基于多元回歸分析法預(yù)測(cè)總有機(jī)碳含量

張林光 譚靜

摘 要：在頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的研究中，總有機(jī)碳含量（TOC）是一個(gè)重要的指標(biāo)，它能夠反映頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的生烴潛力、儲(chǔ)集能力，進(jìn)而決定頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的含油量。準(zhǔn)確獲取頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的TOC含量對(duì)于頁(yè)巖氣的開發(fā)具有重要意義。利用測(cè)井資料對(duì)TOC含量進(jìn)行擬合與預(yù)測(cè)，能夠彌補(bǔ)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層取心少、實(shí)測(cè)樣品分布不連續(xù)的不足。利用多元回歸分析法對(duì)總有機(jī)碳含量進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè)，增加了可用測(cè)井參數(shù)的種類，即通過(guò)綜合考慮多種測(cè)井參數(shù)后優(yōu)選出最能夠反映有機(jī)碳含量變化的測(cè)井參數(shù)，從而增強(qiáng)了計(jì)算結(jié)果的客觀性和可靠性。

關(guān)鍵詞：頁(yè)巖氣；測(cè)井評(píng)價(jià)；總有機(jī)碳；多元回歸分析

頁(yè)巖氣是指主體位于暗色泥頁(yè)巖或高碳泥頁(yè)巖及其間所夾砂質(zhì)、粉砂質(zhì)泥巖地層中，以吸附態(tài)或游離態(tài)為主要存在方式的天然氣聚集。頁(yè)巖氣潛力評(píng)價(jià)主要包括生氣能力、儲(chǔ)集氣能力及易開采性3個(gè)方面[1-3]，頁(yè)巖中的有機(jī)質(zhì)是烴類形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，同時(shí)為頁(yè)巖氣的吸附提供重要載體[4-5]。此外在有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為烴類的過(guò)程中，形成的有機(jī)孔和微裂隙也是頁(yè)巖氣賦存的重要場(chǎng)所。通常成熟頁(yè)巖中殘余有機(jī)質(zhì)豐度與含氣量表現(xiàn)出正相關(guān)性，故有機(jī)質(zhì)豐度在頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)中具有重要意義。在以往的地質(zhì)研究中，總有機(jī)碳含量（TOC）主要依靠地球化學(xué)分析測(cè)試方法獲得，該方法周期較長(zhǎng)，受鉆井取心和實(shí)驗(yàn)分析費(fèi)用的限制，一般不可能獲得連續(xù)的TOC參數(shù)，因此常以有限樣品的均值來(lái)代表整套泥頁(yè)巖層的有機(jī)碳含量。而實(shí)際地質(zhì)條件下，頁(yè)巖通常呈分散的薄層，單純采用離散TOC實(shí)驗(yàn)室分析值的幾何平均來(lái)評(píng)價(jià)較厚頁(yè)巖層的生烴潛力顯然是不合理的[6-7]。通過(guò)分析頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的測(cè)井響應(yīng)特征，建立不同類型測(cè)井曲線與有機(jī)碳之間的定量關(guān)系，就可以在一定程度上彌補(bǔ)這些不足。此外，在對(duì)只有測(cè)井曲線數(shù)據(jù)而無(wú)其它地球化學(xué)數(shù)據(jù)的老井進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，可以應(yīng)用鄰近的已建立的有機(jī)碳單井測(cè)井解釋模型對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)。本文主要介紹如何利用多元回歸法對(duì)總有機(jī)碳含量進(jìn)行模擬與預(yù)測(cè)，建立多元回歸方程，以期定量計(jì)算頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的總有機(jī)碳含量，從而為頁(yè)巖氣測(cè)井評(píng)價(jià)奠定基礎(chǔ)。

1 頁(yè)巖的測(cè)井響應(yīng)特征

含有機(jī)質(zhì)的頁(yè)巖是由形成于靜水環(huán)境下的泥巖經(jīng)各種成巖作用演變而來(lái)的，其組成成分復(fù)雜多樣，主要為有機(jī)質(zhì)、石英、長(zhǎng)石、方解石、白云石、伊利石、綠泥石、蒙皂石、黃鐵礦、磷灰石等。頁(yè)巖不僅成分復(fù)雜，而且其孔、滲性較常規(guī)儲(chǔ)層而言極差，因此頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的測(cè)井響應(yīng)特征與常規(guī)儲(chǔ)層相比有著明顯的差別。

不同類型的測(cè)井曲線對(duì)于頁(yè)巖氣儲(chǔ)層有著不同的響應(yīng)機(jī)理、特征。例如，自然伽馬測(cè)井曲線的響應(yīng)與頁(yè)巖的沉積過(guò)程相對(duì)應(yīng)，是頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)組分最為直接的響應(yīng)。電阻率測(cè)井曲線則反映了頁(yè)巖氣儲(chǔ)層中有機(jī)質(zhì)含量的高低。聲波時(shí)差測(cè)井曲線、密度測(cè)井曲線和中子測(cè)井曲線反映了頁(yè)巖的孔隙性，而頁(yè)巖孔隙性主要受控于有機(jī)質(zhì)含量的高低，因此這三種測(cè)井曲線都能在一定程度上反映出有機(jī)質(zhì)含量的高低。在中子孔隙度測(cè)井中，由于熱中子既可以與固態(tài)有機(jī)質(zhì)中的氫原子進(jìn)行核反應(yīng)，也可以與天然氣中的氫原子進(jìn)行核反應(yīng)，因此對(duì)單純?cè)u(píng)價(jià)有機(jī)質(zhì)不利，一般不用于有機(jī)質(zhì)含量的評(píng)價(jià)。

利用測(cè)井曲線形態(tài)和測(cè)井曲線相對(duì)大小可以快速而直觀地識(shí)別頁(yè)巖氣儲(chǔ)集層。所需的常規(guī)測(cè)井曲線主要包括：自然伽馬、井徑、中子密度、巖性密度、體積密度、聲波時(shí)差及電阻率等測(cè)井曲線。有機(jī)質(zhì)一般具有特殊的物理性質(zhì)，在測(cè)井曲線上主要表現(xiàn)為“三高一低”的響應(yīng)特征，即高自然伽馬和能譜測(cè)井、低密度、高聲波時(shí)差、相對(duì)高電阻率異常等；井徑曲線表現(xiàn)為擴(kuò)徑。與普通頁(yè)巖相比，含氣頁(yè)巖具有自然伽馬強(qiáng)度高、電阻率大、地層體積密度和光電效應(yīng)低等特征。

2 多元回歸分析法

有機(jī)碳含量不僅在電阻率和聲波時(shí)差測(cè)井曲線上有所反映，同時(shí)還對(duì)自然伽馬、中子、密度等其他測(cè)井響應(yīng)有明顯的影響。自然伽馬測(cè)井是測(cè)量巖石總的自然伽馬射線強(qiáng)度，主要與巖石吸附釷、鈾等放射性物質(zhì)有關(guān)。普通泥頁(yè)巖的鈾含量約3×10-6，占總自然伽馬放射性的20%-30%，而富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖的鈾含量通常為20×10-6-40×10-6或更大，占總自然伽馬放射性的70%-80%，因此有機(jī)碳含量與自然伽馬具有較強(qiáng)相關(guān)性；中子測(cè)井本質(zhì)上是測(cè)量含氫指數(shù)，由于有機(jī)質(zhì)的含氫指數(shù)大于黏土礦物的含氫指數(shù)，因此有機(jī)碳含量高的泥頁(yè)巖呈現(xiàn)較大的中子測(cè)井值；地層密度測(cè)井主要測(cè)量巖石骨架密度和流體密度，地層中流體越多意味著孔隙度越大。壓實(shí)程度、巖石骨架和流體密度均相似的泥頁(yè)巖，其含水飽和度大致相當(dāng)，且有機(jī)質(zhì)與水的密度相似（約1.0g/cm3），小于圍巖基質(zhì)的密度（黏土骨架密度為2.30-3.10 g/cm3），因而使富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖的密度測(cè)井值降低。有機(jī)碳含量與上述測(cè)井曲線存在密切響應(yīng)關(guān)系，使得通過(guò)多元回歸分析建立有機(jī)碳含量與多個(gè)測(cè)井參數(shù)之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系成為可能。

在實(shí)際使用多元回歸分析法對(duì)總有機(jī)碳含量進(jìn)行預(yù)測(cè)與模擬時(shí)，首先將取心段樣品的TOC數(shù)據(jù)與測(cè)井曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行深度上的校正，在兩者深度一一對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)上，利用數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)TOC數(shù)值與各種測(cè)井曲線數(shù)值的相關(guān)性進(jìn)行分析，得到與TOC數(shù)值相關(guān)性最高的一種或幾種測(cè)井曲線類型及其相關(guān)系數(shù)，即為最能反映有機(jī)碳含量變化的參數(shù)。此時(shí)可以建立一個(gè)以測(cè)井曲線數(shù)值為自變量、TOC數(shù)值為應(yīng)變量的多元回歸方程，再將目的層段的測(cè)井曲線數(shù)據(jù)代入方程后，就可以預(yù)測(cè)出目的層段任意深度的TOC數(shù)值，完成對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的評(píng)價(jià)。建立這一具有良好相關(guān)性的經(jīng)驗(yàn)公式后，還可以在工區(qū)內(nèi)鄰近的老井進(jìn)行解釋與評(píng)價(jià)。

3 結(jié)論

利用測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的總有機(jī)碳含量進(jìn)行評(píng)價(jià)，能夠克服室內(nèi)巖心分析時(shí)的誤差，評(píng)價(jià)結(jié)果比較可靠，能夠經(jīng)濟(jì)、快速地實(shí)現(xiàn)連續(xù)性評(píng)價(jià)。利用多元回歸分析法時(shí)需考慮因素多，參數(shù)選擇合理、有效，能夠在一定程度上避免井徑對(duì)單一測(cè)井方法的影響。

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作者簡(jiǎn)介

張林光 （1992-），男，碩士，長(zhǎng)江大學(xué)研究方向，頁(yè)巖氣成藏地質(zhì)學(xué)。