油页岩(又称油母页岩)是一种高灰分的含可燃有机质的沉积岩，其中含有尚未排出的成熟、低熟或未熟原油。本文重点研究的对象是油页岩中尚未排出的成熟石油，即油气地质界所称的页岩油^[1]，是残存在油页岩内部层理面或者纳米级基质孔隙内的油气聚集，其含量可以用油页岩氯仿沥青“A”含量近似代表。

常规向非常规油气藏理念的转变，推动了全球非常规油气勘探开发快速发展，正在逐渐改变全球能源供应格局。2010年，加拿大学者基于“能源三角”理论，评价认为北美25个盆地非常规油气可采资源总量大约是常规油气的4倍^[2]。页岩油作为一种非常规油气资源也越来越受到重视，国外在页岩油开发上进展较快，其中美国威灵斯顿盆地Barken页岩层系中页岩油的开发取得明显进展，产量已经达到美国石油产量的1.7%。国内相对页岩气而言，页岩油的研究还在发展之中，页岩油开发还在探索^[3]。

鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7期在盆地中沉积了分布广泛、富含有机质的张家滩页岩^[4-5]，因其有机质丰度高(TOC多数大于2%，最高达30%)、有机质类型好(Ⅰ—Ⅱ₁型)，成熟度适中(Ro为0.7%~1.3%)，是延长组的主力烃源岩，据杨华等^[6]研究，长7烃源岩也是一套优质油页岩，目前已成为鄂尔多斯盆地页岩油气勘探的重要层位，姬源—华池—正宁一带油页岩累计厚度＞20 m。而对于安塞地区油页岩分布特征及资源潜力分析研究较少。大量钻探、岩心分析测试表明，安塞地区西南部长7油页岩发育，厚度较大(6~12 m)，且天然裂缝发育。本文基于岩心样品地球化学分析、CT扫描电镜技术、核磁共振等技术分析测试的基础上，综合取心资料、常规测井、成像测井解释方法，分析研究和评价了安塞地区页岩油资源潜力。

鄂尔多斯盆地边缘断裂褶皱较为发育，而盆地内部构造简单，可分为6个二级构造单元，研究区位于其中的陕北斜坡中部(图 1)。晚三叠世该盆地为一大型内陆差异性沉积盆地，期间沉积了一套河流—三角洲—湖泊相地层，层位归属上三叠统延长组，自上而下划分为10段(长1—长10)。其中，长7段沉积期为湖盆最大湖泛期，气候温暖潮^[7]，沉积了一套厚度较大、分布较广优质烃源岩，俗称张家滩页岩。研究区长7段烃源岩层在以往的油气勘探活动中曾发现过高产工业油流，预示着长7段有良好的油气勘探前景。

图  1  鄂尔多斯盆地构造分区及安塞地区勘探开发区位置

Figure 1.  Tectonic map of the Ordos Basin and the studied area

安塞地区长7油页岩有机质类型为Ⅰ型和Ⅱ₁型，TOC值为0.87%~7.16%，平均值为2.79%，S₁+S₂值为1.5~24.7 mg/g，平均值为9.8 mg/g，与盆地南部和陇东地区相比，相对较低(表 1)，主要受沉积环境影响，安塞地区为滨浅湖沉积，受三角洲物源和水动力影响，泥岩中粉砂质含量较高，有机质被生物分解^[8]，未熟或低熟油潜力较小，而盆地南部、陇东地区主要为半深湖、深湖沉积，有利于有机质的保存；但氯仿沥青“A”值相对较高，一般为0.29%~1.89%，平均达到0.87%，表明研究区页岩油含量较高，潜力较大。

按照石油地质理论和干酪根生烃理论，传统的油藏均经过二次运移，划归源外体系，页岩油只有初次运移，属于源内体系，页岩油在空间上受油页岩的分布特征控制，两者空间分布特征基本一致。

长7段油页岩与贫有机质的湖相(粉砂质)泥岩(TOC＜2%)间极易区分^[5]，测井响应特征显示，长7油页岩在测井曲线上表现为“三高一低”的特征(图 2)，为高电阻率、高自然伽马、高声波时差和低密度^[11]。油页岩中的有机质不具有导电性，在测井曲线上表现为电阻率测井值高于泥岩和页岩电阻率测井值；干酪根含量增加会引起油页岩中铀、针、钾含量增大，导致油页岩的自然伽马测井值比泥岩和页岩的自然伽马测井值高；有机质的声波时差(70 μs/m)大于岩石骨架的声波时差，有机质富集的岩石有较大的声波时差值，油页岩的声波时差要高于泥岩和页岩的声波时差；有机质的密度近于1.0 g/cm³，黏土质矿物的骨架密度为2.7 g/cm³，当有机质取代岩石骨架时，就会使岩石的密度减小，研究区油页岩电阻率为40~110 Ω·m，自然伽马为110~140 API，声波时差为280~340 μs/m，密度为2.42~2.53 g/cm³(图 3)。取心显示研究区油页岩厚度在5~10 m之间，页理发育，见鱼类化石，属于滨浅湖沉积。

图  2  丹214井长7段油岩页测井综合图

Figure 2.  Integrated logging column of the oil shale in the Chang 7 Member from Dan 214 Well

图  3  丹165井长7油页岩岩性剖面和地球化学综合柱状图

Figure 3.  Integrated stratigraphic column of the Chang 7 Member from Dan 165 Well

地质录井、测井识别相结合，刻画了研究区长7油页岩平面分布特征。长7油页岩的发育厚度与湖盆中心的展布密切相关，研究区西南方向靠近湖盆中心，油页岩厚度可达到10 m以上，NE方向远离湖盆中心，页岩油不发育(图 4~6)。张渠—王窑—沿河湾一线西南部油页岩厚度＞4 m，面积约2 220×10⁴ km²，采用先分别计算各厚度级别泥页岩体积再累计的方法，得出长7段油页岩体积为20×10⁸ m³。

图  4  安塞地区长7段油页岩分布特征

Figure 4.  Distribution pattern of oil shale in the Chang 7 Member of the Ansai area

图  5  安塞地区桥146—桥108井长7段油页岩连井对比剖面

Figure 5.  Well correlation showing oil shale in Chang 7 Member of from well Qiao 146 to Qiao 108 in the Ansai area

图  6  安塞地区丹11—化21井长7段油页岩连井对比剖面

Figure 6.  Well correlation showing the oil shale in Chang 7 Member from well Dan 11 to Hua 21 in the Ansai area

高分辨率扫描电镜图像分析结果表明(图 7)，研究区长7油页岩中主要发育矿物颗粒内片状孔隙和溶蚀孔，但2种孔隙的丰度、分布和孔隙连通性存在较大的差异。矿物颗粒内片状孔隙主要为黏土颗粒片状孔，在黏土内分布广泛，平行分布、成组出现，孔内均有有机质充填，随着有机质的收缩，形成纳米级互为连通的孔隙群(图 7c)；与以碳酸盐岩溶蚀孔为主要孔隙类型的陆相咸水型烃源岩不同^[12]，研究样品中颗粒溶蚀孔数量相对较少，且多为长石溶蚀孔(图 7b)，孔隙受体腔形状的控制，数量少、多为孤立状。有机质孔不发育，基于温压模拟与纳米CT三维表征技术的研究发现Ro值＞1.2%时盆地长7油页岩有机质孔大量发育，而研究区Ro值＜1.2%。

图  7  鄂尔多斯盆地安塞地区长7段油页岩中发育的孔隙类型

Figure 7.  Pore types of oil shale in the Chang 7 Member of the Ansai area, Ordos Basin

长7油页岩主要发育纳米级孔隙，常规测试方法不能有效反映其真实孔隙度，核磁共振测井在油田勘探开发中发挥着重要作用^[13]，MRT核磁共振测井仪性能稳定可靠，计算的储层参数重复误差在行业标准允许范围内^[14]，研究区采用MRT核磁共振测井仪测井3口，显示长7油页岩地层总孔隙度为3.97%~5.74%，平均为5.11%，有效孔隙度为3.78%~5.47%，平均为4.86%，计算研究区页岩油有效孔隙体积为9.9×10⁸ m³。

核磁共振技术能对岩石孔隙中流体所含的氢核¹H进行探测，通过对岩心样品添加饱和氯化锰溶液屏蔽水的T₂信号，可以反映岩心孔隙中油含量^[15]，计算公式：

含油饱和度=饱锰信号量/饱水信号量×100%

对研究区2块样品测试(图 8)，结果显示含油饱和度为38.49%、50.76%，平均为44.63%，研究区长7页岩油体积系数1.21，计算研究区页岩油资源潜力4.42×10⁸ m³。

图  8  安塞地区长7段油页岩岩心不同饱和度溶液下的T2弛豫时间分布

Figure 8.  Distribution of T₂ relaxation time under the solutions of different saturation of the oil shale core in the Chang 7 Member of the Ansai area

岩石中可溶有机物及原油簇组分分析表明，长7段页岩油总体具有油质轻、黏度小的特征，并伴生油型热解气，非常有利于页岩油在纳米孔喉中的流动和开采(表 2)。岩样中“非烃+沥青质”含量19.55%，饱和烃含量平均值72.13%，而原油中“非烃+沥青质”含量3.66%，含量较低，主要是因为“非烃+沥青质”不易被采出；饱和烃含量平均值78.47%，与岩样接近；地面页岩油密度平均值0.85 g/cm³，运动黏度值10.6 mPa·s(测试温度为50 ℃)，凝固点10.6 ℃，汽油比117.31 m³/t。

元素俘获测井表明，研究区长7段油页岩黏土矿物含量39.68%，石英、碳酸盐含量等刚性组分含量59.28%，与盆地周边基本接近(表 3)，脆性矿物含量相对偏高，可压裂性好；岩心、成像测井显示，长7段油页岩中高角度构造裂缝较为发育(图 9、10)，压裂改造后，天然裂缝与水力压裂缝的结合可形成网状输导体系；针对长7油页岩，采用大液量、大排量、小砂比，泵入滑溜水和表而活性肌胶压裂液混合水进行压裂，产生网状裂缝，大幅度地扩大泄油体积，提高致密油单井产量，在研究区该技术己成功应用7口井，液量495~959 m³，排量4~8 m³/min，砂比3.1%~11.8%，地层破压28.6~34.6 MPa，5口井获得工业油流，日产油最高达到15.9 t/d。

图  9  安塞地区丹214井长7段成像测井成果图

Figure 9.  Imaging log picture of the Chang 7 Member from well Dan 214 in the Ansai area

图  10  安塞地区丹214井长7段裂缝面照片

Figure 10.  Photograph of the cracks of the Chang 7 Member from well Dan 214 in the Ansai area

页岩油物性差，传统直井开发，单井产量低，研究区5口直井开发试验表明，单井产量0.41~0.96 t/d，经济效益较差。近年来开采技术的创新和进步为这类油藏开发提出了新的方向，李忠兴等^[16]和何崇康等^[17]研究表明，鄂尔多斯盆地长7段致密油采用水平井开发，配套“大排量、大液量、低砂比”的体积压裂改造工艺技术，能够有效提高单井产量，当直井产量达到1.0 t/d的区域，水平井单井产量可达到6.0 t/d以上；同时长庆油田创新形成的水力喷砂分段多簇体积压裂技术，较引进国外同类技术，开采成本大幅度下降^[16]，这都为页岩油效益开发提出了方向，下一步主要在研究区西南部页岩油厚度＞10 m的区域，开展水平井开发试验。

由于页岩油的特殊性，目前尚无完善的理论计算水平井水平段长度、井距的方法。理论上，水平段长度越大，单井产量越高，目前长庆长7致密油采用1.5~2.0 km水平段水平井开发，单井产能可达到20 t/d，试验井水平段长度设定为2.0 km；试验井要进行体积压裂，压裂后地层形成一个复杂的裂缝箱体，如若井距太近，两口井裂缝之间会产生干扰，不但不会增加产量，反而会使产能减小，因此可以将压裂时裂缝的长度作为水平井的井距，长庆长7致密油裂缝半长300 m，考虑到油页岩脆性较致密砂岩要差一些，预计裂缝半长不超过200 m，因此井距设定为400 m。

北美体积压裂技术已经向缩短段间距、簇间距，降低每段压裂规模，提高人工裂缝密度的模式转变。借鉴国外开发经验，试验井采用多段多簇的方式压裂改造，段间距设定为20~30 m，簇间距设定为10~15 m。

(1) 鄂尔多斯盆地安塞地区三叠统延长组7段油页岩总有机碳含量平均为2.79%，与盆地其他区域相比较低，但氯仿沥青“A”值相对较高平均达到0.87%，含页岩油较高，具备形成页岩油的地质基础。

(2) 安塞地区长7段油页岩测井响应特征明显，空间上分布连片，西南方向靠近湖盆中心，油页岩厚度可达到10 m以上，总体积20³×10⁸ m³，展布规模较大。

(3) 安塞地区长7页岩油储集空间以纳米级黏土颗粒片状孔为主，平均有效孔隙度为4.86%，平均含油饱和度为44.63%，预测页岩油资源潜力达4.42×10⁸ m³。

(4) 安塞地区具有较大的页岩油勘探开发潜力，基于油页岩空间展布特征、储集体积以及开发试验等方面分析，认为研究区西南方向西河口地区为有利的勘探开发区带，下一步开展水平井+体积压裂提高单井产量试验，可望获得页岩油勘探的重大突破。