涪陵页岩气录井解释评价关键技术

赵红燕，崔启亮，石文睿，郭美瑜

（1.中石化江汉石油工程有限公司测录井公司，湖北 潜江433123；2.长江大学，湖北 荆州434023；3.香港中文大学，香港 新界 999077）

页岩气是赋存于暗色富含有机质泥岩、页岩地层中，自生自储，分布范围广，区别于常规油气显示，无自然产能，常规方式开发难以获得工业气流。目前，国内页岩气储集层录井解释评价主要是以传统的常规油气层解释方法为主，在此基础上，引入了有机碳含量、游离气含量、吸附气含量、总含气量、脆性矿物含量等页岩气储集层评价参数。

工区首口页岩气参数井－A井位于四川盆地川东高陡褶皱带包鸾－焦石坝背斜带北缘，地处涪陵区东部，隶属于重庆市涪陵区焦石坝镇，在龙马溪组下部－五峰组页岩层连续密闭取心88.0m，并进行了孔隙度、TOC、含气量等多项页岩气评价关键参数实验测试。本文在A井丰富的岩心实验资料基础上建立了焦石坝页岩气田储层含气量常规录井储层评价关键参数计算模型，并结合已完井的B、C、D、E、F等5口探井资料评价该区块龙马溪组下部－五峰组页岩储层含气性。

1 工区地质概况

涪陵地区焦石坝页岩气田地表出露地层为下三叠统嘉陵江组，自上而下钻遇三叠系嘉陵江组、飞仙关组；二叠系长兴组、龙潭组、茅口组、栖霞组、梁山组；石炭系黄龙组（局部缺失）、志留系韩家店组、小河坝组、龙马溪组及奥陶系五峰组、涧草沟组、宝塔组、十字铺组等地层。过井地震测线反映海相地层龙马溪组－五峰组地震波组相位连续，地层产状 ＜10°，地层平缓、构造变形弱，边缘被大耳山西、石门、吊水岩等断层夹持，远离“通天”断层，页岩气保存条件良好。

前人研究发现，焦石坝区块海相地层下志留系龙马溪组－上奥陶系五峰组属深水陆棚相沉积，是国内少有的页岩气富集勘探有利区块；中部主要为浊积砂，厚约30m；下部发育有灰黑色碳质泥页岩，厚度约90m，TOC平均大于2.0%，有机质类型主要为Ⅰ型，热演化程度Ro为2.2%～3.1%、平均2.6%，处于有利生气阶段，具有较好的储集性能。

2 随钻储层定性识别

2.1 页岩储层识别

储层识别的主要方法是钻时比值法与dc指数差法。通常，进入目的层段，钻压、转速等钻井工程参数与密度、黏度等钻井液性能参数都相对稳定。相邻的泥页岩非储层与储层段的钻时存在明显的差异。泥页岩非储层与储层钻时之比称为钻时比值（ROPn／s），储层段 ROPn／s≥1.2，好储层段 ROPn／s≥1.5，高压储层段 ROPn／s≥4.0（图1）。泥页岩非储层与储层段的钻时比值显示，一般储层段大于1.5，高压储层或裂缝发育段多大于4.0。

2.2 页岩储层定性评价

现场划分页岩气显示储层时，采用钻时比值、dc指数差（Δdc）、烃对比系数、全烃含量曲线结合分层；当烃对比系数大于4.0，把钻时比值大于1.5的连续井段划分为一个页岩气异常显示层段，中部夹层小于2m者一般不扣除，视为连续井段。所谓烃对比系数，是指泥页岩非储层或明显的含烃水层全烃或甲烷平均值，与储层段的全烃或甲烷有效异常值之比。在钻井参数相对稳定条件下，穿越气藏水平段的钻时和钻时比值可以反映储层的好坏；烃对比系数反映的是储层的含油气性。在近平衡钻进条件下，烃对比系数可以较好地反映气层的含烃情况，利用钻时比值－烃对比系数交会图可以快速区分页岩气层与页岩含气层（图2）。

图2 钻时比值－烃对比系数交会图版

3 储层评价关键参数计算

3.1 地层孔隙度与渗透率

利用钻时资料确定的孔隙度反映的是地层总孔隙度，称为气测孔隙度。使用条件：钻压、转速等钻井工程参数与密度、黏度等钻井液性能参数都相对稳定；尽可能规避新旧钻头影响；地层呈正常压力变化。钻时变化范围4～40min／m，超过该范围可同步放大或缩小10倍，计算公式：

式中：Φ－为地层孔隙度（气测孔隙度），%；ROPn－泥页岩非储层钻时，min／m；ROPs－泥页岩储层钻时，min／m；Φa－粘土层未压实地层孔隙度，%；Φb－泥页岩非储层参考孔隙度，%。

泥页岩储层同致密砂岩、致密碳酸盐岩储层一样，以孔隙－微裂缝为主的储层孔隙度同渗透率间存在有明显的相关性，参考方程：

式中：Kq－地层渗透率（气测渗透率），md。

3.2 地层压力、地层破裂压力

录井现场多用地层压力梯度、地层破裂压力梯度表征地层孔隙流体压力和地层破裂压力，其计算公式：

式中，FPG－地层孔隙流体压力梯度，MPa／100m；dcs－地层dc指数实测值，无量纲；dcn－dc指数趋势值，无量纲；ρw－区域地层水密度，g／cm3；ρb－页岩层岩性密度，g／cm3；p－地层压力，MPa；pf－地层破裂压力，MPa；H－储层中部垂直深度，m；FRACmax－最大地层破裂压力梯度，MPa／100m；FRACmin－最小地层破裂压力梯度，MPa／100m。

3.3 地层含气饱和度、含气量

随钻连续测量的气测烃含量反映了页岩气储层游离气含气量，以及部分吸附气随岩屑到地面后的解吸情况。多数情况下吸附气随岩屑到地面后的自动解吸量忽略不计。页岩总含气量通常指页岩游离气含量与吸附气含量之和，是地层条件下每吨岩石中所含天然气折算到地面标准温度（25℃）和压力（0.101 3MPa）条件下的天然气总量，包括甲烷和其他烃类与非烃类气体，计量单位通常为m3／t。其大小直接影响页岩气井产能、累计产量和气井寿命，是页岩气勘探选区和储集层评价的一项重要指标。有关计算公式如下：

式中：Sw－气测地层含水率，小数；Sg－地层气饱和度，小数；n－气测含烃饱和度指数，一般为3～7；Cb－烃背景值，%；Ct－储层烃异常值，%；Ф－储集层孔隙度，%；Bg－天然气体积系数，小数；ρb－储集层岩石密度，g／cm3；TOC－总有机碳含量，%；Gf－页岩气储层游离气量，m3／t；Gs－页岩气储层吸附气量，m3／t；Gt－页岩气储层总含气量，m3／t。

3.4 储层可改造性评价

页岩脆性特征是储层是否易于改造的重要参数，而矿物成分是其最主要影响因素之一。脆性矿物含量增加有利于后期页岩储集层改造，富含石英或者碳酸盐岩等脆性物质的储集层有利于在外力作用下形成天然裂缝和复杂网络裂缝，因此反映矿物脆性物质的含量，即脆性矿物含量，可作为页岩气评价的一项重要指标。录井现场通常是根据岩屑或岩心脆性矿物含量与脆性指数判别。脆性矿物含量估算公式：

式中：VBRIT－储层脆性矿物含量，%；Vsi－储层石英质（石英、长石）矿物含量，%；Vco3－储层碳酸盐矿物（方解石、白云石）含量，%。

式中：BRIT－储层脆性指数，无量纲；Vth－储层粘土矿物含量，%。

在录井现场，BRIT≥0.5、Vsi＋lime≥60，页岩气储层改造被认为是易形成复杂的放射状网络裂缝；BRIT≤0.2、Vsi＋lime≤30，页岩气储层改造被认为是易形成单缝。

4 多参数定量类比评价储层含气性方法

页岩气多参数定量类比评价方法的关键是首先选择同一地区或不同地区已有试油气结论的典型页岩气井气层作为参照井层，而后将确定为符合页岩气储集层特征的井层与参照井进行参数的对比，以此为基础，通过系列参数运算与相关参数的交会分析，分别求得类比评价指数和相关系数的平方，进而应用类比评价指数与相关系数的平方评价页岩气储集层。

4.1 评价参数选择与计算

同一地区主要以能反映页岩气储集层特征的录、测井获得的有机 碳含量（TOC／%）、孔 隙度（Φ／%）、全 烃（Tg／%）或甲烷含量（C1／%）、总含气量（Gt／m3／t）、含气饱和度（Sg／% ）、脆性矿物含量（Bt／%）、储集层厚度（H）等7个参数为基础，不同地区可适当增加钻时（r／min／m）和地层压力梯度（FPG／MPa／100m）两项参数，进行待评价井层与参照井层的对比与相关计算，分别求得类比评价指数和相关系数平方。页岩储集层与常规储集层评价主要不同的是增加了总含气量和脆性矿物含量两个重要参数。

4.1.1 类比评价指数

1）计算类比评价值。类比评价值定义为待评价井层参数与参照井层对应参数的比值。同一地区，在确定具有典型页岩气储集层地质特征的参照井层之后，可选取该参照井层的7个评价参数与该地区的待评价井层进行对比；而在某一地区的待评价井属于先导探井而无合适的参照井层可选的情况下，可选择不同地区的具有相同地质特征的典型页岩气井层作为参照井层，进行层间相应对比。

将待评价井层的参数归为2类、参照井层为1类、某项参数的类比评价值用I表示，则7个类比评价值分别为：

将上述参照和待评价井层的7个基础参数为横坐标、其值大小用纵坐标表示（图3），为了便于比较，可分别将数据偏小的Ф、TOC、Tg、Gt参数放大10倍。据此，通过目测观察对比，可看出两井层的相似性及差异性，初步直观定性评价待评价井层的含气性。

图3 页岩储集层多参数类比直方图

2）计算类比评价指数。类比评价指数（Ia）选用几何平均数表示。所谓几何平均数是指n个变量值连乘积的n次方根，适用于计量单位不统一的各类值的平均值。选用7个参数变量时，类比评价指数（Ia）公式为：

4.1.2 相关系数的平方

以参照井层7个解释参数为横轴，待评价井层解释参数为纵轴，均选用线性刻度，绘制多参数相关性判别图版（图4），并做线性回归分析，得出线性相关方程及相关系数r2。

4.2 页岩气储集层解释评价

通过对24口井30层试气结论分别为页岩气层和含气层的类比评价值、评价指数和相关系数的平方的计算与分析，形成了类比评价指数与相关系数平方的交会图版（图5）。据此，统计分析得出的评价标准为：交会点落在Ⅰ区为气层，相关系数的平方大于或等于0.5，类比评价指数大于或等于0.8，试气能获得工业气流；落在Ⅱ区为含气层，试气不能获得工业气流，相关系数的平方小于0.5，或类比指数小于0.8。

5 应用评价

近两年，应用页岩储层解释评价技术的研究成果，在四川盆地涪陵页岩气田及周缘地区40多口井进行了生产应用，评价为页岩气层的试气均获得了良好工业气流，符合率达到90% 以上，解释精度得到大幅度提高。

6 结论

1）在页岩储集层评价中，气测烃显示好、游离气含量高、单井测试产能大，吸附气含量高、单井产期周期长；只有吸附气、游离气含量二者的值相互匹配，页岩储集层才有非常好的商业开采价值。

2）针对页岩气录、测井解释方法和手段相对单一、解释结果存在多解性、甚至相互矛盾的现状，引入了多参数定量类比评价概念，明确了类比评价标准，完善了现有录井评价手段。

3）应用实践表明，涪陵页岩气田录井解释评价关键技术适用范围广、效果好，可有效解决页岩气储集层解释评价难的问题。

［1］李玉喜，乔德武，姜文利，等.页岩气含气量和页岩气地质评价综述［J］.地质通报，2011，30（2～3）：308－317.

［2］张金川，汪宗余，聂海宽，等.页岩气及其勘探研究意义［J］.现代地质，2008，22（4）：640－645.

［3］任珠琳，李婉君，杨超，等.渝东南地区下古生界黑色页岩分布特点及有利勘探目标［J］.录井工程，2013，24（1）：73－76.

［4］冯爱国，张建平，石元会，等.中扬子地区涪陵区块海相页岩气层特征［J］.特种油气藏，2013，20（6）：15－19.

［5］韩永刚，濮瑞，陈述良，等.页岩气录井技术要点及对外合作启示［J］.录井工程，2011，22（3）：17－21.

［6］石文睿，张占松，张建平，等.建南东岳庙段页岩气常规测井解释模型研究［J］.天然气勘探与开发，2014，37（2）：29－34.

［8］石元会，赵红燕.能快速解释评价储层流体性质的方法［P］.发明专利：CN201110274907.3.