頁巖氣儲層總有機碳含量測井評價新方法

別凡, 萬宇, 聶昕,2, 張超謨,2

(1.長江大學油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室, 湖北 武漢 430100; 2.長江大學非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心, 湖北 武漢 430100)

0 引 言

頁巖氣的勘探開發(fā)越來越得到人們的重視?？傆袡C碳含量(TOC)反映了含氣頁巖中有機質(zhì)的多少和生烴潛力大小,是頁巖氣評價的重要參數(shù)[1]。測井資料是評價地層TOC含量的重要手段[1]。已經(jīng)有許多學者針對頁巖氣儲層的TOC測井評價方法進行了研究。利用體積密度和自然伽馬對TOC含量的敏感性,Schmoker[2-3]在1979年和1981年分別建議用密度和自然伽馬測井估算TOC含量;Passey等[4]提出了利用電阻率曲線和孔隙度曲線重疊的ΔlogR法計算TOC含量;馮薇澍等[5]采用以實測TOC含量值為基礎(chǔ),通過計算機優(yōu)化的方式求取疊合系數(shù),利用改進的ΔlogR方法進行了TOC含量的評價;朱光有等[6]、李延鈞等[7]、謝灝辰等[8]利用多個參數(shù)(如ΔlogR、自然伽馬、密度等)進行多元回歸計算TOC含量。萬宇[9]進行了各類方法的軟件實現(xiàn)。以上各類方法需要巖心數(shù)據(jù),或者人工確定基線。為了避免上述問題,本文針對泥頁巖地層泥質(zhì)在自然伽馬測井和電阻率測井的響應(yīng)特征,提出了一種新的TOC計算方法——雙泥質(zhì)含量法。

1 雙泥質(zhì)含量法

1.1 頁巖地層模型

頁巖是泥質(zhì)類烴源巖的一種,兼具烴源巖和泥巖的性質(zhì)。前人研究中通常把有機質(zhì)看成是固體骨架的組成部分,實際上,有機質(zhì)密度較低,密度測井響應(yīng)與孔隙流體更為相似。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果可知,有機質(zhì)基本上是依靠對黏土礦物導電路徑的進行充填和切割對電阻率測井產(chǎn)生影響[10]。假設(shè)有機質(zhì)與油層油氣類似,賦存在頁巖層的孔隙中;富含有機質(zhì)的純頁巖由3部分組成:巖石骨架、固體有機質(zhì)和孔隙流體?？蓪㈨搸r的體積模型簡化為3種情況,純含水頁巖、純含有機質(zhì)頁巖和既含水又含有機質(zhì)頁巖。利用該簡化模型可進行導電機理的分析。

1.2 泥質(zhì)含量計算的自然伽馬測井模型

在常規(guī)計算泥質(zhì)含量方法中,經(jīng)典的利用自然伽馬測井計算泥質(zhì)含量的原理是基于泥質(zhì)對放射性物質(zhì)的吸附能力較其他巖性更強,從而通過與純砂巖地層的自然伽馬值作對比進而得到泥質(zhì)含量,該方法與地層含有機質(zhì)、含水與否幾乎無關(guān)。這些方法求出的泥質(zhì)含量可視為總泥質(zhì)含量Vsh

ISH=(GR-GRmin)/(GRmax-GRmin)

(1)

Vsh=(2gcurISH-1)/(2gcur-1)

(2)

式中,ISH為泥質(zhì)含量近似值;gcur為泥質(zhì)含量校正系數(shù),老地層為2,第三紀為3.7。

有機質(zhì)對放射性物質(zhì)具有強烈的吸附作用,利用自然伽馬計算出的泥質(zhì)含量包括了含水和含有機質(zhì)的泥質(zhì)的體積。

1.3 泥質(zhì)含量計算的電阻率測井模型

泥巖導電是靠巖石孔隙中地層水所含的離子導電,這意味著電阻率測井確定的泥質(zhì)是含水泥質(zhì)Vshw。Nie等[10]利用數(shù)字巖心進行了頁巖儲層導電性的數(shù)值模擬,其中黏土礦物含量與導電性的模擬結(jié)果見圖1。

圖1 黏土含量與頁巖儲層巖心導電性模擬結(jié)果

模擬結(jié)果可知,理想狀態(tài)下泥頁巖中含水黏土含量Vshw與地層有效電阻率的關(guān)系為[10]

式中,c為地層純泥質(zhì)電阻率電阻率,計算中可取純泥質(zhì)巖井段最低電阻率值;d與黏土礦物的導電性、地層含氣性和孔隙度大小有關(guān),取值范圍為1～2。

可得出電阻率測井計算泥質(zhì)含量方法為

Vshw=10lg c-lg Rtd

(4)

由圖1中的模型可知,利用該模型求出的泥質(zhì)含量為不包含有機質(zhì)的含水泥質(zhì)含量。

1.4 TOC計算的雙泥質(zhì)含量模型

由圖1中簡化的頁巖儲層體積模型可知,含有機質(zhì)泥質(zhì)含量Vsho與總泥質(zhì)含量Vsh以及含水泥質(zhì)含量Vshw的關(guān)系為

Vsho=Vsh-Vshw

(5)

將求出的含有機質(zhì)頁巖體積乘以泥質(zhì)地層總孔隙度φtsh,即可求出有泥質(zhì)地層中的有機質(zhì)體積相對含量TOC。

TOC=Vshoφtsh=(Vsh-Vshw)φtsh

(6)

利用式(6)即可進行TOC含量計算。

2 應(yīng)用實例及結(jié)果分析

圖2 ×井雙泥質(zhì)含量法計算TOC與巖心實驗數(shù)據(jù)對比圖

×井為四川盆地某頁巖氣儲層段[11]。利用雙泥質(zhì)含量法計算×井TOC,結(jié)果見圖2。圖2中第1道為深度道;第2道為曲線道;第3道為泥質(zhì)含量道,其中填充部分為Vsho;第4道為TOC道,分別展示了雙泥質(zhì)含量法計算獲得的TOC和巖心TOC。

由圖2的計算結(jié)果可知,×井TOC計算結(jié)果在全井段均與巖心符合效果較好,在1 180 m和1 194 m處的2個峰值吻合也較好,證明了利用該方法進行頁巖儲層TOC含量評價的可行性。

在利用該模型進行TOC含量評價時,由于涉及到2個泥質(zhì)含量的計算,且都包含經(jīng)驗參數(shù),因此存在一定的經(jīng)驗性。在推廣應(yīng)用時應(yīng)結(jié)合當?shù)氐奶攸c進行參數(shù)的選取。該方法利用的電阻率為原狀地層真電阻率,如果只有普通電阻率測井數(shù)據(jù),則需要首先反演出真電阻率或者進行適當?shù)膮?shù)調(diào)整。

3 結(jié) 論

(1) 提出了TOC含量測井評價的雙泥質(zhì)含量法,并通過實際資料處理驗證了雙泥質(zhì)含量法計算TOC含量的準確性。

(2) 雙泥質(zhì)含量法方法簡單,可以較好地反映TOC含量的趨勢,且誤差較小,適用于僅有常規(guī)測井資料的地區(qū)或者井段的TOC含量評價。

(3) 在進行方法推廣時,應(yīng)結(jié)合當?shù)氐貐^(qū)經(jīng)驗進行參數(shù)的選取和調(diào)整,以期獲得最佳效果。

參考文獻:

[1] 張新華, 陸黃生, 王志戰(zhàn). 頁巖氣井場快速識別評價技術(shù) [J]. 石油天然氣學報, 2011, 33(10): 48-52.

[2] Schmoker J W. Determination of Organic Content of Appalachian Devonian Shales from Formation-density Logs [J]. AAPG Bulletin, 1979, 63: 1504-1537.

[3] Schmoker J W. Determination of Organic-matter Content of Appalachian Devonian Shales from Gamma-ray Logs [J]. AAPG Bulletin, 1981, 65: 1285-1298.

[4] 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.

[5] 馮薇澍, 薛海濤, 李吉君, 等. 齊家古龍凹陷青一段頁巖氣有利區(qū)預(yù)測及資源潛力評價 [J]. 科學技術(shù)與工程, 2013(9): 2331-2338.

[6] 朱光有, 金強, 張林曄. 用測井信息獲取烴源巖的地球化學參數(shù)研究 [J]. 測井技術(shù), 2003, 27(2): 104-109, 146-177.

[7] 李延鈞, 張烈輝, 馮媛媛, 等. 頁巖有機碳含量測井解釋方法及其應(yīng)用 [J]. 天然氣地球科學, 2013, 24(1): 169-175.

[8] 謝灝辰, 于炳松, 曾秋楠, 等. 鄂爾多斯盆地延長組頁巖有機碳測井解釋方法與應(yīng)用 [J]. 石油與天然氣地質(zhì), 2013, 34(6): 731-736.

[9] 萬宇. 頁巖氣儲層測井解釋軟件設(shè)計與實現(xiàn) [D]. 北京: 中國地質(zhì)大學, 2014.

[10] Nie X, Zou C C, Li ZH H, et al. Numerical Simulation of the Electrical Properties of Shale Gas Reservoir Rock Based on Digital Core [J]. Journal of Geophysics and Engineering, 2016, 13(4): 481-490.

[11] 楊小兵, 楊爭發(fā), 謝冰, 等. 頁巖氣儲層測井解釋技術(shù) [J]. 天然氣工業(yè), 2012(9): 33-36, 128-129.