基于復(fù)電阻率測(cè)井評(píng)價(jià)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層的理論研究

楊 玲

(山西省煤炭地質(zhì)114勘查院，山西長(zhǎng)治046011)

基于復(fù)電阻率測(cè)井評(píng)價(jià)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層的理論研究

楊 玲*

(山西省煤炭地質(zhì)114勘查院，山西長(zhǎng)治046011)

復(fù)電阻率測(cè)井相對(duì)于常規(guī)測(cè)井在評(píng)價(jià)水淹層，識(shí)別油水層有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。頁(yè)巖復(fù)電阻率在低頻階段表現(xiàn)出強(qiáng)激發(fā)極化效應(yīng)，這與其優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)集層中含有黃鐵礦以及沉積環(huán)境等有關(guān)。頁(yè)巖巖石復(fù)電阻率頻散特性試驗(yàn)是復(fù)電阻率測(cè)井評(píng)價(jià)尋找頁(yè)巖氣“甜點(diǎn)區(qū)”的巖石物理基礎(chǔ)。

復(fù)電阻率測(cè)井；頁(yè)巖；頻散

復(fù)電阻率測(cè)井是一種新的基于巖石頻散特性發(fā)展起來(lái)的測(cè)井方法。目前，復(fù)電阻率測(cè)井在國(guó)內(nèi)外都已經(jīng)得到較多成功運(yùn)用，但是其大部分是在識(shí)別油水層以及水淹層測(cè)井評(píng)價(jià)上的案例。然而復(fù)電阻率測(cè)井在頁(yè)巖氣開發(fā)方面的研究應(yīng)用還幾乎為零，研究資料表明含豐富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的復(fù)電阻率特性表現(xiàn)出的頻散特性以及在低頻階段表現(xiàn)出的激發(fā)極化效應(yīng)正是實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣復(fù)電阻率測(cè)井的應(yīng)用基礎(chǔ)。

1 復(fù)電阻率測(cè)井原理

由電磁理論研究表明，在交變電磁場(chǎng)中存在著傳到電流以及位移電流，傳到電流是由電子或者離子在外加電磁場(chǎng)的情況下定向移動(dòng)引起的，而位移電流則是由介電極化所引起。研究表明在低頻階段（〈105Hz）由傳導(dǎo)電流起著主導(dǎo)作用；在高頻階段(〉105Hz）由位移電流起主導(dǎo)作用，正是由于這兩種電流的存在，因此在整個(gè)頻段上巖石的電阻率表現(xiàn)出復(fù)數(shù)的形式，其隨著頻率的變化表現(xiàn)出“復(fù)電阻率頻散效應(yīng)”（見圖1）。即隨著頻率的不斷增大，其復(fù)電阻率幅值在不斷減小。且復(fù)電阻率又可分為同相電阻率（復(fù)電阻率實(shí)部）以及異相電阻率（復(fù)電阻率虛部），根據(jù)油、水在交變電磁場(chǎng)中所表現(xiàn)出的激發(fā)極化效應(yīng)強(qiáng)弱的不同可以識(shí)別油水層以及評(píng)價(jià)水淹層。

圖1 頻散特性曲線

借助測(cè)井得到電阻率RT以及復(fù)電阻率測(cè)井得到的復(fù)電阻率幅值RC的相對(duì)差異來(lái)判斷流體性質(zhì)是復(fù)電阻率測(cè)井方法識(shí)別流體的常用方法。最常用的判別式有差值法，即A1=RT-RC；比值法，即A2=TR/RC；差比值法：A3=(RT-RC)/RT。一般地，含油飽和度較高時(shí)，A1、A2、A3值越大；反之，含油飽和度較低時(shí)，A1、A2、A3值越小。

2 富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖激電特性

巖氣作為非常規(guī)能源之一，它既是常規(guī)天然氣的潛在替代能源，也是清潔環(huán)保能源。一場(chǎng)在世界范圍內(nèi)由頁(yè)巖氣引發(fā)的“革命”正在火熱的進(jìn)行之中，我們稱之為“頁(yè)巖氣革命”。泥頁(yè)巖作為頁(yè)巖氣的有利儲(chǔ)存區(qū)，對(duì)其進(jìn)行巖石物理實(shí)驗(yàn)是我們進(jìn)行頁(yè)巖氣地球物理勘探和評(píng)價(jià)之前的首要任務(wù)。在其各種巖石物理參數(shù)研究中，本文主要研究泥頁(yè)巖的復(fù)電阻率特性以及如何實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣復(fù)電阻率測(cè)井。

我國(guó)頁(yè)巖氣資源大部分聚集在我國(guó)南方四川盆地，屬海相深水沉積，有機(jī)質(zhì)含量豐富。為了研究其導(dǎo)電特性，特地取露頭在室內(nèi)進(jìn)行復(fù)電阻率測(cè)量實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明，南方頁(yè)巖巖芯（尤其是龍馬溪組地層）其復(fù)電阻率表現(xiàn)出明顯的頻散特性，且在低頻階段存在較強(qiáng)的激發(fā)極化效應(yīng)，這與其含有黃鐵礦等礦物成分有關(guān)。另?yè)?jù)深水沉積環(huán)境表明：海相深水沉積環(huán)境中有機(jī)質(zhì)與黃鐵礦含量存在一定相關(guān)性，因此我國(guó)南方優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖（富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖）儲(chǔ)集層具備復(fù)電阻率測(cè)井的基礎(chǔ)。

在復(fù)電阻率導(dǎo)電模型研究方面，我們選擇Cole-Cole模型，圖2為Cole-Cole模型等效電路示意圖，它微觀的模擬了巖石的導(dǎo)電情況，Cole-Cole模型可以計(jì)算出巖石標(biāo)本在整個(gè)測(cè)試頻段上的振幅以及相位．W.H.Pelton等基于對(duì)巖、礦石標(biāo)本和露頭的大量測(cè)量結(jié)果認(rèn)為,對(duì)巖、礦石由激電效應(yīng)引起的復(fù)電阻率隨頻率的變化可以用Cole-Cole模型表示:

式中：ρ()

ω——頻率為ω時(shí)的復(fù)電阻率；

ρ0——頻率為0時(shí)的電阻率；

m——充電率；

τ——時(shí)間常數(shù)；

c——頻率相關(guān)系數(shù)。

圖2 Cole-Cole模型等效電路示意圖

對(duì)測(cè)量的頁(yè)巖巖芯的復(fù)電阻率進(jìn)行擬合研究，發(fā)現(xiàn)復(fù)有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖其電阻率相對(duì)圍巖其他巖性要低，極化率均較高、頻散效應(yīng)較強(qiáng)。因此利用復(fù)電阻率測(cè)井實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)集層成為可能。

3 結(jié)論

通過上面分析，可以得出如下結(jié)論：

（1）富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖在復(fù)電阻率測(cè)量時(shí)，存在較強(qiáng)的頻散特性，且通過Cole-Cole模型擬合得到較高極化率，表現(xiàn)出具有較強(qiáng)的激發(fā)極化效應(yīng)。

（2）復(fù)有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖表現(xiàn)出的以上特性具備復(fù)電阻率測(cè)井評(píng)價(jià)優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)集層的基礎(chǔ)。

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A

1004-5716(2015)10-0133-02

2014-11-03

楊玲（1976-），女（漢族），山西長(zhǎng)治人，助理工程師，現(xiàn)從事頁(yè)巖巖氣及煤田資料處理工作。