陸相頁巖油“甜點”段評價關鍵參數界限探討

李志明，劉雅慧，何晉譯，孫中良，冷筠瀅，李楚雄，賈夢瑤，徐二社，劉 鵬，黎茂穩，曹婷婷，錢門輝，朱 峰

（1.中國石化 石油勘探開發研究院 無錫石油地質研究所，江蘇 無錫 214126；2.頁巖油氣富集機理與高效開發全國重點實驗室，江蘇 無錫 214126；3.中國石化 油氣成藏重點實驗室，江蘇 無錫 214126）

中國陸相烴源層系形成于二疊紀、三疊紀、侏羅紀、白堊紀、古近紀和新近紀的裂陷和坳陷盆地［1］，但湖泊水體環境復雜多樣，包括淡水-微咸水、咸水-半咸水、咸水-堿水以及咸水-鹽湖環境［2］?？碧綄嵺`與研究表明，裂陷和坳陷構造背景下不同水體環境沉積的烴源層系不僅為常規油藏提供了充足油源，而且還蘊藏著豐富的頁巖油資源，是頁巖油勘探開發的有利層系［1-5］。近年尤其是2019 年以來，中國陸相頁巖油勘探開發取得了革命性突破［6-15］，并建成了新疆吉木薩爾、大慶古龍和勝利濟陽3 個頁巖油國家級示范區［16］，陸相頁巖油將是中國石油資源增儲上產接替與能源安全保障的重要現實領域。陸相頁巖油“甜點”段評價是頁巖油勘探開發評價中的一個重要環節，合理確定陸相頁巖油“甜點”段評價關鍵參數的界限，是實現陸相頁巖油經濟效益開發的關鍵。陸相頁巖油“甜點”是指整體含油的陸相烴源層系內，相對更富含油、物性更好、更易改造，在現有經濟技術條件下具商業開發價值的有利儲集層［15］；《頁巖油地質評價方法》（GB/T 38718—2020）將頁巖油“甜點段”定義為含油性好、儲集條件優越、可改造性強，在現有經濟技術條件下具有商業開發價值的頁巖油層段［17］。與海相烴源層系相比，中國陸相烴源層系非均質性強，巖相類型復雜和熱演化程度變化大，含油性、儲集性、可壓性與頁巖油可動性縱、橫向差異顯著，導致頁巖油“甜點”段優選困難，效益開發面臨諸多挑戰［2，18］。為提升中國陸相頁巖油勘探開發成效，眾多學者圍繞陸相頁巖油“甜點”段評價，已開展了積極探索，提出了“甜點”段評價的方法與關鍵參數［16-23］，為當前頁巖油勘探開發決策部署發揮了積極作用。然而，與常規油氣藏已形成較為完備的研究評價體系不同，中國陸相頁巖油勘探開發研究總體尚處于探索階段［24-25］，故不同學者獲取關鍵參數的方法也不盡相同，加上不同探區壓裂改造工程工藝的差異性［26］，進一步使陸相頁巖油“甜點”段評價關鍵參數界限的厘定復雜化，造成諸多學者的研究結果與認識不統一。為此，本文結合陸相頁巖油探井現場與室內分析結果、綜合前人研究成果與勘探開發實踐成效，圍繞含油性、儲集性、可動性與可壓性評價，探討厘定不同類型頁巖油“甜點”段評價的關鍵參數界限，為低油價時期直接聚焦頁巖油“甜點”段開展勘探開發工作提供科學依據，保障中國陸相頁巖油實現效益開發。

1 “甜點”段TOC界限

陸相頁巖油屬源內聚集的石油資源［15］，發育富TOC（總有機碳含量）的頁巖/泥巖是形成頁巖油的物質基礎［27］。根據地質條件與沉積特征可將頁巖油“甜點”儲集層劃分為夾層型、混積型和頁巖型3類，其中，夾層型儲集層源-儲共存（富TOC的頁巖/泥巖與貧TOC的砂巖等夾層相鄰共生，砂巖等作為有利儲集層近源捕獲石油形成“甜點”），混積型儲集層源-儲共存（富TOC的頁巖/泥巖與相對貧TOC的混積巖相鄰共生，混積巖作為有利儲集層近源捕獲石油形成“甜點”）或源-儲一體（富TOC的混積巖既是生烴層，又是有利儲集層，原地滯留石油形成“甜點”），頁巖型儲集層則源-儲一體（富TOC的頁巖/泥巖既是生烴層，又是有利儲集層，原地滯留石油形成“甜點”）［2，15］。盡管烴源層系內頁巖/泥巖的TOC越高，越有利于夾層型和源-儲共存的混積型儲集層賦存富集頁巖油，但就夾層型和源-儲共存的混積型儲集層本身而言，其是低含甚至不含TOC的細砂巖/粉砂巖、碳酸鹽巖、混積巖甚至凝灰巖等火山巖，其中賦存富集的頁巖油主要源自鄰層富TOC的頁巖/泥巖。故評價這類頁巖油“甜點”段時，TOC可不作為評價的關鍵參數。對于源-儲一體的混積型和頁巖型儲集層，如果構造為紋層狀、層狀，則源-儲一體主要是從宏觀角度而言的，但從微觀角度分析，則依然可以視為源-儲共存。這是因為富TOC紋層形成的石油可通過微運移方式在相對貧TOC的長英質/云質或灰質紋層中賦存富集［3］。如果儲集層構造以塊狀為特征，則無論從宏觀還是微觀角度分析，頁巖油均以原位滯留富集為特征，其本身的TOC對含油性具有顯著制約作用。因此，源-儲一體的混積型和頁巖型頁巖油“甜點”段評價中需要關注TOC問題，但應結合含油性等其他因素一起考慮。

目前對于這類“甜點”段TOC界限范圍分歧較大。一種研究結果認為“甜點”段TOC下限取2.0 %。譬如趙文智等（2023）認為陸相中-高成熟度頁巖油富集“甜點”段TOC最低值建議取大于2.0 %，最佳區間選3.0 %～4.0 %，這是確保頁巖內部擁有足夠多滯留烴、以支撐形成產量的基礎［28］；濟陽坳陷沙三下亞段（沙河街組三段下亞段）-沙四上亞段混積型、頁巖型頁巖油“甜點”段TOC下限為2.0 %［29］；滄東凹陷孔店組二段頁巖型頁巖油Ⅰ類“甜點”段的TOC為2.0 %～6.0 %。由于有機質與黏土礦物含量一般呈現正相關，高TOC往往造成頁巖脆性及可壓裂性降低，因此TOC并非越高越好，Ⅰ類“甜點”段的TOC上限確定為6.0 %［21］。這也得到了鄂爾多斯盆地延長組7 段頁巖油試油產量與TOC平均值關系結果的支持。結果表明當TOC大于6.0 %時，試油產量反而降低達到最低［19］。另一種觀點認為“甜點”段TOC下限取值1.0 %±。譬如潛江凹陷潛江組三段4 油組10 韻律層（潛34-10 韻律層）鹽間頁巖油“甜點”段TOC下限為1.0 %［30］；柴達木盆地英雄嶺地區古近系下干柴溝組上段混積型、頁巖型頁巖油“甜點”段TOC下限為0.8 %［31］；四川盆地下侏羅統自流井組大安寨段二亞段頁巖油“甜點”段TOC下限大于1.0 %［1］；同樣蘇北盆地溱潼凹陷古近系阜（阜寧組）二段混積型頁巖油Ⅰ類“甜點”段TOC下限大于1.0 %［32］。很顯然，不同盆地/凹陷頁巖型和混積型源-儲一體儲集層頁巖油“甜點”段TOC界限值不盡相同，不能機械套用或借鑒某個盆地/凹陷的結果，來確定另一個盆地/凹陷頁巖型和混積型源-儲一體儲集層頁巖油“甜點”段TOC界限值。這是因為每個盆地烴源層系TOC、成烴生物組合類型、巖相類型與組合以及生排滯油能力并不一致，即使同一盆地/凹陷的烴源層系，也會由于TOC、成烴生物組合類型、巖相類型與組合以及生排滯油能力等的不同，造成TOC相對最高的層段并不是含油性、儲集性、可改造性以及頁巖油可動性好的“甜點”段。下面以蘇北盆地QY1井阜二段為例進行佐證（圖1）。

圖1 蘇北盆地QY1井阜寧組二段有機碳含量（TOC）、游離烴含量（S1）與“甜點”層段分布Fig.1 Sweet-spot interval identification with TOC content and S1 for the 2nd member of the Funing Formation in well QY1，Subei Basin

圖1是蘇北盆地QY1井阜二段鉆井現場系統采集樣品超低溫冷凍、密閉冷凍碎樣熱解分析的TOC和游離烴含量（S1）的對比圖，并標注了綜合分析確定的Ⅰ類“甜點”段位置［3 825～3 879 m（上）和3 975～4 020 m（下）深度段］。目前，在蘇北盆地2個“甜點”段均已取得了規模突破，其中QY1 井對深度3 975～4 020 m“甜點”段實施水平井壓裂改造獲得了規模突破，日產油峰值達66.5 t，已累產頁巖油超2.0×104t。該“甜點”層段的TOC主要介于1.0 %～2.0 %，平均1.4 %，其含油性在整個取心段最佳；S1普遍大于2.0 mg/g，平均3.1 mg/g。而TOC總體最高的層段（深度3 706～3 752 m），TOC主要介于2.0 %～3.0 %，平］均1.9 mg/g），說明富TOC層段排烴效率較高，導致滯留油顯著降低；同時富TOC層段實測有效孔隙度、脆性礦物含量以及含油飽和度指數（OSI）和可動油體積等均較“甜點”段相對低［32］，進一步說明該層段不是頁巖油的“甜點”層段。

綜上剖析認為，針對夾層型和源-儲共存的混積型頁巖油“甜點”段評價時，建議TOC不作為“甜點”段評價的關鍵參數。針對源-儲一體的混積型和頁巖型頁巖油“甜點”段評價時，不同盆地/凹陷頁巖油“甜點”段TOC界限各不相同，TOC下限取1.0 %或2.0 %，應根據探區頁巖油勘探開發實踐結果來確定，同時上限不宜超過6.0 %。

2 “甜點”段成熟度Ro界限

成熟度對頁巖油“甜點”段具有重要的控制作用［33］，適宜的熱演化程度是保障烴源層系發育含油性好、儲集性優、可壓性強以及頁巖油流動性好的“甜點”段的關鍵［34］。國內外主要頁巖油開發成功案例統計結果顯示表明，其“甜點”段的成熟度（鏡質體反射率Ro）界限范圍跨度大（表1），不同盆地/凹陷陸相頁巖油“甜點”段Ro的下限，不同學者給出的界限并不相同，除了與不同盆地/凹陷烴源層系本身的成熟度和頁巖油類型有關外，還與烴源層系的沉積環境有關。研究表明，咸水-鹽湖、咸水-半咸水和堿化湖泊形成的有機質多屬于富硫有機相（Ⅰ-S和Ⅱ-S型），巖相以碳酸鹽質頁巖相組合和含碳酸鹽的長英質頁巖相組合為主，而微咸水和淡水湖泊形成的有機質多為貧硫有機相，巖相以貧碳酸鹽礦物的黏土質-長英質頁巖相組合為主。同時，咸水-鹽湖、半咸水和堿化湖泊形成的烴源層系，其進入大量生烴階段的成熟度一般早于微咸水和淡水湖泊形成的烴源層系［2］，這已為勘探實踐與生排滯油模擬實驗結果［30，39-41］所證實，咸水-鹽湖湖泊烴源巖成熟度高峰階段EasyRo為0.65 %～0.85 %［30］，半咸化湖泊為0.75 %～0.95 %［40］，而淡水湖盆為0.85 %～1.15 %［41］。因此，陸相烴源層系有機相和巖相組合的差異性，決定了烴源層系進入主生油窗的熱成熟度Ro門限的差異性［2］，進而導致頁巖油“甜點”段的熱成熟度Ro下限不同。由表1 可見，微咸水-淡水湖泊沉積的烴源層系頁巖油“甜點”段的實測Ro下限相對最大，半咸水湖泊沉積次之，咸水-鹽湖沉積相對最低。由此，趙文智等（2023）［28］提出淡水環境、母質類型以Ⅰ型和Ⅱ1型為主的烴源層系，其頁巖油“甜點”段的熱成熟度Ro下限大于0.90 %，而咸化環境、母質類型以Ⅰ型和Ⅱ1型為主的烴源層系，其Ro下限大于0.80 %。

表1 中國主要陸相頁巖油“甜點”段成熟度（鏡質體反射率Ro）最低界限值統計Table 1 Statistics of the lower limits of Ro for sweet-spot intervals of lacustrine shale oil in major basins/sags in China

這里需要指出的是，陸相富油坳陷/凹陷的烴源層系鏡質體反射率Ro普遍存在抑制現象，導致實測反射率值Ro偏低，并且烴源巖（頁巖/泥巖）有機質類型越好，其實測鏡質體反射率值Ro偏低越顯著。而FAMM（fluorescence alteration of multiple macerals）技術可以有效解決實測鏡質體反射率值Ro抑制問題，該分析技術獲得的等效鏡質體反射率（EqVRo）代表測試樣品的真實成熟度［34，42-44］。研究表明，有機質類型為Ⅰ型的烴源巖鏡質體反射率抑制值（EqVRo-Ro）平均為0.32 %，有機質類型為Ⅱ1型的烴源巖EqVRo-Ro均值為0.21 %，有機質類型為Ⅱ2型的烴源巖EqVRo-Ro均值為0.12 %［34］。濟陽坳陷和蘇北盆地等富油坳陷/凹陷生油窗內烴源巖樣品成熟度分析結果發現，實測鏡質體反射率抑制值（EqRo-Ro）與樣品的氫指數（HI）具顯著相關性，鏡質體反射率抑制值隨氫指數的增高而增大（圖2）。由于在生油窗內鏡質體反射率抑制值受烴源巖有機質類型制約，故可結合實測樣品的氫指數及其鏡質體反射率值Ro，可直接來厘定其真實的熱演化程度。因此，表1 中各盆地頁巖油“甜點”段的實測鏡質體反射率Ro下限與其真實的成熟度均存在不同程度的偏低。如對濟陽坳陷東營凹陷沙三下-沙四上亞段目前頁巖油取得突破的最淺埋藏3 000 m 左右的頁巖油“甜點”段成熟度剖析揭示，盡管實測鏡質體反射率Ro值平均僅為0.55 %，但通過鏡質體反射率抑制校正后，其真實成熟度等效鏡質體反射率應為0.74 %左右［34］。蘇北盆地溱潼凹陷溱頁1 井阜二段頁巖油下“甜點”段（深度3 975～4 020 m）實測鏡質體反射率Ro值平均僅為0.91 %，氫指數平均為147 mg/g，校正后的真實成熟度等效鏡質體反射率平均為0.95 %，這與該層段頁巖油樣品的成熟度參數Ro為0.90%～1.00 %［32］相一致。

圖2 陸相泥頁巖鏡質體反射率（Ro）抑制值與氫指數（HI）關系Fig.2 Relationship between Ro suppression value and hydrogen index（HI）for lacustrine shales

綜上剖析，陸相頁巖油“甜點”段的成熟度最低界限與湖盆水體沉積環境、有機質類型密切相關，由鹽水-咸水、咸水-半咸水至微咸水-淡水環境，烴源層系的主生排滯油窗的界限呈現增高趨勢，結合不同類型沉積環境烴源層系頁巖油勘探突破的甜點段實測鏡質體反射率Ro（表1）與湖相不同類型烴源巖實測鏡質體反射率抑制程度。建議鹽水-咸水湖盆地頁巖油“甜點”段的成熟度等效鏡質體反射率下限取0.75 %（Ro下限取0.50 %，如潛江凹陷潛江組三段、濟陽坳陷沙四下亞段）；咸化-半咸水湖盆地頁巖油“甜點”段的等效鏡質體反射率下限取0.85 %（Ro下限取0.60 %，如濟陽坳陷沙三下亞段）；微咸水-淡水湖盆頁巖油“甜點”段等效鏡質體反射率下限取1.00 %（Ro下限取0.80 %，如鄂爾多斯盆地長7 段與松遼盆地青山口組一段）。

3 “甜點”段S1界限

由頁巖油“甜點”段的定義就不難理解，含油性參數是頁巖油“甜點”段評價的核心關鍵參數。滯留于烴源層系內的油主要以游離態與束縛態（吸附-互溶態）方式賦存，其中束縛態頁巖油運移方式主要靠擴散作用而不是經典的達西滲流作用，在不考慮能量補充和化學改質的人工水力壓裂作用下，束縛態油對頁巖油的產能貢獻很?。?5-46］，只有游離態的油易于在低滲儲層流動并被開采［25，46］。研究揭示，即使在實驗室超臨界二氧化碳反復吞吐情況下，熱解游離烴的極限動用量也僅為其含量的75 %左右［47］。因此，國內外針對泥頁巖層系的含油性評價主要采用S1（游離烴含量）來表征，但頁巖油“甜點”段含油性好的最低S1界限值同樣也未取得一致認識。這一方面與陸相頁巖油勘探開發尚處于探索階段，針對頁巖油探井，其取心方式與巖心處置流程等尚未形成統一規范標準有關。研究表明，不同取心方式與處置流程的樣品S1差異明顯［48-51］，密閉保壓取心與超低溫冷凍處置且采用冷凍密閉碎樣方式樣品的S1明顯高于常規取心、室溫放置與常規碎樣方式樣品的S1，兩者可相差1.5～4.0倍（圖3）［48］。

圖3 鄂爾多斯盆地長73亞段密閉取心與常規取心樣品游離烴含量（S1）與有機碳含量（TOC）關系（據文獻［49］）Fig.3 Relationship between TOC content and S1 in samples collected through sealed and conventional coring from the Chang 73 submember，Ordos Basin［49］

另一方面，剛出筒的新鮮巖心樣品與在室溫放置一段時間后的巖心樣品，其S1同樣會發生不同程度的變化。圖4 是潛江凹陷潛34-10 韻律層鹽間細粒沉積巖新鮮巖心與在室溫放置5 個月后的巖心冷凍密閉碎樣S1分析結果對比圖，可見不同樣品放置5 個月后S1降低程度差異顯著，其中1號樣品在室溫下放置5個月后的S1僅為剛出筒巖心的18 %，而10號樣品在室溫下放置5個月后的S1為剛出筒巖心的85 %，10個樣品放置5個月后的S1損失15 %～82 %，平均為48 %。同時，實驗結果表明含油性越好（S1＞4 mg/g）、儲集物性優、紋層/層理發育的頁巖，其S1損失量越大。而新鮮巖心S1小于4 mg/g、儲集物性相對較差的塊狀泥巖，其S1損失量較小，損失量不足新鮮巖心的30 %。該實驗結果啟示：室溫下長期放置的頁巖油儲層樣品尤其是本身S1高、儲集物性好、紋層/層理發育的頁巖，其實測S1已無法代表新鮮巖心樣品的S1特征。由于頁巖油儲層非均質性強，不同巖相具有不同的含油性、儲集物性與不同的輕烴損失模式，故不能用一個統一的輕烴損失恢復系數來恢復其剛出筒時的S1，需要結合頁巖油儲層的巖相類型、儲集性、含油性與成熟度等因素分別構建恢復模型［50］，直接利用室溫下長期放置巖心的實測S1或用統一恢復系數恢復后的S1來開展頁巖油儲層含油性“甜點”層段的評價優選，可能會給頁巖油勘探開發目標層段部署帶來誤導。同時，與剛出筒的新鮮巖心樣品開展常規碎樣方式與液氮充注密閉碎樣方式熱解S1對比表明，常規碎樣方式的熱效應會造成熱解S1較液氮充注密閉碎樣方式的平均低30 %左右［52］。因此，對于需要進行含油性分析的常規取心井典型樣品，應在鉆井現場巖心出筒后及時進行典型樣品采集并用液氮（高成熟度樣品）或超低溫冷凍（不高于-50 ℃，中-低成熟度樣品）冰柜冷凍保存，且碎樣應采用液氮充注條件下密閉碎樣方式，碎好的樣品應馬上稱取適量直接開展熱解分析，以最大限度地降低輕質組分的損失，使含油性分析結果具有高保真性，從而使不同探區頁巖油儲集層含油性分析結果具有可比性。

圖4 潛江凹陷潛34-10韻律層鹽間細粒沉積巖新鮮與室溫放置5個月后巖心冷凍密閉碎樣熱解游離烴含量（S1）對比Fig.4 Comparison of S1 values of fresh core samples and sealed，frozen crushed samples from cores having stood for five months under room temperature from inter-salt fine-grained sedimentary rocks in the Eq34-10 rhythm of the Qianjiang Sag，Qianjiang Sag

表2 是目前中國陸相頁巖油取得規模突破區“甜點”段S1平均值統計結果，顯然不同盆地/凹陷甚至同一盆地/凹陷不同研究者給出的S1平均值具有明顯差異，這除了與各盆地/凹陷頁巖油“甜點”段本身的含油性存在差異外，還與樣品的處置方式、碎樣方式以及分析的及時性等眾多因素不同有關。由表2 可見，除吉木薩爾凹陷蘆草溝組（夾層型）和潛江凹陷潛三段（混積型）“甜點”段常規熱解S1平均值相對較高（分別為4.0 mg/g 和3.5 mg/g），以及溱潼凹陷阜二段“甜點”段常規熱解S1平均值相對較低（1.2 mg/g）外，中國陸相頁巖油取得規模突破區“甜點”段常規熱解S1平均值以2.0 mg/g 居多。這應是趙文智（2023）［28］提出中-高成熟度頁巖油“甜點”段含油性好應以常規熱解S12.0 mg/g 作為下限的原因，并且指出最佳取值為4.0～6.0 mg/g。同時，松遼盆地青山口組一段（青一段）頁巖型頁巖油“甜點”段常規熱解分析結果，經保壓取心巖心樣品分析結果校正后的S1平均值下限為5.0 mg/g［3，19］；濟陽坳陷沙三下亞段混積型頁巖油“甜點”段，其典型樣品冷凍密閉碎樣熱解S1平均值下限為4.0 mg/g；歧口凹陷沙一段混積型或碳酸鹽夾層型頁巖油“甜點”段，其典型樣品常規熱解輕烴恢復后S1平均值下限為4.5 mg/g［37］；滄東凹陷孔二段混積型或碳酸鹽夾層型頁巖油“甜點”段，其典型樣品常規熱解輕烴恢復后S1平均值下限為3.0 mg/g［21］；蘇北盆地阜二段混積型頁巖油“甜點”段，其典型樣品冷凍密閉碎樣熱解S1平均值下限為3.0 mg/g（圖1）。

表2 中國主要陸相頁巖油“甜點”段游離烴含量（S1）平均值門限統計Table 2 Statistics of average threshold values of S1 in the sweet-spot intervals of major lacustrine shale oil basins/sags in China

綜上分析可見，頁巖油儲層熱解S1的影響因素復雜，必須搞清熱解S1分析結果的來龍去脈，包括取心井的取心方式、巖心處置方式、碎樣方式以及樣品分析的及時性。這是合理、正確厘定頁巖油儲層“甜點”段S1平均值下限的基礎。由表2 可見，多個地區烴源層系常規熱解分析S1僅為冷凍密閉碎樣熱解分析（或常規熱解+輕烴恢復校正）S1的1/2左右。在目前情況下，建議“甜點”段S1取值界限與TOC界限、熱解分析樣品的處置方式結合起來確定。當“甜點”層段TOC下限取1.0 %時，“甜點”段常規熱解分析和冷凍密閉碎樣熱解分析的S1下限分別取1.0 mg/g和2.0 mg/g；而當“甜點”層段TOC下限取2.0 %時，“甜點”段常規熱解分析和冷凍密閉碎樣熱解分析的S1下限分別取2.0 mg/g 和4.0 mg/g。

4 “甜點”段儲集物性界限

儲集條件優越是頁巖油“甜點”段的一個基本特征。儲集條件主要涉及孔隙度、滲透率及孔喉直徑3 個關鍵參數，其中孔隙度直接決定了頁巖油儲層的儲油潛力，一般孔隙度越大，含油性越高；滲透率和孔喉直徑則制約頁巖油的流動性與產能［54］。由于烴源層系巖石致密，尤其是頁巖/泥巖，因紋層和層理發育，柱塞樣品獲取困難，烴源層系典型樣品孔隙度精確測定尚存在諸多問題。目前，主要采用的方法包括氦氣氣測法、液體飽和法及核磁共振法3 大類。對比分析結果表明，液體飽和法孔隙度＞核磁共振法孔隙度＞顆粒氣測法孔隙度＞柱塞氣測法孔隙度。液體飽和法孔隙度結果偏大，柱塞樣氣測孔隙度僅能測試連通孔隙度即有效孔隙度，測試結果偏?。?5］，但通過改進形成“抽真空+嚴格平衡條件”的頁巖柱塞樣氦氣法孔隙度測定方法，其測定的頁巖有效孔隙度結果可靠性高［56］。因此，當前，針對頁巖油儲層孔隙度分析主要采用“抽真空+嚴格平衡條件”的頁巖柱塞樣氦氣法孔隙度測定方法，其分析結果代表的是有效孔隙度。已有學者提出中國陸相頁巖油地質“甜點”段儲集層有效孔隙度的下限為3.0 %并且裂縫發育［19，33］，但孔隙度下限與目前勘探開發實踐不符，明顯偏低。本文結合中國陸相頁巖油勘探開發實踐，就不同類型頁巖油“甜點”段的有效孔隙度和滲透率兩個關鍵參數最低界限作進一步剖析。

目前針對夾層型頁巖油，松遼盆地的青一段和青二段、鄂爾多斯盆地長7 段和準噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組均已取得規模突破與有效開發，為剖析夾層型頁巖油“甜點”段有效孔隙度和滲透率最低界限提供了基礎。研究表明，松遼盆地青一段和青二段夾層型頁巖油產層（“甜點”段）孔隙度主要介于4.0 %～14.0 %，滲透率主要介于（0.01～0.50）×10-3μm2［3］。鄂爾多斯盆地慶城長7 段夾層型頁巖油產層（“甜點”段）孔隙度主要介于4.5 %～11.0 %，滲透率主要介于（0.01～0.30）×10-3μm2。其中，Ⅰ類“甜點”段有效孔隙度介于8.0 %～11.0 %，滲透率介于（0.08～0.30）×10-3μm2；Ⅱ類“甜點”段孔隙度介于5.0 %～8.0 %，滲透率介于（0.03～0.08）×10-3μm2，［7，57］。準噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組上、下“甜點”段儲集物性剖析揭示，上“甜點”段有效孔隙度介于5.0 %～20.0 %，滲透率介于（0.000 4～1.960 0）×10-3μm2，下“甜點”段有效孔隙度介于6.0 %～21.0 %，滲透率介于（0.02～2.80）×10-3μm2［58］；其中Ⅰ類“甜點”段有效孔隙度大于12.0 %，滲透率大于0.30×10-3μm2，Ⅱ類“甜點”段有效孔隙度介于8.0 %～12.0 %，滲透率介于（0.10～0.30）×10-3μm2，Ⅲ類“甜點”段有效孔隙度介于5.0 %～8.0 %，滲透率介于（0.01～0.10）×10-3μm2［59］。同時，對吉木薩爾凹陷上、下“甜點”段儲集物性與含油性顯示級別特征剖析表明，有效孔隙度與滲透率共同制約了吉木薩爾凹陷蘆草溝組上、下夾層型頁巖油“甜點”段的含油性顯示級別（圖5）。因此，結合吉木薩爾凹陷蘆草溝組上、下“甜點”段油跡、油浸、油斑顯示樣品的孔隙度和滲透率總體特征，以及松遼青一、青二段和鄂爾多斯盆地慶城長7 段夾層型頁巖油產層的孔隙度、滲透率分布范圍，建議夾層型頁巖油“甜點”段孔隙度下限取5.0 %，滲透率下限可以取0.01×10-3μm2。

圖5 吉木薩爾凹陷蘆草溝組上、下頁巖油有效甜點段孔隙度、滲透率與含油性關系Fig.5 Correlation of oil-bearing capacity with porosity and permeability for the effective upper and lower sweet-spot intervals of the Lucaogou Formation，Jimusar Depression

針對頁巖型和混積型頁巖油儲集層，其巖性與構造不同，儲集物性也隨之不同，尤其是滲透率變化顯著。研究表明，隨巖性由頁巖—泥頁巖—泥巖，層狀構造則呈紋層狀—層狀—塊狀變化，儲集性能依次變差，其中紋層狀頁巖是最優質儲集巖相［26，28，36］。圖6 是濟陽坳陷東營凹陷FY1 井沙三下亞段-沙四上亞段取心段典型紋層狀、層狀和塊狀巖相樣品的孔隙度與水平滲透率特征對比圖，可見不同巖性/巖相樣品的孔隙度總體差異不大，峰值分布范圍均介于4.0 %～10.0 %，滲透率與孔隙度無明顯相關性，但滲透率受巖性/巖相與微裂縫（包括層理縫）發育情況控制顯著，微裂縫發育的紋層狀灰質泥巖和泥質灰巖等，其滲透率主要介于（1.0～50.0）×10-3μm2；微裂縫欠發育的層狀灰質泥巖、泥質灰巖等，其滲透率主要介于（0.01～1.00）×10-3μm2；而微裂縫總體不發育的塊狀灰質泥巖、泥質灰巖等滲透率最低，約0.001×10-3μm2。針對FY1 井“優選”的試油層段（沙三下亞段深度3 199.0～3 210.0 m，紋層狀含泥灰巖和含灰泥巖），其有效孔隙度主要介于4.0 %～10.0 %，與國內外頁巖油產層的有效孔隙度基本相同，滲透率則主要介于（0.01～10.00）×10-3μm2［26］，這與該層段紋理、層理縫與微裂縫發育密切相關。

圖6 東營凹陷FY1井沙三下亞段-沙四上亞段不同巖相類型樣品有效孔隙度和水平滲透率特征對比Fig.6 Comparison of effective porosity and horizontal permeability of samples with different lithofacies collected from the lower submember of the 3rd member（Es3 L）to the upper submember of the 4th member（Es4 U）in the Shahejie Formation in well FY1，Dongying Sag

同時研究表明，孔隙度小于4.0 %的頁巖油儲層一般不具有可采性［56，60］，優質的頁巖油儲層滲透率應大于0.01×10-3μm2［61］，只有相對高滲透率的儲層通過后期壓裂改造、使致密頁巖油儲層形成裂縫網絡，才能使頁巖油得以有效開采［56］。從上述東營凹陷沙三下亞段-沙四上亞段紋層、層狀和塊狀巖相的水平滲透率分析結果可知，頁巖油儲層水平滲透率大于0.01×10-3μm2，意味著只有具紋層、層狀構造并且微裂縫發育的頁巖型和混積型頁巖儲集層才具有頁巖油勘探開發潛力（除非塊狀泥巖段微裂縫異常發育），這也已被中國目前的陸相頁巖油勘探開發實踐所證實。如歧口凹陷沙一下亞段“甜點”段/區混合質頁巖、云灰質頁巖和長英質頁巖的有效孔隙度均值分別為5.1 %，4.5 %和4.3 %，水平滲透率分別為3.50×10-3，2.97×10-3和1.98×10-3μm2［37］；松遼盆地古龍凹陷青一段頁巖型頁巖油“甜點”段/區巖心實測有效孔隙度主要介于8.0 %～15.0 %，水平滲透率介于（0.01～0.50）×10-3μm2［3］；蘇北盆地阜二段已取得規模突破的頁巖油“甜點”層段，現場實測有效孔隙度主要介于4.0 %～8.0 %（平均5.3 %），小柱塞樣水平滲透率則主要介于（0.01～0.52）×10-3μm2，而全直徑巖心滲透率為（0.08～19.11）×10-3μm2［32］。綜上剖析，對于紋層狀和層狀構造且裂縫發育的頁巖型和混積型頁巖油，建議“甜點”段有效孔隙度均值下限取4.0 %，水平滲透率均值下限取0.01×10-3μm2。

5 “甜點”段OSI界限

國內外頁巖油勘探開發實踐［12，26，29，35，45，54，61-63］表明，無論頁巖油儲層類型屬夾層型還是頁巖型或混積型，獲得工業頁巖油油流的儲層段除S1要超過下限外，還具有一個共同的特征，即含油飽和度指數（OSI，OSI=S1×100/TOC）大于100 mg/g。故有學者提出頁巖油“甜點”段OSI下限為100 mg/g，OSI大于150 mg/g為最佳層段［28］，但不同探區、不同類型頁巖油儲層“甜點”段S1和TOC并不相同，同時頁巖油儲層熱解S1的影響因素復雜，故即使針對同一探區的同一“甜點”層段，由于獲取游離烴的前處理流程與方法在業內沒有統一，導致“甜點”段的OSI最低門限值應有所差異。如圖7 為依據蘇北盆地QY1 井阜二段取心段典型樣品超低溫冷凍、密閉冷凍碎樣熱解分析結果，確定的OSI隨深度變化情況和已取得規模突破的甜點層段位置，可見2 個Ⅰ類“甜點”段［3 825～3 879 m（上）和3 975～4 020 m（下）深度段］典型樣品的OSI幾乎均大于100 mg/g，主要介于100～300 mg/g，平均值基本一致，分別為201 mg/g 和203 mg/g，與前面QY1 井阜二段“甜點”層段TOC和S1界限相匹配，Ⅰ類“甜點”段OSI下限應為200 mg/g。但如果采集的典型樣品采用室溫放置、常規碎樣方式處理后再進行熱解分析，Ⅰ類“甜點”段OSI界限僅為100 mg/g，Ⅱ類“甜點”段OSI界限為70 mg/g［32］，這與樣品室溫放置與常規碎樣過程中S1中輕質組分損失而導致OSI降低有關［35，59］。

圖7 蘇北盆地QY1井阜寧組二段含油飽和度指數（OSI）與“甜點”層段分布Fig.7 OSI value-based sweet-spot interval identification in the 2nd member of the Funing Formation in well QY1，Subei Basin

高OSI意味著頁巖油儲集在滿足固體有機質“吸附需求”后，依然有大量游離烴存在。通常有3類儲集層容易顯示高OSI：①高產率、低排出的純頁巖層或混積層；②高產率、高排出的富有機質層段臨近的貧有機質砂巖和碳酸鹽等夾層（圖8）；③高有機質含量的純泥頁巖層的天然裂縫發育段［35，61-62］。由于OSI有機融合了頁巖油儲層評價的兩個關鍵參數，即TOC和S1，因此可以利用OSI直接有效地判識烴源巖層段是否屬于頁巖油的“甜點”段。圖8 是鄂爾多斯盆地西南部B1井長73亞段取心段TOC和S1關系圖，可見紋層狀頁巖和層狀/塊狀泥巖TOC與S1具有顯著正相關性，并且S1主要介于2.0～15.0 mg/g，平均值達7.5 mg/g（樣品數n=116）。如果僅從含油性分析，紋層狀頁巖和層狀/塊狀泥巖具有很好的含油性，尤其TOC大于10.0 %之后，其S1均大于5.0 mg/g，但OSI則普遍小于50 mg/g，平均僅為45 mg/g，顯然不具有頁巖油勘探潛力。因此，富有機質頁巖或泥巖往往會具有較高的含油性但并非一定具有頁巖油勘探潛力，需要結合OSI對富有機質頁巖或泥巖是否具備頁巖油勘探潛力進行判識，從而為頁巖型或混積型頁巖油“甜點”段確定提供更充足的證據。

圖8 鄂爾多斯盆地西南部B-1井長73取心段有機碳含量（TOC）和游離烴含量（S1）關系Fig.8 Relationship between TOC content and S1 for the coring section in the Chang 73 submember in well B-1，southwestern Ordos Basin

不同盆地/凹陷不同泥頁巖層系“甜點”段的OSI界限值不盡相同，如滄東凹陷孔二段Ⅰ類頁巖型“甜點”段（紋層狀長英質頁巖）的OSI主要介于204.5～488.3 mg/g，平均為324.0 mg/g；歧口凹陷沙三段Ⅰ類頁巖型“甜點”段（紋層狀混合質頁巖）的OSI主要介于97.3～1 256.3 mg/g，平均為257.6 mg/g；歧口凹陷沙一下亞段Ⅰ類頁巖型“甜點”段（紋層狀灰質/白云質頁巖為主）的OSI主要介于95.3～597.8 mg/g，平均為204.7 mg/g［63］。對于夾層型頁巖油儲層，由于其TOC一般小于1.0 %，故夾層型頁巖油“甜點”段OSI普遍較高，如吉木薩爾凹陷蘆草溝上、下甜點段粉砂巖和云質/灰質粉砂巖和粉砂質白云巖等，盡管在室溫下已放置多年并對典型樣品采用常規碎樣方式進行粉碎后再開展熱解分析，結果其OSI仍然較高，主要介于240～620 mg/g，平均為367 mg/g。對鄂爾多斯盆地長7段夾層型甜點段新鮮巖心采用超低溫冷凍、密閉冷凍碎樣熱解分析揭示，油斑、油浸和油跡級粉砂巖/細砂巖樣品的OSI主要介于400～850 mg/g，平均為690 mg/g。綜上剖析，針對頁巖型和混積型頁巖油“甜點”段/區，建議OSI取值下限為100 mg/g（巖心常規處置、常規碎樣熱解情況下）或200 mg/g（巖心冷處置、冷凍密閉密閉碎樣熱解情況下），而對于夾層型頁巖油“甜點”段/區，建議OSI取值下限為300 mg/g（新鮮巖心常規處置、常規碎樣熱解情況下）或400 mg/g（新鮮巖心冷處置、冷凍密閉密閉碎樣熱解情況下），這基本與北美Williston 盆地Bakken 組中段典型夾層型頁巖油的OSI一般大于400 mg/g［60］相一致。

6 “甜點”段脆性礦物含量界限

頁巖油儲層的可壓性是指在壓裂過程中頁巖發生有效破裂的能力，其決定了壓裂后裂縫的形態及裂縫網絡的復雜程度，是影響頁巖油能否實現高產的重要因素之一［64］。目前，國內外用于頁巖油儲層可壓性評價的方法很多，主要基于頁巖油儲層的礦物組成和巖石力學性質分析，其中頁巖脆性礦物指數法是判斷頁巖儲層可壓性最簡單有效的方法。頁巖脆性礦物含量越高，越易形成人工壓裂網狀結構縫，越有利于頁巖油的開采［65-66］。

壓裂實踐表明，頁巖的破裂壓力與其所含的脆性礦物指數息息相關［67-68］。因此，眾多學者將脆性礦物含量作為頁巖油儲層“甜點”段評價的關鍵參數［1，3，19，26，32-33，37，53，63］。各盆地/凹陷頁巖油“甜點”段的脆性礦物含量界限不同，隨著研究的深入，常用的脆性礦物從最初僅指石英過渡到一系列礦物組合（石英、長石和碳酸鹽），能源行業標準“頁巖脆性指數測定及評價方法”（NB/T 10248—2019）則將石英、白云石、方解石、長石和黃鐵礦歸屬于脆性礦物。當頁巖脆性礦物指數BM2≥70 時［BM2=（X石英+X白云石+X方解石+X長石+X黃鐵礦）×100；M2 為頁巖脆性礦物指數法編號；X為樣品中某類礦物質量分數，%）］，其可壓性評定等級為好；當60≤BM2＜70 時，可壓性評定等級為較好；當40≤BM2＜60 時，可壓性評定等級為中等；當BM2＜40 時，可壓性評定為差。依據頁巖礦物脆性指數法可以快速評價頁巖油儲層的可壓性，具有較好的實踐效果，但需要結合頁巖油儲層的熱成熟度。古龍頁巖主要為黏土質長英質頁巖，黏土礦物平均含量達35.6 %，但熱演化程度較高，處于中成巖晚期階段，蒙脫石已大量轉化為伊利石并析出硅質，使得頁巖剛性增強、脆性增大；同時頁巖中伊利石經過成巖壓實作用定向排列，使巖石沿層面容易剝裂，壓裂過程中可形成復雜網狀裂縫，從而顯著改善了儲層的可壓裂性［69］，這是古龍頁巖型頁巖油“甜點”段取得突破的重要因素［15］。盡管如此，與濟陽坳陷沙三下-沙四上亞段（脆性礦物含量一般大于75.0 %［26］）、滄東凹陷孔二段（脆性礦物含量一般大于70.0 %［21，63］）頁巖型/混積型頁巖油“甜點”段頁巖油產量相比，古龍頁巖油雖然具有高的GOR（氣/油比），但其產量明顯相對偏低。黏土礦物含量大于40.0 %時，屬低脆性頁巖，受黏土含量及有機質含量雙重影響，現有水基壓裂液易引起黏土膨脹，導致支撐劑無法有效注入，導流能力低，壓裂改造效果差，目前尚無該類儲層取得頁巖油勘探突破的報道［21］。頁巖油儲層黏土礦物含量小于30.0 %時具有較好的脆性，頁巖油“甜點”段的黏土礦物含量下限為30.0 %［70］。典型夾層型頁巖油“甜點”段/區的脆性礦物含量均較高，無論是鄂爾多斯盆地長7 段粉砂巖、細砂巖“甜點”夾層段，還是吉木薩爾凹陷蘆草溝組上、下粉砂巖、云質粉砂巖、粉砂質云巖等“甜點”段，脆性礦物含量均大于80.0 %［33］。因此，綜合上述分析并結合目前頁巖油勘探開發實踐，建議頁巖型/混積型、夾層型頁巖油“甜點”段脆性礦物（石英、白云石、方解石、長石和黃鐵礦）含量下限為65.0 %。

7 結論

1）夾層型和源-儲共存的混積型頁巖油“甜點”段評價時，TOC可不作為關鍵評價參數；源-儲體的混積型和頁巖型頁巖油“甜點”段，其TOC下限為1.0 %或2.0 %，上限不宜超過6.0 %。

2）鹽水-咸水、咸化-半咸水和微咸水-淡水湖盆烴源層系頁巖油“甜點”段Ro下限分別取0.50 %，0.60 %和0.80 %（EqVRo下限分別取0.75 %，0.85 %和1.00 %）。

3）當“甜點”段TOC下限取1.0 %時，常規碎樣和密閉冷凍碎樣的熱解S1下限分別取1.0 mg/g 和2.0 mg/g；當“甜點”段TOC下限取2.0 %時，則分別取2.0 mg/g和4.0 mg/g。

4）夾層型頁巖油“甜點”段的孔隙度和滲透率下限分別為5.0 %和0.01×10-3μm2；具紋層狀和層狀構造且裂縫發育的頁巖型和混積型頁巖油“甜點”段孔隙度和水平滲透率下限分別為4.0 %和0.01×10-3μm2。

5）頁巖型和混積型頁巖油“甜點”段，OSI下限為100 mg/g（巖心常規處置、常規碎樣熱解情況下）或200 mg/g（巖心冷處置、密閉冷凍碎樣熱解條件下）；夾層型頁巖油“甜點”段，OSI下限為300 mg/g（新鮮巖心常規處置、常規碎樣熱解情況下）或400 mg/g（新鮮巖心冷處置、密閉冷凍碎樣熱解條件下）。

6）頁巖油“甜點”段脆性礦物含量下限為65.0 %。