浅析页岩气储层测井评价方法—以苏皖地区某测井为例

浅析页岩气储层测井评价方法—以苏皖地区某测井为例

赵金金

（江苏煤炭地质勘探三队；江苏 常州；213000）

摘要：我国页岩气的开发及利用仍处于起步阶段，与发达国家相比具有较大差距；基于此，本文对页岩气储层测井评价方法进行了探讨。以苏皖地区某测井为例，说明了传统测井可满足页岩气的识别要求，还可用于估算有机碳含量（TOC）及储层含气量。页岩气测井技术的开发与应用对早日实现我国能源多样化及能源安全具有重要的意义。

关键词：页岩气、测井技术、储层识别、响应特征

1引言

页岩气相比于石油、煤炭及天然气而言属于非常规能源，在世界范围内广泛分布，但开采难度较大。现阶段，美国是全球实现页岩气商业化开发最为成功的国家，其不仅具有丰富的页岩气资源，而且具备成熟的开采技术。据最新统计,我国页岩气地质资源量可达80.45×1012～144.5×1012m3，可采资源量为11.5×1012～36.1×1012m3，但主要集中于埋深3500m左右的岩层中，占到总量的63%，开发难度较大。面对日益短缺的传统能源而言，加速推进我国页岩气产业的技术革新，不仅可以改善我国能源环境，而且可以缓解能源紧缺、优化能源结构具有重要意义。

相比于钻井取芯、岩心实验室分析等技术而言，地球物理测井具备了操作简单、技术成熟、价格较低及快速高效的优势；可快速捕获多种地层信息，结合相应的解释技术，有效识别页岩气储层，是现阶段各国页岩气勘察开发的主要手段[1]。与国外发达国家页岩气开发技术相比，我国仍处于起步阶段，测井技术的方法与应用仍需要进一步提高，因此对测井评价的研究具有较大的现实意义。本文旨在以苏皖地区某测井为例，总结了测井技术及含气量的识别技术，探讨常规测井解释模型及页岩气层解释模型，可更好的服务页岩气的勘察开发工作。

2测井技术及含气层识别

2.1测井技术

页岩气测井技术是美国斯伦贝谢公司在页岩气勘探实践的基础上建立起来的，主要包含了自然伽马、电阻率、声波时差、FMI及ECS等测井技术。常规的测井技术主要指采用探测地层电性、放射性、声波传播特性的测井方法，自然电位、自然伽马、井径、声波时差、岩性密度等测井技术，实现对页岩气储层的有效识别[2]。

自然伽马可区分普通页岩及含气页岩；自然电位是有效划分有效储层的主要手段；深浅电阻率可反映储层内的含气量；声波时差及中子孔隙度在含气层中随着页岩气的增加而变大；而地层密度随着含气量的增加而变小。

2.2含气层识别

含气层的识别是页岩气勘探的首要任务；在含气层页岩中，测井表现为自然伽马高、声波时差高、中子孔隙度高；而补充密度及渗透率低；页岩气测井表现具体特征见表1。

表1  页岩气测井响应特征

根据上述页岩气测井的响应特征，可以有效的识别页岩含气层。以苏皖地区某测井页岩气层识别为例，该井段1015.7--1017.7m，厚度2.0m。该层录井岩性为灰黑色泥岩、灰黑色粉砂质泥岩。测井响应特征表现为自然伽马值为337.1API左右，地层平均电阻率912.7Ω·m，自然电位无异常，声波时差平均值63.7us/ft，密度测井平均值2.45g/cm3，中子测井值33.9%。储层岩心致密，孔隙度平均值2.8%，渗透率平均值0.04×10-3um2。储层气测显示异常，可判断为含气层。

图1 苏皖地区某测井曲线

3测井评价技术与方法

    根据获得测井响应有效识别含气层的基础上，可展开对含气层的定量及定性分析，判断含气量及是否具有开发价值。

3.1常规测井解释模型

苏皖地区某测井采用RD-6600常规测井系列，对目标段采用CRA进行处理解释，储层参数求解方法如下：

（1）泥质含量（Vsh）

计算泥质含量所采用的计算公式为：

   公式（1）

式中，GCUR为地层常数，本测井中取2.0。

（2）孔隙度（Φ）

采用补偿密度与中子交会法，其响应方程为：

1=Φ+Vc1+Vc2;  ρb=Φρf+(Vc1*ρc1)+(Vc2*ρc2)

ΦN=ΦNf+(Vc1*ΦN1)+(Vc2*ΦN2)           公式（2）

△T=Φ*△Tf+(Vc1*△Tc1)+(Vc2*△Tc2)

式中，ρf、ΦNf、△Tf分别为密度、中子、声波时差流体值（g/cm

3、%、μs/ft）；ρc1、ΦN1、△Tc1分别为第一矿物的密度、中子、声波时差骨架值（g/cm3、%、μs/ft）；ρc2、ΦN2、△Tc2分别为第二矿物的密度、中子、声波时差骨架值（g/cm3、%、μs/ft）；ρb、ΦN、△T分别为密度、中子、声波时差的测井值（g/cm3、%、μs/ft）；Vc1、Vc2分别为两种矿物的相对体积;Φ为计算孔隙度。

（3）含水饱和度（Sw）

含水饱和度参数变化规律受储层岩性、物性等多种因素控制，较为复杂，一般采用阿尔奇公式:

    公式（3）

式中：Rw为地层水电阻率（Ω·m）；Sw为含水饱和度（%）；Φ为储层孔隙度（%）；m为地层胶结指数，n饱和度指数；a、b分别为地层孔隙度和饱和度系数。

（4）地层水电阻率（Rw）

采用视地层水电阻率法求取地层水电阻率，把视地层水电阻率Rwa作为Rw:

Rw≈Rwa=Rt*Φm/a    公式（4）

结合自然电位法求取地层水电阻率，即Rw=1.80Ω·m。

（5）矿物骨架参数采用理论值，即：砂岩（密度2.65g/cm3，中子-4p.u，声波55us/ft）；灰岩（密度2.71g/cm3，中子0p.u，声波47.5us/ft）；白云岩（密度2.87g/cm3，中子2p.u，声波43.5us/ft）。

3.2页岩气层解释模型

鉴于页岩气储层自生自储的成藏特征，因此需要评估页岩层含气储量及开发价值，需要获知有机碳含量（TOC）及含气量。

（1）TOC计算模型

国内外利用测井资料研究评价烃源岩最常用的方法是埃克森（Exxon）和埃索（Esso）公司研究的ΔlogR技术。其具体方法为使用较为准确的时差曲线和电阻率曲线相互叠加计算，得到ΔlogR方程：

ΔlogR=lg（RT/RT基线）+K(Δt-Δt基线）公式（4）

式中，ΔlogR为实测曲线间距在对数电阻率坐标上的读数;RT为岩石的实测电阻率（Ω.m）；Δt为实测的声波时差，μs/ft；RT基线为非烃源岩对应的电阻率；Δt基线为非烃源岩对应的传播时间；K为依赖于每一个电阻率刻度的-50μs/ft比值，取0.02。

根据经验公式[3]，得到有机碳含量TOC为：

TOC=10（2.297-0.1688Ro）（ΔlogR）公式（5）

式中，TOC为总有机碳含量，wt%；Ro是有机质成熟度,用于评价页岩气储层的地球化学参数。

（2）含气量计算模型

页岩气分析过程中，吸附气含量的计算公式为：

SGASA=(VL*P)/(P+PL)  公式（6）

式中，VL为朗氏体积(实验室获得)；PL为朗氏压力(实验室获得)；P为地层压力；

游离气含量的计算公式为：

SGASF=(1/Bgi)*((Ф*（1-Sw））*ψ）+PL)/ρb  公式（7）

式中，Bgi为地区经验系数；Ф为孔隙度；Sw为含水饱和度；ρb为体积密度g/cm3；ψ为地区经验系数。

3.3页岩气储层划分依据

根据页岩气测井的响应特征及解释模型，可将页岩气储层划分为四类，分别为：I类（TOC≥4%，Ф＞5%，SH≤40%）；II类（2%≤TOC＜4%，3.5≤Ф＜5%，40%＜SH≤50%）；III类（1%≤TOC＜2%，2.5≤Ф＜3.5%，40%＜SH≤50%）；IV类（TOC＜1%，Ф＜2.5%，SH＜50%）；其中I类含气层可获得稳定的商业气流，II类含气层可获得低产气流，III类含气层只产少量气，而IV类含气层气测较弱。

对苏皖地区某测井而言，根据计算该井段1015.7--1017.7m，总有机碳含量为1.90%，总含气量为0.77×m3/t。根据储层岩性、测井响应、含气性及物性等特征，结合现场气测及岩心解析结果资料，综合解释为III类含气层。

4结语

    测井技术在页岩气勘探和储层评价等方面的应用日益增多，可有效的进行页岩气储层的识别、评价及类别划分。基于现阶段我国页岩气开发现状，测井技术的应用及开发作用不可忽视，加强对页岩气测井的开发及应用对实现我国能源多样化及能源安全具有重要意义。

参考文献：

[1]莫修文,李舟波,潘保芝.页岩气测井地层评价的方法与进展[J].地质通报,2011,30(2/3):400-405.

[2]刘大猛,李俊乾,李紫楠.我国页岩气富集成藏机理及其形成条件研究[J].煤炭科学技术,2013,41(9):66-70.

[3]Jarvie D M,Hill R J,Ruble T E,et.Unconventional shale-gas systems:The Mississippian Barnett Shale of north-central Texas as one model for thermogenic shale-gas assessment[J].AAPG Bulletin,2007,91(4):475-499.