頁巖氣儲層測井解釋評價技術(shù)研究

頁巖氣儲層測井解釋評價技術(shù)研究

中國巖漿巖資源廣泛，其開發(fā)前景良好。測井資料在評價烴源巖、定性識別頁巖氣,獲取總有機碳含量、含氣量和巖石脆性指數(shù)等關(guān)鍵評價參數(shù)方面不可缺少,測井綜合評價已經(jīng)成為當前頁巖氣勘探開發(fā)的技術(shù)支撐。1地質(zhì)、測井性質(zhì)和評價的困難1.1頁巖質(zhì)量特征頁巖是一種沉積巖,成分復(fù)雜,但都具有薄頁狀或薄片層狀的節(jié)理,主要是由黏土沉積經(jīng)壓力和溫度形成的巖石,但其中混雜有大量的石英、長石、方解石的碎屑以及其他礦物。根據(jù)其混入物的成分,可分為鈣質(zhì)頁巖、鐵質(zhì)頁巖、硅質(zhì)頁巖、碳質(zhì)頁巖、黑色頁巖、油母頁巖等。頁巖作為烴源巖,富含有機質(zhì),黏土含量高,其成分粒度細。頁巖作為一種特殊的儲集巖,一般呈現(xiàn)低孔、特低滲的物性特征。頁巖氣是指主體位于暗色泥頁巖或高碳泥頁巖中,以吸附和游離狀態(tài)為主要存在方式的天然氣聚集,頁巖氣儲層也是烴源巖,自生自儲,屬于非常規(guī)天然氣資源的范疇。1.2量高段自然系空間特征與常規(guī)的砂巖儲層對比,頁巖地層具有以下測井特征:(1)井徑一般擴徑;(2)自然伽馬值高,含碳量高段自然伽馬特別高,與無鈾伽馬值相差大,主要表現(xiàn)為鈾元素含量明顯增高,這是海相頁巖氣儲層特征之一;(3)雙側(cè)向中、低值,頁理發(fā)育段雙側(cè)向一般為負差異,隨粉砂質(zhì)、灰質(zhì)含量增高,電阻率增大,負差異不明顯或呈正差異;(4)三孔隙度中值,低光電截面指數(shù)值,在高含碳井段補償密度明顯低異常。1.3測井評價研究頁巖氣儲層由于自己的特殊性,測井評價頁巖氣儲層面臨諸多的難題:(1)頁巖氣儲層巖石成分復(fù)雜,不僅有無機礦物,還有有機質(zhì),與常規(guī)儲層存在很大差別,需要重新建立測井巖石物理處理解釋模型和評價方法;(2)新層系新領(lǐng)域,頁巖氣有機質(zhì)豐度、游離氣、吸附氣含氣量是頁巖儲層評價的關(guān)鍵參數(shù),需要形成新的計算方法;(3)大型壓裂和水平井為頁巖氣的鉆探關(guān)鍵工藝技術(shù),巖石力學(xué)、脆性參數(shù)計算必不可少;(4)裂縫是頁巖氣重要的儲集空間和滲流通道,但測井還面臨著頁巖裂縫與層理識別、裂縫有效性評價等問題;(5)頁巖異常高壓層和低阻頁巖儲層的測井評價難題;(6)編制完善的頁巖氣測井解釋處理軟件。2計算巖質(zhì)氣儲層評價的重要參數(shù)除有常規(guī)儲層的孔隙度、滲透率、含水飽和度和儲層厚度等參數(shù)外,著重探討頁巖氣儲層的參數(shù)。2.1頁巖氣儲層的巖石化學(xué)特征常規(guī)的砂巖、碳酸鹽巖巖石物理模型一般由黏土、骨架顆粒、孔隙度組成,從流體的角度分析把孔隙度細分為含氣孔隙度、自由水孔隙度和束縛水孔隙度等。而頁巖氣儲層由于有機質(zhì)含量高、黃鐵礦廣泛存在,故在測井巖石物理模型中增加了有機質(zhì)和黃鐵礦組分,地質(zhì)上一般認為頁巖氣儲層沒有可動水。頁巖氣儲層評價參數(shù)處理流程(圖1)與斯侖貝謝公司的頁巖氣專用處理模塊相似,不同之處在于:先計算總有機碳含量,然后計算出干酪根和黃鐵礦體積含量,并對三孔隙度曲線測井值進行有機質(zhì)校正,然后應(yīng)用校正后的三孔隙度資料進行交會迭代,計算出最優(yōu)的其他礦物成分和孔隙度,最后進行含氣量的計算。2.2計算結(jié)果分析頁巖氣儲層中總有機碳又稱剩余有機碳,指巖石中殘留的或剩余的有機碳含量。在研究區(qū)塊,總有機碳含量的計算方法主要采用4種方法:(1)電阻率與孔隙度重疊法;(2)放射性鈾元素含量與總有機碳含量關(guān)系回歸法;(3)三孔隙度曲線計算方法;(4)綜合上面3種計算方法,優(yōu)選合理的計算結(jié)果。通過上述3種計算方法展示的巖心分析與測井計算的結(jié)果比較,相關(guān)性較好(圖2),并各有優(yōu)缺點。重疊法不適用于頁巖高阻地層、碳酸鹽含量高的頁巖地層;U元素法應(yīng)用效果好,方法簡單,但對于U元素異常高而含有其他放射性礦物如P2O5則失去了意義;補償密度計算TOC方法受井眼擴徑影響。在使用測井計算TOC曲線時,可以根據(jù)具體的情況選用不同的計算方法,并可分段計算和分段取值,從而消除環(huán)境影響和地層本身特征的影響,使計算的結(jié)果更準確。2.3油氣儲層含氣飽和度對于吸附氣而言,主要的影響因素為地層壓力、地層溫度、總有機碳含量和干酪根類型等。在國外,頁巖氣吸附氣含量因井的深淺、總有機碳含量大小不同,吸附氣含量占總含氣量的20%~80%。埋深淺,壓力和溫度對含氣量的影響權(quán)重小,相對地吸附氣含量所占比例就高。游離氣含量與孔隙度、含氣飽和度有關(guān),計算方法與常規(guī)儲層相同。吸附氣含量的計算要有頁巖氣儲層的蘭格繆爾等溫曲線數(shù)據(jù)。具體計算中要對實際頁巖氣儲層的總有機碳含量、儲層溫度和儲層壓力等進行校正,因為蘭格繆爾等溫曲線是在恒定溫度、確定的總有機碳含量實驗條件下所取得的,重點和難點是溫度影響校正公式的推導(dǎo)。吸附氣和游離氣含量的計算結(jié)果見圖3,圖中右側(cè)為斯侖貝謝公司處理的巖性剖面圖。2.4各單位的脆性指數(shù)的測定就泊松比而言,其值越低,巖石越脆,并且當楊氏模量值增加時,巖石將更脆。由于泊松比和楊氏模量的單位不同,對每個分量引起的脆性進行規(guī)一化處理,然后進行平均,從而計算出百分數(shù)的脆性指數(shù)。另一種計算脆性指數(shù)的方法是基于礦物組分和含量的多少來計算,比較兩方法,前者從巖石力學(xué)的角度考慮,更能整體上反映地層的脆性。2.5不同黏土類型的研究黏土總含量計算不是關(guān)鍵,關(guān)鍵是計算出不同類型黏土的含量。通過巖心分析資料,研究區(qū)塊黏土類型以伊利石為主、綠泥石和伊蒙混層次之,蒙脫石含量很少,高嶺石基本上沒有。應(yīng)用處理成果如圖4所示,可以看到測井計算的黏土總量與巖心分析吻和好,伊利石含量計算結(jié)果與巖心一致,而蒙脫石、綠泥石因含量較少,相對誤差略大。2.6儲層解釋處理頁巖氣儲層計算參數(shù)多,礦物成分復(fù)雜的特點,參照頁巖氣儲層的測井評價流程,編制了頁巖氣儲層測井解釋處理軟件。軟件特點為:(1)多礦物和多評價參數(shù)的一體化解釋處理;(2)采用優(yōu)化算法,所求的解是全局最優(yōu)解,通過理論曲線和實際曲線對比,便可修改骨架參數(shù);(3)參加優(yōu)化的測井曲線可多可少,簡單的測井資料均可處理;(4)ECS曲線參與儲層解釋處理中的計算,整體上提高計算精度,使計算出的礦物組分和物性參數(shù)更接近儲層,符合實際。通過對比國外公司處理成果和巖心資料,巖石礦物組分、孔隙度、總有機碳含量和含氣量等處理成果一致性好,誤差小(圖3),表明研發(fā)的頁巖氣計算方法和解釋處理軟件能夠用于頁巖氣儲層的解釋處理。3綜合評價技術(shù)研究—頁巖氣儲層的綜合評價技術(shù)3.1特殊測井采集特征在常規(guī)井曲線上異常高伽馬、高聲波時差、低密度和高電阻率是優(yōu)質(zhì)頁巖氣儲層的一個特點。在特殊測井項目上也具有一定的特征:陣列感應(yīng)測井資料深探測電阻率曲線與淺探測電阻率曲線呈明顯差異;電成像圖上有效裂縫較發(fā)育,有機碳含量高的地層巖性均一變化小;在陣列聲波變密度干涉條紋多,反映了層理或?qū)娱g裂縫發(fā)育;核磁共振成果圖上T2分布譜因含氣而向增大方向展布。3.2低阻頁巖氣儲層在川渝地區(qū)鉆遇的頁巖井中有3口井底部高含碳地層雙側(cè)向電阻率低于1.0Ω·m。這引起了地質(zhì)學(xué)家們的重視。低阻頁巖氣儲層的影響因素眾多,有地層壓力異常、成巖和生烴時地層水驅(qū)排不徹底、地層位于構(gòu)造復(fù)雜帶從而油氣二次運移造成頁巖含氣飽和度不高、儲層黏土含量高、黃鐵礦含量高、頁巖過成熟度和地層高含束縛水、鉆井液低阻侵入等。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)特征,通過測井資料的綜合分析,地層低阻形成的主要原因是含高礦化度地層水。3.3全產(chǎn)液水質(zhì)分析生產(chǎn)測井包括壓裂縫檢測和產(chǎn)能的測井分析。頁巖氣儲層通過大型加砂壓裂增加產(chǎn)能,在測試壓裂和主壓裂后測量井溫或同位素示蹤,可以評價壓裂縫高度,為評價壓裂效果提供資料。多套儲層打開后,通常要測生產(chǎn)測井以弄清各個產(chǎn)層的產(chǎn)液情況。通過動態(tài)測井和靜態(tài)測井流量計算出各個層的產(chǎn)能和產(chǎn)液性質(zhì)。這些資料為頁巖氣的開采和評價提供了全面的生產(chǎn)資料。其中1口井的生產(chǎn)測井資料表明,裂縫性頁巖氣儲層初始產(chǎn)能明顯比孔隙和裂縫欠發(fā)育的高伽馬頁巖儲層產(chǎn)能高。