四川盆地焦石壩地區(qū)頁巖氣儲層孔隙參數(shù)測井評價方法

舒志國，關紅梅，喻 璐，柳 筠

(1.中國石化 江漢油田分公司，湖北 潛江 433124； 2.中國石化 江漢油田分公司 勘探開發(fā)研究院，武漢 430223)

四川盆地焦石壩地區(qū)上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組含氣頁巖厚度大、分布穩(wěn)定，具備整體含氣的特征，是典型的海相頁巖氣。根據(jù)國內(nèi)外頁巖氣的評價研究成果[1-5]，頁巖儲集特征研究的關鍵參數(shù)包括礦物組成、有機質(zhì)豐度、儲集空間類型、孔隙結構特征、含氣性等[6-14]。

焦石壩地區(qū)目前有16口井進行了系統(tǒng)的取心及巖心分析測試，取得了大量的分析數(shù)據(jù)和研究成果[15-18]，巖心孔隙度和孔隙結構實測結果反映焦石壩地區(qū)北部頁巖儲層的孔隙參數(shù)優(yōu)于南部儲層。

頁巖氣的評價研究成果表明，儲層的孔隙特征對含氣量有較大影響[19]。焦石壩地區(qū)北部頁巖儲層的含氣性優(yōu)于南部儲層，與孔隙參數(shù)的差異基本相同，說明孔隙特征參數(shù)是該區(qū)一個很關鍵的評價參數(shù)。

1 頁巖氣儲層孔隙特征參數(shù)分析

1.1 孔隙發(fā)育特征

焦石壩地區(qū)五峰—龍馬溪組頁巖儲層段發(fā)育孔隙類型包括無機孔隙、有機質(zhì)孔隙和微裂縫。無機孔隙主要包括黏土礦物晶間孔、粒間孔以及粒內(nèi)孔；有機孔隙屬于有機質(zhì)在后期熱演化過程形成的孔隙；微裂縫以頁理縫為主，主要出現(xiàn)在紋層發(fā)育段。

根據(jù)巖心物性分析結果，該區(qū)五峰—龍馬溪組頁巖儲層段總孔隙度縱向上可劃分為3個段：第Ⅲ段(儲層上部)為中高孔隙度段；第Ⅱ段 (儲層中部)為中低孔隙度段；第Ⅰ段 (儲層下部)為中高孔隙度段，呈現(xiàn)出兩高夾一低的縱向分布特征(表1)。巖心分析結果顯示，焦石壩地區(qū)北部JY-A井的物性好于南部JY-B井，北部儲層物性優(yōu)于南部儲層(表1)。

氬離子拋光掃描電鏡觀察結果鑒定，有機質(zhì)表面的有機孔隙面孔率在30%左右；結合干酪根密度，可反算出有機質(zhì)孔隙占總孔隙度的比例。計算結果顯示，自上而下(Ⅲ段—Ⅰ段)，有機質(zhì)孔隙逐漸增加(表1)，第Ⅰ段有機質(zhì)孔隙最發(fā)育，說明該段為頁巖氣有利儲集段。

1.2 孔隙結構特征

焦石壩地區(qū)頁巖儲層的平均孔徑僅有納米尺度大小，常規(guī)研究孔隙結構的技術手段如鑄體薄片分析、掃描電鏡法、壓汞法等由于測試方法的限制，很難準確測量頁巖的孔隙結構。氮氣吸附法在表征孔隙結構時能得到微觀結構的信息，與壓汞法聯(lián)合可以探測微孔到宏孔范圍的孔隙分布情況，在焦石壩地區(qū)得到廣泛應用。

表1 四川盆地焦石壩地區(qū)JY-A和JY-B井頁巖氣儲層孔隙度分段統(tǒng)計數(shù)據(jù)

氮氣吸附法是在77.3 K液氮中進行等溫物理吸附測定，能測量的孔徑范圍為0.35～500 nm。在氮氣吸附實驗測試前，所有樣品都經(jīng)過3 h、300 ℃ 高溫抽真空預處理，然后以純度大于99.999%的高純氮氣為吸附質(zhì)，在77.35 K溫度下測定不同相對壓力下的氮氣吸附量，再與常規(guī)壓汞測定的大孔數(shù)據(jù)結果進行對接，最終計算出不同孔徑尺度的孔隙所占總孔隙體積的比例。

焦石壩地區(qū)JY-A井30塊樣品壓汞—氮氣吸附聯(lián)合測定結果表明，五峰—龍馬溪組頁巖儲層段孔隙直徑主要位于小于24 nm的范圍內(nèi)，以微孔和中孔為主，包括少量的大孔(圖1)。分段統(tǒng)計結果表明，JY-A井第Ⅰ段主力頁巖氣層段(2 378 m以深的樣品)孔隙以微孔和中孔為主，大孔相對上部儲層發(fā)育；而第Ⅱ、Ⅲ段孔隙結構基本相同，主要以微孔和中孔為主，大孔相對不發(fā)育。

2 孔隙參數(shù)測井評價方法

由于取心及巖心分析測試條件的限制，采用測井資料評價頁巖儲層的孔隙參數(shù)是一種相對經(jīng)濟而實用的方法。核磁共振測井[20-21]在孔隙參數(shù)評價方面有獨到的優(yōu)勢，基于巖心核磁共振實驗數(shù)據(jù)，采用常規(guī)測井資料評價焦石壩頁巖儲層的孔隙度也取得了較好的效果。

2.1 焦石壩地區(qū)核磁共振測井評價效果分析

圖1 四川盆地焦石壩地區(qū)JY-A井頁巖儲層壓汞—吸附聯(lián)合測定孔徑分布特征

焦石壩地區(qū)采用的是斯倫貝謝公司的CMR-Plus可組合式核磁共振測井儀[22]，其采用了現(xiàn)代脈沖回波測量技術，信噪比提高了50%，能得到更準確的儲層孔隙參數(shù)信息。CMR-Plus在焦石壩地區(qū)采用針對頁巖氣藏特別設計的測量及計算模型，增加了對小孔的識別能力。

圖2為焦石壩地區(qū)CMR-Plus處理成果與核磁孔隙結構直方圖的實例，圖中前四道為常規(guī)測井曲線與深度道，第5道為巖性剖面，第6道為CMR-Plus處理的孔隙結構(Bin porosity)；直方圖為含氣頁巖段上、中、下三段儲層中部分井段的孔隙結構圖(按從小到大排列)。

由圖2可以看出，上段頁巖儲層常規(guī)測井的聲波時差、中子響應值比中段、下段的略高，顯示上段的孔隙度略大，中段、下段基本相同。但是從核磁測井處理的孔隙結構(Bin porosity)解釋結果可以直觀地看出，上段地層孔隙以微孔隙為主，主要是黏土束縛水孔隙，巖性剖面上也顯示了此段具有較高的黏土含量；而中段、下段的中—大孔明顯增加，表明黏土束縛水孔隙有所降低，巖性剖面上也顯示中段、下段的黏土含量較上段地層下降。

通過核磁孔隙分布直方圖(圖2b)也可以看出，中段儲層孔隙中的中—大孔比例要高于上段，下段儲層孔隙中的中—大孔比例是全井段最高的層段。通過對比孔隙結構直方圖可知，儲層內(nèi)自上而下，中、大孔的比例逐漸增大，說明五峰—龍馬溪組頁巖儲層段內(nèi)自上而下孔隙結構逐漸改善、有效孔隙度逐漸增加，這與巖心分析結果相吻合。

2.2 頁巖氣儲層孔隙參數(shù)測井評價方法

焦石壩地區(qū)頁巖氣采用的是水平井開發(fā)模式，但水平井中不能進行核磁共振測井，因此研究常規(guī)測井資料與核磁共振測井信息間的相關性、建立基于常規(guī)測井資料求取頁巖氣孔隙參數(shù)的解釋模型，是該區(qū)孔隙參數(shù)測井評價研究的關鍵。

核磁共振技術在頁巖巖心物性[23-25]與孔隙結構評價中也具有比較好的效果。由于常規(guī)測井資料不能表征頁巖儲層的孔隙結構，但能反映儲層的總孔隙度和有效孔隙度，因此開展常規(guī)測井資料與巖心核磁實驗總孔隙度、有效孔隙度參數(shù)之間的相關性研究，建立基于常規(guī)測井資料求取頁巖儲層總孔隙度、有效孔隙度的解釋模型，是孔隙參數(shù)評價的關鍵環(huán)節(jié)。

2.2.1 總孔隙度測井解釋模型

圖2 四川盆地焦石壩地區(qū)頁巖氣儲層核磁測井處理成果與核磁孔隙結構直方圖實例

將巖心核磁實驗的總孔隙度分析結果與測井資料進行最佳深度匹配后，根據(jù)最優(yōu)化數(shù)學方法，確定多元線性回歸法為最佳計算方法，即總孔隙度(POR總孔)與密度測井(DEN)、聲波時差(AC)、補償中子測井(CNL)進行多元線性擬合，相關系數(shù)相對較高。關系式為：

POR總孔=a·AC+b·CNL+c·DEN+d

式中：系數(shù)a、b、c、d可根據(jù)最小二乘法求取。

2.2.2 有效孔隙度測井解釋模型

根據(jù)巖心核磁實驗的有效孔隙度與測井資料的相關性分析研究，結果顯示有效孔隙度(POR有效孔)與密度測井(DEN)具有較好的正相關關系，可建立根據(jù)密度測井求取有效孔隙度的關系式：

POR有效孔=a·DEN+b

根據(jù)建立的解釋模型，對焦石壩地區(qū)頁巖儲層的總孔隙度、有效孔隙度進行了計算，并與巖心實測數(shù)據(jù)進行了對比分析(圖3)。

由圖3可以看出，采用建立的測井解釋模型計算的兩類孔隙度與巖心核磁實驗的結果吻合性都較好。根據(jù)對兩者的對比分析(表2)，結果顯示：測井解釋與巖心核磁實驗實測的數(shù)據(jù)中，91.7%的數(shù)據(jù)的絕對誤差都小于0.5%，低于行業(yè)規(guī)定的標準，說明根據(jù)解釋模型計算的孔隙度參數(shù)準確度較高。

總孔隙度、有效孔隙度測井計算結果能較好地評價焦石壩地區(qū)頁巖儲層的優(yōu)劣。對比分析結果顯示：縱向上頁巖儲層段的有效孔隙度自上而下呈增加趨勢，說明下段儲層為頁巖氣最有利儲集段；平面上焦石壩地區(qū)北部頁巖段的總孔隙度、有效孔隙度優(yōu)于南部，說明北部儲層物性優(yōu)于南部儲層，這與地質(zhì)評價結果是一致的。研究結果說明基于巖心核磁實驗建立的孔隙度參數(shù)測井解釋模型具有較好的應用價值。

圖3 四川盆地焦石壩地區(qū)北部與南部頁巖儲層孔隙度參數(shù)對比實例

井號層段總孔隙度/%核磁實驗測井解釋絕對誤差有效孔隙度/%核磁實驗測井解釋絕對誤差JY-XJY-YⅢ4．785．210．432．611．88-0．73Ⅱ4．154．270．122．332．21-0．12Ⅰ4．954．81-0．143．143．06-0．08Ⅲ4．374．390．021．891．70-0．19Ⅱ3．353．460．111．621．990．37Ⅰ4．104．130．032．552．690．14

3 結論

(1)孔隙特征參數(shù)是焦石壩地區(qū)頁巖氣儲層評價的一個關鍵參數(shù)。巖心物性和孔隙結構特征分析結果表明，該區(qū)五峰—龍馬溪組含氣頁巖段下部儲層為頁巖氣最有利儲集段，區(qū)塊北部儲層的物性和孔隙結構優(yōu)于南部儲層。

(2)核磁共振測井解釋結果顯示，焦石壩地區(qū)頁巖儲層段自上而下物性和孔隙結構逐漸變好，平面上自南向北頁巖儲層的物性和孔隙結構有明顯改善的趨勢，解釋結果與地質(zhì)評價一致，說明核磁共振測井是該區(qū)頁巖儲層孔隙特征參數(shù)評價的一項有效的技術。

(3)根據(jù)巖心核磁實驗數(shù)據(jù)與常規(guī)測井資料的相關性分析結果，建立了焦石壩地區(qū)頁巖儲層的總孔隙度、有效孔隙度測井解釋模型?？紫抖扔嬎憬Y果與巖心實測結果對比顯示，91.7%的數(shù)據(jù)其絕對誤差都小于0.5%，采用孔隙度計算結果能較好地評價焦石壩地區(qū)頁巖儲層的物性變化情況，可滿足該區(qū)頁巖儲層孔隙參數(shù)評價的需求。

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