页岩气纵向评价单元划分的方法

杨光庆 侯读杰 包书景 马 宁

1．中国地质大学（北京）能源学院 2．海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室 3．中国石化石油勘探开发研究院

我国目前正处于页岩气勘探与开发的早期［1－3］，因此，建立一套统一可行的页岩气资源评价方法，全面、客观地评价页岩气资源潜力并研究其分布特征显得尤为迫切。通过文献调研发现，国内页岩气纵向单元资源评价方法主要有2种：一种是对层段内所有泥岩进行厚度累加，从而计算出页岩气的地质资源量，这种方法计算的资源量往往偏大；另一种是对连续厚度大于30m的泥页岩进行厚度统计，从而得到泥页岩平面的有效厚度，进而计算出页岩气的资源量，这种方法计算的结果比较适中，但可能对开发缺乏指导意义。对比前人的成果并结合实际研究情况，笔者提出了以含气泥页岩层段（系统）作为页岩气资源评价单元，以致密低渗透岩层作为含气泥页岩层段（系统）的顶、底板，据此来划分纵向评价单元的方法。实例验证结果表明，该方法可操作性强，既可以与工程技术有效结合，也可以明确页岩气勘探开发的目的层段，而且能够获得相对客观、可靠的页岩气资源量。

1 国外研究成果及其启示

基于技术和成本方面的考虑，国外对顶、底板的研究历来比较重视［4－5］。北美一些主要的页岩气盆地大都具有“三明治”式的展布特征。以美国福特沃斯盆地著名的Barnett页岩为例，上Barnett页岩以 Marble Falls石灰岩为顶板，Forest burg石灰岩作为底板，图1显示，顶底板处测井响应特征为低自然伽马值、高电阻率；而上Barnett页岩段则显示为高伽马值、低电阻率的特征，可以明显区分。下Barnett页岩则是以Forestburg石灰岩和Viola石灰岩分别作为顶、底板，相应的页岩气藏也位于顶、底板之间的含气泥页岩层段内，封闭性较好。顶、底板封闭的含气泥页岩段为主力产气层［6］。

具有代表性的还有Marcellus页岩，上覆为中泥盆统Tully石灰岩，下伏为下泥盆统Onondaga石灰岩，Marcellus页岩进一步被Cherry Valley和Purcell石灰岩分为上、下两段。具有类似特征的还有位于东得克萨斯州和西路易斯安州的上侏罗统Haynesville页岩等。在三维空间内，顶、底板并非只是页岩层段内的夹层，一定厚度和面积的顶、底板分布可以对页岩气储层进行有效的保存和分割。

图1 Barnett页岩顶底板测井响应特征图（据AAPG，2007）

笔者通过文献调研［5］，对全球主要盆地含气泥页岩层段（系统）顶、底板的地质特征进行了统计。结果显示（表1），世界范围内主要盆地页岩地层顶、底板岩性以致密的泥页岩、膏泥岩、膏盐层、石灰岩、白云岩、火山岩、煤层等为主，属于非渗透或低渗透岩层。其埋深范围从1 000m到4 000m均有分布，其中南美洲页岩埋藏较深，为3 800～4 100m；北非、澳洲和东亚居其次，为2 700～3 000m；浅层主要分布在南亚和西欧，为1 000～1 500m。泥页岩系统厚度一般不超过150m，最小为15．24m，最大达112．12m。

2 含气泥页岩层段划分方法

2．1 含气泥页岩层段（系统）

含气泥页岩层段（系统）是指在钻井剖面中，由上、下致密层封挡下的同一压力系统内的岩性组合，主要由富有机碳的泥页岩及呈夹层状的粉砂岩、砂岩、碳酸盐岩组成，或与之可对应的地震剖面及野外地质剖面在地层中同一压力系统内的岩性组合（图2）。含气泥页岩层段（系统）主要依据测井响应特征、岩性组合特征、有机碳含量、气测显示等资料来进行划分，以富有机碳的泥页岩作为含气页岩层段顶、底的界限，层段内不含明显的水层，连续厚度一般不超过100m（水平井＋分段压裂工艺决定）。

表1 世界主要盆地泥页岩层段顶、底板地质特征统计表

图2 含气泥页岩层段（系统）示意图

2．2 顶、底板识别标志及含气泥页岩层段（系统）划分原则

2．2．1 顶、底板识别标志

1）岩性以致密的泥页岩、膏泥岩、膏盐层、石灰岩、煤等为主，一般为不渗透或低渗透岩层。

2）顶、底板厚度不应太小，国外学者通过计算认为，厚10m左右的连续隔层即可有效封堵深度为1 200～1 300m的页岩气。

3）顶、底板的深度范围分布较广（表1），一般情况下，深度增大，压实程度变高，对泥岩的封闭性也会增强。

4）顶、底板具有区域性和局部性，一般沿着一定的地层分布，不穿时；在三维空间上，平面分布连续、厚度稳定的顶、底板对页岩气的封闭效果好。

2．2．2 含气泥页岩层段（系统）划分原则

1）以富含有机质泥页岩为主的含气层段，内部可以有砂岩类、碳酸盐岩类夹层，有机碳含量达到起算标准（TOC＞0．5%、Ro＞0．5%）的泥页岩累计厚度一般大于20m，并占含气泥页岩层段厚度的50%以上。

2）顶、底板为致密岩层，内部无明显水层。

3）气测曲线上有明显的异常。

4）伽马、电阻率、声波时差、密度等测井曲线显示含气特征［7－8］。

5）具有一定的压力异常［9］，在同一个压力系统内。

若钻井资料不完备，也可考虑露头资料，以富含有机质泥页岩发育段为目标层进行评价单元划分。根据此原则，纵向上可划分为多个评价单元，按层段分别评价，具有较强的针对性。

3 实例分析

根据以上方法和原则，笔者对中国南方某研究区块下侏罗统大安寨段进行了资源量计算，首先确定以矿权区块作为平面上的基本评价单元，利用测井资料、含气性资料及TOC等确定含气泥页岩层段的厚度，根据上述原则和方法确定顶、底板。

实例井的含气泥页岩层段从3 740m到3 802m（图3）。分别统计砂岩、石灰岩及泥岩的厚度（表2），按照TOC的3类标准（TOC为0．5%～1．0%、TOC为1．0%～2．0%、TOC大于2．0%）分别统计每口井含气泥页岩层段泥岩的厚度。

图3 实例井含气泥页岩层段纵向厚度示意图

表2 实例井含气泥页岩层段厚度统计表

通过统计出的每口井含气页岩层段的厚度，可以绘制出含气页岩层段厚度等值线图，同时结合地震资料追踪有效层段，控制平面上等值线的走势。根据研究区块大安寨段岩石物性分析测试数据，大安寨段页岩密度平均为2．61g／cm3。根据实例井大安寨段实测TOC资料及现有的测井资料进行了多元统计分析拟合，计算出吸附气量，绘制TOC等值线图及吸附气量等值线图，计算出吸附气资源量；根据实测孔隙度资料、现有的测井数据分别分析拟合、计算孔隙度，进而计算含水（气）饱和度和游离气百分含量，最终得到游离气资源量；最后计算出该研究区不同概率的总资源量（表3）。

表3 研究区大安寨段页岩气总资源量计算统计表 108 m3

4 结论

1）调研发现，国外一些主要页岩气盆地在三维空间上具有“三明治”式的分布特征，主力产气层被致密低渗透的膏泥岩、膏盐层、石灰岩等隔开。这些致密岩层对页岩气储层具有保护作用。

2）提出了以含气泥页岩层段（系统）作为页岩气资源评价单元，以致密低渗透岩层作为含气泥页岩层段（系统）的顶、底板，据此来划分纵向评价单元的方法，并总结了顶、底板的划分原则和识别标志。

3）实例验证结果证明，该方法具有较强的可操作性，既可以与工程技术有效结合，也可以明确页岩气勘探开发的目的层段，而且还能够获得相对客观、可靠的页岩气资源量。

［1］张抗，张文长．中国天然气统计预测中的若干问题探讨［J］．天然气工业，2012，32（1）：6－11．

［2］雷群，王红岩，赵群，等．国内外非常规油气资源勘探开发现状及建议［J］．天然气工业，2008，28（12）：7－10．

［3］王兰生，廖仕孟，陈更生，等．中国页岩气勘探开发面临的问题与对策［J］．天然气工业，2011，31（12）：119－122．

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［5］EIA．EIA world shale gas resources：an initial assessment of 14regions outside the United States April 2011［R］．Washington：U．S．Energy Information Administration，2011．

［6］聂海宽，张金川，张培先，等．福特沃斯盆地Barnett页岩气藏特征及启示［J］．地质科技情报，2009，28（2）：87－93．

［7］潘仁芳，伍媛，宋争．页岩气勘探的地球化学指标及测井分析方法初探［J］．中国石油勘探，2009（3）：6－9．

［8］侯读杰，冯子辉．油气地球化学［M］．北京：石油工业出版社，2011：191－193．

［9］王亚东．如何用测井声波时差曲线计算地层压力［J］．录井工程，2005，16（4）：59－61．