地質(zhì)錄井技術(shù)在頁巖氣勘探開發(fā)中的應(yīng)用探討

王俊峰

（大慶鉆探工程公司地質(zhì)錄井一公司，黑龍江 大慶 163000）

1 概述

隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，對(duì)能源的需求量不斷上升，國內(nèi)油氣田產(chǎn)量不能滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，油氣進(jìn)口量占比不斷上升。與此同時(shí)，國內(nèi)老油田經(jīng)過多年開發(fā)，產(chǎn)量提升有限，勘探的目標(biāo)逐漸向非常規(guī)油氣資源轉(zhuǎn)變，頁巖油氣逐漸成為勘探的熱點(diǎn)。頁巖氣作為一種嶄新的非常規(guī)天然氣資源，在美國頁巖氣勘探開發(fā)取得巨大突破，帶來一連串連鎖效應(yīng)，改變了能源市場(chǎng)供應(yīng)格局。我國也加大了對(duì)頁巖氣勘探開發(fā)力度，已鉆井實(shí)踐表明，我國具有豐富的頁巖氣資源，已探明儲(chǔ)層達(dá)百億立方米，遠(yuǎn)高于常規(guī)天然氣儲(chǔ)量[1-2]。然而，我國天然氣勘探及開發(fā)起步較晚，很多技術(shù)亟待提升及突破，勘探及開發(fā)技術(shù)短板是制約頁巖氣規(guī)模開發(fā)、效益開發(fā)的關(guān)鍵。地質(zhì)錄井作為頁巖氣鉆井現(xiàn)場(chǎng)的重要勘探技術(shù)，在及時(shí)發(fā)現(xiàn)頁巖氣顯示、評(píng)估頁巖氣儲(chǔ)層含氣性等方面發(fā)揮重要作用，但由于頁巖氣儲(chǔ)層不同于常規(guī)油氣儲(chǔ)層，常規(guī)巖屑錄井、氣測(cè)錄井、地化錄井等技術(shù)在頁巖氣錄井中存在不適應(yīng)性，需要加強(qiáng)頁巖氣錄井技術(shù)研究，發(fā)揮地質(zhì)錄井在頁巖氣錄井中的重要作用。

2 頁巖氣儲(chǔ)層特征

頁巖氣是指賦存于暗色泥頁巖中，以吸附態(tài)或游離態(tài)的方式富集于儲(chǔ)層中，頁巖氣通常具有源儲(chǔ)一體的特征，不同于常規(guī)油氣的富集方式。在頁巖氣儲(chǔ)層中巖性以頁巖層為主，也有頁巖與砂巖互層、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖等巖性。頁巖氣儲(chǔ)層由于孔隙度低，滲透率低，頁巖生烴后運(yùn)移通道不暢，通常在原地就近富集成藏，具有典型的自生自儲(chǔ)模式。頁巖氣多富集在盆地中分布厚度大、面積廣的烴源巖地層中，既是儲(chǔ)層也是蓋層，有機(jī)質(zhì)含量高。頁巖氣通常以游離態(tài)和吸附態(tài)賦存頁巖氣儲(chǔ)層孔隙中[3]。頁巖氣儲(chǔ)層具有致密、孔隙度低、滲透率低、氣體流動(dòng)阻力大等特點(diǎn)，開發(fā)難度較大。頁巖氣井具有產(chǎn)量低、生產(chǎn)實(shí)時(shí)間長的特點(diǎn)[4]，要實(shí)現(xiàn)頁巖氣資源的效益開發(fā)，必須降低鉆井施工成本、縮短鉆井周期，同時(shí)采取大規(guī)模縫網(wǎng)壓裂技術(shù)，降低頁巖氣開發(fā)成本，提升頁巖氣開發(fā)效益。

3 頁巖氣井錄井存在的難題

頁巖氣儲(chǔ)層具有孔隙度低、滲透率低的特點(diǎn)，頁巖氣井產(chǎn)量低、生產(chǎn)周期長，為了實(shí)現(xiàn)效益開發(fā)，通常采用水平井大規(guī)模壓裂的開發(fā)模式。同時(shí)為了縮短鉆井周期，使用PDC鉆頭鉆井、空氣鉆井、氮?dú)忏@井等鉆井技術(shù)，這些新的鉆井技術(shù)的應(yīng)用，給地質(zhì)錄井工作帶來了難題，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①巖屑細(xì)碎或者呈粉末狀，給錄井巖性識(shí)別增加了難度。由于使用PDC鉆井，導(dǎo)致巖屑細(xì)碎，特別是空氣鉆井或者氮?dú)忏@井，巖屑呈粉末狀，巖屑采集及識(shí)別定名難度較大；②卡層難度大。一方面，氣體鉆井條件導(dǎo)致巖屑呈粉末狀，準(zhǔn)確識(shí)別定名難度較大，增加了卡層難度。另一方面，頁巖氣井為了節(jié)約成本，通常不使用LWD 隨鉆測(cè)井，只使用MWD旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向，由于隨鉆跟蹤手段有限，卡層難度增加；③頁巖氣儲(chǔ)層發(fā)現(xiàn)及評(píng)價(jià)難題。由于頁巖氣以游離態(tài)和吸附態(tài)賦存于頁巖層中，隨鉆氣測(cè)分析通常只能測(cè)定游離氣，吸附氣短時(shí)間難以解析出來[5]。因此，難以準(zhǔn)確評(píng)估儲(chǔ)層含氣量，需要開發(fā)專門的評(píng)估手段；④地層壓力監(jiān)測(cè)、工程異常監(jiān)測(cè)難度增加。頁巖氣鉆井會(huì)使用到氣體鉆井條件，在氣體鉆井條件下，工程參數(shù)異常判斷機(jī)理發(fā)生了變化，如何準(zhǔn)確判斷工程異常成為課題。

4 頁巖氣錄井技術(shù)對(duì)策

4.1 常規(guī)錄井技術(shù)

常規(guī)地質(zhì)錄井技術(shù)如巖屑錄井、氣測(cè)錄井、工程錄井，是地質(zhì)錄井工作的基礎(chǔ)，通過人工采集、觀察、分析巖屑樣品，判斷錄井氣測(cè)顯示異常，及時(shí)發(fā)現(xiàn)油氣顯示。通過實(shí)施監(jiān)測(cè)工程參數(shù)異常，及時(shí)發(fā)現(xiàn)鉆井工程異常。針對(duì)頁巖氣井巖屑細(xì)碎的情況，要加強(qiáng)巖屑錄井工作，認(rèn)真撈取巖屑，保證巖屑樣品足夠，要撈取新型的巖屑樣品，保證樣品的代表性。要加強(qiáng)對(duì)巖屑樣品的識(shí)別描述，借助放大鏡等設(shè)備，提高巖屑識(shí)別定名的準(zhǔn)確性。對(duì)于氣測(cè)錄井，要認(rèn)真分析氣測(cè)異常，準(zhǔn)確判別異常氣測(cè)顯示情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)油氣顯示。氣測(cè)分析主要依靠氣測(cè)全烴與組分曲線變化幅值或形態(tài)、皮克斯勒、甲烷相對(duì)含量等圖版進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)于工程錄井，要加強(qiáng)對(duì)錄井工程參數(shù)的監(jiān)測(cè)，運(yùn)用多參數(shù)綜合分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程異常情況。

4.2 頁巖氣含氣性評(píng)價(jià)

頁巖氣以游離態(tài)和吸附態(tài)存在于頁巖儲(chǔ)層中，氣測(cè)錄井得到的是游離態(tài)頁巖氣含量，對(duì)于吸附態(tài)頁巖氣，可以通過解吸裝置，將吸附氣分離出來，然后使用色譜儀進(jìn)行分析。色譜儀能夠快速分析烴源巖中有機(jī)質(zhì)豐度、類型和成熟度。通過巖石熱解分析，可以得到S0、S1、S2、S4等巖石熱解參數(shù)，通過這些參數(shù)，可以得到頁巖樣品中總有機(jī)碳含量，通過巖石熱解分析參數(shù)關(guān)系，可以分析有機(jī)質(zhì)類型。將有機(jī)質(zhì)類型和Tmax結(jié)合分析，可以評(píng)價(jià)有機(jī)質(zhì)類型。

4.3 加強(qiáng)元素分析技術(shù)應(yīng)用

目前XRF 元素分析技術(shù)已經(jīng)在錄井行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，屬于比較成熟的錄井技術(shù)。XRF 元素分析儀一次可同時(shí)分析34 個(gè)元素（主量元素14 種，微量元素20種），分析精度可達(dá)1ppm，單個(gè)樣品分析時(shí)間小于600s。元素分析技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，在巖性識(shí)別、精準(zhǔn)卡層、精細(xì)地層分層、沉積相研究、儲(chǔ)層物性評(píng)價(jià)、工程預(yù)警、地質(zhì)導(dǎo)向方面得到了廣泛應(yīng)用，起到較好的應(yīng)用效果。頁巖地層中Si、Al、Fe、Ca等元素會(huì)有顯著特征，通過分析典型元素變化特征，能夠?qū)搸r地層進(jìn)行識(shí)別，在小層對(duì)比、卡層等方面發(fā)揮重要作用?？梢酝ㄟ^元素分析數(shù)據(jù)計(jì)算巖石中石英、長石及粘土礦物成分，實(shí)現(xiàn)對(duì)巖性識(shí)別。脆性是評(píng)價(jià)頁巖氣儲(chǔ)層的重要指標(biāo)，頁巖脆性好利于壓裂造縫，能夠形成復(fù)雜的網(wǎng)狀縫。評(píng)價(jià)頁巖脆性通過分析頁巖中含有的石英、碳酸鹽礦物含量，石英和碳酸鹽礦物含量越高，脆性越好。通過元素分析結(jié)果中Si、Ca、Al 元素?cái)?shù)據(jù)，計(jì)算得到石英、碳酸鹽礦物含量，評(píng)價(jià)頁巖儲(chǔ)層脆性。

5 結(jié)束語

隨著我國老油田持續(xù)開發(fā)，主力區(qū)塊勘探開發(fā)程度越來越高，油田增儲(chǔ)上產(chǎn)的壓力增大，勘探目標(biāo)逐漸向非常規(guī)油氣資源轉(zhuǎn)變。我國頁巖氣資源豐富，加大對(duì)頁巖氣資源的勘探開發(fā)力度對(duì)于緩解天然氣資源供需緊張具有重要意義。地質(zhì)錄井在頁巖氣開發(fā)中發(fā)揮重要作用，通過巖屑錄井、氣測(cè)錄井、工程錄井等技術(shù)，為發(fā)現(xiàn)頁巖氣顯示、評(píng)價(jià)頁巖氣儲(chǔ)層含氣性、指導(dǎo)安全高效鉆井提供依據(jù)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)頁巖氣效益開發(fā)，提高頁巖氣勘探開發(fā)效果具有重要意義。