川西陸相頁巖氣錄井綜合評價

李一超

（中石化石油工程技術(shù)服務(wù)有限公司，北京 100101）

川西陸相頁巖氣錄井綜合評價

李一超

（中石化石油工程技術(shù)服務(wù)有限公司，北京 100101）

常規(guī)錄井難以全面識別評價頁巖氣，本文結(jié)合區(qū)域地質(zhì)特征，分析了錄井的難點，利用XRF元素錄井、XRD礦物錄井、巖石熱解地化錄井、泥頁巖密度錄井等技術(shù)，開展頁巖氣的巖石成分分析、脆性評價、含氣性評價、地層壓力評價等關(guān)鍵技術(shù)研究，初步形成了工區(qū)內(nèi)陸相須家河組五段的頁巖氣錄井綜合評價技術(shù)，建立了相應(yīng)的錄井評價標(biāo)準(zhǔn)，并在頁巖氣專層井XY2井中上井應(yīng)用，取得了較好的應(yīng)用效果。

頁巖氣；錄井技術(shù)；綜合評價；川西

頁巖氣是近年來的勘探開發(fā)熱點，國內(nèi)外的研究重點為海相頁巖氣，陸相頁巖氣勘探開發(fā)剛剛起步，與常規(guī)天然氣相比，頁巖氣的生成、運移、賦存、聚集、保存等過程及成藏機理既有相似之處，又有巨大的差異[1-3]。西南地區(qū)陸相頁巖氣資源豐富，面積廣闊，勘探潛力巨大[4]，但在勘探開發(fā)過程中，主要依靠常規(guī)錄井技術(shù)進行識別評價，尚未形成針對頁巖氣的綜合評價技術(shù)。

1 地質(zhì)特征及難點簡析

1.1 地質(zhì)簡況

川西坳陷須家河組五段沉積環(huán)境主要為濱淺湖及沼澤相。頂部埋深在2 100～3 500m之間，厚度在261～751.5m之間。烴源巖以鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組為主，殼質(zhì)組含量極低，有機質(zhì)類型主要為腐殖型，Ro為1.02%～1.68%，處于成熟～高成熟演化階段。巖性以黑色、灰黑色頁巖為主，夾薄層深灰色、灰色細粒巖屑砂巖、粉砂巖、煤層或煤線，具有較好的生烴潛力。常規(guī)鉆井過程中有油氣顯示，但含氣性在縱向上規(guī)律不明顯，油氣顯示段一般發(fā)育裂縫或煤線。

1.2 錄井難點分析

含氣性評價難度大。傳統(tǒng)認(rèn)識中把頁巖作為蓋層或生油層，對頁巖氣缺乏準(zhǔn)確的認(rèn)識。同時頁巖含氣量總體偏低，與常規(guī)砂巖氣藏相比，氣測顯示弱，甚至基本無顯示。

鉆井新工藝對錄井影響多。頁巖氣鉆探過程中，廣泛應(yīng)用PDC鉆頭、油基鉆井液、水平井等新工藝新方法，導(dǎo)致巖屑細小、混雜，巖性識別困難，地層異常壓力檢測難。

勘探開發(fā)過程中有特殊要求。脆性礦物含量、脆性評價等對后期選層、壓裂與測試至關(guān)重要。

2 頁巖氣錄井綜合評價技術(shù)

目前國內(nèi)在頁巖氣錄井過程中采用過的技術(shù)包括：巖石可鉆性、氣測色譜、巖石熱解地化、巖屑數(shù)碼顯微放大、隨鉆伽馬綜合錄井技術(shù)、XRD礦物錄井等，為解決頁巖氣錄井難題提供了借鑒思路。本研究在常規(guī)錄井技術(shù)的基礎(chǔ)上，重點開展巖石成分分析、脆性與含氣性評價、地層壓力分析等研究與應(yīng)用工作。

2.1 巖石成分分析

元素成分通過XRF錄井、礦物成分通過XRD錄井來獲取相應(yīng)的參數(shù)。錄井參數(shù)與ECS元素測井、實驗室分析及相關(guān)的測井曲線的相關(guān)性對比，國內(nèi)外已開展了大量的對比工作，證實了小型化的錄井儀器可以獲取相對準(zhǔn)確的參數(shù)。

頁巖的組成成分差異極大。須五段221個頁巖巖屑樣品的XRD錄井?dāng)?shù)據(jù)表明，粘土礦物含量超過50%的樣品共95塊，占全部樣品的43%，石英+長石含量超過50%的樣品36塊，占全部樣品的16%，粘土礦物、石英+長石的含量均低于50%的樣品數(shù)量達到90塊，占全部樣品的41%。在三角圖元上，川西須五段頁巖主要分布在砂質(zhì)區(qū)和粘土區(qū)，過渡區(qū)的點較少,碳酸鹽巖區(qū)沒有樣品點分布。

2.2 脆性評價

脆性是頁巖氣評價中的重要指標(biāo)之一，但沒有統(tǒng)一的定義。國內(nèi)外主要采用測井評價和礦物評價兩種方法[5]，其脆性與硬度又有密切的聯(lián)系[6]。Jarvie根據(jù)北美的研究定義了脆度BI及脆度函數(shù)BI=Q/（Q+F+C），其中Q代表石英、長石及黃鐵礦，F(xiàn)代表碳酸鹽巖類礦物，C代表粘土類礦物。Buller提出了相對脆性指數(shù) RBI，認(rèn)為石英、碳酸鹽礦物均為脆性礦物，且不同的礦物硬度與脆性有差異，因此賦予了不同的系數(shù)[7]。川西陸相頁巖地層中長石含量普遍較高，采用Buller的相對脆性指數(shù)：

其中Kqd、Kfd、Kcd分別代表石英、長石、碳酸鹽礦物系數(shù)，是依據(jù)礦物硬度和解理發(fā)育程度賦予不同的數(shù)值，反映不同礦物對巖石脆性的貢獻大小。錄井BI、RBI及測井BI具有一定的可比性，其中錄井BI指數(shù)與RBI指數(shù)趨勢一致，BI值略低于RBI數(shù)值，但在長石相對發(fā)育的井段，RBI明顯高于BI。

2.3 含氣性評價

氣測錄井錄取的是游離氣，吸附氣可以通過巖石熱解地化錄井來表征。巖石熱解地化錄井能夠快速評價烴源巖中有機質(zhì)類型、豐度與成熟度，其中通過測量殘余碳，能夠計算總有機碳（TOC）的含量。通過對須五段巖心樣品同步開展實驗室分析和地化錄井分析，相關(guān)系數(shù)達0.844；將地化錄井測定的TOC值與華東石油局測量的巖心含氣量對比，相關(guān)系數(shù)達到0.7882。因此，通過氣測錄井結(jié)合巖石熱解地化錄井能夠達到評價含氣性的目的。

2.4 地層壓力評價

欠壓實井段一般具有有機碳豐度高、吸附氣富集、含氣性好的特征。對川西須五段地層，采用泥頁巖密度錄井建立正常壓實趨勢線。XC22井須五段通過泥頁巖密度分析效果如表明，井深3 190-3 220m測量的密度值出現(xiàn)異常，左偏離趨勢線，指示為欠壓實地層，地層壓力增大，井深3 200m氣測出現(xiàn)異常。

2.5 頁巖氣錄井綜合評價

通過上述四項技術(shù)的對比，總結(jié)出須五段優(yōu)質(zhì)頁巖儲層具備“兩高一低一活躍”的特征：TOC含量高、脆性指數(shù)高、泥頁巖密度呈降低趨勢、氣測顯示相對活躍。通過對這4項指標(biāo)進行極差變換和標(biāo)準(zhǔn)化處理，同時采用層次分析法確定每個指標(biāo)的權(quán)重，最后將標(biāo)準(zhǔn)化值和權(quán)重系數(shù)加權(quán)計算，獲得綜合評價系數(shù)。計算公式為：

其中：Gi—第i層綜合評價系數(shù)；Gij—第i層第j項評價參數(shù)值；Aij—第i層第j項評價參數(shù)的權(quán)重。

川西須五段初步評價標(biāo)準(zhǔn)見表1所示。

表1 川西陸相須五段頁巖氣錄井評價標(biāo)準(zhǔn)

3 應(yīng)用實例

XY2井是針對川西地區(qū)新場構(gòu)造須五段部署的頁巖氣專層井，根據(jù)錄井解釋，須五段頁巖具有較好的脆性；中等-良好儲層發(fā)育，局部發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲層，儲層品質(zhì)較好的井段含氣性好（TOC含量高、有氣測顯示等）；須五段下部氣測顯示相對活躍；多個井段的泥頁巖密度偏離正常趨勢線，偏離趨勢與TOC富集趨勢基本吻合。應(yīng)用錄井綜合評價技術(shù)，對XY2井共解釋了12層厚度138.00m（圖1），其中Ⅰ級3層厚度19.00m，Ⅱ級9層厚度119.00m；須五段上部發(fā)育4層，厚度66.00m，中部發(fā)育2層厚度24.00m，下部發(fā)育6層，厚度48.00m。測井解釋頁巖氣6層厚度157.40m，其中上部解釋2層厚度62.20m，中部解釋2層厚度為57.30m，下部解釋2層厚度為37.90m。從累計厚度與縱向分布特征分析，錄井綜合評價結(jié)論與測井解釋基本一致。從儲層級別分析，錄井綜合評價的3層Ⅰ級儲層分別位于須五段中部及下部，說明中部與下部的儲層品質(zhì)優(yōu)于上部。完井后測試，經(jīng)加砂壓裂后獲得天然氣產(chǎn)能3.88×104m3/d。

4 結(jié)論與認(rèn)識

1）利用XRD、XRF、地化、泥頁巖密度等錄井技術(shù)，能夠有效的開展巖石成分分析、脆性評價、含氣性評價及異常地層壓力分析等工作，結(jié)合常規(guī)氣測錄井技術(shù)，形成了川西陸相須五段頁巖氣錄井綜合評價技術(shù)。

2）地化、元素與礦物錄井獲取了豐富的參數(shù)，如果進一步加強生烴、排烴過程中元素、礦物的富集與運移規(guī)律，利用元素、礦物資料深入研究巖石力學(xué)性質(zhì)等，將能更有效的指導(dǎo)頁巖氣的勘探開發(fā)工作。

[1] 蒲泊伶. 四川盆地頁巖氣成藏條件分析[D]. 中國石油大學(xué),2008：11～24.

[2] 劉玉婷. 中外頁巖氣評價標(biāo)準(zhǔn)之比較研究[D]. 長江大學(xué), 2012：9～51.

[3] 頁巖氣地質(zhì)與勘探開發(fā)實踐叢書編委會編. 北美地區(qū)頁巖氣勘探開發(fā)新進展[M]. 北京：石油工業(yè)出版社, 2009:41～242.

[4] 葉軍，曾華盛. 川西須家河組泥頁巖氣成藏條件與勘探潛力[J]. 天然氣工業(yè)，2008,28(12): 18～25.

[5] Rickman R, Mullen M, Petre E, et al. A practical use of shale petrophysics for stimulation design optimization: All shale plays are not clones of the Barnett Shale [C]. Denver, Colorado:Society of Petroleum Engineers, SPE. 2008, 115258.

[6] Jarvie D M, Hill R J, Ruble T E, et al. Unconventional shale-gas systems: The Mississippian Barnett Shale of north-central Texas as one model for thermogenic shale-gas assessment [J]. AAPG Bulletin， 2007, 91 (4): 475-499.

[7] Buller D, Hughes S N, Market J, et al. Petrophysical Evaluation for Enhancing Hydraulic Stimulation in Horizontal Shale Gas Wells[C]. Florence, Italy: Society of Petroleum Engineers, SPE. 2010, 132990.

Comprehensive Assessment of Legging of Continental Shale Gas in West Sichuan

LI Yi-chao
(Sinopec Oilfield Service Corporation, Beijing 100101)

This paper deals with comprehensive assessment of legging of continental shale gas including XRF element logging, XRF mineral logging, rock pyrolysis geochemical logging and shale density logging which is applied to composition analysis, brittle assessment and air-space ration assessment of rock and stratigraphic pressure assessment.

shale gas; logging; comprehensive assessment; west Sichuan

圖1 XY2井錄井綜合解釋評價圖

P618.13

A

1006-0995（2014）04-0555-03

10.3969/j.issn.1006-0995.2014.04.018

2014-07-24

李一超（1960-），男，山東商河人，高級工程師，研究方向：石油工程地質(zhì)錄井