the best horizontal well target position.

shale oil and gas；vertical geological sweet spot；horizontal well target position；Eagle Ford

2016-02-15

中國海洋石油國際有限公司生產項目“Eagle Ford和Niobrara項目綜合研究”資助(編號：2014FS-008)；中海石油(中國)有限公司綜合科研項目“海外頁巖油氣產能評價技術與方法研究”資助(編號：YXKY-2016-ZY-03)

陳曉智(1985-)，男，北京人，工程師，主要從事非常規油氣資源勘探與評價研究， E-mail：chenxzh4@cnooc.com.cn。

TE323

A

1004-4051(2016)12-0153-06