淺談頁巖氣測井評價技術特點及評價方法

高春明（湖南省煤田地質(zhì)局第一勘探隊，湖南耒陽421800）

淺談頁巖氣測井評價技術特點及評價方法

高春明（湖南省煤田地質(zhì)局第一勘探隊，湖南耒陽421800）

運用測井評價技術針對頁巖氣進行評價，從而快速計算出頁巖層有機碳（TOC）的含量等相關特性。本文探討了具體運用測井方法實施頁巖氣勘察與評價的過程，從而實現(xiàn)對于頁巖氣的有效評價與預測。

頁巖氣；測井評價；特點

1 引言

頁巖氣是從頁巖層中開采出來的天然氣，其特征在于自生自儲、大面積連續(xù)成藏，且低孔、低滲，通常會形成于有機成因的不同階段。在頁巖氣的勘探開發(fā)過程中，測井技術發(fā)揮了重要作用，充分料評價頁巖氣的方式，進行相應的開采與評價，因而在頁巖氣的勘察開采中得到了有效的應用。

2 頁巖氣的地質(zhì)特征

頁巖氣，通常是位于富含有機質(zhì)的暗色泥頁巖、高碳泥頁巖中，通常是以吸附、游離或溶解的狀態(tài)，賦存于泥頁巖中，相較于常規(guī)的天然氣藏，頁巖氣具備的最顯著特征在于它是一個自給系統(tǒng)。頁巖不僅是氣源巖，同時也是儲層和封蓋層。當所埋藏位置出現(xiàn)溫度升高或細菌侵入時，則存在于暗色泥頁巖中的有機質(zhì)、已生成的液態(tài)烴等，就會發(fā)生裂解、降解等，從而形成氣態(tài)烴，游離于基質(zhì)孔隙和裂縫之中，或者吸附在有機質(zhì)、粘土礦物的表面，當遭遇一定地質(zhì)條件時，即會就近聚集，最終形成頁巖氣藏。

3 頁巖氣測井評價技術探討

3.1 常用評價技術

（1）頁巖氣有效儲層評價技術，該技術需要依托于常規(guī)測井技術，優(yōu)勢在于能夠在一定程度上，滿足對于頁巖氣儲層孔隙度、滲透率、含氣飽和度等方面特性的評價與勘查。

（2）巖石力學參數(shù)評價技術，該技術是依托特殊測井系列和巖石物理實驗，例如采用的全波列測井、偶極聲波測井等，均是以巖石物理分析作為技術基礎，通過建立巖石力學計算模型，計算相應的力學參數(shù)等，從而實現(xiàn)壓裂效果預測和壓裂效果檢測。

（3）頁巖氣礦物成分與儲層結(jié)構(gòu)評價技術，該技術依托的是常規(guī)測井、特殊測井組合系列，以及巖石物理實驗，以巖石的物理實驗成果為依據(jù)，結(jié)合巖心刻度測井技術，針對頁巖氣的礦物成分進行分析與評價，最終確定頁巖的礦物成分、裂縫類型等，為尋找高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)層提供參考。

（4）綜合測井評價解釋方法，該方法是綜合運用測井、巖心、錄井等資料，通過建立頁巖氣的儲層參數(shù)解釋模型，用以評價頁巖氣所儲層的TOC含量、有機質(zhì)成熟度、有效厚度等，最終建立頁巖儲層的相應評價標準。

3.2 頁巖氣測井技術特點分析

當前國內(nèi)所實施的頁巖氣儲層測井評價，通常采用的是常規(guī)測井、元素俘獲能譜測井 （ECS）、自然伽馬能譜測井（NGS）以及巖性密度測井等，然后計算獲得頁巖礦物組分，有效解決了頁巖氣的相關信息勘察與評價。

3.2.1 測井曲線特征

頁巖氣常規(guī)測井曲線呈現(xiàn)“三高兩低”特征：高自然伽馬、高電阻率、高中子、低密度、低PE（光電吸收截面指數(shù)）。測井選取原則如下：常規(guī)測井方法的研究對象與鄰域較為寬泛，其中包括常規(guī)資源領域生油巖評價、儲集層評價和巖石力學分析等，這些方法、技術等，均可以應用于頁巖氣的測井評價中，且能夠基本上滿足測井要求。根據(jù)當?shù)氐膶嶋H地理特點，當前較為常用的常規(guī)或特殊測井項目、應用范圍等，如圖1。

圖1 頁巖氣常規(guī)測井曲線

3.2.2 頁巖氣儲層測井響應特征

使用測井資料進行頁巖評價，其理論依據(jù)主要在于頁巖內(nèi)的有機物質(zhì)含量。一般情況下，有機碳含量越高的頁巖層其物性特征差異也就日益明顯，可以采用測井曲線來反應其異常程度。

（1）在雙側(cè)向電阻率上表現(xiàn)為低值。因頁巖層往往富含導電性較弱的烴類，因而會在電阻率曲線上，體現(xiàn)為略高于泥巖的異常特征。

（2）聲波時差曲線呈現(xiàn)高值。頁巖相較于泥巖致密、低孔隙，且聲波的時差是介于泥巖與砂巖之間的。存在裂縫發(fā)育或富含有機質(zhì)的情況下，聲波的時差值也會隨之變大。

（3）密度呈現(xiàn)低值。頁巖密度值一般處于煤層和砂巖之間，但同時又高出煤層很多。當存在裂縫發(fā)育、富含有機質(zhì)的情況，則相應的密度值也會降低。

（4）自然伽馬測井曲線體現(xiàn)異常。有機質(zhì)豐度高的細粒碎屑巖，通常會伴隨放射性元素含量增加的特征。

4 頁巖氣測井識別評價技術

4.1 含氣頁巖儲層的測井識別

與常規(guī)氣一樣，頁巖氣屬于不導電介質(zhì)，其物理特性為密度值也較小、含氫指數(shù)較低、傳播速度慢等。含氣頁巖測井的響應與普通的頁巖相比，還具備了自然伽馬強度高、電阻率大、地層體積密度以及光電效應低等方面的特點，而高自然伽馬強度，通常會被認為是頁巖中的干酪根函數(shù)。

4.2 總有機碳（TOC）含量、熱成熟度（Ro）指標計算

干酪根的形成，大多需要處于一個放射性元素鈾含量相對較高的還原環(huán)境中，因此，干酪根會影響自然伽馬曲線出現(xiàn)高值。利用自然伽馬測井，可以通過自然伽馬能譜，詳細分析其中的鉀、鈾等主要元素豐度，進而定量確定總體的有機碳含量。而采用中子—密度法，則能夠指示鏡質(zhì)體的反射率（CR）。

4.3 頁巖儲集層含氣飽和度估算

對于頁巖儲集層的含氣飽和度，通?？蛇\用雙側(cè)向、感應測井、CMR核磁共振測井等來進行估算。另外，還可依據(jù)等溫吸附曲線、測井等方式所獲得的地層溫度、壓力計算地層的吸附氣含量，以茹土礦物含量、類型和地層孔隙度等精確信息為基礎，即可通過計算得到相應的游離氣飽和度。以吸附等溫線法為例，是將等溫吸附實驗數(shù)據(jù)繪制在曲線上，可以描述同一溫度、不同壓力下煤巖的氣體吸附量，其數(shù)學表達溫吸附方程如下：

式中：Vg為煤層吸附氣量，cm3/g；VL為煤儲層理論飽和吸附氣量，又稱蘭氏體積，cm3/g；PL為吸附氣量達到飽和吸附量一半時對應的氣體壓力，又稱蘭氏壓力，MPa。

4.4 頁巖滲透性評價

運用自然電位、自然伽馬能譜、微電極、CMR核磁共振測井等技術，可評價頁巖的滲透性。

4.5 頁巖孔隙、裂縫參數(shù)評價

采用合適的測井評價系統(tǒng)，針對頁巖的礦物成分、總孔隙度、有效孔隙度、含氣孔隙度、含水孔隙度、含水飽和度、總有機物含量、干酪根、游離氣以及吸附氣等各個方面性質(zhì)進行定量估算。以各個有效參數(shù)的估算結(jié)果作為基礎，即可估算出單井地質(zhì)的儲量、產(chǎn)量等情況。

4.6 頁巖巖石力學參數(shù)計算

依據(jù)聲波掃描測井、中子密度、成像測井等信息，可以綜合計算獲得巖石的彈性參數(shù)，進而可以確定地層的應力以及最大主應力的具體方位。

5 結(jié)語

針對頁巖氣特征，可采取頁巖氣測井評價的方法，進行分析與總結(jié)，進而能夠為頁巖氣的勘探、開發(fā)等，提供重要的技術和信息支持。通過能夠詳細分析頁巖氣具體分布、成分含量與具體位置等信息，合理使用測井技術，即可為發(fā)展適合我國頁巖氣勘探開發(fā)技術明確方向。

[1]王香增，吳金橋，張軍濤.陸相頁巖氣層的CO_2壓裂技術應用探討[J].天然氣工業(yè)，2014，34（1）：64～67.

[2]涂 乙，鄒海燕，孟海平，等.頁巖氣評價標準與儲層分類[J].石油與天然氣地質(zhì)，2014，35（1）：153～158.

P631.84

A

2095-2066（2016）35-0119-02

2016-12-3

高春明（1973-），男，漢族，工程師，本科，主要從事地球物理勘查技術工作。