甄园水，陈中红，黄伟，吕炜，王飞腾，林鑫，李淑琴

（1.中国石油玉门油田分公司勘探开发研究院，甘肃 酒泉735019；2.中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，山东 青岛266580；3.中国石化胜利油田分公司，山东 东营257000）

近年来，随着页岩气勘探开发的大力推动及技术进步，泥页岩已不仅仅作为常规意义上的烃源岩或盖层，同时还可以作为非常规的储层，而许多关于泥页岩作为储集层的基本问题也不断地被提了出来［1-5］。页岩气在泥页岩中以游离态和吸附态的储集状态为主，泥页岩中的孔隙作为游离气赋存的主要场所，其大小直接影响着页岩气的富集程度，因而，孔隙度成了计算游离气含量的关键参数。然而，由于泥页岩的孔径过于狭小，基本为纳米级别，使得针对常规储层孔隙度的测定方法对泥页岩难以适用，从而也使得泥页岩的孔隙度研究成了页岩气研究的难点之一。

1 泥页岩的孔隙组成与分类

孔隙度的定量表征方法主要是，通过找到与不同孔隙类型相关的物理、测井参数，建立这些参数与孔隙度大小之间的关系，进而实现总孔隙度的定量表征。因此，孔隙组成及分类的研究，成了孔隙度计算前必不可少的过程。

在孔隙分类方面，国内外学者近年来已经做了大量工作。如：Loucks 等［6］将泥页岩中的孔隙分为基质孔隙和微裂缝2 类，又把基质孔隙细分为3 种基本类型，即粒间孔隙、粒内孔隙和有机质孔隙；杨超等［7］根据孔隙成因和结构特征，将鄂尔多斯陆相泥页岩中的孔隙划分成了6 种类型，即粒间孔、粒内孔、晶间孔、溶蚀孔、有机孔和微裂缝；杨峰等［8］在前人研究成果的基础上，通过大量的场扫描电镜观察，提出依据孔隙成因及发育位置，将页岩储层的孔隙划分为5 种类型，即有机质纳米孔、黏土矿物粒间孔、岩石骨架矿物孔、古生物化石孔和微裂缝；王玉满等［9］对前人的分类方案进行了汇总归纳，将基质孔隙细分为黏土矿物层间微孔、有机质微孔隙、脆性矿物内微孔隙等3 类；李军等［10］依据不同泥页岩孔隙组分的测井响应差异，探索建立了“四孔隙”模型，即将总孔隙分为黏土孔隙、有机孔隙、碎屑孔隙和微裂缝等4 类。

2 泥页岩储集空间表征方法

目前，泥页岩储集空间表征方法以定性为主，主要分为电镜观察类方法（主要包括扫描电镜背散射成像、高分辨率场发射扫描电镜、纳米CT 扫描等）［11-13］，地球物理探测类方法（主要包括压汞法、GRI 法、液氮法、氦气法、核磁共振和测井解释等技术）［11-12，14］及地质统计分析类方法［15-17］。尽管这些方法在页岩孔隙类型的识别，孔隙尺寸与连通性的多尺度描述，孔隙度、比表面积和渗透率测定等方面取得了良好的效果，但始终无法实现孔隙度数据的定量化，这极大地制约了页岩气产量预估及页岩气富集机理方面的研究。由定性向定量化方向发展是页岩气储层研究的趋势。

2.1 岩石物理模型法

通过大量工作，前人建立了由岩石骨架、泥质（黏土）和孔隙组成的碎屑岩储层的岩石物理模型［18］，运用此模型可以计算碎屑岩储层的总孔隙度、 泥质含量及含油气饱和度等参数。随着页岩气开发技术的成熟，人们开始探索泥页岩物理模型建立方法，如B.Lecompt等［19］在研究海相页岩的基础上，提出将泥页岩中极具特色的有机质层加入到前人的3 层结构模型中，从而形成了4 层结构模型。可见，无论是砂岩等常规储层还是泥页岩等非常规储层，层状结构模型对于开展储层定量评价都有借鉴意义。

脆性矿物、 有机质和黏土矿物三者对总孔隙的贡献是泥页岩孔隙的定量表征的关键问题。王玉满等［9］以泥页岩内的孔隙赋存状态和成因为主要依据，建立了由脆性矿物层、 黏土层及有机质层组成的3 层岩石物理模型（见图1）。

图1 泥页岩岩石物理模型

由该模型所建立的孔隙度数学模型为

式中：ρ 为泥页 岩的岩石密度，t/m3；w 为矿物质量分数，%；φ 为泥页岩的孔隙度，%；V 为每层岩石单位质量孔隙体积，m3/t；下标Bri，Clay，TOC 分别代表脆性矿物、黏土矿物和有机质。

泥页岩的岩石密度是应用密度测井曲线获得，3种物质的质量分数可通过X 衍射全岩分析获得，泥页岩孔隙度可通过核磁共振测试获得。通常认为，在岩石学、沉积环境、成岩作用和地球化学等地质条件相似的层系或地区，VBri，VClay，VTOC的数值保持恒定。

2.2 岩心刻度测井法

岩心刻度测井法是指，以地面岩心测试数据为基础，通过计算机定量解释来确定岩心分析资料与测井资料之间相关关系的一种方法。该方法最先由欧阳健等［20］提出并应用于塔里木油田，后又经赵军［21］及邹良志等［22］应用于吐哈盆地，均取得了良好的应用效果。

该方法的具体计算过程：首先，进行取心资料的预处理，主要包括关键井选取、岩心数据深度归位和岩心分析的数据匹配等；然后，进行测井曲线的编辑、校正与标准化，其中曲线校正主要包括井眼环境、深度、垂直、钻井液侵入的矫正；最后，进行岩石物理研究与测井解释模型的建立。

岩心刻度测井法是直接通过数理统计方法来确定岩心的测井信息与物性参数的一种方法。虽然该方法并没有考虑测井信息与物性参数间的内在规律，但岩心分析是该技术的基础，而岩心分析资料可靠性很高；所以，依据岩心刻度测井法求得的结果能较好地与研究区的地质情况相吻合。

3 实例分析

东营凹陷是济阳坳陷泥页岩最发育、 油气藏资源最富集的地区之一。东营凹陷古近系沙河街组中的沙三下亚段及沙四上亚段均为良好的泥页岩岩层。其中，沙三下亚段岩性以泥岩、灰褐色油页岩及页岩为主，沙四上亚段岩性组合以灰褐色钙质纹层泥页岩为主。泥页岩的有机质成熟度进入成熟—高成熟阶段，因此，不仅生成页岩油，也有部分生成页岩气，形成页岩油气共存局面。近年来，针对济阳坳陷东营泥页岩资源潜力及勘探前景，学者［23］开展了相关研究，认为这一地区泥页岩油气可以作为常规油气资源的替代资源。

3.1 基于岩石物理模型法进行孔隙度计算

考虑到Vbri，Vcaly，Vtoc在不同地区、不同层系差异较大，针对沙河街组泥页岩，必须选择合适的刻度区进行标定计算。为此，选择了东营凹陷泥页岩储层分布规模较广、 勘探和地质认识程度较高的丰8 井及史121 井不同深度段的泥页岩作为测试样品。

首先，对这些样品进行了核磁共振孔隙度测试、碳硫分析仪TOC 测试以及XRD 矿物组成分析测试，然后将以上测试资料分别代入式（1）。经过计算，VBri，VClay和VTOC值分别为0.002 2，0.039 2 和0.415 8 m3/t （见表1）。这说明，3 种物质单位质量所产生的孔隙体积为脆性矿物最小，黏土矿物次之，有机质最大。

根据式（1），对牛38 井2 940.00～3 060.00 m 的孔隙度进行计算，计算结果与实测结果相关系数为0.637 7（见图2a）；对郝科1 井3 764.00～4 021.00 m 孔隙度的计算结果与实测结果相关系数达0.884 5（见图2b）。

表1 东营凹陷沙河街组3 个采样点参数

图2 基于岩石物理模型法的孔隙度计算值和实测值对比

3.2 基于岩心刻度测井法的计算

基于岩心刻度测井法，即李军等［10］提出的利用声波时差数据通过经验公式拟合来计算总孔隙度的方法。因为黏土晶间水会对中子测井造成很大影响，而井眼又会对密度测井值造成影响，因而，在表征页岩气储层孔隙度的测井系列中，受井眼及黏土晶间水影响相对较小的声波时差测井，最适合用来反映泥页岩储层的总孔隙度。李军等［10］通过计算发现，涪陵地区页岩岩心样品的实测总孔隙度值与测井声波时差值呈现出高度正相关关系，相关系数达到0.75 以上。

同理，将东营凹陷的声波时差测井数据与页岩岩心实测孔隙度数据进行了线性拟合，发现二者相关性较强，相关系数为0.837 5。它们之间的相关公式为

式中：φt为总孔隙度，%；DT 为声波时差，μs/m。

运用式（2），进行了牛38 井2 940.00～3 060.00 m井段的孔隙度计算，计算结果与实测结果的相关系数为0.595 5（见图3a）；对郝科1 井3 764.00～4 021.00 m井段孔隙度的计算结果与实测结果相关系数高达0.702 6（见图3b）。

图3 基于岩心刻度测井法的孔隙度计算值和实测值对比

4 2 种计算方法的对比

由图2、图3可以看出，无论是沙三段还是沙四段泥页岩，2 种方法所求得的孔隙度数据均与实测数据基本一致，从而验证了2 种方法的正确性。

将2 种方法的计算过程和计算结果进行对比，可以发现，岩心刻度测井法较岩石物理模型法更为简便，且由于测井数据可以连续取值的特性，所得的孔隙度数据也更为丰富。但是另一方面，岩心刻度测井法必需大量的实测孔隙度数据来与测井数据进行拟合来得到孔隙度计算公式，而利用现在的手段测试泥页岩孔隙度，成本均较高，在经济性上不如岩石物理模型法。

综上所述，2 种方法各有利弊。如研究区已有较多泥页岩孔隙度数据，建议采用岩心刻度测井法；若研究区为新区，孔隙度数据较少，建议采用岩石物理模型法。

5 结论

1）岩石物理模型法，是通过借鉴前人的层状结构模型，又充分考虑泥页岩的特性建立起来的。运用该方法，只需要少量实测孔隙度数据，便可以确定总孔隙度的相关计算参数。沙三下亚段和沙四上亚段的计算结果与实测值均十分接近，从而验证了该方法的正确性。

2）岩心刻度测井法，是在岩心和测井响应特征分析基础上，利用声波测井资料确定页岩储层总孔隙度的。由于测井数据可以连续取值的特性，使得所得的孔隙度数据也更为丰富。

3）2 种计算方法各有利弊。岩石物理模型法所需实测孔隙度数据较少，较为经济；岩心刻度测井法计算过程简便，求取的孔隙度数据也更为丰富。在实际应用中，如果研究区已经获得较多泥页岩孔隙度数据，建议采用岩心刻度测井法，而如果研究区为新区，孔隙度数据比较少，建议采用岩石物理模型法。

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