吉木萨尔南油页岩测井识别及其含油率测算初探

刘同庆

(山东省煤田地质局第五勘探队，山东 济南 250104)

油页岩作为油母质的一种，是由藻类及部分低等生物的遗体在厌氧细菌的活动下，经过腐泥化及煤化作用形成的一种灰分高的可燃有机岩。含油率大于3.5%的油页岩可用于开发提取页岩油。吉木萨尔-乌市一带的油页岩矿床呈弧形展布于博格达山前，东西长约134km，南北宽10～20km。自西向东，有妖魔山、水磨沟、芦草沟、三工河及东大龙口油页岩矿床等。该区带油页岩矿床于晚二叠世在该区域的内陆湖湾环境形成，矿床主要赋存于上二叠统芦草沟组的褶皱构造带中。含油层段岩性主要为粉砂岩、白云质粉砂岩和粉砂质白云岩，矿床页岩油密度平均0.92g/cm3左右。本文主要探讨吉木萨尔南油页岩矿层的测井响应及利用测井曲线测算油页岩含油率的方法。

1 油页岩测井响应特征

油页岩岩层主要由黏土矿物、骨架矿物、油页岩（重质油为主）及有机质（干酪根）等多种矿物组成，不同矿物成分的多少使得测井曲线有不同的响应。油页岩中有用组分以未成熟的有机质及重质油为主，游离态的页岩油很少，油气主要以固态有机质形势吸附在油页岩的空隙中。游离油的平均密度约为0.92g/cm3，纯净有机质密度仅为1.10g/cm3左右，并且游离油和有机质均是不导电的矿物，游离油和有机质中氢原子含量比粘土和骨架矿物高，因而测井曲线在油页岩矿层上具有较低密度、高声波时差幅值、高电阻率幅值、高中子孔隙度等相应特征。沉积过程中的强还原环境造成有机质中的干酪根放射性元素富集，粘土矿物吸收的放射性元素含量远少于干酪根吸收的放射性元素含量，这使得油页岩的放射性比泥页岩的放射性高，因此油页岩矿层同时具有高自然伽马异常。图1为油页岩段典型曲线反映。

1.1 油页岩物性特征

根据东大龙口矿区油页岩测井反应特征，在井眼状况较好的情况下，高含油油页岩高三孔隙度的特征是非常可靠的，高电阻率的特征也非常明显，采用孔隙度和电阻率曲线交汇法，可对油页岩矿层进行定厚解释。高含油率油页岩在自然伽马曲线为高值响应，但矿层分界点不明显，可作为定性解释的参考曲线。

图1 ZK1井油页岩段测井响应

1.2 油页岩测井划分

根据吉木萨尔页岩油三高一低的地球物理测井组合特性，通过测井曲线可以很准确区分油页岩和围岩。参考岩芯编录，结合相同地区其他井的分层经验，根据几种不同曲线的形态特征、物性差异及异常幅值进行综合分析，对钻孔测井剖面进行定性、定厚划分。

交会图可以反映两种不同曲线在不同岩性上幅值差异，依据钻探取芯编录同测井分层对应良好的井段，分别绘出ZK1井砂岩油、泥岩、页岩的中子孔隙度-对数电阻率交会图（图2）、补偿密度-对数电阻率交会图（图3）。图2及图3中，圆为油页岩点，三角为砂岩点，方形为泥岩点。由图2、图3可知，两种交会方法，就可使油页岩点与其他岩性点分类区分，而利用三种曲线（其中须有电阻率曲线）则可以使油页岩点与其他岩性点完全分离，则由此可见利用不同的测井参数进行交会对油页岩进行识别划分是可行的。ZK1井的主要岩性测井响应范围见表1。

表1 主要岩性测井响应范围

1.3 ΔlogR重叠法基本原理

ΔlogR法是把刻度好的某条孔隙度曲线叠加在电阻率曲线上。在饱水并且不含有机质的地层中，调整两条曲线的极值可使两者相互平行或者重合。这是由于两条曲线均对应于沉积地层孔隙度的变化。在含油气储集层或富含有机质的岩层中，两条曲线会开一定的间距。分离的原因有二：（1）孔隙度曲线产生低密度、低声速、高中子孔隙度（中子反向刻度）的干酪根的响应；（2）电阻率曲线产生储层中高电阻率流体的响应（图4）。分离的间距ΔlogR与油页岩含油率有很好的相关性。

图2 中子孔隙度-对数电阻率交会图

图3 补偿密度-对数电阻率交会图

1.4 油页岩ΔlogR识别方法

把对数电阻率曲线按照一定比例刻度叠加到上孔隙度曲线（声波时差、密度、中子孔隙度等），两者在同一地层组段一定的深度范围相互重叠的曲线即为基线，该井段对应岩性是围岩，两条曲线分离的井段对应油页岩，两者的间距记为ΔlogR。在基线选取过程中，即使是同一口井也有可能存在多段基线，应按地层组段或者不整合界面的变化和曲线响应情况进行分段叠置。两条曲线分离的井段图4灰色部分就是油页岩。

图4 ΔlogR交会法识别油页岩

2 矿区油页岩矿层含油率计算初探

2.1 ΔlogR与TOC的线性关系

ΔlogR重叠法是评价烃源岩最常用的测井方法，率先提出此方法的是埃克森和埃索公司。该方法可以利用测井曲线计算油页岩总有机碳含量（TOC）及油页岩含油率。通过声波时差曲线和对数电阻率曲线叠合来求取ΔlogR，拟合计算油页岩含油率，计算公式如下：

式中：

ΔlogR—两种曲线间距；

R-对数电阻率曲线，Ω·m；

Δt-声波时差曲线，μs/m ；

Rb-基线对应的电阻率曲线平均值，Ω·m；

Δtb-基线对应的声波时差曲线平均值，μs/m；

K-声波时差曲线与对数电阻率曲线的刻度区间比例系数，无量纲。

此外还可以利用对数电阻率曲线和密度曲线叠合或者对数电阻率曲线和中子孔隙度曲线叠合计算ΔlogR。有机碳含量TOC可以通过曲线间距ΔlogR计算。在已知油页岩的干酪根成熟度的情况下，可用Passey等提出的经验公式法计算TOC：

式中：

TOC-有机碳含量，%；

LOM-干酪根成熟度，可通过估算热演化史或油页岩岩芯实验室分析得到；

ΔTOC-围岩有机碳背景值，一般取0.08%～0.12%。

令M=2.297-0.1688×LOM，则公式（2）可以简化为：

即TOC和ΔlogR是呈线性正相关关系的。

2.2 含油率Ta与测井参数的线性关系

在一般情况下油页岩含油率Ta与其有机碳含量TOC具有较好的正相关性。已知油页岩段有机碳含量与含油率，可以通过拟合回归得出两者之间的线性关系式：

式中：

Ta-油页岩测试含油率，%；

A，B-拟合系数。

由（1）、（3）、（4）可知含油率与对数电阻率和声波时差为线性关系，同样可得含油率与中子孔隙度和密度也是线性关系。这样就可以建立含油率Ta与4个测井参数的线性回归方程。

表2 含油率与测井参数线性回归系数表

由表2可知，三孔隙度曲线与含油率的相关性很高，对数电阻率同含油率的相关性较差，根据回归系数可得Ta与测井参数的线性回归方程：

表3 ZK1油页岩测试含油率与计算含油率对比表

根据方程（5）计算拟合含油率见表3。对比测试含油率与拟合含油率，它们的相对误差均小于5%，说明拟合度较好，利用测井曲线计算的含油率可以用来评价油页岩资源。

3 结论

（1）吉木萨尔南油页岩具有高电阻率、高中子孔隙度、高声波时差、低密度（三高一低）的物组合特性，通过ΔlogR曲线叠合法可以较为快速准确的区分围岩与油页岩段。

（2）可以利用与含油率高相关的曲线，根据孔隙度曲线与电阻率曲线在不同粒度非有机质沉积岩中物性反应规律的一致性及油页岩含油率与测井参数间较强的相关性，通过线性回归得到含油率与测井参数的关系方程（5），可以较为准确、快速地计算油页岩含油率，可大大节省勘探时间和费用。

（3）油页岩在测井曲线上的响应是多种矿物的综合效应，精确定量计算含油率需要多种参数共同参与计算。总结该地区高含油率油页岩测井响应值与含油率的关系，能提高油页岩含油率测井测算精度。同时通过较多的岩芯试验参数刻度测井参数，可以提高测井解释的地质认识程度。