四川盆地焦石坝地区页岩气储层孔隙参数测井评价方法

舒志国，关红梅，喻 璐，柳 筠

(1.中国石化 江汉油田分公司，湖北 潜江 433124； 2.中国石化 江汉油田分公司 勘探开发研究院，武汉 430223)

四川盆地焦石坝地区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组含气页岩厚度大、分布稳定，具备整体含气的特征，是典型的海相页岩气。根据国内外页岩气的评价研究成果[1-5]，页岩储集特征研究的关键参数包括矿物组成、有机质丰度、储集空间类型、孔隙结构特征、含气性等[6-14]。

焦石坝地区目前有16口井进行了系统的取心及岩心分析测试，取得了大量的分析数据和研究成果[15-18]，岩心孔隙度和孔隙结构实测结果反映焦石坝地区北部页岩储层的孔隙参数优于南部储层。

页岩气的评价研究成果表明，储层的孔隙特征对含气量有较大影响[19]。焦石坝地区北部页岩储层的含气性优于南部储层，与孔隙参数的差异基本相同，说明孔隙特征参数是该区一个很关键的评价参数。

1 页岩气储层孔隙特征参数分析

1.1 孔隙发育特征

焦石坝地区五峰—龙马溪组页岩储层段发育孔隙类型包括无机孔隙、有机质孔隙和微裂缝。无机孔隙主要包括黏土矿物晶间孔、粒间孔以及粒内孔；有机孔隙属于有机质在后期热演化过程形成的孔隙；微裂缝以页理缝为主，主要出现在纹层发育段。

根据岩心物性分析结果，该区五峰—龙马溪组页岩储层段总孔隙度纵向上可划分为3个段：第Ⅲ段(储层上部)为中高孔隙度段；第Ⅱ段 (储层中部)为中低孔隙度段；第Ⅰ段 (储层下部)为中高孔隙度段，呈现出两高夹一低的纵向分布特征(表1)。岩心分析结果显示，焦石坝地区北部JY-A井的物性好于南部JY-B井，北部储层物性优于南部储层(表1)。

氩离子抛光扫描电镜观察结果鉴定，有机质表面的有机孔隙面孔率在30%左右；结合干酪根密度，可反算出有机质孔隙占总孔隙度的比例。计算结果显示，自上而下(Ⅲ段—Ⅰ段)，有机质孔隙逐渐增加(表1)，第Ⅰ段有机质孔隙最发育，说明该段为页岩气有利储集段。

1.2 孔隙结构特征

焦石坝地区页岩储层的平均孔径仅有纳米尺度大小，常规研究孔隙结构的技术手段如铸体薄片分析、扫描电镜法、压汞法等由于测试方法的限制，很难准确测量页岩的孔隙结构。氮气吸附法在表征孔隙结构时能得到微观结构的信息，与压汞法联合可以探测微孔到宏孔范围的孔隙分布情况，在焦石坝地区得到广泛应用。

表1 四川盆地焦石坝地区JY-A和JY-B井页岩气储层孔隙度分段统计数据

氮气吸附法是在77.3 K液氮中进行等温物理吸附测定，能测量的孔径范围为0.35～500 nm。在氮气吸附实验测试前，所有样品都经过3 h、300 ℃ 高温抽真空预处理，然后以纯度大于99.999%的高纯氮气为吸附质，在77.35 K温度下测定不同相对压力下的氮气吸附量，再与常规压汞测定的大孔数据结果进行对接，最终计算出不同孔径尺度的孔隙所占总孔隙体积的比例。

焦石坝地区JY-A井30块样品压汞—氮气吸附联合测定结果表明，五峰—龙马溪组页岩储层段孔隙直径主要位于小于24 nm的范围内，以微孔和中孔为主，包括少量的大孔(图1)。分段统计结果表明，JY-A井第Ⅰ段主力页岩气层段(2 378 m以深的样品)孔隙以微孔和中孔为主，大孔相对上部储层发育；而第Ⅱ、Ⅲ段孔隙结构基本相同，主要以微孔和中孔为主，大孔相对不发育。

2 孔隙参数测井评价方法

由于取心及岩心分析测试条件的限制，采用测井资料评价页岩储层的孔隙参数是一种相对经济而实用的方法。核磁共振测井[20-21]在孔隙参数评价方面有独到的优势，基于岩心核磁共振实验数据，采用常规测井资料评价焦石坝页岩储层的孔隙度也取得了较好的效果。

2.1 焦石坝地区核磁共振测井评价效果分析

图1 四川盆地焦石坝地区JY-A井页岩储层压汞—吸附联合测定孔径分布特征

焦石坝地区采用的是斯伦贝谢公司的CMR-Plus可组合式核磁共振测井仪[22]，其采用了现代脉冲回波测量技术，信噪比提高了50%，能得到更准确的储层孔隙参数信息。CMR-Plus在焦石坝地区采用针对页岩气藏特别设计的测量及计算模型，增加了对小孔的识别能力。

图2为焦石坝地区CMR-Plus处理成果与核磁孔隙结构直方图的实例，图中前四道为常规测井曲线与深度道，第5道为岩性剖面，第6道为CMR-Plus处理的孔隙结构(Bin porosity)；直方图为含气页岩段上、中、下三段储层中部分井段的孔隙结构图(按从小到大排列)。

由图2可以看出，上段页岩储层常规测井的声波时差、中子响应值比中段、下段的略高，显示上段的孔隙度略大，中段、下段基本相同。但是从核磁测井处理的孔隙结构(Bin porosity)解释结果可以直观地看出，上段地层孔隙以微孔隙为主，主要是黏土束缚水孔隙，岩性剖面上也显示了此段具有较高的黏土含量；而中段、下段的中—大孔明显增加，表明黏土束缚水孔隙有所降低，岩性剖面上也显示中段、下段的黏土含量较上段地层下降。

通过核磁孔隙分布直方图(图2b)也可以看出，中段储层孔隙中的中—大孔比例要高于上段，下段储层孔隙中的中—大孔比例是全井段最高的层段。通过对比孔隙结构直方图可知，储层内自上而下，中、大孔的比例逐渐增大，说明五峰—龙马溪组页岩储层段内自上而下孔隙结构逐渐改善、有效孔隙度逐渐增加，这与岩心分析结果相吻合。

2.2 页岩气储层孔隙参数测井评价方法

焦石坝地区页岩气采用的是水平井开发模式，但水平井中不能进行核磁共振测井，因此研究常规测井资料与核磁共振测井信息间的相关性、建立基于常规测井资料求取页岩气孔隙参数的解释模型，是该区孔隙参数测井评价研究的关键。

核磁共振技术在页岩岩心物性[23-25]与孔隙结构评价中也具有比较好的效果。由于常规测井资料不能表征页岩储层的孔隙结构，但能反映储层的总孔隙度和有效孔隙度，因此开展常规测井资料与岩心核磁实验总孔隙度、有效孔隙度参数之间的相关性研究，建立基于常规测井资料求取页岩储层总孔隙度、有效孔隙度的解释模型，是孔隙参数评价的关键环节。

2.2.1 总孔隙度测井解释模型

图2 四川盆地焦石坝地区页岩气储层核磁测井处理成果与核磁孔隙结构直方图实例

将岩心核磁实验的总孔隙度分析结果与测井资料进行最佳深度匹配后，根据最优化数学方法，确定多元线性回归法为最佳计算方法，即总孔隙度(POR总孔)与密度测井(DEN)、声波时差(AC)、补偿中子测井(CNL)进行多元线性拟合，相关系数相对较高。关系式为：

POR总孔=a·AC+b·CNL+c·DEN+d

式中：系数a、b、c、d可根据最小二乘法求取。

2.2.2 有效孔隙度测井解释模型

根据岩心核磁实验的有效孔隙度与测井资料的相关性分析研究，结果显示有效孔隙度(POR有效孔)与密度测井(DEN)具有较好的正相关关系，可建立根据密度测井求取有效孔隙度的关系式：

POR有效孔=a·DEN+b

根据建立的解释模型，对焦石坝地区页岩储层的总孔隙度、有效孔隙度进行了计算，并与岩心实测数据进行了对比分析(图3)。

由图3可以看出，采用建立的测井解释模型计算的两类孔隙度与岩心核磁实验的结果吻合性都较好。根据对两者的对比分析(表2)，结果显示：测井解释与岩心核磁实验实测的数据中，91.7%的数据的绝对误差都小于0.5%，低于行业规定的标准，说明根据解释模型计算的孔隙度参数准确度较高。

总孔隙度、有效孔隙度测井计算结果能较好地评价焦石坝地区页岩储层的优劣。对比分析结果显示：纵向上页岩储层段的有效孔隙度自上而下呈增加趋势，说明下段储层为页岩气最有利储集段；平面上焦石坝地区北部页岩段的总孔隙度、有效孔隙度优于南部，说明北部储层物性优于南部储层，这与地质评价结果是一致的。研究结果说明基于岩心核磁实验建立的孔隙度参数测井解释模型具有较好的应用价值。

图3 四川盆地焦石坝地区北部与南部页岩储层孔隙度参数对比实例

井号层段总孔隙度/%核磁实验测井解释绝对误差有效孔隙度/%核磁实验测井解释绝对误差JY-XJY-YⅢ4．785．210．432．611．88-0．73Ⅱ4．154．270．122．332．21-0．12Ⅰ4．954．81-0．143．143．06-0．08Ⅲ4．374．390．021．891．70-0．19Ⅱ3．353．460．111．621．990．37Ⅰ4．104．130．032．552．690．14

3 结论

(1)孔隙特征参数是焦石坝地区页岩气储层评价的一个关键参数。岩心物性和孔隙结构特征分析结果表明，该区五峰—龙马溪组含气页岩段下部储层为页岩气最有利储集段，区块北部储层的物性和孔隙结构优于南部储层。

(2)核磁共振测井解释结果显示，焦石坝地区页岩储层段自上而下物性和孔隙结构逐渐变好，平面上自南向北页岩储层的物性和孔隙结构有明显改善的趋势，解释结果与地质评价一致，说明核磁共振测井是该区页岩储层孔隙特征参数评价的一项有效的技术。

(3)根据岩心核磁实验数据与常规测井资料的相关性分析结果，建立了焦石坝地区页岩储层的总孔隙度、有效孔隙度测井解释模型。孔隙度计算结果与岩心实测结果对比显示，91.7%的数据其绝对误差都小于0.5%，采用孔隙度计算结果能较好地评价焦石坝地区页岩储层的物性变化情况，可满足该区页岩储层孔隙参数评价的需求。

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