页岩油储层岩石物理实验技术现状及发展_张哲豪.pdf

测 井 技 术WELL LOGGING TECHNOLOGYVol.46 No.6 Dec 2022第46卷 第6期 2022年12月文章编号：10041338（2022）06065608页岩油储层岩石物理实验技术现状及发展张哲豪1，2，李新1，2，赵建斌1，2，张永浩1，2，刘鹏1，2，罗燕颖1，2（1.中国石油集团测井有限公司地质研究院，陕西 西安 710077；2.中国石油天然气集团有限公司测井重点实验室，陕西 西安 710077）摘要：针对页岩油勘探开发中储层含油性、储集性、可动性、可压性的地质评价需求，结合岩石物理实验技术，系统总结当前页岩油岩石物理实验技术现状及面临的挑战和发展方向。针对页岩油储层的特殊性，现有的特色实验技术主要包括基于扫描电镜矿物定量评价系统的岩性分析技术、以TRA（Tight Rock Analysis）为代表的多物理实验融合物性测试技术、二维核磁共振可动油评价技术、可压裂性分析技术等。在分析上述技术局限性的基础上，提出页岩油储层实验分析技术需同时进行室内分析与现场分析。室内分析能力需建立不同地区二维核磁共振可动流体评价图版并发展3D数字岩石物理技术；现场分析需打造车载岩心实验室，集成全直径高精度光学扫描、自然伽马能谱测试、二维核磁共振、漫反射红外光谱测试、高温热解等实验手段，为快速获取岩心岩性、有机碳含量、成熟度、总孔隙度、可动孔隙度、孔隙结构、含油性等参数提供方法。关键词：页岩油；岩石物理实验；含油性评价技术；储集性评价技术；可动油评价技术；可压性评价技术；车载快速岩石物理实验室中图分类号：P631.84 文献标识码：ADoi:10.16489/j.issn.10041338.2022.06.003Current Situation and Development of Petrophysical Experiment Technology in Shale Oil ReservoirZHANG Zhehao1,2,LI Xin1,2,ZHAO Jianbin1,2,ZHANG Yonghao1,2,LIU peng1,2,LUO Yanying1,2(1.Geological Research Institude,China National Logging Corporation,Xian,Shaanxi 710077,China;2.Well Logging Key Laboratory,China National Petroleum Corporation,Xian,Shaanxi 710077,China)Abstract:In view of the geological evaluation needs of oil content,reservoir property,movability and compressibility in shale oil exploration and development,combined with the development process of petrophysical experimental technology,the current status and challenges of shale oil petrology experiments are systematically summarized,and the next development direction is proposed.In view of the particularity of shale oil reservoirs,the existing characteristic experimental technologies in the industry mainly include lithology analysis technology based on QEMSCAN system,multi-physical experimental fusion property testing technology represented by TRA,two-dimensional nuclear magnetic resonance movable oil evaluation technology,and fracturing analysis technology.Based on the analysis of the above technical limitations,this paper proposes that the experimental analysis technology of shale oil reservoir be analyzed indoor and applied in the field at the same time.Indoor analysis capabilities require the establishment of two-dimensional NMR movable oil evaluation plates in different regions and the development of 3D digital petrophysical technology.The well site needs to build a vehicle-mounted core laboratory,integrating full-diameter high-precision optical scanning,natural gamma spectroscopy,two-dimensional nuclear magnetic resonance,diffuse reflection infrared spectroscopy,high-temperature pyrolysis and other experimental methods,to provide methods for obtaining core lithology,organic carbon content,maturity,total porosity,movable porosity,pore structure,oil content and other parameters.Keywords:shale oil;petrophysical experiment;oil-bearing evaluation technology;reservoir evaluation technology;movable oil evaluation technology;fractability evaluation technology;vehicle-mounted rapid petrophysics laboratory基金项目：中国石油天然气集团有限公司科学研究与技术开发项目“含煤盆地富油煤岩石物理响应与测井方法研究”（2021DJ3805）；中国石油集团测井有限公司十大科技项目“岩石物理实验分析技术研究与应用”（CNLC2022-08B01）第一作者：张哲豪，男，1995 年生，工程师，硕士，从事岩石物理实验机理研究。E-mail：张哲豪，等：页岩油储层岩石物理实验技术现状及发展第46卷 第6期657 0 引 言页岩油作为重要的战略接替资源，已成为油气勘探开发领域关注的热门对象1-4。中国相继在鄂尔多斯盆地延长组长7段、准噶尔盆地芦草沟组、渤海湾盆地孔店组、松辽盆地青山口组和嫩江组、三塘湖盆地二叠系、柴达木盆地古近系发现页岩油储层，预测总可采储量达3010860108 t，资源潜力巨大 5-11。页岩油以游离、吸附及溶解态等多种方式赋存于泥页岩层系中，是泥页岩地层生烃后就地聚集的结果，具有源岩储层化、聚集原地化、孔隙纳米化、赋存方式多样化、微观机理复杂化的特点12-15。目前中国对页岩油的勘探开发依旧借鉴致密油气的成功经验，不能针对页岩油的特殊性提出其特有的地质评价需求，同时实验技术也因机理、方法、工艺上认识的不足难以支撑页岩油评价工作16-19。因此，本文在分析页岩油储层地质特点的基础上，系统总结页岩油地质评价需求，梳理相应的岩石物理实验分析技术，并指出实验技术所面临的挑战及下一步发展方向，以期从实验角度加强页岩油储层微观机理认识、提高实验数据精度，定性定量表征储层发育特征，为中国页岩油勘探评价工作提供依据。1 页岩油地质评价需求中国页岩油具有分布范围广、岩性复杂、成熟度不一、原油类型多样等地质特点5-11，因此，确定各大油田页岩油储层含油性，分析油气是否形成、形成多少、形成哪种类型是地质评价中首要解决的问题。含油性分析可有效预测页岩油勘探潜力，并为油气赋存状态及开发方式的研究提供依据。当页岩层系生成原油且滞留于烃源岩时，此时应分析的问题是烃源岩能否作为有效储层，矿物组分如何影响孔隙类型及分布状态，孔隙类型、大小及连通情况如何控制原油储集规律，总孔隙度及有效孔隙度如何定义与定量表征等。通过以上研究可确定储层储集性，厘清页岩油成储机理及富集规律。当页岩油储集于泥页岩层系中，此时应考虑页岩油的赋存状态，一般重质的油、吸附的油难以流动，轻质的油、游离的油容易流动。因此，应确定页岩油储层孔隙中哪些油可动、在什么条件下可动、有多少可动、流动机制是什么等问题，以此表征页岩油储层可动性，计算页岩油资源可动量。以上分析主要是基于页岩油勘探提出的地质评价需求，而可压性则是开发中最需关注的地质指标。可压性是分析页岩油储层如何现场改造提高采收率的关键参数，决定页岩油的可采储量，实验室主要基于岩石力学实验设计压裂方案，保证页岩油储层效益开采。综上所述，含油性、储集性、可动性、可压性是页岩油勘探开发，地质工程一体化评价中急需解决的问题，4种地质特征间相互关联、相互影响，只有统筹兼顾、相互分析才能更加高效勘探开发页岩油。2 页岩油岩石物理实验技术现状2.1 含油性实验分析技术页岩油储层含油性主要是分析有机质丰度、类型、演化程度及生成油气含量、空间分布等特征，实验室常用总有机碳含量（TOC）、热解参数、干酪根显微组分、镜质体反射率Ro来定量表征，同时还可利用激光共聚焦技术可视化确定原油储集规律。总有机碳含量是表征有机质丰度最具代表性的参数，实验室测试步骤：用稀盐酸去除样品中无机碳后，在高温氧气流中燃烧将总有机碳转化成二氧化碳，经红外检测器检测给定含量20-21。总有机碳含量决定页岩的生烃能力，含量越高生烃潜力越大。中国鄂尔多斯盆地总有机碳含量平均值为13%，最高可达38%，这是长庆油田发现亿吨级页岩油储层的基础，但柴达木盆地古近系泥页岩层系总有机碳含量仅约为1%，依然具有良好的生烃潜力。调研发现，咸化湖盆单位有机碳生烃潜力是淡水湖盆单位有机碳生烃潜力的35倍，因此，在依据总有机碳含量判别生烃潜力的同时，还应考虑沉积环境。烃源岩沉积环境主要依据有机质类型判定22，实验室可通过识别干酪根显微组分及含量、计算干酪根类型指数来确定有机质类型。不同类型的有机质生烃能力有所差异，中国烃源岩类型以型、型为主，干酪根中氢含量相对较高，生油潜力较好。镜质体反射率Ro是表征有机质成熟度最关键的参数，反应了烃源岩所处的生烃阶段，决定页岩油生烃潜力、赋存状态及开发方式，实验室往往通过测得的沥青反射率Rb来换算等效镜质体反射率REq23。对于中低成熟度泥页岩层系，未转化的有机质与滞留的石油含量相对较高，可通过原位转化实现页岩油效益开发；而对于中高成熟度泥页岩层系，赋存于页岩夹层的石油与滞留烃则是主要勘探目标，经常采用水平井+体积压裂技术开发24-25。上述含油性分析主要从有机质特征方面展开，而2022年测 井 技 术658 岩石热解实验，则可通过升温来直接获取页岩油样品游离烃及裂解烃含量。当温度低于300 时，可得到游离烃挥发产