頁巖氣勘探地球化學指標測井評價方法研究

石耀軍

摘 要：地球化學指標是頁巖氣勘探、評價的研究基礎及重點，是影響頁巖氣資源評價及甜點優(yōu)選的重要因素。文章在廣泛調(diào)研頁巖氣測井評價的基礎上，系統(tǒng)分析當前頁巖氣地球化學指標測井評價技術，闡述了總有機碳含量及成熟度指標國內(nèi)外主要測井解釋方法等。

關鍵詞：頁巖氣；地球化學；測井評價

引言

頁巖氣是指主體位于暗色泥頁巖或高碳泥頁巖中，以游離氣或吸附氣為主要存在方式的天然氣聚集，表現(xiàn)為典型的原地成藏模式[1]。不同于常規(guī)油氣的測井評價以“四性關系”為主，頁巖氣測井評價主要圍繞生烴條件、儲集條件、保存條件評價及其巖石力學參數(shù)計算等方面展開，具體包括有機質(zhì)含量、熱成熟度等地化指標、富氣泥頁巖層劃分和儲集參數(shù)評價、礦物組分分析、巖石力學參數(shù)、地層壓力及裂縫發(fā)育指標評價等。其中總有機碳含量、成熟度等地球化學參數(shù)是評價泥頁巖生烴潛力的重要指標，也是影響頁巖氣賦存及吸附氣含量的重要參數(shù)。

常規(guī)測井技術能較有效地進行巖性識別、富含頁巖氣層劃分、TOC計算等，而在礦物組分分析、巖石力學分析、裂縫識別等參數(shù)評價方面存在較大缺陷。文章在調(diào)研頁巖氣地質(zhì)特征、評價要素、測井響應特征等的基礎上，系統(tǒng)開展泥頁巖地球化學指標測井評價方法研究，包括總有機質(zhì)碳含量及熱成熟度指標國內(nèi)外主要測井評價方法等。

1 總有機碳含量（TOC）

總有機質(zhì)含量是影響泥頁巖含氣量的重要因素，并與干酪根含量密切相關，它反映了地層的生烴能力，同時頁巖比表面隨有機碳含量的增加而增大，使得有機碳含量成為影響泥頁巖吸附氣的重要因素。

當前國內(nèi)外總有機碳含量計算廣泛采用的是電阻率與孔隙度重疊法即△logR重疊法[2]，常采用聲波時差與電阻率曲線重疊進行。該方法是將聲波時差曲線按照一定比例刻度疊加在電阻率曲線上，通過電阻率曲線刻度為2個數(shù)量級對數(shù)刻度對應聲波時差為328μs/m間隔，兩條曲線在一定深度范圍內(nèi)基本或完全重疊即為基線，兩條曲線的間距即為△logR，并由此計算TOC[3]

式中：LOM為成熟度；ΔTOC為基線段有機碳含量，%

在有較多樣品測試數(shù)據(jù)的前提下，也可根據(jù)ΔlogR與實測有機碳含量TOC，擬合出它們之間的關系式計算TOC值[3]。同時也可以通過中子孔隙度與電阻率曲線重疊或者密度與電阻率曲線重疊進行計算ΔlogR。

由于上述方法需要先確定成熟度參數(shù)，并且操作及計算過程復雜，為剔除有機質(zhì)成熟度不確定因素，張培先（2012）在△logR原理的基礎上，根據(jù)多元統(tǒng)計原理，選取樣品實測TOC值與樣品對應深度的聲波時差測井與電阻率測井數(shù)據(jù)，回歸公式并建立了有機質(zhì)含量解釋模型[4]：

式中：TOC 為總有機碳含量，%；Rt為電阻率，Ω·m；x、y、z 為研究工區(qū)擬合出系數(shù)；

張佳佳等（2012）利用波阻抗和常規(guī)測井響應特征實現(xiàn)△logR重疊法，計算TOC值效果較好[3]。此外，常用的TOC測井解釋方法還有自然伽馬差值法以及密度法。由于干酪根多形成于放射性元素 U 含量比較高的還原環(huán)境中，使得自然伽馬曲線高值，可用總伽馬與無鈾伽馬曲線的差值與TOC進行相關性分析建立TOC解釋模型，而由于干酪根的密度較低，從而降低地層體積密度，可用密度曲線值與TOC回歸分析，建立相應關系式。

2 有機質(zhì)成熟度

有機質(zhì)成熟度也是頁巖氣評價的重要指標，當泥頁巖中TOC達到一定值以后，成熟度越高表明泥頁巖生烴潛力越大。表征巖樣成熟度的指標有很多種，主要包括牙形石色變指數(shù)（CAI）、孢子顏色熱變指數(shù)（TAI）、熱解溫度和鏡質(zhì)體反射率 Ro等，鏡質(zhì)體反射率 Ro值與其他指數(shù)通常具有一定的相關性。

2.1 鏡質(zhì)體反射率 Ro的估算

Ro在實驗室是通過顯微鏡下測量并刻度的。由于Ro隨埋藏深度增加而增加，可以通過實驗分析數(shù)據(jù)與對應取樣深度建立回歸方程。國外學者對比了泥頁巖層不同Ro條件下測井響應特征，并提出不同鏡質(zhì)反射率Ro下的測井曲線響應特征：當Ro>4.5時，密度高值，中子和密度曲線分開，地層電阻率較?。ㄐ∮?Ω·m）；當Ro在1.8～2.0之間時，密度低值，中子和密度曲線重疊，地層電阻率高值達到100Ω·m，據(jù)此可以區(qū)分Ro高值或低值段[5]。

2.2 熱成熟度指數(shù)MI

Hank Zhao等使用電阻率、中子和密度等測井數(shù)據(jù)定義了一個熱成熟度指數(shù)MI，作為評價成熟度的指標而被廣泛使用，MI計算公式如下：

上述式中：N為樣品對應深度的孔隙度大于或等于9%、含水飽和度小于或等于75%的數(shù)據(jù)樣本總數(shù)；Φn9i為符合上述條件時的中子孔隙度；Sw75i為符合上述條件時的含水飽和度；Swi為含水飽和度；Rw為地層水電阻率；m為膠結(jié)系數(shù)；Ri為數(shù)據(jù)點的深電阻率讀數(shù)；Φd9i為密度孔隙度中不低于9%的各點讀數(shù)；Φd為密度孔隙度。

需要注意的是，用上述方法求的成熟度指數(shù)是綜合有效層井眼測試數(shù)據(jù)計算出來的一個平均值，所取數(shù)據(jù)來自取樣深度含水飽和度小于或等于75%、密度孔隙度值大于或等于9%時的測井資料。

3 結(jié)束語

頁巖氣地球化學評價是頁巖氣資源評價與甜點優(yōu)選的基礎與重點，主要內(nèi)容包括有機碳含量（TOC）及成熟度等指標的評價。目前，國內(nèi)外利用測井資料計算TOC的主要方法為△logR法及其在此基礎上改進的方法，其它應用較多的還有自然伽馬差值法以及密度法等。成熟度指標測井評價主要有電阻率法和中子-密度重組合法以及熱成熟度指數(shù)計算法等。

參考文獻

[1]張金川，金之鈞，袁明生.頁巖氣成藏機理和分布[J]天然氣工業(yè)，2004，24（7）：15-18.

[2]Passey Q R，Creaney S，Kulla J B，et al. A practical model for organic richness from porosity and resistivity logs[J].AAPG Bulletin，1990，74（12）：1777-1794.

[3]張佳佳，李宏兵，姚逢昌.油頁巖的地球物理識別和評價方法[J].石油學報，2012，33（4）：625-632.

[4]張培先.頁巖氣測井評價研究——以川東南海相地層為例[J].特種油氣藏，2012，19（2）：12-15.

[5]萬金彬，李慶華，白松濤.頁巖氣儲層測井評價及進展[J]測井技術，2012，36（5）：441-447.