地球物理技術(shù)在頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用

周濤

摘 要：頁(yè)巖氣是天然氣資源的一種，在開(kāi)采過(guò)程中應(yīng)注意使用各項(xiàng)地球物理技術(shù)，以確保頁(yè)巖氣儲(chǔ)藏勘探的準(zhǔn)確性和開(kāi)采的成功率。本文主要針對(duì)地球物理技術(shù)在頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)各階段中的應(yīng)用進(jìn)行論述。

關(guān)鍵詞：地球物理技術(shù);頁(yè)巖氣;微地震技術(shù);AVO疊前反演

1 概述

頁(yè)巖氣是非常規(guī)天然氣資源的一種，屬于自生自儲(chǔ)油氣藏，且在世界范圍內(nèi)儲(chǔ)量豐富，因此得到世界各國(guó)研究者的注意。而美國(guó)頁(yè)巖氣勘探技術(shù)的發(fā)展，使得頁(yè)巖氣的工業(yè)生產(chǎn)成為了可能，若進(jìn)一步利用地球物理技術(shù)提高頁(yè)巖氣勘探的精準(zhǔn)度和成功率，將在很大程度上緩解世界能源緊缺的問(wèn)題。

2 地球物理技術(shù)在頁(yè)巖氣勘探中的應(yīng)用

2.1 頁(yè)巖氣測(cè)井評(píng)價(jià)

2.1.1 測(cè)井識(shí)別。頁(yè)巖氣具有導(dǎo)電性差、密度較小、含氫量低、傳播速度慢等物理性質(zhì)，而且含氣頁(yè)巖中有機(jī)含量和放射性元素鈾含量較高，因此測(cè)井通常表現(xiàn)為伽馬高、電阻大、高聲波時(shí)差、中字孔隙度高、低密度、光電效應(yīng)差的特點(diǎn)。

2.1.2 有機(jī)碳含量及熱成熟度指標(biāo)。頁(yè)巖氣中放射性元素鈾

含量較高，其伽馬曲線也高。自然伽馬測(cè)井技術(shù)和ECS技術(shù)的聯(lián)合使用，可為鉀、鈾、釷等元素的豐度分析提供技術(shù)支持，從而確定有機(jī)碳的含量;而中字—密度法則能對(duì)熱成熟度的確定具有指導(dǎo)意義。

2.1.3 頁(yè)巖裂縫參數(shù)評(píng)價(jià)。天然縫、誘導(dǎo)縫、斷層的分辨需要依靠微電阻率掃描成像技術(shù)和核磁共振技術(shù)，而壓裂后裂縫高度計(jì)長(zhǎng)度的識(shí)別評(píng)價(jià)就需要借助井溫測(cè)井技術(shù)、同位素測(cè)井技術(shù)或偶極橫波測(cè)井技術(shù)。

2.1.4 頁(yè)巖儲(chǔ)層物性參數(shù)評(píng)價(jià)。頁(yè)巖氣儲(chǔ)層物性評(píng)價(jià)的參數(shù)主要包括頁(yè)巖的孔隙度、滲透率和含油飽和度。頁(yè)巖孔隙度測(cè)定需要依靠補(bǔ)償聲波和長(zhǎng)遠(yuǎn)距聲波、體積密度以及補(bǔ)償中子，并在ECS技術(shù)的支持下，利用換算有關(guān)骨架參數(shù)的方法，對(duì)含氣頁(yè)巖的孔隙度進(jìn)行計(jì)算和評(píng)價(jià);滲透率的評(píng)價(jià)需要用自然電位、自然伽馬能譜、CMR核磁共振、微電極技術(shù);含氣飽和度的估算就要在CMR核磁共振技術(shù)、感應(yīng)測(cè)井技術(shù)以及雙側(cè)向技術(shù)的幫助下完成。

2.1.5 頁(yè)巖巖礦組分的確定。頁(yè)巖巖礦組分的確定主要使用ECS探測(cè)技術(shù)，主要原理是利用中子感生的俘獲自然伽馬能譜，進(jìn)而對(duì)巖礦中的硅（Si）、鈣（Ca）和硫（S）含量進(jìn)行進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)定，從而確定巖礦的屬性。

2.1.6 頁(yè)巖巖石力學(xué)參數(shù)計(jì)算。巖石力學(xué)參數(shù)的任務(wù)是對(duì)巖石的地層應(yīng)力和最大主應(yīng)力方位進(jìn)行確定，這就需要聲波掃描技術(shù)、中子密度以及成像測(cè)井技術(shù)。

2.2 頁(yè)巖含氣性檢測(cè)

2.2.1 疊后波阻抗反演。疊后反演以褶積為模型，將子波的反褶積進(jìn)行壓縮處理，使地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為反射系數(shù)序列，進(jìn)而得到波阻抗剖面。頁(yè)巖層含氣量越豐富，儲(chǔ)層體積密度和測(cè)速度降低越快，使波阻抗值降低。根據(jù)頁(yè)巖層地質(zhì)模型拾取頁(yè)巖層波阻抗數(shù)據(jù)，可對(duì)含氣量的確定提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

2.2.2 AVO疊前反演。頁(yè)巖氣含量越多，儲(chǔ)層體積密度越小，彈性波速也降低，嚴(yán)重影響了彈性模量和泊松比等參數(shù)。AVO疊前反演能根據(jù)巖石物理學(xué)相關(guān)理論、振幅與偏移距離的關(guān)系理論，對(duì)泊松比、拉梅常數(shù)、楊氏模量等彈性參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確推導(dǎo)，從而得到頁(yè)巖儲(chǔ)層中的含氣量。

2.2.3 疊前彈性阻抗反演。疊前彈性阻抗反演是在彈性阻抗函數(shù)和聲波阻抗的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種特殊的技術(shù)，當(dāng)彈性阻抗入射角為0°時(shí)，被稱為聲波阻抗，這種特例不僅具有疊后波阻抗反演的優(yōu)點(diǎn)，還能有效彌補(bǔ)疊前AVO反演技術(shù)的不足。彈性阻抗反演能獲得更多的巖性和物性信息，提高了反演技術(shù)的預(yù)測(cè)能力和對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的描述能力。

2.2.4 頻譜分解技術(shù)。波頻分解技術(shù)的應(yīng)用原理是含油氣儲(chǔ)層的吸收頻率較高，這是因?yàn)榈卣鸩ㄖ械母哳l成分在含油氣儲(chǔ)層中能量衰減較快，而在非含油區(qū)的高頻成分能量衰減較慢。該技術(shù)與AVO反演技術(shù)相結(jié)合，發(fā)展成了新的分頻AVO技術(shù)和頻變AVO技術(shù)。

2.3 頁(yè)巖裂縫預(yù)測(cè)

2.3.1 多屬性裂縫檢測(cè)技術(shù)。曲率是對(duì)曲線或曲面彎曲程度的定量描述，頁(yè)巖的曲率大，其曲面彎曲程度就大，裂縫產(chǎn)生的概率就高。相干和方差技術(shù)則主要用于對(duì)地震信號(hào)的解釋，當(dāng)相鄰地震信號(hào)出現(xiàn)相似或不連續(xù)等異?，F(xiàn)象時(shí)，可通過(guò)相干和方差技術(shù)對(duì)其進(jìn)行科學(xué)解釋;曲率、相干、方差技術(shù)能對(duì)含氣頁(yè)巖裂縫的強(qiáng)度、方位、位置等要素進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。

2.3.2 各向異性檢測(cè)技術(shù)。沉積地層的骨架顆粒的定向排列和顆粒間的裂隙發(fā)育度有關(guān)，這就造成了沉積地層在地震波尺度上會(huì)表現(xiàn)出不同程度的各向異性，且研究表明，裂隙發(fā)育越完全，表現(xiàn)出來(lái)的各向異性越強(qiáng)。根據(jù)疊前地震道數(shù)據(jù)，對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層裂隙的發(fā)育方向和密度進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)技術(shù)可使用方位角速度分析技術(shù)。方位角變化時(shí)，地震反射振幅隨之改變，為裂隙分布的預(yù)測(cè)提供了依據(jù);方位AVO技術(shù)是利用AVO技術(shù)對(duì)不同方位角范圍內(nèi)的地震資料進(jìn)行分析，然后根據(jù)分析結(jié)果計(jì)算出地層的裂隙發(fā)育程度。

2.3.3 轉(zhuǎn)換橫波分裂技術(shù)。轉(zhuǎn)換橫波進(jìn)入裂縫介質(zhì)的方位不同，其分裂情況也不同，并且裂縫走向也對(duì)波的分裂造成一定影響，因此分裂波的特征能反映裂縫的強(qiáng)度。多波多分量地震勘探技術(shù)和相對(duì)時(shí)差梯度法的結(jié)合對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)藏裂縫的方向和發(fā)育程度的測(cè)定，具有極為重要的作用。

2.4 頁(yè)巖氣井中地震技術(shù)

2.4.1 微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)。微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)的檢測(cè)效果要高于測(cè)井監(jiān)測(cè)技術(shù)，其監(jiān)測(cè)原理是在壓裂施工過(guò)程中，在井下或地面布置檢波器，對(duì)地下巖石的破裂研發(fā)的微地震進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并對(duì)傳播情況進(jìn)行記錄，以此作為判斷壓裂施工過(guò)程中裂縫產(chǎn)生位置、大小、延伸方向的依據(jù)，從而為后期開(kāi)采方案的優(yōu)化提供指導(dǎo)。

2.4.2 其他井中地震技術(shù)。VSP技術(shù)經(jīng)過(guò)多個(gè)發(fā)展階段，已經(jīng)成為相當(dāng)成熟的井中地震技術(shù)之一，而3D VSP技術(shù)與微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)的聯(lián)合使用更是極為普遍的一種做法;而與P-P和P-S成像技術(shù)的聯(lián)合使用，可在高分辨率的情況下對(duì)陸上構(gòu)造進(jìn)行解釋;四維地震技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)對(duì)頁(yè)巖氣隨溫度變化而改變的監(jiān)測(cè)，這對(duì)于優(yōu)化頁(yè)巖氣的開(kāi)采方案是極為有利的。

3 總結(jié)

頁(yè)巖氣作為一種非常規(guī)能源，其勘探和開(kāi)采技術(shù)要求雖不同于普通的油氣勘探，但對(duì)于各項(xiàng)物理勘探技術(shù)的需求是相同的。地球物理勘探技術(shù)和分析技術(shù)對(duì)于頁(yè)巖氣的勘探開(kāi)采具有極為重要的指導(dǎo)意義，我國(guó)應(yīng)加大在該領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用方面的研究，使新型的勘探技術(shù)更好地服務(wù)于我國(guó)頁(yè)巖氣的開(kāi)采工作，以緩解我國(guó)能源緊缺問(wèn)題。

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