何羽飛,萬金彬,于小龍,程道解,倪軍,陳玉林

(1.中國石油集團測井有限公司,陜西西安710077;2.陜西延長石油(集團)有限責(zé)任公司研究院,陜西西安710075)

0 引 言

目前中國基于測井資料對頁巖含氣量進行準確定量計算還比較薄弱[1-2],頁巖含氣量受到諸如儲層有機碳、礦物組分、溫度、壓力等眾多復(fù)雜因素綜合影響,給頁巖氣資源評價工作帶來困難[2]。選取影響頁巖含氣量評價關(guān)鍵參數(shù),才能克服目前利用單一因素定量評價含氣量的局限。因此,綜合考慮各影響參數(shù),基于測井資料建立含氣量計算方法并對頁巖含氣量連續(xù)性剖面作出準確評價,是頁巖氣儲層評價研究的迫切內(nèi)容之一[2-4]。

本文將影響頁巖含氣量的各個地質(zhì)參數(shù)進行相關(guān)分析,優(yōu)選出影響含氣量的關(guān)鍵地質(zhì)參數(shù);通過優(yōu)選的地質(zhì)關(guān)鍵因素建立含氣量計算模型;進一步利用豐富、經(jīng)濟的測井資料定量評價各個地質(zhì)關(guān)鍵參數(shù);進而通過多因素含氣量模型定量求取頁巖含氣量的連續(xù)性剖面。最終實現(xiàn)了利用測井資料對頁巖儲層含氣量進行連續(xù)性定量評價的目的,具有簡便、快速、經(jīng)濟、實用等優(yōu)越性,能夠為現(xiàn)場試氣層位的優(yōu)選和區(qū)塊“甜點”評價提供有效的技術(shù)支撐。

1 頁巖含氣量地質(zhì)關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)選及新模型構(gòu)建

頁巖的含氣量除受沉積環(huán)境影響外,還受到熱演化史、埋藏史等因素影響,根據(jù)頁巖氣的聚集特征和聚集機理,可將影響頁巖含氣量的眾多控制因素分為內(nèi)部和外部因素[3-4]。內(nèi)部因素主要包括頁巖有機碳含量、礦物組分和儲層物性等;外部因素主要有溫度、壓力和深度等[5-9]。不同地質(zhì)沉積背景下,不同區(qū)域各個控制因素對含氣量影響程度有所不同,需要結(jié)合區(qū)域儲層特征,進行針對性優(yōu)選研究。

在條件允許的情況下,應(yīng)盡可能多地考慮各影響參數(shù)對頁巖含氣量影響,以達到更好地預(yù)測效果[10]。由于同一區(qū)塊溫度和深度變化不大,在進行參數(shù)優(yōu)選時不將其列入其中考慮。結(jié)合X區(qū)塊頁巖氣儲層特征和實際條件,對各個影響參數(shù)分別與實驗測試的含氣量進行單因素相關(guān)性擬合分析,優(yōu)選擬合相關(guān)系數(shù)較高的影響參數(shù)。

從內(nèi)部和外部影響因素等各個影響指標與總含氣量的相關(guān)關(guān)系圖可知,總含氣量與地層壓力、孔隙度呈正相關(guān),與密度呈負相關(guān),擬合相關(guān)系數(shù)較高,最終優(yōu)選為研究區(qū)總含氣量評價指標(見圖1)。從各個影響指標與吸附氣量的相關(guān)關(guān)系圖分析可知,吸附氣與有機碳、比表面呈正相關(guān)性,與密度呈一定的負相關(guān)性(見圖2),且擬合相關(guān)系數(shù)較高,最終優(yōu)選為吸附氣量的評價指標。

圖1 優(yōu)選評價指標與總含氣量的相關(guān)關(guān)系

圖2 優(yōu)選評價指標與吸附氣量的相關(guān)關(guān)系

基于以上巖心數(shù)據(jù)分析,優(yōu)選影響總含氣量的地層壓力、孔隙度以及密度作為最終評價地質(zhì)關(guān)鍵參數(shù),建立總含氣量復(fù)雜函數(shù)計算模型。優(yōu)選影響吸附氣量的有機碳、密度以及比表面地質(zhì)關(guān)鍵參數(shù),建立吸附氣量復(fù)雜函數(shù)計算模型。通過含氣量模型分別計算出總含氣量與吸附氣含量,兩者之差便可獲得游離氣含量,最終達到預(yù)測含氣量的目的[7-10]。

Vt=f(pp,ρ,φ)

(1)

Va=(ρ,TOC,S)

(2)

Vf=Va-Vt

(3)

式中,Vt、Va、Vf分別為頁巖總氣量、頁巖吸附氣量、頁巖游離氣量,m3/t;ρ為頁巖密度,g/cm3;pp為地層壓力系數(shù);φ為孔隙度,%;TOC為總有機碳含量,%;S為比表面,m2/g。

2 頁巖含氣量新模型測井定量計算及應(yīng)用

2.1 頁巖含氣量新模型測井定量計算

2.1.1 有機碳含量測井評價

頁巖的總有機碳含量(TOC)是影響頁巖吸附氣體能力的主要因素之一,TOC較高的頁巖對吸附態(tài)頁巖氣具有更高的存儲能力,TOC越高,頁巖氣的吸附能力就越大。

X區(qū)塊由于取心層段有限,為了獲取未取心井段烴源巖中有機碳含量,采用測井方法,建立研究區(qū)有機碳與相關(guān)測井曲線的數(shù)學(xué)模型。目前根據(jù)有機碳含量測井計算的手段和方法,在X區(qū)塊進行應(yīng)用,單一測井密度法(見圖3),兩元測井核磁共振—密度法(見圖4)效果較好,并進行了有機碳含量測井定量計算。

圖3 單一因素測井評價TOC

圖4 兩元因素測井評價TOC

2.1.2 地層壓力測井評價

一般情況下,在一定范圍內(nèi)地層壓力與頁巖儲層的含氣量呈正相關(guān)關(guān)系,在盆地內(nèi)部,壓力系數(shù)一般較高,保存條件較好,總含氣量較高;反之,壓力系數(shù)一般較低,保存條件較差,總含氣量較低[9-12]。

目前,有多種測井系列都能較好地反映地層孔隙壓力。該區(qū)塊選用資料來源最廣的聲波時差資料,應(yīng)用效果最好。對于頁巖欠壓實機理產(chǎn)生的異常壓力,首先需要建立聲波時差的正常壓實趨勢線,通過正常壓實趨勢線與實際測井聲波時差進行對比,求取地層壓力(見圖5)。Eaton法綜合考慮了壓實作用以及其他高壓形成機制作用[12],并建立與聲波時差之間的關(guān)系

pp=po-(po-pw)(Δtn/Δt)c

(4)

式中,pp為地層壓力,MPa;po為上覆地層的靜巖壓力,MPa;pw為地層水靜液柱壓力,MPa;Δt為觀察點測井實測;Δtn為同一深度正常壓實趨勢線上的對應(yīng)值;c為壓實指數(shù)。

圖5 Δt與深度的關(guān)系曲線*非法定計量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同

圖6 X區(qū)塊頁巖氣Y井地層壓力測井預(yù)測圖

壓力異常和含氣性都會引起縱波時差增大,在預(yù)測孔隙壓力前,應(yīng)該對縱波時差進行校正,消除含氣影響[11]。橫波時差受氣體影響較小,當(dāng)橫波速度確定時,通過不含氣頁巖層段的縱波、橫波時差關(guān)系模型可求取縱波時差,并得到不受氣體影響的縱波時差,從而實現(xiàn)含氣性校正,才能更好實現(xiàn)壓力預(yù)測。

2.1.3 孔隙度測井評價

常規(guī)儲層評價研究中,物性參數(shù)是評價儲層特征的主要參數(shù),對于非常規(guī)頁巖氣儲層也同樣適用。頁巖的物性參數(shù)孔隙度主要影響著頁巖的含氣量。孔隙是頁巖中氣體的儲集空間,孔隙大小很大程度上決定著頁巖的儲能大小,它主要控制著頁巖游離氣的含量[10-13]。

由于頁巖氣儲層中含有一定量的有機質(zhì),有機質(zhì)的性質(zhì)接近于流體,但占據(jù)礦物骨架體積,使孔隙結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜,因此,傳統(tǒng)三孔隙度算法已不能準確求取泥頁巖孔隙度。

通過對密度孔隙度作類似于泥質(zhì)校正的方法進行校正以后的孔隙度,接近于頁巖氣儲層的真實有效孔隙度,故提出以下孔隙測井計算模型[12-15]

(5)

式中,φe為有效孔隙度,%;φd為密度孔隙度,%;VTOC為有機質(zhì)體積,%;Vsh為泥質(zhì)含量,%;ρma為骨架密度,g/cm3;ρTOC為有機質(zhì)密度,g/cm3;ρf為流體密度,g/cm3。

2.1.4 比表面積測井評價

孔隙比表面控制著吸附氣含量,由于頁巖氣儲層干酪根中微孔隙的發(fā)育,微孔隙表面積對甲烷有較強的吸附能力。頁巖儲層比表面積的構(gòu)成較為復(fù)雜,它與總有機碳、巖石組分、礦物成分以及黏土礦物的內(nèi)表面積和外表面積等因素密切相關(guān)。

通過交會分析,比表面積與有機碳和孔隙結(jié)構(gòu)相關(guān)關(guān)系高,建立相關(guān)函數(shù)關(guān)系(見圖7、圖8),并進一步通過測井資料定量評價比表面積。

圖7 比表面積與TOC關(guān)系

圖8 比表面積與孔隙結(jié)構(gòu)系數(shù)關(guān)系

2.2 實例應(yīng)用

針對頁巖氣X區(qū)塊通過對優(yōu)選的地質(zhì)關(guān)鍵因素分別與總含氣量和吸附氣量進行數(shù)學(xué)關(guān)聯(lián)性分析并建立含氣量模型?；谪S富的測井資料定量求取影響含氣量各地質(zhì)關(guān)鍵參數(shù)連續(xù)性剖面。方法應(yīng)用于X區(qū)塊Y2井,模型方法與實驗方法的計算結(jié)果較為一致(見圖9)。實現(xiàn)了利用測井資料對頁巖氣儲層含氣量進行連續(xù)性剖面定量評價的目的。

圖9 X區(qū)頁巖氣Y2井含氣量測井評價

3 結(jié) 論

(1)從各個影響指標與含氣量的相關(guān)關(guān)系圖分析,總含氣量與地層壓力、孔隙度呈正相關(guān),與密度呈負相關(guān),最終優(yōu)選為研究區(qū)總含氣量評價指標;吸附氣與有機碳、比表面呈正相關(guān)性,與密度呈一定的負相關(guān)性,且擬合相關(guān)系數(shù)較高,最終優(yōu)選為吸附氣量的評價指標。

(2)通過優(yōu)選的含氣量地質(zhì)關(guān)鍵影響參數(shù)建立含氣量新模型,進一步實現(xiàn)利用測井資料對頁巖儲層含氣量進行連續(xù)性剖面的定量評價,根據(jù)新模型公式計算的含氣量與實驗測試的含氣量值吻合較好,說明達到預(yù)測頁巖含氣量的良好效果。