陆相页岩气储层评价标准探讨_以延长组富有机质页岩为例_曾秋楠

新疆地质XINJIANGGEOLOGY2015年9月Sep.2015第33卷第3期Vol.33No.3中图分类号:P618.130.2+1文献标识码:A文章编号：1000-8845(2015)03-409-06收稿日期:2014-05-29;修订日期:2014-10-20;作者E-mai l:qiunanzeng@ 第一作者简介:曾秋楠(1988-)，女，北京人，实习研究员，2013级中国地质大学（北京）硕士研究生，主要从事油气储层研究工作陆相页岩气储层评价标准探讨——以延长组富有机质页岩为例曾秋楠1，周新桂1，于炳松2，冯子齐2，苗淼1（1中国地质调查局油气资源调查中心，北京100029；2中国地质大学（北京），北京100029）摘要：页岩气是近年来新兴的一种非常规天然气，目前我国陆相页岩气储层尚无评价标准和规范。

以鄂尔多斯盆地延长组长7-长9段内富有机质页岩为例，通过有机碳含量、R o 、X 射线衍射粘土矿物及全岩分析、页岩等温吸附测试、岩石比表面和孔径分布等一系列测试，总结陆相页岩的基本特征，探讨了陆相页岩气储层的评价方案和标准。

结合前人相关研究成果，对陆相页岩气储层作出定义，指出泥页岩中所含夹层及夹层所占比例是定义页岩气储层关键，选取储层厚度、夹层比、有机碳含量、有机质成熟度、脆性矿物含量及页岩孔隙度等作为储层评价主要参数，结合研究区陆相页岩测试数据，给出陆相页岩气储层评价标准,认为依据上述6个因素，可将陆相页岩气储层分为3类，其中I 类储层应满足储层厚度大于30m 、TOC 大于2%、R o 在1%~3%、夹层比大于20%，或夹层比小于30%，但页岩中脆性矿物含量大于60%、孔隙度大于2%条件。

关键词：鄂尔多斯盆地；储层评价标准；页岩气；富有机质页岩；陆相；延长组页岩气赋存于低孔、低渗的富有机质暗色页岩中，具典型“自生自储”特点，储层低孔、低渗特征明显，除赋存在裂缝中的游离相天然气外，吸附于岩石颗粒表面的吸附气占较大比重[1]。

作为近年来新兴非常规天然气能源，美国天然气研究所基本已摸清海相页岩气分布规律，并发展了相应的开采生产技术[2]。

针对陆相页岩气储层评价在目前的页岩气地质评价和研究中尚无系统方法及相关标准，国外评价方法差异较大[3-5]。

鄂尔多斯盆地三叠系延长组形成于陆相湖盆环境，以延长组长7-长9段内富有机质页岩为例，探讨陆相页岩气储层评价方案和标准。

1陆相页岩基本特征鄂尔多斯盆地是一个经历多期构造运动叠合形成的残余克拉通内盆地。

盆地在晚古生代—中三叠世时期处于海陆交互相沉积环境到陆相沉积环境的转变过程。

研究区位于鄂尔多斯盆地东南部。

区内上三叠统延长组为内陆湖泊-三角洲沉积体系[6]。

本文所用样品采集于鄂尔多斯盆地东南部下寺湾-云岩地区，主要来自于长7段底部“张家滩页岩”与长9段顶部“李家畔页岩”，兼有少量长8段、长10段内黑色富有机质页岩。

岩石多形成于湖盆发育初始期及鼎盛期[7]，综合称为“延长组陆相页岩”或“陆相页岩”。

为探明陆相页岩气储层特征，笔者进行包括有机碳含量、R o 、显微组分、X 射线衍射粘土矿物及全岩分析、页岩等温吸附测试、岩石比表面和孔径分布等一系列测试，测试条件见表1[8]。

测试结果表明，延长组陆相页岩具以下特征：表1测试分析明细一览表Table 1Test analysis table检测项目岩石有机碳报告R o 显微组分X 射线衍射粘土矿物及全岩分析页岩等温吸附测试岩石比表面和孔径分布检测依据GB/T 19145-2003SY/T 5124-1995SY/T 5163-1995SY/T 5983-1994GB/T 19560-2004GB/T 19587-2004检测条件检测环境温度为27℃油浸50倍物镜，总放大倍数为800倍检测环境温度为24℃，检测环境湿度为30%温度为30℃，油浴锅温度控制精度为0.1℃压力测量精度为689Pa 90℃加热1h 、350℃加热5h使用仪器Leco 碳硫测定仪荧光显微镜（LABORLUX12POL ）D8K1SCOVER 型X 射线衍射仪300型等温吸附仪比表面测定仪（Quadrasorbsi)新疆地质2015年①富含有机质，TOC 平均值达2.69%，且集中分布于2%~4%，镜质体反射率（R o ）为0.56%~1.4%，属成熟阶段-高成熟阶段（图1）；有机质类型以Ⅲ型为主，利于生气；②矿物组成以粘土矿物为主，次为石英，含少量长石和碳酸盐矿物，指示陆相环境相对干旱，长石的化学风化较弱；③陆相页岩中，脆性矿物含量、有机质含量及成熟度对孔隙的发育整体上有积极影响，粘土矿物含量具消极影响（图2）；④岩石的吸附能力与有机碳含量具一定正相关性，而与有机质成熟度无明显关系；石英含量与吸附气量呈负相关关系，粘土矿物含量的增多则利于饱和吸附量的增大（图3）。

2页岩气储层定义目前国内尚无陆相页岩的储评价层标准，本文在本区陆相页岩储层特征研究的基础上，结合现有页岩气勘探开发经验和标准，对页岩气储层提出定义，认为页岩中所含夹层的比例是划分页岩气储层的先决条件，并探讨了其他影响页岩气储层评价的主要因素，为厘定评价标准提供依据。

图1陆相页岩有机碳含量分布频率图Fig.1Distribution ondograph of organic carbon content of continental facies shale图2陆相页岩孔隙发育主控因素Fig.2The main controlling factors of pore development in continental faciesshale410第33卷第3期曾秋楠等：陆相页岩气储层评价标准探讨——以延长组富有机质页岩为例2.1夹层页岩气储层除大套富有机质页岩外，还应包括页岩中所夹薄层砂岩。

一定厚度薄层砂岩对储层的储集性能及压裂性能存在积极改造，但砂岩单层过厚或夹层过多，导致砂地比过高时，整套岩层属致密砂岩气层范畴[9]，而非页岩气储层。

据本区陆相页岩的测井曲线特征，富有机质泥页岩具高自然伽马的响应特征[10]。

由研究区延长组陆相页岩测井曲线特征可看出，陆相页岩中常发育多套厚约3~5m 的砂岩夹层（图4-①~⑥，粉砂质泥岩、泥质粉砂岩夹层）,在厚层泥页岩的高伽马特征中有明显的低值响应，易于识别，低于该厚度夹层则难以在测井层面上识别。

因此，从砂岩层响应特征及可识别性考虑，认为3m 为陆相页岩气储层中夹层的最大厚度。

2.2夹层比泥页岩中砂岩夹层过多或砂地比过大时，该段储层应视为致密砂岩气层，而非页岩气储层。

因此，对大套泥页岩中夹层所占比例应予以限定。

1973年美国能源部对可进行工业开采的致密含气层标准作出界定，规定产量总厚度中至少有15%为有效厚度，即致密砂岩层。

参考该边界条件，重点考虑延长组陆相页岩发育特征，对研究区25口钻井的长7段和长9段分别进行夹层比统计，长7段和长9段泥页岩中所含夹层分别为19.1%和20.8%，最大夹层比达30.2%（表2）。

因此，认为陆相页岩气储层中，大套泥页岩所含夹层的比例不应大于30%，暂取夹层比大于20%（即大于区域平均值）为重要评价条件。

2.3有机碳含量和有机质成熟度常规物性测试方法难以测定泥页岩的孔隙度，因此本文采用比表面测试得到孔隙体积数据，取研究区泥页岩密度为2.51×103kg/m 3，可换算得到泥页岩的总孔隙度。

通过有机碳含量（TOC ）与总孔隙度（即泥页岩孔隙体积）的相关性可知，随着有机质含量的增多，泥页岩孔隙度首先下降，当TOC 大于2%时，孔隙度整体呈增大趋势（图3）。

邹才能指出，北美主要产气页岩储层有机质含量以TOC 大于2%为基本标准，并提出中国页岩气储层评价标准中有机质含量应大于2%[11]。

黄第藩制定的烃源岩有机质丰度评价标准规定TOC 在0.6%~1.0%的烃源岩属较好类型，目前我国一般湖相陆相生油岩有机碳评价标准下限为0.4%[12]。

结合本区陆相页岩发育特征，取TOC 大于0.5%为页岩气储层的最低边界条件，取TOC 大于2%为重要评价条件。

有机质中的孔隙（即有机孔）对孔隙度较低的泥页岩具重要意义，有机质热演化利于有机孔的形成[13]。

延长组陆相页岩的总孔隙度整体上随R o 的增大而增大，表明随着有机质热成熟度的增大，有图3陆相页岩饱和吸附量主控因素Fig.3The main controlling factors of saturation adsorbing capacity in continental faciesshale411新疆地质2015年机孔不断发育（图3）。

蒋玉强、邹才能均认为，页岩储层的评价标准之一是R o大于1.1%[14]，本区陆相页岩发育特征满足前人结论，取R o大于1%为重要评价条件。

综上所述，参考国家能源局推荐的页岩气储层标准，综合考虑页岩生烃潜力及压裂技术限制等条件，认为陆相页岩气储层段是指页岩单层厚度大于相邻其他岩性夹层厚度，单夹层厚度小于3m，砂岩或其他岩性夹层累计厚度小于储层段总厚度的30%，页岩中TOC大于0.5%的页岩地层。

此外，由于砂岩夹层对页岩气储层影响显著，故页岩气储层据夹层比可进一步分为页岩储层和含夹层页岩储层。

其中，页岩储层的夹层比小于10%（图4-a），含夹层页岩储层的夹层比大于10%并小于30%（图4-b）。

3陆相页岩气储层评价方案储层评价对油气的勘探开发具重要意义。

2011年，国土资源部油气资源战略研究中心对页岩气资源有利区优选标准形成初步意见，并根据海相、陆相及海陆过渡相两类选区背景差异，提出页岩面积下限、泥页岩厚度、TOC（%）、R o（%）、埋深、地表条件、总含气量、保存条件等8项指标作为评价标准，并给出具体的参考数值。

本文针对陆相页岩气储层的储集性能进行讨论，初步选取储层厚度、夹层比、有机碳含量、有机质成熟度、页岩脆性矿物含量及页岩孔隙度作为陆相页岩气储层评价主要参数，参考前人研究成果,结合研究区陆相页岩相关测试数据，初步厘定了陆相页岩气储层评价标准。

3.1储层厚度储层厚度指符合页岩气储层定义的页岩层段厚度，即包括单层厚度小于3m的薄层砂岩夹层在内整套富有机质泥页岩的厚度。

陆相环境发育的泥页岩中含薄夹层，故储层厚度的标准应适当放松。

参考北美主要页岩气储层特征和邹才能提出的中国页岩气储层标准，认为储层厚度大于30m为Ⅰ类储层，大于20m的可考虑为Ⅱ类储层。

3.2夹层比夹层比指页岩气储层中其他岩性夹层厚度占储层总厚度比例。

据前文所述页岩气储层定义，该比值应小于30%。

夹层比是划分页岩气储层类型的重要指标。

当储层夹层比为20%~30%时，说明该段页岩气储层含较多薄夹层，砂岩夹层对储层储集性能有积极影响，为页岩气提供主要储集空间，故为I类储层；当夹层比为10%~20%时，储层砂岩夹层相对较少，同时泥岩含量上升，储集性能次之，为Ⅱ类储层；当夹层比小于10%时，储层整体为较纯的泥页岩，此时对储层评价需参考脆性矿物含量和孔隙度，但因整体不利于储层改造和生产开发，不作为Ⅰ类储层。