劉尉　張凱

摘 要：頁巖井測井參數(shù)可以對地層流體孔隙壓力進行預(yù)測，如何確定根據(jù)測井參數(shù)預(yù)測孔隙壓力的模型成為預(yù)防鉆井事故與預(yù)測含氣量等的關(guān)鍵問題。而工程上以聲波時差測井數(shù)據(jù)預(yù)測儲層壓力模型方法較為成熟。以湖南X1井為研究對象，通過研究中子測井數(shù)據(jù)與孔隙度間的關(guān)系，推導(dǎo)出密度孔隙壓力模型，與常用的聲波時差孔隙壓力模型分別求得頁巖儲層孔隙壓力，并針對背離正常壓實趨勢的超壓層段進行計算。選取X1井620～693 m井段，將新型中子參數(shù)孔隙壓力模型結(jié)果與常用聲波時差孔隙壓力模型結(jié)果進行對比分析。結(jié)果表明：新型中子參數(shù)孔隙壓力模型能夠較好地預(yù)測目標段頁巖儲層孔隙壓力。

關(guān)鍵詞：頁巖氣儲層 中子測井 孔隙壓力 超壓 預(yù)測模型

中圖分類號：P631.8 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）11（b）-0038-03

頁巖氣是由泥頁巖（作為烴源巖）連續(xù)生成的生物化學(xué)成因氣、熱成因氣或兩者的混合，在作為儲集巖的頁巖系統(tǒng)中以吸附、游離或溶解方式賦存的天然氣[1]。地層壓力與泥頁巖儲層中頁巖氣含量有著非常密切的關(guān)系，在一定的壓力范圍內(nèi)，隨著地層壓力的增大，儲層中游離態(tài)的氣體會增加，同時以吸附態(tài)存在的頁巖氣也會增加。伴隨著巖層垂向深度的增大，泥頁巖孔隙度逐漸減小，影響著儲層油氣的賦存[2-4]。大量實際勘探表明，當?shù)竭_一定深度時，泥頁巖儲層孔隙壓力會發(fā)生異常，偏離靜水壓力值，產(chǎn)生異常高壓或者異常低壓[5]。在異常高壓情況下，孔隙度增大，會有利于頁巖氣的富集，實際測井技術(shù)也表明異常高壓區(qū)的頁巖儲層TOC含量（有機碳含量）呈高值[6-7]。

有效地預(yù)測泥頁巖儲層孔隙壓力會給頁巖氣開發(fā)帶來很多方便，如“甜點區(qū)”的確定、鉆井穩(wěn)定性評價。近年來，許多國內(nèi)外學(xué)者致力于預(yù)測泥頁巖儲層孔隙壓力，利用測井數(shù)據(jù)預(yù)測孔隙壓力是最常用的方式之一。Eaton利用聲波時差數(shù)據(jù)提出了預(yù)測孔隙壓力的經(jīng)驗公式，Bowers提出了利用縱波波速預(yù)測孔隙壓力，而后Bowers、樊洪海等又分別提出了考慮加卸載的有效應(yīng)力法。Holbrook等人提出根據(jù)與孔隙度相關(guān)的有效應(yīng)力預(yù)測孔隙壓力。Heppard等人使用類似Eaton聲波時差法的實證孔隙度方程與頁巖孔隙度數(shù)據(jù)來預(yù)測孔隙壓力。Flemings和Schneider等人也依據(jù)孔隙度與壓力的關(guān)系預(yù)測頁巖超壓。

以湘中坳陷漣源凹陷橋頭河向斜中部的X1井為例，取620～693 m間的巖層段進行測井數(shù)據(jù)采集，將聲波時差、中子數(shù)據(jù)分別代入預(yù)測模型。結(jié)果表明，密度測井數(shù)據(jù)在新型孔隙壓力模型計算下，與常用聲波時差數(shù)據(jù)方法得到的結(jié)果相近度高，能夠達到良好的預(yù)測效果。

1 新型孔隙壓力預(yù)測模型

1.1 孔隙度與孔隙壓力關(guān)系模型

1.2 中子測井預(yù)測孔隙壓力模型

中子測井數(shù)據(jù)也經(jīng)常被應(yīng)用于頁巖儲層孔隙壓力預(yù)測，釋放中子源，高能量中子與物質(zhì)的原子核相互作用而減速，擴散和被吸收其能量不斷損失或減弱，記錄中子被俘獲之前的熱中子和超熱中子的量的方法叫做中子測井。中子測井可以估算地層的孔隙度。

將中子測井數(shù)據(jù)與孔隙度間的關(guān)系代入孔隙度與孔隙壓力間的關(guān)系，可以建立新型中子數(shù)據(jù)—孔隙壓力及孔隙壓力梯度間的預(yù)測模型。

2 應(yīng)用實例分析

2.1 X1井研究背景

X1井是位于湖南境內(nèi)的一口頁巖氣勘探重點井，頁巖層段氣測顯示良好，孔隙度和滲透率低，需要大規(guī)模壓裂釋放頁巖氣。根據(jù)巖石特征研究，X1井頁巖脆性礦物含量高、主應(yīng)力差異小、天然裂縫發(fā)育，體積壓裂適應(yīng)性強。地層鉆井至晚二疊世晚期大隆組及晚二疊世早期龍?zhí)督M。

2.2 計算參數(shù)

根據(jù)X1井地層環(huán)境，上覆巖石應(yīng)力梯度由中子測井數(shù)據(jù)計算，選取以下數(shù)據(jù)為孔隙壓力模型參數(shù)，如表1所示。

（MPa/m）

2.3 模型處理

在探究X1井地層環(huán)境，確定地層參數(shù)之后，將實測測井參數(shù)（聲波時差、中子）分別代入孔隙壓力預(yù)測模型，其中聲波時差數(shù)據(jù)代入修正的孔隙壓力經(jīng)驗公式。計算結(jié)果如圖1所示。

2.4 預(yù)測結(jié)果分析

在正常情況下，沉積壓實過程中，孔隙流體排出的同時伴隨著孔隙度的降低。在埋藏過程中，上覆巖石壓力的增大是流體排出的主要原因。如果沉積速率足夠緩慢，那么便會正常壓實，也就是說，增加的覆蓋層與壓實造成的孔隙流體排出的體積保持平衡。

（1）X1井聲波時差隨深度增加有略微的減小，在670～693 m出現(xiàn)異常增大的現(xiàn)象。由于異常地層高壓的出現(xiàn)，導(dǎo)致巖層孔隙度增大，聲波在孔隙中傳播速度減小，聲波時差增大。

（2）補償中子測井的測井值是地層的含氫指數(shù)。X1井中子測井值隨深度增加有略微的減小，在675～693 m間出現(xiàn)異常增大現(xiàn)象。異常高壓導(dǎo)致的大孔隙度使得孔隙流體聚集增多，孔隙流體的高中子值使得巖層整體測井值偏大。

經(jīng)過由兩種測井參數(shù)計算得到的孔隙壓力值得對比，趨近程度高，670 m深度左右出現(xiàn)超壓現(xiàn)象。

對比分析兩條孔隙壓力曲線，呈螺旋式變化，趨近度高，根據(jù)中子測井參數(shù)孔隙壓力模型測得的孔隙壓力值分散性好，特征點明顯。

3 結(jié)語

（1）中子測井對地層孔隙壓力預(yù)測有著不錯的輔助作用，地層含氫指數(shù)直接地反映了儲層孔隙流體量，進而間接地揭示了地層孔隙度。天然氣的存在使得中子測井值偏低，但作為孔隙壓力預(yù)測模型的參考起著良好的效果。

（2）在異常超壓或低壓區(qū)儲層，孔隙壓力的變化直接反映在孔隙度的變化，而新型中子測井參數(shù)孔隙壓力模型是以孔隙度為中間變量，通過對孔隙度的換算進而推導(dǎo)孔隙壓力值，無需實際計算孔隙度。

參考文獻

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