四川盆地頁(yè)巖氣儲(chǔ)層含氣量的測(cè)井評(píng)價(jià)方法

鐘光海　謝　冰　周　肖　彭　驍　田　沖

四川盆地頁(yè)巖氣儲(chǔ)層含氣量的測(cè)井評(píng)價(jià)方法

鐘光海1,2謝冰1周肖1彭驍1田沖1,2

1. 中國(guó)石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院 2. 頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)與開采四川重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

鐘光海等. 四川盆地頁(yè)巖氣儲(chǔ)層含氣量的測(cè)井評(píng)價(jià)方法. 天然氣工業(yè),2016, 36(8): 43-51.

含氣量是頁(yè)巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的一項(xiàng)重要參數(shù)指標(biāo),其值的高低直接影響著頁(yè)巖氣區(qū)塊是否具有工業(yè)開采價(jià)值.而頁(yè)巖氣含氣量主要由吸附氣和游離氣組成,其影響因素較多,包括孔隙度、含氣飽和度、地層壓力、地層溫度、總有機(jī)碳含量等.為此,針對(duì)四川盆地蜀南地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖氣儲(chǔ)層開展綜合研究,形成了一套系統(tǒng)的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層含氣量測(cè)井評(píng)價(jià)方法:①通過(guò)頁(yè)巖巖心等溫吸附實(shí)驗(yàn),建立了蘭格繆爾方程關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算模型,并對(duì)吸附氣含量主要影響因素地層溫度、地層壓力、有機(jī)碳含量進(jìn)行分析及校正,提高了吸附氣含量計(jì)算精度;②開展頁(yè)巖儲(chǔ)層孔隙度和含水飽和度精細(xì)評(píng)價(jià),為精確計(jì)算游離氣含量奠定了基礎(chǔ);③由于吸附態(tài)甲烷占據(jù)一定孔隙空間,扣除吸附氣體積影響后,總含氣量計(jì)算精度較高,與巖心分析數(shù)據(jù)具有較好的一致性.通過(guò)實(shí)驗(yàn)與理論的結(jié)合,所形成的四川盆地頁(yè)巖氣儲(chǔ)層含氣量評(píng)價(jià)方法在該區(qū)塊具有較好的適應(yīng)性,為現(xiàn)場(chǎng)試油層位的優(yōu)選和區(qū)塊資源潛力評(píng)價(jià)提供有效的技術(shù)支撐.

四川盆地 志留紀(jì) 頁(yè)巖氣 等溫吸附實(shí)驗(yàn) 吸附氣含量 游離氣含量 評(píng)價(jià)方法

含氣量是評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的最重要參數(shù)之一.頁(yè)巖氣主要由吸附氣和游離氣組成,影響頁(yè)巖氣儲(chǔ)層含氣量大小的因素較多,包括孔隙和裂縫發(fā)育程度、含氣飽和度、地層壓力、地層溫度、總有機(jī)碳含量、干酪根類型、黏土類型等[1].對(duì)于頁(yè)巖地層吸附氣含量而言,主要的控制因素為地層總有機(jī)碳含量及有機(jī)質(zhì)成熟度,并且受地層壓力、地層溫度的影響[2].本次研究借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn),根據(jù)四川盆地蜀南地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組巖心等溫吸附實(shí)驗(yàn),結(jié)合地層壓力、溫度等資料,利用蘭格繆爾方程來(lái)研究地層吸附氣含量,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)、測(cè)井資料建立吸附氣含量計(jì)算模型.對(duì)于游離氣而言,有效孔隙度和含氣飽和度是評(píng)價(jià)游離氣的主要參數(shù),這點(diǎn)與常規(guī)氣藏是一致的,但與常規(guī)氣藏不同的是,頁(yè)巖氣儲(chǔ)層要計(jì)算游離氣含量.游離氣含量是指從井下儲(chǔ)層條件換算到地面標(biāo)準(zhǔn)條件下每噸巖石所含游離氣的體積,故與地層的壓力和溫度以及天然氣的壓縮因子等有關(guān).

1　吸附氣含量的計(jì)算方法

在國(guó)外,頁(yè)巖吸附氣含量因井的深淺、總有機(jī)碳含量的大小而變化.一般吸附氣含量占總含氣量的20%～80%,根據(jù)國(guó)內(nèi)外已有的研究成果[3],淺層的頁(yè)巖,壓力對(duì)吸附氣含量影響較大,而深層頁(yè)巖的溫度對(duì)吸附氣含量影響更大.

1.1蘭格繆爾方程

蘭格繆爾(Langmuir)等溫吸附方程對(duì)于煤層氣、頁(yè)巖氣乃至水蒸氣等在物質(zhì)表面的吸附均適用.其基本理論認(rèn)為,吸附在干酪根表面上的甲烷與頁(yè)巖中的游離甲烷處于平衡狀態(tài),蘭格繆爾等溫線就是用來(lái)描述某一恒定溫度下的這種平衡關(guān)系的[4],圖1為蘭格繆爾等溫吸附實(shí)驗(yàn)示意圖.

圖1　蘭格繆爾等溫吸附實(shí)驗(yàn)示意圖

該關(guān)系涉及蘭格繆爾體積和蘭格繆爾壓力這兩個(gè)重要參數(shù).前者描述的是無(wú)限大壓力下的氣體積;后者描述氣含量等于1/2蘭格繆爾體積時(shí)的壓力,在一定的溫度條件下,對(duì)于任一壓力條件下吸附的氣體體積可用如下公式表示:

式中p表示儲(chǔ)層壓力,MPa;pL表示吸附氣量達(dá)到飽和吸附量一半時(shí)的壓力,又稱蘭格繆爾壓力,MPa; VL表示達(dá)到飽和吸附時(shí)所吸附的氣量,又稱蘭格繆爾體積,m3/t ;Va表示吸附氣含量,m3/t.

1.2關(guān)鍵參數(shù)的確定及理論校正方法

由于等溫吸附線是用特定的樣品(總有機(jī)碳含量為定值)在一定的溫度下通過(guò)實(shí)驗(yàn)的手段取得的.因此,對(duì)于不同深度的頁(yè)巖,由測(cè)井計(jì)算吸附氣含量時(shí)必須進(jìn)行總有機(jī)碳、溫度的校正來(lái)得到等溫吸附參數(shù).國(guó)外公司基于北美含氣頁(yè)巖大量的等溫吸附線,建立了等溫吸附參數(shù)計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)法[5].首先通過(guò)大量等溫吸附線,得到蘭格繆爾體積、壓力及溫度差(等溫吸附實(shí)驗(yàn)溫度與不同深度頁(yè)巖的溫度差)近似呈一種指數(shù)關(guān)系,蘭格繆爾體積與總有機(jī)碳含量呈線性關(guān)系,根據(jù)這兩種關(guān)系對(duì)等溫吸附線進(jìn)行溫度和總有機(jī)碳含量的校正,得到不同深度、不同性質(zhì)頁(yè)巖的等溫吸附參數(shù).

對(duì)于溫度校正,方法如下所述:

式中VLt表示在油藏溫度下的蘭格繆爾體積,m3/t;pLt表示在油藏溫度下的蘭格繆爾壓力,MPa;c1表示常數(shù), c1=0.002 7;c3表示常數(shù),c3=0.005;c2、c4表示中間過(guò)渡變量;T表示油藏溫度,℃;Ti表示等溫線的溫度,℃.

圖2為蜀南地區(qū)XX井所做的等溫吸附實(shí)驗(yàn)樣品的曲線圖,從圖2中可見整體具有隨TOC增大,其吸附氣量增大的特征.因此進(jìn)行吸附氣量計(jì)算時(shí)需要進(jìn)行TOC校正.

總有機(jī)碳含量校正的方法為:

圖2　蜀南地區(qū)XX井頁(yè)巖巖心等溫吸附實(shí)驗(yàn)曲線圖

式中VLc表示在油藏溫度下經(jīng)過(guò)TOC校正后的蘭格繆爾體積,m3/t;TOCiso表示等溫吸附實(shí)驗(yàn)所采用的頁(yè)巖的總有機(jī)碳含量;TOClog表示測(cè)井得到的總有機(jī)碳含量;VLt表示在油藏溫度下的蘭格繆爾體積, m3/t.

蘭格繆爾參數(shù)經(jīng)過(guò)溫度和總有機(jī)碳含量校正后,采用蘭格繆爾方程計(jì)算吸附氣含量:

式中Va表示吸附氣含量,m3/t;p表示油藏壓力, MPa;pLt表示油藏溫度下的蘭格繆爾壓力,MPa.

由于等溫吸附線計(jì)算得到的含氣量是頁(yè)巖能夠容納的吸附氣含量的最大值,而不是實(shí)際頁(yè)巖巖心所含吸附氣,即如果含氣頁(yè)巖中氣體出現(xiàn)逃逸現(xiàn)象,用蘭格繆爾曲線得到的結(jié)果會(huì)偏大,但頁(yè)巖本身也是蓋層,如果裂縫不發(fā)育,保存條件較好時(shí)用這種方法計(jì)算吸附氣含量效果較好[6].本次研究區(qū)各井龍馬溪組壓力系數(shù)在1.0～2.0之間,說(shuō)明保存條件較好,可以用等溫吸附氣計(jì)算的含氣量代表儲(chǔ)層實(shí)際吸附氣含量.

1.3蘭格繆爾參數(shù)模型的建立

前面介紹了吸附氣含量的影響因素包括地層溫度、壓力、頁(yè)巖孔隙度、總有機(jī)碳含量等,而頁(yè)巖吸附性質(zhì)可以用蘭格繆爾方程來(lái)描述.因此,這些因素對(duì)吸附氣量的影響可以通過(guò)等溫吸附參數(shù)來(lái)體現(xiàn),也就是說(shuō)通過(guò)大量的巖心等溫吸附實(shí)驗(yàn)建立基于測(cè)井參數(shù)的等溫吸附參數(shù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算模型.

圖3是蜀南地區(qū)龍馬溪組蘭格繆爾體積與有機(jī)碳含量關(guān)系圖.從圖3可以看出:蘭格繆爾體積與有機(jī)碳含量呈正相關(guān)關(guān)系.對(duì)研究區(qū)蘭格繆爾體積與有機(jī)碳含量的關(guān)系進(jìn)行參數(shù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析,得到如下蘭格繆爾體積計(jì)算公式為:

圖3　蘭格繆爾體積與有機(jī)碳含量關(guān)系圖

式中VL表示蘭格繆爾體積,m3/t;TOC表示有機(jī)碳含量;a1、b1分別表示系數(shù).

圖4是蘭格繆爾壓力與有機(jī)碳含量的關(guān)系圖.從圖4可以得到:蘭格繆爾壓力與有機(jī)碳含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系.根據(jù)以上分析,對(duì)研究區(qū)蘭格繆爾壓力與有機(jī)碳含量相關(guān)性進(jìn)行分析,得到蘭格繆爾壓力計(jì)算公式為:

式中pL表示蘭格繆爾壓力,MPa;a2、b2分別表示系數(shù)、小數(shù).

圖4　蘭格繆爾壓力與有機(jī)碳含量關(guān)系圖

利用以上形成的吸附氣含量測(cè)井計(jì)算方法,測(cè)井計(jì)算的吸附氣含量(黑色實(shí)線)與巖心實(shí)測(cè)的吸附氣含量(紅色桿狀)具有較好一致性(圖5),說(shuō)明形成的吸附氣含量蘭格繆爾方程參數(shù)計(jì)算模型在該地區(qū)具有較好的適應(yīng)性.

2　游離氣含量的計(jì)算方法

相對(duì)于吸附氣而言,游離氣含量的計(jì)算方法較為簡(jiǎn)單,其主要與有效孔隙度和含氣飽和度有關(guān),與常規(guī)儲(chǔ)層的評(píng)價(jià)相似.當(dāng)然,由于頁(yè)巖氣儲(chǔ)層要計(jì)算含氣量,這種含氣量是指從井下儲(chǔ)層條件換算到地面標(biāo)準(zhǔn)條件下(一個(gè)大氣壓、25 ℃)每噸巖石中所含的游離氣體積,故與地層的壓力和溫度以及天然氣的壓縮因子等有關(guān)[7].

圖5　XX井測(cè)井計(jì)算吸附氣含量與巖心吸附氣量對(duì)比圖

2.1地層壓力和地層溫度

區(qū)域上地層的壓力系數(shù)和地溫梯度已知后,近似地計(jì)算出解釋井段的地層壓力和井溫,另外,從測(cè)井資料也可以知道儲(chǔ)層的溫度.即

式中Tlog表示儲(chǔ)層溫度,℃;T0表示地表年平均溫度,℃;D表示地溫梯度,℃/100 m;DEP表示井深, m;plog表示儲(chǔ)層壓力,MPa;Y表示地層壓力系數(shù), MPa/100 m.

2.2地層條件下游離氣含量

在頁(yè)巖氣儲(chǔ)層中,游離氣含量主要由孔隙度及含水飽和度計(jì)算得到,其計(jì)算方法如下:

式中Qf表示儲(chǔ)層溫度壓力下游離氣含量,m3/t;φ表示有效孔隙度;Sg表示含氣飽和度;Den表示地層巖石體積密度,g/cm3.

根據(jù)式(12),可以看出儲(chǔ)層孔隙度和含水飽和度是計(jì)算游離氣含量非常重要的儲(chǔ)層參數(shù).下面將闡述頁(yè)巖孔隙度和含水飽和度的測(cè)井計(jì)算方法.

2.2.1頁(yè)巖孔隙度的計(jì)算方法

頁(yè)巖巖石測(cè)井值是地層骨架、孔隙、微裂縫及流體等的綜合響應(yīng),其值大小不能明顯區(qū)分基質(zhì)孔隙和微裂縫孔隙.而頁(yè)巖儲(chǔ)層孔隙度與巖石測(cè)井值具有一定的相關(guān)性.因此,利用巖心孔隙度直接刻度測(cè)井曲線,建立孔隙度測(cè)井計(jì)算模型用于評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的孔隙度.進(jìn)一步利用工區(qū)內(nèi)2口井200余塊深度歸位后巖心孔隙度與測(cè)井曲線進(jìn)行相關(guān)性分析,得到聲波、鈾含量、密度與巖心孔隙度相關(guān)性較好,而中子與巖心孔隙度相關(guān)性較差.因此,利用巖心孔隙度刻度聲波、密度、鈾含量測(cè)井曲線,建立該地區(qū)多曲線孔隙度測(cè)井計(jì)算模型為:

式中AC表示巖石骨架測(cè)井聲波值,μs/ft;DEN表示巖石密度,g/cm3;URAN表示巖石鈾含量,mg/L; a0、a1、a2、a3分別表示模型系數(shù).

在孔隙度驗(yàn)證中,采用取心段較長(zhǎng),連續(xù)性較好、歸位后的巖心分析孔隙度與測(cè)井孔隙度進(jìn)行對(duì)比分析.根據(jù)圖6對(duì)比分析,利用經(jīng)驗(yàn)關(guān)系法建立的孔隙度計(jì)算模型計(jì)算結(jié)果與巖心分析孔隙度對(duì)應(yīng)性非常好.因此,采用經(jīng)驗(yàn)關(guān)系法計(jì)算該地區(qū)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層孔隙度.

2.2.2含水飽和度的計(jì)算方法

頁(yè)巖氣儲(chǔ)層中的流體主要為束縛水、吸附氣和游離氣,基本上沒有可動(dòng)水.因此測(cè)井計(jì)算出的含水飽和度就是束縛水飽和度.含水飽和度的計(jì)算在砂巖、碳酸鹽巖儲(chǔ)層中有多種公式,并不斷發(fā)展具有針對(duì)性的模型,包括Archie方程、Waxman Smits方程、印度尼西亞方程、尼日利亞方程、雙水模型方程及Simandoux方程等.國(guó)外石油大公司在頁(yè)巖氣測(cè)井評(píng)價(jià)上應(yīng)用不同的含水飽和度方程,威德福公司使用Waxman Smits方程,斯侖貝謝公司應(yīng)用的是Simandoux方程.

2.2.2.1計(jì)算方法適應(yīng)性分析

Waxman Smits(W-S)方程是基于泥質(zhì)砂巖的陽(yáng)離子交換作用來(lái)建立的電導(dǎo)率解釋模型,W-S模型認(rèn)為:除地層水的導(dǎo)電性要比按其含鹽量所預(yù)計(jì)的更好外,泥質(zhì)砂巖與同樣孔隙度、孔隙曲折度和含水飽和度的純砂巖地層一樣具有相同的導(dǎo)電特性. Waxman-Smits方程[8]的改進(jìn)模型為雙水模型(式14),即束縛水和自由水,但頁(yè)巖氣儲(chǔ)層不存在自由水,故不適用.

圖6　XX井經(jīng)驗(yàn)方法計(jì)算孔隙度與巖心孔隙度對(duì)比圖

式中Sw表示含水飽和度;Rt表示巖石真電阻率,Ω.m; φ表示地層有效孔隙度;Rw表示地層水電阻率,Ω.m; B表示黏土表面被吸附的平衡陽(yáng)離子的等效電導(dǎo)率, S/m;Qv表示泥質(zhì)砂巖的陽(yáng)離子交換容量,mol/L;a、m、n分別表示地區(qū)巖電實(shí)驗(yàn)參數(shù),為常數(shù),可以通過(guò)地區(qū)巖電實(shí)驗(yàn)來(lái)確定.

Simandoux方程[9]適用于含泥質(zhì)較多,巖性很細(xì)的含油氣粉砂巖,同時(shí)該模型不考慮黏土或泥質(zhì)的具體分布形式,只是把泥質(zhì)看成是黏土和細(xì)粉砂組成,把泥質(zhì)部分當(dāng)作可含油氣的、泥質(zhì)較重、巖性很細(xì)的粉砂巖.該方程最早是針對(duì)砂巖剖面開發(fā)的,發(fā)現(xiàn)部分砂巖粒度細(xì)(粉砂含量高)黏土含量高,從而考慮了泥質(zhì)對(duì)電阻率的影響.盡管當(dāng)前還沒有開發(fā)出專門的頁(yè)巖含水飽和度方程,但借用Simandoux方程來(lái)計(jì)算頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的含水飽和度是比較合適的,國(guó)外公司在進(jìn)行頁(yè)巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)時(shí)即使用該模型計(jì)算含水飽和度,該模型為:

式中Rsh表示純泥巖的巖石電阻率,Ω.m.因此,對(duì)該地區(qū)頁(yè)巖巖心開展巖電實(shí)驗(yàn),得到適用于該地區(qū)的巖電參數(shù),用于計(jì)算頁(yè)巖含水飽和度.

2.2.2.2頁(yè)巖的巖電實(shí)驗(yàn)參數(shù)確定

由于頁(yè)巖易碎及遇水后易分解,因此巖電實(shí)驗(yàn)難度極大,國(guó)外也未開展相應(yīng)的巖電實(shí)驗(yàn),本次研究選取2口井98個(gè)樣品開展巖電實(shí)驗(yàn),地層因素測(cè)量成功47個(gè),不同飽和度下的電阻增大率測(cè)量成功12個(gè).

將巖心不同含水飽和度和對(duì)應(yīng)的電阻率計(jì)算得到的地層電阻率增大系數(shù)(I)在對(duì)數(shù)坐標(biāo)下作圖(圖7),得到飽和度指數(shù)(n)和巖性相關(guān)系數(shù)(b).

圖7　電阻率指數(shù)與含水飽和度關(guān)系圖版

將100%飽和地層水的巖樣電阻率計(jì)算得到的地層因素(F)與地層孔隙度在對(duì)數(shù)坐標(biāo)下進(jìn)行統(tǒng)計(jì)回歸得到巖性系數(shù)(a)和膠結(jié)指數(shù)(m)(圖8).

利用取得的蜀南地區(qū)的頁(yè)巖的巖電參數(shù),根據(jù)Simandoux方程計(jì)算的含水飽和度與巖心含水飽和度對(duì)應(yīng)性好(圖9),說(shuō)明Simandoux方程和實(shí)驗(yàn)得到頁(yè)巖的巖電參數(shù)在蜀南地區(qū)計(jì)算頁(yè)巖氣儲(chǔ)層含水飽和度具有較好的適用性.

圖8　地層電阻率因素圖版

2.3吸附氣含量對(duì)游離氣含量校正

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)調(diào)研[10-12],國(guó)內(nèi)外較多學(xué)者認(rèn)為吸附態(tài)甲烷是占一定孔隙空間的,即在計(jì)算游離氣含量時(shí),需要剔除吸附態(tài)甲烷所占的孔隙空間,計(jì)算模型如圖10所示.Ambrose等[12]于2012年通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)理論模擬甲烷的吸附態(tài)密度,認(rèn)為甲烷的吸附態(tài)密度約為0.34 g/cm3,Haydel和Kobayashi于1967年相關(guān)研究認(rèn)為甲烷吸附態(tài)密度為0.37 g/cm3, Mavor等與2004年相關(guān)研究認(rèn)為甲烷吸附態(tài)密度為0.42 g/cm3.

通過(guò)調(diào)研國(guó)內(nèi)外研究成果[13],認(rèn)為甲烷吸附態(tài)密度為0.34～0.42 g/cm3,平均為0.38 g/cm3,根據(jù)甲烷吸附態(tài)密度數(shù)據(jù),假設(shè)頁(yè)巖樣品密度為2.5 g/ cm3,針對(duì)不同吸附態(tài)密度的吸附氣含量,計(jì)算吸附氣態(tài)所占孔隙度(表1),計(jì)算結(jié)果表明甲烷密度取0.38 g/cm3時(shí),1 m3/t吸附氣量占孔隙度為0.47%,2 m3/t吸附氣量占孔隙度為0.94%,3 m3/t吸附氣量占孔隙度為1.41%.

圖9　XX井Simandoux方程計(jì)算含水飽和度與巖心含水飽和度對(duì)比圖

圖10　游離氣含量計(jì)算模型圖

由表1可見:甲烷吸附態(tài)是占一定孔隙體積的,如果忽略甲烷吸附態(tài)所占體積,計(jì)算游離氣含量偏大.因此,計(jì)算游離氣含量時(shí)需要考慮吸附態(tài)所占體積影響[14].等溫吸附實(shí)驗(yàn)方法計(jì)算游離氣時(shí),利用孔隙度、含氣飽和度、地層溫度和地層壓力等實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù),還考慮吸附態(tài)密度和吸附氣含量對(duì)游離氣含量進(jìn)行校正,校正方法如下:

式中Qf表示吸附氣含量校正后的游離氣含量,m3/t; φ表示孔隙度;Sw表示含水飽和度;DEN表示巖石密度值,g/cm3;φs表示吸附氣所占孔隙度.

2.4換算到標(biāo)準(zhǔn)條件下游離氣含量

換算到1 atm和25℃的標(biāo)準(zhǔn)條件下游離氣的含量,由氣體物質(zhì)平衡方程得知以下的換算公式:

式中Vf表示游離氣含量,m3/t;plog表示地層壓力,MPa; Tlog表示溫度,℃;p0表示1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,0.101 3 MPa;Z表示氣藏原始天然氣偏差系數(shù),通過(guò)高壓物性實(shí)驗(yàn)或頁(yè)巖氣組分和相對(duì)密度經(jīng)溫壓校正得到.

表1　吸附態(tài)所占頁(yè)巖孔隙度計(jì)算數(shù)據(jù)表

3　總含氣量計(jì)算及驗(yàn)證

3.1總含氣量計(jì)算

頁(yè)巖氣儲(chǔ)層某一深度點(diǎn)的總含氣量計(jì)算公式如下:

式中Vt表示總的含氣量,m3/t;Va表示經(jīng)過(guò)正后的吸附氣含量,m3/t; Vf是經(jīng)過(guò)校正后游離氣含量,m3/t.

3.2總含氣量驗(yàn)證

用以上方法計(jì)算不同地層壓力下頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的吸附氣含量和游離氣含量,進(jìn)而計(jì)算總含氣量,由圖11可見,測(cè)井計(jì)算的總含氣量(藍(lán)色曲線)與巖心總含氣量(紅色桿狀數(shù)據(jù)點(diǎn))具有較好一致性,相關(guān)性較好,能夠滿足地質(zhì)儲(chǔ)量計(jì)算要求.

圖11　蜀南地區(qū)XX井測(cè)井計(jì)算總含氣量與巖心含氣量關(guān)系圖

4　現(xiàn)場(chǎng)方法應(yīng)用

根據(jù)常規(guī)測(cè)井資料的處理成果,綜合錄井顯示及巖心分析數(shù)據(jù),應(yīng)用建立的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層參數(shù)的測(cè)井評(píng)價(jià)方法,對(duì)蜀南地區(qū)XX井頁(yè)巖氣儲(chǔ)層進(jìn)行了測(cè)井綜合評(píng)價(jià)分析(圖12),該井處理解釋了3段頁(yè)巖氣儲(chǔ)層.1號(hào)儲(chǔ)層,有機(jī)碳含量普遍小于2%,總含氣量較低,脆性礦物含量及脆性指數(shù)中等,綜合解釋為頁(yè)巖差氣層;2～3號(hào)儲(chǔ)層,有機(jī)碳含量均大于2%,測(cè)井計(jì)算的含氣量與巖心分析吸附氣含量、總含氣量具有較好的一致性,該段儲(chǔ)層總含氣量好,脆性礦物含量及脆性指數(shù)高,綜合解釋為頁(yè)巖氣層.對(duì)2～3號(hào)儲(chǔ)層優(yōu)選3段優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層段進(jìn)行射孔和大型加砂壓裂改造,測(cè)試獲得大于1.0X104m3/d的工業(yè)氣流.

通過(guò)以上分析,表明形成的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層含氣量測(cè)井計(jì)算方法方法能夠解決該區(qū)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)要求,支撐了頁(yè)巖氣試油層段及儲(chǔ)層改造措施優(yōu)選.

5　結(jié)論

1)在區(qū)域地質(zhì)特征和實(shí)鉆井的巖心資料分析基礎(chǔ)上,蘭格繆爾體積及壓力與有機(jī)碳含量有較好相關(guān)性,并建立了該地區(qū)的蘭格繆爾模型關(guān)鍵參數(shù)的計(jì)算模型,通過(guò)測(cè)井計(jì)算吸附氣含量與巖心吸附氣量具有較好的一致性,參數(shù)計(jì)算精度較高.

2)根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研及研究分析,吸附態(tài)甲烷是占一定孔隙空間的,計(jì)算游離氣含量時(shí)需要扣除吸附態(tài)甲烷所占孔隙體積,通過(guò)校正后總含氣量更符合頁(yè)巖氣儲(chǔ)層實(shí)際情況,通過(guò)測(cè)井計(jì)算總含氣量與巖心分析總含氣量具有較好一致性,說(shuō)明形成的頁(yè)巖氣含氣量測(cè)井評(píng)價(jià)方法在該地區(qū)具有較好的適應(yīng)性.

圖12　蜀南地區(qū)XX井頁(yè)巖氣儲(chǔ)層測(cè)井綜合處理成果圖

[1] 王社教, 王蘭生, 黃金亮, 李新景, 李登華. 上揚(yáng)子區(qū)志留系頁(yè)巖氣成藏條件[J]. 天然氣工業(yè), 2009, 29(5): 45-60.

Wang Shejiao, Wang Lansheng, Huang Jinliang, Li Xinjing, Li Denghua. Shale gas accumulation conditions of Silurian in Upper Yangtze[J]. Natural Gas Industry, 2009, 29(5): 45-60.

[2] 蔣裕強(qiáng), 董大忠, 漆麟, 沈妍斐, 蔣嬋, 何溥為. 頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的基本特征及其評(píng)價(jià)[J]. 天然氣工業(yè), 2010, 30(10): 7-12.

Jiang Yuqiang, Dong Dazhong, Qi Lin, Shen Yanfei, Jiang Chan, He Puwei. Basic feature and evaluation of shale gas reservoirs[J]. Natural Gas Industry, 2010, 30(10): 7-12.

[3] Cluff B, Miller M. Log evaluation of gas shale: A 35-year per-spective[C]//SPWLA 52ndAnnual Logging Symposium. Denver: DWLS Luncheon, 2010.

[4] Wang FP, Reed RM. Pore networks and fluid flow in gas shales[C]//SPE Annual Technical Conference and Exhibition, 4-7 October 2009, New Orleans, Louisiana, USA. DOI: http://dx.doi. org/10.2118/124253-MS.

[5] 楊小兵, 楊爭(zhēng)發(fā), 謝冰, 謝剛, 張志剛. 頁(yè)巖氣儲(chǔ)層測(cè)井解釋評(píng)價(jià)技術(shù)[J]. 天然氣工業(yè), 2012, 32(9): 33-36.

Yang Xiaobing, Yang Zhengfa, Xie Bing, Xie Gang, Zhang Zhigang. Log interpretation and evaluation of shale gas reservoirs[J]. Natural Gas Industry, 2012, 32(9): 33-36.

[6] 張金川, 姜生玲, 唐玄, 張培先, 唐穎, 荊鐵亞. 我國(guó)頁(yè)巖氣富集類型及資源特點(diǎn)[J]. 天然氣工業(yè), 2009, 29(12): 109-114.

Zhang Jinchuan, Jiang Shengling, Tang Xuan, Zhang Peixian, Tang Ying, Jing Tieya. Enrichment type and resource characteristics of shale gas in China[J]. Natural Gas Industry, 2009, 29(12): 109-114.

[7] Matt B, Bill G. Special techniques tap shale gas[J]. Exploration and Production in Hart Energy, 2007, 80(3): 89-93.

[8] Prasad M, Pal-Bathija A, Johnston M, Rydzy M, Batzle M. Rock physics of the unconventional[J]. The Leading Edge, 2009, 28(1): 34-38.

[9] Slatt RM, Abousleiman Y. Merging sequence stratigraphy and geomechanics for unconventional gas shales[J]. The Leading Edge, 2011, 30(3): 274-282.

[10] Lucier AM, Hofmann R, Bryndzia LT. Evaluation of variable gas saturation on acoustic log data from the Haynesville Shale gas play, NW Louisiana, USA[J]. The Leading Edge, 2011, 30(3): 300-311.

[11] Heteny M. Handbook of experimental stress analysis[M]. New York: John Wiley, 1966: 23-25.

[12] Ambrose RJ, Hartman RC, Diaz-Campos M, Akkutlu IY, Sondergeld CH. Shale gas-in-place calculations Part I: New porescale considerations[J]. SPE Journal, 2012, 17(1): 219-229.

[13] Guidry FK, Walsh JW. Well log interpretation of a Devonian gas shale: An example analysis[C]//1993 Eastern Regional Conference & Exhibition 2-4 November 1993, Pittsburgh, Pennsylvania, USA.

[14] 鐘太賢. 中國(guó)南方海相頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)特征[J]. 天然氣工業(yè), 2012, 32(9): 1-4.

Zhong Taixian. Characteristics of pore structure of marine shales in South China[J]. Natural Gas Industry, 2012, 32(9): 1-4.

(修改回稿日期 2016-05-30 編 輯 韓曉渝)

A logging evaluation method for gas content of shale gas reservoirs in the Sichuan Basin

Zhong Guanghai1,2, Xie Bing1, Zhou Xiao1, Peng Xiao1, Tian Chong1,2
(1. Exploration and Deνelopment Research Institute of PetroChina Southwest Oil & Gas Field Company, Chengdu, Sichuan 610041, China; 2. Sichuan Key Laboratory of Shale Gas Eνaluation and Exploitation, Chengdu, Sichuan 610041, China)

NATUR. GAS IND. VOLUME 36, ISSUE 8, pp.43-51, 8/25/2016. (ISSN 1000-0976; In Chinese)

Gas content, as an important indicator for shale gas reservoir evaluation, directly determines whether a shale gas block is of industrial production value. Gas content is mainly composed of free gas and adsorbed gas, and is impacted by many factors, including porosity, gas saturation, formation pressure, formation temperature and total organic carbon content (TOC). In this paper, a set of systematic logging evaluation methods for the gas content of shale gas reservoirs was developed based on a comprehensive study of the shale gas reservoirs of Lower Silurian Longmaxi Fm in the southern Sichuan Basin. First, a calculation model for the key parameters of Langmuir equation was built up by conducting isothermal adsorption experiments on shale cores. And the calculation accuracy of adsorbed gas content was improved by analyzing and correcting its main influential factors, such as reservoir temperature, reservoir pressure and TOC. Second, porosity and water saturation of shale reservoirs are precisely evaluated to provide a basis for accurate calculation of free gas content. And third, the adsorbed methane occupies a certain pore space, so the calculated gas content is more accurate after the effect of adsorbed gas volume is excluded, and it is consistent with the core analysis data. To sum up, the calculation method for gas content of shale gas reservoirs in the Sichuan Basin is developed experimentally and theoretically, and is of good adaptability in this block. So it provides an effective technical support for production testing horizon selection and block resource potential evaluation.

Sichuan Basin; Silurian; Shale gas; Isothermal adsorption experiment; Adsorbed gas content; Free gas content; Evaluation method

10.3787/j.issn.1000-0976.2016.08.006

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目"中國(guó)南方古生界頁(yè)巖氣賦存富集機(jī)理和資源潛力評(píng)價(jià)"(編號(hào): 2012CB214706-03)、四川省科技計(jì)劃項(xiàng)目"四川盆地下古生界頁(yè)巖氣資源潛力評(píng)價(jià)及選區(qū)"(編號(hào):2015SZ0001)、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)"頁(yè)巖氣勘探開發(fā)基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)"(編號(hào):XDB10010500).

鐘光海,1982年生,工程師,碩士;主要從事地球物理測(cè)井資料處理及綜合解釋工作.地址: (610041)四川省成都市高新區(qū)天府大道北段12號(hào).電話: (028)86015644.ORCID: 0000-0001-6555-829X.E-mail: zgh_kty@petrochina.com.cn