唐 穎 李樂忠 蔣時(shí)馨

1.中海石油氣電集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)研發(fā)中心 2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院3.頁(yè)巖氣資源勘查與戰(zhàn)略評(píng)價(jià)國(guó)土資源部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

含氣量是頁(yè)巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的關(guān)鍵參數(shù),對(duì)頁(yè)巖含氣性評(píng)價(jià)、儲(chǔ)量預(yù)測(cè)具有重要意義[1-2]。含氣量確定包括現(xiàn)場(chǎng)解吸法、等溫吸附法和測(cè)井解釋法。現(xiàn)場(chǎng)解吸法反映了樣品的實(shí)際含氣量,但受取心方式和提鉆時(shí)間影響,損失氣估算誤差較大,等溫吸附法獲得的是頁(yè)巖的最大吸附氣量,未考慮游離氣量部分,與實(shí)際含氣量有較大差別。通過測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)結(jié)合巖心實(shí)驗(yàn)建立含氣量的測(cè)井解釋模型,可以預(yù)測(cè)頁(yè)巖的含氣量,減少實(shí)驗(yàn)成本。Decker等研究發(fā)現(xiàn),頁(yè)巖實(shí)測(cè)含氣量與有機(jī)碳含量(TOC)存在很好的正線性相關(guān)關(guān)系,TOC與體積密度存在很好的負(fù)線性相關(guān)關(guān)系,從而可以建立體積密度與含氣量的計(jì)算模型來(lái)預(yù)測(cè)Antrim頁(yè)巖含氣量[3]。Lewis等提出了基于等溫吸附實(shí)驗(yàn)的測(cè)井校正模型[4],該模型被用在斯倫貝謝公司測(cè)井解釋軟件中。Cluff等以等溫吸附和體積模型為基礎(chǔ),利用測(cè)井解釋參數(shù)計(jì)算了Delaware盆地Barnett頁(yè)巖和Woodford頁(yè)巖原地資源量[5]。Utley等使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算關(guān)鍵參數(shù)基于等溫吸附和體積模型計(jì)算了Fayetteville頁(yè)巖含氣量[6]。目前,對(duì)頁(yè)巖含氣量的測(cè)井解釋方法研究較少,筆者以澳大利亞Eromanga盆地Toolebuc頁(yè)巖為例,討論頁(yè)巖儲(chǔ)層含氣量測(cè)井解釋方法,以供參考。

1 研究區(qū)塊概況

本次研究資料來(lái)自于位于澳大利亞昆士蘭州Eromanga盆地B、E、K等3口頁(yè)巖氣勘探井,目的層為白堊系Toolebuc頁(yè)巖(圖1)。Toolebuc頁(yè)巖是一套覆蓋澳大利亞中東部Eromanga盆地和Galilee盆地的海相灰質(zhì)頁(yè)巖,在Eromanga盆地干酪根以混合型為主,TOC較高,熱演化成熟度較低。研究收集到3口井測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)各1套,巖心分析186項(xiàng)次,其中測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)使用 Wetherford公司Compact系統(tǒng)采集,巖心分析由Wetherford實(shí)驗(yàn)室和CoreLab巖心分析公司共同完成。

圖1 研究區(qū)地理位置和地層發(fā)育情況圖

2 含氣量計(jì)算模型及關(guān)鍵參數(shù)測(cè)井解釋方法

2.1 含氣量計(jì)算模型

在計(jì)算頁(yè)巖儲(chǔ)層原地資源量時(shí)通常使用吸附氣和游離氣之和來(lái)表征總含氣量[7-12]。北美地區(qū)頁(yè)巖氣勘探經(jīng)驗(yàn)表明,通過吸附氣和游離氣計(jì)算總含氣量比解吸實(shí)驗(yàn)獲得的含氣量更能反映頁(yè)巖的含氣性特征。

2.1.1 吸附氣量

吸附氣是頁(yè)巖氣的主要組成部分,占總含氣量的20%~85%[9,12],基于頁(yè)巖的吸附特征,用Langmuir等溫吸附模型來(lái)表征頁(yè)巖的吸附氣量。通過等溫吸附實(shí)驗(yàn)獲得頁(yè)巖的Langmuir壓力和Langmuir體積兩個(gè)參數(shù),對(duì)不同溫度、壓力和TOC的頁(yè)巖樣品,需要對(duì)各參數(shù)進(jìn)行測(cè)井校正[4]。Langmuir體積和Langmuir壓力校正公式為:

式中Vlt為儲(chǔ)層溫度校正的Langmuir體積,m3/t;plt為儲(chǔ)層溫度校正的Langmuir壓力,MPa;T為儲(chǔ)層溫度,℃;Ti為等溫吸附實(shí)驗(yàn)溫度,℃;Vl為實(shí)驗(yàn)樣品Langmiru體積,m3/t;pl為實(shí)驗(yàn)樣品Langmuir壓力,MPa。

式中Vlc為經(jīng)過儲(chǔ)層溫度和TOC校正的Langmuir體積,m3/t;TOCiso為等溫吸附實(shí)驗(yàn)樣品TOC值;TOClg為測(cè)井計(jì)算的TOC值。

根據(jù)Langmuir方程,頁(yè)巖吸附氣量為:

式中Ga為吸附氣含量,m3/t;p為儲(chǔ)層壓力,MPa。

2.1.2 游離氣量

游離氣量是頁(yè)巖孔隙空間中的含氣量,通過體積模型計(jì)算:

式中Gf為游離氣量,m3/t;Bg為氣體壓縮系數(shù),m3/m3;φe為有效孔隙度;Sge為有效含氣飽和度;ρb為地層密度,g/cm3。

根據(jù)GRI實(shí)驗(yàn)原理,有φeSge=φSg。

吸附態(tài)的氣體存在會(huì)影響游離氣的容納空間,在計(jì)算游離氣含量時(shí)減去吸附氣所占的體積空間[11]。因此游離氣實(shí)際體積為:

式中M為天然氣的視分子重量,g/mol,甲烷為16;ρs為吸附態(tài)甲烷密度,g/cm3,ρs=0.3750-0.4233,頁(yè)巖儲(chǔ)層一般取0.37[11]。

2.2 關(guān)鍵參數(shù)的測(cè)井解釋方法

近年來(lái),隨著測(cè)井技術(shù)的發(fā)展,國(guó)外幾大服務(wù)公司形成了各自的特殊測(cè)井系列并在頁(yè)巖儲(chǔ)層各種參數(shù)的解釋中取得了很好的效果。特殊測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)需要配套的測(cè)井設(shè)備采集,并且有配套的解釋技術(shù),本研究只討論使用常規(guī)測(cè)井系列解釋關(guān)鍵參數(shù)的方法。根據(jù)上述含氣量計(jì)算模型,在計(jì)算過程中需要使用的儲(chǔ)層參數(shù)包括TOC、孔隙度和含氣飽和度。

表1 TOC測(cè)井解釋方法表

2.2.1 有機(jī)碳含量(TOC)

TOC是頁(yè)巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的重要參數(shù),前人對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層TOC測(cè)井計(jì)算方法研究較多(表1),大致可以分為3類:①通過實(shí)測(cè)TOC與測(cè)井參數(shù)進(jìn)行一元或多元線性回歸或非線性回歸計(jì)算TOC;②使用聲波電阻率法(ΔlgR)計(jì)算TOC;③使用核磁共振、脈沖中子等特殊測(cè)井計(jì)算TOC。通過實(shí)測(cè)TOC與測(cè)井參數(shù)線性回歸的方法操作簡(jiǎn)單,計(jì)算精度可以滿足勘探要求;聲波電阻率法是烴源巖TOC計(jì)算的常用方法,可用于頁(yè)巖TOC測(cè)井計(jì)算,但是通過該方法計(jì)算的TOC常需要使用巖心分析的TOC校正才能和實(shí)測(cè)TOC達(dá)到比較好的吻合;特殊測(cè)井費(fèi)用較高,多數(shù)頁(yè)巖氣探井不進(jìn)行特殊測(cè)井,單針對(duì)TOC計(jì)算來(lái)說(shuō),常規(guī)測(cè)井已經(jīng)能夠滿足需要。因此,多數(shù)情況下,根據(jù)各地區(qū)實(shí)測(cè)的TOC數(shù)據(jù)與測(cè)井參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析,選擇相關(guān)性較好的測(cè)井系列與實(shí)測(cè)TOC進(jìn)行一元或多元線性回歸即可計(jì)算頁(yè)巖的TOC,計(jì)算精度基本能夠滿足勘探的需要,當(dāng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)增加時(shí),需要對(duì)線性模型進(jìn)行修正。

2.2.2 總孔隙度

常規(guī)砂巖儲(chǔ)層中,當(dāng)巖性和骨架參數(shù)已知時(shí),對(duì)于含水的純地層,利用經(jīng)過環(huán)境校正的密度或中子測(cè)井曲線中的任何一種,或者在沒有次生孔隙的情況下用聲波測(cè)井曲線都能確定孔隙度[13]。計(jì)算頁(yè)巖孔隙度常使用密度曲線,由于頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)密度較低,且不同層段骨架礦物組成也不同。因此,在使用密度曲線計(jì)算頁(yè)巖孔隙度時(shí)必須考慮所有影響體積密度響應(yīng)的因素。

Luffel等通過建立頁(yè)巖礦物體積模型利用測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算出頁(yè)巖中干酪根含量,并利用巖心實(shí)測(cè)可動(dòng)油與干酪根的相關(guān)性計(jì)算可動(dòng)油含量,最后根據(jù)總烴體積與實(shí)測(cè)孔隙度的相關(guān)性建立了孔隙度計(jì)算的線性方程并計(jì)算了Devonian頁(yè)巖孔隙度[14]。Utley等將頁(yè)巖分為基質(zhì)、有機(jī)質(zhì)和流體3種組分[15],推導(dǎo)得出頁(yè)巖總孔隙度計(jì)算公式為:

Sondergeld等將頁(yè)巖分為基質(zhì)、地層水、天然氣和有機(jī)質(zhì)等組分[16],推導(dǎo)出頁(yè)巖總孔隙度計(jì)算公式為:

總之,頁(yè)巖孔隙度測(cè)井解釋是以體積密度為基礎(chǔ)建立合理的巖石體積模型,通過求解體積模型的方程組得出孔隙度,在建立體積模型時(shí)需要注意兩點(diǎn):①模型的組分不能太多,以保證體積模型方程組有解,常用的組分包括基質(zhì)、有機(jī)質(zhì)、流體和天然氣;②模型中的組分應(yīng)該盡量簡(jiǎn)單,以便確定合理的骨架值。另外,計(jì)算過程中通常不使用體積密度計(jì)算的TOC,雖然多數(shù)情況下TOC與體積密度具有更好的相關(guān)性,但使用體積密度計(jì)算的TOC來(lái)進(jìn)一步計(jì)算得到的總孔隙度與體積密度具有多重共線特征,與實(shí)際情況不符。

2.2.3 飽和度

頁(yè)巖儲(chǔ)層致密,一般不含水,成熟的頁(yè)巖以生氣為主,含油飽和度較低,可以忽略不計(jì),因此頁(yè)巖的飽和度通常只計(jì)算含氣飽和度,只在成熟度較低時(shí)考慮含油飽和度。常規(guī)砂巖儲(chǔ)層通常使用阿爾奇(Archie)公式計(jì)算含水飽和度,研究認(rèn)為阿爾奇公式在頁(yè)巖儲(chǔ)層中也有很好的適用性,其計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性取決于針對(duì)頁(yè)巖地層的各個(gè)參數(shù)取值是否合理[14,17-21]。

式中Sw為含水飽和度;Rw為地層水電阻率,Ω·m;φ為總孔隙度;Rt為地層電阻率,Ω·m;m為膠結(jié)指數(shù);n為飽和度指數(shù);a為常數(shù)。

頁(yè)巖中a一般取1,m、n根據(jù)頁(yè)巖的裂縫特征和巖性特征取值。對(duì)于泥巖或白堊巖,根據(jù)實(shí)測(cè)孔隙度與地層系數(shù)之間的關(guān)系,得到m約為2.0,裂縫和條痕的存在會(huì)降低膠結(jié)指數(shù)[22-23]。Devonina頁(yè)巖測(cè)井計(jì)算飽和度時(shí),m=1.7,n=1.7[17-18]。Barnett頁(yè)巖測(cè)井計(jì)算飽和度時(shí),m=1.9,n=2.0[19]。地層水電阻率是阿爾奇公式中最敏感的參數(shù),其準(zhǔn)確性直接影響到計(jì)算含水飽和度的準(zhǔn)確性。頁(yè)巖孔隙度極低且多為干層,其地層水電阻率可以使用與頁(yè)巖相鄰或相近的砂巖或灰?guī)r地層水電阻率。

3 含氣量測(cè)井解釋模型應(yīng)用實(shí)例及誤差分析

3.1 關(guān)鍵參數(shù)測(cè)井解釋

3.1.1 有機(jī)碳含量(TOC)

本次研究共收集到3口井實(shí)測(cè)TOC數(shù)據(jù)65個(gè),對(duì)實(shí)測(cè)TOC和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)果表明TOC與自然伽馬(GR)、體積密度(DEN)、中子孔隙度(CNL)在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān),其中DEN相關(guān)性最好,GR次之,CNL最差(表2)。根據(jù)相關(guān)性分析結(jié)果,分別使用DEN、GR、CNL與TOC進(jìn)行一元線性回歸,同時(shí)使用3個(gè)參數(shù)與TOC進(jìn)行多元線性回歸,并使用ΔlgR法計(jì)算TOC(表2)。對(duì)于多元線性回歸結(jié)果,給定顯著性水平α=0.01,多元回歸的樣本容量M=65,回歸方程n=3,因F=99.359>F0.01(n,M-n-1)=F0.01(3,61)=4.12,因此多元回歸關(guān)系成立。使用上述5種方法計(jì)算TOC,并與巖心實(shí)測(cè)TOC進(jìn)行對(duì)比(圖2),5種方法中,多元線性回歸法預(yù)測(cè)精度最高,其次為DEN,再次為GR、CNL,ΔlgR法計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值相關(guān)性最低。因此,對(duì)本研究區(qū)來(lái)說(shuō),多元線性回歸法預(yù)測(cè)TOC精度較高,是預(yù)測(cè)TOC最好的線性回歸方法。

表2 不同方法計(jì)算Toolebuc頁(yè)巖TOC結(jié)果表

圖2 TOC不同方法計(jì)算結(jié)果與巖心實(shí)測(cè)對(duì)比圖

3.1.2 孔隙度

公式(8)、(9)兩種孔隙度計(jì)算模型都適用于頁(yè)巖儲(chǔ)層孔隙度的測(cè)井計(jì)算[16],分別使用兩種模型計(jì)算Toolebuc頁(yè)巖孔隙度,TOC使用多元線性回歸法計(jì)算,根據(jù)巖心實(shí)驗(yàn)結(jié)果ρTOC=1.04g/cm3。由于Toolebuc頁(yè)巖灰質(zhì)含量較高,基質(zhì)密度和流體密度可以取灰?guī)r刻度骨架值[16,24],ρm=2.71g/cm3,ρfl=1g/cm3。研究同時(shí)使用地層實(shí)際刻度計(jì)算孔隙度與石灰?guī)r刻度進(jìn)行對(duì)比,根據(jù)巖心實(shí)驗(yàn)結(jié)果,ρm=2.79g/cm3,ρfl=0.92g/cm3。研究共收集到巖心樣品實(shí)測(cè)孔隙度47個(gè),平均為15.31%,公式(8)實(shí)際地層刻度計(jì)算平均孔隙度為17.19%,石灰?guī)r刻度計(jì)算平均孔隙度為14.80%,公式(9)實(shí)際地層刻度計(jì)算平均孔隙度為18.23%,石灰?guī)r刻度計(jì)算平均孔隙度為15.83%。兩種孔隙度模型在兩種刻度下計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析(圖3),兩種模型石灰?guī)r刻度計(jì)算結(jié)果都比實(shí)際地層刻度計(jì)算誤差小,單就在石灰?guī)r刻度下,公式(8)計(jì)算結(jié)果比公式(9)計(jì)算結(jié)果誤差更小,公式(8)計(jì)算平均總孔隙度與巖心實(shí)驗(yàn)平均總孔隙度誤差為0.51%,在孔隙度測(cè)井預(yù)測(cè)合理誤差范圍之內(nèi)。

圖3 Toolebuc頁(yè)巖孔隙度測(cè)井計(jì)算與巖心分析結(jié)果對(duì)比圖

3.1.3 飽和度

Cadna-Owie砂巖層是位于Toolebuc頁(yè)巖下方最近的砂巖層(圖1),根據(jù)Eromanga盆地水文地質(zhì)研究,Eromanga盆地自地表到三疊系Rewan層均處于大自流盆地影響范圍之內(nèi),地層中的水均來(lái)自地表[25]。因此Cadna-Owie層地層水電阻率不能反映Toolebuc頁(yè)巖地層水電阻率。同時(shí),由于本區(qū)勘探資料較少,缺少m、n經(jīng)驗(yàn)值,通過估算各參數(shù)計(jì)算的含水飽和度誤差較大,含水飽和度采用下述方法計(jì)算。

對(duì)阿爾奇公式兩邊取對(duì)數(shù),經(jīng)整理后變成lgSw與lgφ、lgRt的線性關(guān)系式,lgRw為常數(shù)項(xiàng),即

式中Sw為巖心分析孔隙度;φ為測(cè)井解釋總孔隙度;Rt為測(cè)井電阻率,Ω·m。

通過3口井25個(gè)巖心分析含水飽和度值和測(cè)井參數(shù)進(jìn)行多元線性回歸,結(jié)果如下:

公式(12)計(jì)算含水飽和度結(jié)果與巖心分析結(jié)果對(duì)比,25個(gè)點(diǎn)中除3個(gè)點(diǎn)相對(duì)誤差較大之外,多數(shù)點(diǎn)相對(duì)誤差在5%左右,誤差較小(圖4)。

圖4 Toolebuc頁(yè)巖含水飽和度巖心分析與測(cè)井解釋對(duì)比圖

同時(shí),巖心實(shí)測(cè)含油飽和度(So)、含氣飽和度(Sg)和含水飽和度(Sw)表現(xiàn)出很好的相關(guān)性,可以通過其相關(guān)關(guān)系計(jì)算含油飽和度和含氣飽和度。即

3.2 含氣量計(jì)算及誤差分析

研究對(duì)3口井18塊巖心樣品進(jìn)行了等溫吸附實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)溫度使用各井的平均地層溫度,由于等溫吸附實(shí)驗(yàn)溫度和地層溫度相差很小,使用公式(1)、(2)校正前后結(jié)果基本相同。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn),Langmuir體積與TOC表現(xiàn)出一定的相關(guān)性,但相關(guān)性較低,吸附氣量與TOC相關(guān)性較高(圖5)。吸附氣量是Langmuir體積經(jīng)過壓力校正后的地層實(shí)際吸附氣量,吸附氣量與TOC的相關(guān)性比Langmuir體積與TOC的相關(guān)性高,說(shuō)明通過壓力校正后能夠提高TOC與吸附氣量的相關(guān)性。因此,可以根據(jù)實(shí)測(cè)樣品的等溫吸附結(jié)果進(jìn)行壓力校正建立吸附氣量的預(yù)測(cè)模型。

圖5 Langmuir體積、吸附氣量與TOC線性關(guān)系圖

表3 K井含氣量測(cè)井解釋結(jié)果表

使用ExcelSlover對(duì)18個(gè)樣品點(diǎn)TOC、Vl、pl、Ga進(jìn)行規(guī)劃求解,得到最優(yōu)化條件如下:

在最優(yōu)化條件下,使用Langmuir方程計(jì)算3口井樣品點(diǎn)吸附氣量,TOC使用實(shí)驗(yàn)分析值,18個(gè)樣品點(diǎn)計(jì)算得出的吸附氣量平均為0.82cm3/g,而樣品等溫吸附實(shí)驗(yàn)計(jì)算吸附氣量平均為0.82cm3/g,最優(yōu)化條件計(jì)算吸附氣量均值與等溫吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果相同,說(shuō)明該最優(yōu)化條件計(jì)算吸附氣量誤差很小。

以K井為例,根據(jù)公式(4)、(15)、(16)計(jì)算吸附氣量,根據(jù)公式(6)~(8)、(12)~(14)計(jì)算游離氣量,1/Bg=61m3/m3,計(jì)算結(jié)果如表3所示。由于Toolebuc頁(yè)巖成熟度較低,烴類產(chǎn)物中同時(shí)存在油和氣。因此實(shí)驗(yàn)分析和測(cè)井解釋結(jié)果中含水飽和度和含油飽度比成熟頁(yè)巖高,通過巖心分析結(jié)果計(jì)算水中溶解氣約為0.04g/cm3,在計(jì)算總含氣量時(shí)參考行業(yè)慣例忽略。測(cè)井解釋結(jié)果與等溫吸附實(shí)驗(yàn)及解吸實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比(圖6),測(cè)井解釋含氣量隨深度變化趨勢(shì)與等溫吸附實(shí)驗(yàn)和解吸實(shí)驗(yàn)獲得的含氣量隨深度變化趨勢(shì)相同,單個(gè)點(diǎn)的值比解吸實(shí)驗(yàn)值略大,這是因?yàn)樵谌⌒倪^程中巖心中部分天然氣散失,估算損失氣量時(shí)存在誤差,測(cè)井解釋含氣量本身也存在一定的誤差,另外由于Toolebuc頁(yè)巖成熟度較低,其生氣能力可能達(dá)不到吸附飽和,造成使用等溫吸附模型計(jì)算吸附氣量比地層實(shí)際吸附氣量略大;測(cè)井解釋含氣量比等溫吸附計(jì)算含氣量略大,是因?yàn)橛?jì)算含氣量除包含吸附氣之外,還包含游離氣。綜上分析,本模型解釋的含氣量結(jié)果基本可信,誤差在合理的范圍內(nèi)。

圖6 K井測(cè)井解釋含氣量與解吸實(shí)驗(yàn)含氣量、等溫吸附含氣量對(duì)比圖

4 模型的適用性及與不同方法的對(duì)比

4.1 模型在不同成熟度頁(yè)巖含氣量解釋中的適用性

等溫吸附與體積模型相結(jié)合計(jì)算頁(yè)巖含氣量,從不同相態(tài)氣體的計(jì)算過程來(lái)看,游離氣的計(jì)算本質(zhì)是通過孔隙中已經(jīng)存在的天然氣電性特征根據(jù)體積模型計(jì)算,無(wú)論是低熟還是成熟的頁(yè)巖,只要一定量的氣體在孔隙中聚集,都能通過孔隙度和含氣飽和度等參數(shù)計(jì)算得出游離氣量。吸附氣量計(jì)算原理是等溫吸附理論,計(jì)算得到的實(shí)際上是頁(yè)巖儲(chǔ)層在地層條件下能夠吸附的最大含氣量,其假設(shè)前提是頁(yè)巖已經(jīng)達(dá)到能夠生成足夠天然氣的成熟度,由于國(guó)內(nèi)外大多數(shù)頁(yè)巖都屬于成熟或者高成熟頁(yè)巖,生氣量可以達(dá)到吸附飽和,理論上可以認(rèn)為實(shí)際吸附量等于最大吸附量。因此該模型對(duì)成熟或高成熟的頁(yè)巖適用性很好。對(duì)于成熟度較低的頁(yè)巖,如果生氣能力達(dá)不到吸附飽和,利用等溫吸附計(jì)算得到的吸附氣量會(huì)比儲(chǔ)層實(shí)際吸附氣量大,通過本模型計(jì)算的頁(yè)巖含氣量也因此比儲(chǔ)層實(shí)際含氣量大,但是在勘探階段預(yù)測(cè)儲(chǔ)層原地資源量時(shí)誤差在合理的范圍之內(nèi)。因此本模型對(duì)于成熟度較低的頁(yè)巖同樣適用。

4.2 不同含氣量測(cè)井解釋方法的對(duì)比

通過建立實(shí)測(cè)含氣量與測(cè)井參數(shù)之間的線性或非線性模型預(yù)測(cè)含氣量在煤層氣井中應(yīng)用效果較好,前人研究較多[26-30],線性回歸法對(duì)含氣量較低的井誤差較高,非線性模型需要建立在區(qū)域大量樣品實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上。煤層含氣量主要分布在5~18m3/t,美國(guó)5套開發(fā)頁(yè)巖含氣量主要分布在0.42~9.91m3/t,多數(shù)小于3m3/t,頁(yè)巖含氣量總體遠(yuǎn)小于煤層,通過線性回歸計(jì)算結(jié)果誤差較大;Toolebuc頁(yè)巖巖心實(shí)測(cè)含氣量平均小于1m3/t,通過實(shí)測(cè)含氣量與測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)相關(guān)性分析研究沒有發(fā)現(xiàn)含氣量與測(cè)井參數(shù)之間的相關(guān)性,該特征是否具有普遍性及非線性模型是否適用有待下一步研究。另外,頁(yè)巖氣井在鉆井取心過程中,受取心方式影響氣體損失嚴(yán)重,損失氣量占總含氣量的40%~70%,估算結(jié)果誤差較大。因此使用測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)與實(shí)測(cè)含氣量之間的關(guān)系預(yù)測(cè)頁(yè)巖含氣量可能帶來(lái)很大的誤差?；谏鲜龇治?對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層來(lái)說(shuō),使用測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果相結(jié)合,分別計(jì)算頁(yè)巖的游離氣量和吸附氣量得到總含氣量比使用線性回歸和非線性模型計(jì)算更合理。

5 認(rèn)識(shí)與結(jié)論

1)頁(yè)巖含氣量測(cè)井解釋以等溫吸附和體積模型為基礎(chǔ),分別計(jì)算吸附氣和游離氣量獲得總含氣量,通過等溫吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果建立總有機(jī)碳和Langmuir體積、Langmuir壓力的最優(yōu)化模型,然后使用Langmuir方程計(jì)算吸附氣量,并根據(jù)孔隙體積及含氣飽和度計(jì)算游離氣量,中間參數(shù)通過測(cè)井解釋獲得。

2)通過Toolebuc頁(yè)巖實(shí)際應(yīng)用表明,等溫吸附和體積模型解釋的含氣量與儲(chǔ)層實(shí)際含氣性特征比較吻合,適用性強(qiáng),尤其是對(duì)含氣量較低的頁(yè)巖,誤差較小。模型中間參數(shù)通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的相關(guān)性模型或經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算,相關(guān)性模型在不同地區(qū)需要根據(jù)儲(chǔ)層的巖心實(shí)驗(yàn)結(jié)果和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)建立并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的增加不斷修正,經(jīng)驗(yàn)公式法普遍適用性較好。

3)頁(yè)巖含氣量總體水平低于煤層,而且受取心方式影響,實(shí)測(cè)含氣量中損失氣量估算誤差較大。因此通過測(cè)井參數(shù)與實(shí)測(cè)含氣量線性或非線性關(guān)系預(yù)測(cè)含氣量誤差較大,通過測(cè)井分別計(jì)算游離氣量、吸附氣量是表征頁(yè)巖含氣量的最合理方法。

致謝:中海石油氣電集團(tuán)有限責(zé)任公司教授級(jí)高級(jí)工程師邢云,中國(guó)石油長(zhǎng)城鉆探工程有限公司高級(jí)工程師魏斌,中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)博士生導(dǎo)師張金川、譚茂金,斯倫貝謝科技服務(wù)公司巖石物理工程師張宗富,美國(guó)Discovery公司總裁Robert Cluff,美國(guó)Utleyophysics公司首席咨詢師Lee Utley等給予了筆者指導(dǎo)和幫助,在此致謝。

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