D区块页岩气测井解释及应用

淮银超，杨龙伟 (长安大学地球科学与资源学院，陕西 西安710054)

高旭 (中国石油测井有限公司新疆分公司,新疆 克拉玛依 834000)

邹威 (中国石油大学(北京)石油工程国家重点实验室，北京102249)

页岩气是指将页岩作为主要储集层的“自生自储”非常规天然气，主要有2种赋存形态，吸附态和游离态。游离态页岩气存在于天然裂缝和孔隙中，可以自由移动；吸附态页岩气存在于干酪根、黏土颗粒表面。与常规储层气相比，页岩气的聚集属于无运移或者极短距离运移，页岩既是生气源，又是聚集、保存的储层和盖层[1～3]。页岩气储层具有低孔隙度、极低渗透率的特点[4]。页岩孔隙度通常小于10%，渗透率数量级为10-8～10-4mD，需要进行压裂增产才能实现工业开发[5]。

D区块位于内部构造稳定的前陆盆地，主要经历了晚元古代-晚侏罗世被动大陆边缘和晚侏罗世-始新世前陆盆地2期构造演化，沉积地层呈楔状体[6，7]。该次研究的页岩位于泥盆系，页岩气储集层分为上、下2部分，中间由灰岩夹层隔开，岩性以黑色、灰色页岩，泥页岩为主，厚度为45～65m，埋藏深度在2500～3500m之间，总有机碳质量分数(w(TOC))介于1.5%～3.5%，为Ⅱ型干酪根[8]。笔者以D区块取心样品的实测结果与测井曲线为基础，在前人研究基础上，结合页岩气储层参数测井响应特征，以实测储层参数值为约束条件，选择储层参数最佳解释模型，确定解释参数，实现研究区页岩气测井解释，为D区块页岩气的后续开发奠定基础。

1 页岩的测井曲线响应

图1 D区块页岩测井曲线响应特征

图2 D区块页岩气测井解释流程图

D区块的页岩气测井序列一般包括常规测井曲线序列和非常规测井曲线序列，常规测井曲线序列主要有自然伽马、井径、中子孔隙度、声波时差、补偿密度、深侧向电阻率、浅侧向电阻率等；非常规测井曲线序列主要包括电成像、声波成像、交叉偶极声波、核磁共振等[9]。页岩气储层测井曲线响应特征表现为“四高一低”特点，即高自然伽马、高声波时差、高中子孔隙度、高电阻率和低密度(图1)。

2 页岩气测井解释流程

页岩气是一种非常规天然气，页岩本身不仅是烃源岩，同时也是储层。页岩气形态为储存在页岩孔隙中的游离气与吸附在页岩表面上的吸附气[10]。页岩气既有和常规储层解释相似之处，即游离气的解释；也有不同之处，即吸附气的解释。游离气解释包括泥质体积分数、孔隙度、含水饱和度和渗透率共4种参数解释；吸附气需要对w(TOC)、含气量与生烃潜力进行解释(图2)。

2.1 游离气测井解释

游离气测井解释与常规储层的测井解释相似，选择反映游离气储层特性的最佳测井曲线，通过实际分析，建立游离气解释模型；并通过岩心实测结果校正，确定有游离气模型解释参数，完成游离气测井解释。

2.1.1泥质体积分数解释模型

泥质体积分数作为测井解释的一个重要参数，不仅对孔隙度具有校正作用，同时含水饱和度的计算也离不开泥质体积分数。几乎所有的储层参数都受到泥质体积分数的影响，泥质体积分数的求取精度直接影响着其他参数的求取精度[11]。

泥质体积分数的计算方法很多，有自然电位法、密度-中子交会法、自然伽马法等，不同泥质体积分数计算方法有不同的适用范围。由于页岩中的黏土颗粒较细，且比表面积较大，在沉积过程中能够吸附较多的放射性元素，所以泥质体积分数越大，放射性越强，这是利用自然伽马定量计算泥质体积分数的地质依据。该次研究选择自然伽马法计算页岩中的泥质体积分数：

(1)

(2)

式中：φ(sh)为泥质体积分数，1；ΔqAPI为相对自然伽马，1；qAPI,min、qAPI,max分别为灰岩、泥岩对应的自然伽马，API；CGCUR为经验系数，取3.7。

2.1.2孔隙度模型

根据D区块取心井的岩心孔隙度与测井曲线的相关性分析，密度曲线与岩心孔隙度有较好的相关性，能够准确反映出页岩的孔隙度信息。D区块孔隙度采用密度法计算：

(3)

式中：φe为有效孔隙度，1；ρma为骨架密度，g/cm3；ρf为流体密度，g/cm3；ρmud为泥岩密度，g/cm3；ρ为密度，g/cm3。

2.1.3含水饱和度解释模型

含水饱和度是游离气储量计算的一个重要参数，常用的3种含水饱和度计算模型中，阿尔奇模型主要应用于泥质体积分数较小的纯砂岩地层中；印度尼西亚模型主要应用于地层水矿化度较低的地层中；而西门杜模型主要应用于不考虑泥质的分布形式，只考虑总泥质体积分数的地层中[4]。D区块页岩中泥质分布形式多样，地层水矿化度和度较高，西门杜模型适合于该区的含水饱和度解释模型。

(4)

式中：ρt为地层电阻率，Ω·m；ρsh为泥岩电阻率，Ω·m；Sw为含水饱和度，1；ρw为地层水电阻率，Ω·m；m为胶结指数，1；a为岩性系数，1。

在含水饱和度额计算中，地层水电阻率是确定含水饱和度的重要参数，直接影响到测井解释的准确性[13]。D区块由于黄铁矿的存在，拉低了页岩段的电阻率，直接使用电阻率会使计算出的含水饱和度相比实测结果整体较高，不能准确表征页岩段的含水饱和度。为了准确计算含水饱和度，以实测地层水电阻率为基础，以实测含水饱和度为约束条件，经过最小二乘法拟合确定视地层水电阻率，再利用视地层水电阻率代替实测地层水电阻率完成含水饱和度的计算。

2.1.4渗透率解释模型

渗透率主要影响页岩气储层的产能，但是页岩储层微观孔隙结构的复杂性又决定了渗透率在页岩内部有很大的变化范围。测井信息受自身分辨率的限制，一般很难直接准确地反映和描述渗透率的变化率。为了确定储层的渗透率，一般选用区块的岩心分析渗透率与测井信息建立区域性经验公式进行计算[12]。D区块共收集到5口井的岩心分析孔隙度与渗透率，通过岩心分析孔隙度与渗透率的指数拟合，建立渗透率解释模型(图3)。

D区块的渗透率解释模型为：

Kc=0.0554×e0.2792φc

(5)

式中：Kc为岩心分析渗透率，mD；φc为岩心分析孔隙度，%。

2.2 吸附气测井解释

图3 D区块岩心分析孔隙度与渗透率交会图

图4 D区块B井密度-电阻率叠合法求 w(TOC)

吸附气是在地层压力的作用下气体吸附在有机质或者黏土矿物表面所形成的，与煤层气具有相似的特点。通过对页岩气的解析结果分析认为，吸附气含气量与w(TOC)相关性较好。在常规方法计算出w(TOC)的基础上，根据取心实测数据中的w(TOC)分别与含气量(v(GC))和生烃潜力(w(HP))的关系建立吸附气含气量计算模型和生烃潜力计算模型，完成整个区块吸附气测井解释。

2.2.1w(TOC)计算模型

油气成因理论认为，页岩中只有部分有机质转化为油气，其余大部分仍作为剩余有机质仍残留在页岩中，在D区块的页岩中约占90%以上，其与w(TOC)之间存在一定的比例关系[15]。目前使用较为广泛的w(TOC)计算方法有：自然伽马法、体积密度法、干酪根转换法、电阻率-孔隙度曲线叠合图法。自然伽马法和体积密度法由于参数单一，容易受测井曲线的质量所影响，精度相对较低；而干酪根转换法则受取心数据的质量与数量限制。电阻率-孔隙度曲线叠合图法准确率高、可操作性强，故该次研究采用该方法来建立w(TOC)模型。

声波时差随干酪根含量的变化而变化，而电阻率随干酪根成熟度的增加而增大，将电阻率曲线与孔隙度曲线绘制在同一曲线图上，适当调整2条曲线的刻度，使得孔隙度曲线和电阻率曲线在缺乏有机质的深度段基本重合，而在有机质丰富的深度段存在明显包络(图4)，再根据包络计算出页岩段的w(TOC)。

0.92(Δt-Δtbase)

(6)

w(TOC)= Δlgρt×102.29-0.1688ρ0

(7)

式中：ρt,base为重合段的地层电阻率，Ω·m；Δtbase为重合段的声波时差，μs/ft；ρ0为完全饱含水时的地层电阻率，Ω·m。

2.2.2含气量计算模型

地层中吸附气含气量与有机质含量关系密切，w(TOC)可以很好地表征吸附气含气量。通过取心数据实测吸附气含气量与w(TOC)的关系，建立含气量计算模型(图5)。D区块共收集到分别来自于3口井的含气量数据，含气量介于0.167～2.937m3/t之间(平均值为1.56m3/t)。含气量计算模型为：

v(GC)=0.37×w(TOC)+0.40

(8)

式中：v(GC)为含气量，m3/t。

2.2.3生烃潜力计算模型

通过取心数据实测生烃潜力与w(TOC)的关系，建立生烃潜力计算模型(图6)。D区块共收集到3口井的生烃潜力数据78个，生烃潜力介于0.31～15.19mg/g之间(平均为7.43mg/g)。生烃潜力计算模型为：

w(HP)=1.4505×w(TOC)+0.8523

(9)

图5 D区块w(TOC)与v(GC)交会图 图6 D区块w(TOC)与w(HP)交会图

3 应用效果分析

利用建立的页岩气测井解释模型完成了D区块47口井(包括5口取心井和42口未取心井)的页岩气测井解释。根据测井解释结果与取心数据的实测结果对比图(图7)可以看出，两者在整体上具有高度一致的趋势，平均相对误差(相对误差=(解释结果-实测结果)/实测结果×100)较小(表1)，均在合理范围之内。

图7 D区块B井页岩气测井解释结果与实测结果对比图

储层参数平均相对误差/%φ(sh)5 32ϕe4 31Sw6 51K9 86w(TOC)3 25v(GC)2 69w(HP)5 61

4 结语

从D区块页岩气的实际情况出发，以测井曲线为基础，实测储层参数为约束条件，通过分析反映页岩储层物性的测井曲线，确定了页岩游离气的泥质体积分数、孔隙度、含水饱和度和渗透率4种储层参数的最优解释模型，及吸附气的w(TOC)、含气量和生烃潜力3种储层参数的最佳计算模型。分析对比实测结果与测井解释结果，两者符合度较高，计算出的7种储层参数的平均相对误差均小于10%，说明研究区的测井解释模型具有较高的准确性。

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