潘仁芳 趙明清 伍媛 長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院

一.頁巖氣測井響應(yīng)特征

1.1 頁巖氣儲集層地質(zhì)特征

頁巖氣是指主體位于暗色泥頁巖或高碳泥頁巖及其間所夾砂質(zhì)、粉砂質(zhì)巖地層中，以吸附氣或游離狀態(tài)為主要存在方式的天然氣聚集。暗色頁巖在中國分布廣泛，中國南方碳酸鹽巖地區(qū)、西北地區(qū)及華北地區(qū)中、古生界等都是頁巖氣藏發(fā)育的有利地區(qū)。頁巖氣儲集層存在以下幾方面的特征：

巖性特征：頁巖巖性多為瀝青質(zhì)或富含有機(jī)質(zhì)的暗黑色泥頁巖和高碳泥頁巖，其間或有夾層狀發(fā)育的粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖等。一般認(rèn)為其巖石組成為30%～50%的粘土礦物、15%～20%的粉砂質(zhì)石英顆粒和4%～30%的有機(jī)質(zhì)。頁巖氣主要是吸附氣和游離氣，吸附氣占到20%～85%，其余的為游離氣和水溶氣。頁巖的礦物成分較復(fù)雜, 除高嶺石、蒙脫石、伊利石等黏土礦物以外, 還混雜石英、長石、云母等許多碎屑礦物和自生礦物。其中石英含量通常大于50%，且可高達(dá)75%。頁巖顆粒一般小于0.005mm，巖性致密，頁巖顆粒分選較差，性脆，在一定壓力下易產(chǎn)生裂縫。

儲集物性：頁巖氣具有自生自儲的或短距離運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)。氣源巖的發(fā)育位置直接指示了該類氣藏的空間發(fā)育。暗色頁巖孔徑很小，大于50nm為大孔，2～50nm為小孔為中孔、小于2 nm為微孔。因此比表面積大，孔隙小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，總孔隙度一般小于10%?？紫额愋鸵话銥榉奂?xì)顆粒的粒間孔隙和晶間孔隙?？缀硇?，基質(zhì)滲透率低，是頁巖氣吸附氣的重要存在場所。有效孔隙度低，孔隙儲集的頁巖氣很有限。裂縫規(guī)模差別較大，裂縫類型多樣，有成巖時形成的層理，有高壓異常氣膨脹時形成的破裂縫。裂縫的滲透率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于基質(zhì)滲透率。是頁巖氣游離氣儲集的主要場所。多種類型的天然裂縫大范圍連通，可形成一個擁有獨(dú)立壓力系統(tǒng)的頁巖氣藏。鉆遇頁巖氣裂縫時有較好的氣顯。

1.2 頁巖氣測井曲線響應(yīng)特征

利用測井曲線形態(tài)和測井曲線相對大小可以快速而直觀地識別頁巖氣儲集層。實(shí)測中頁巖氣儲集層在常規(guī)測井曲線上有明顯的特征響應(yīng)。識別非常規(guī)天然氣所需的常規(guī)測井方法主要是：自然伽馬、井徑測井、中子密度測井、巖性密度測井、體密度測井、聲波時差、電阻率測井。通過測井解釋資料可以定量分析儲集層的巖性，確定儲集層的基本評價參數(shù)，包括評價儲集層物性的孔隙度和滲透率，評價儲集層含氣性的含氣飽和度，含水飽和度與束縛水飽和度，儲集層厚度等等。

自然伽馬：頁巖氣層的自然伽馬值顯示高值，這是由于：a.頁巖中泥質(zhì)含量高，泥質(zhì)含量越高伽馬放射性就越高；b.某些有機(jī)質(zhì)中含有高放射性物質(zhì)。一般性地層中，泥頁巖在地層中伽馬顯示最高值（>100）。相比之下，砂巖和煤層顯示低值。

井徑測井：砂巖顯示縮徑；泥頁巖一般為擴(kuò)徑。

聲波時差測井：頁巖氣儲層聲波時差值顯示高值。頁巖比泥巖致密，孔隙度小，聲波時差介于泥巖和砂巖之間。遇到裂縫氣層有周波跳反應(yīng)，或者曲線突然拔高。頁巖有機(jī)質(zhì)含量增加時，其聲波時差增大；聲波值偏小，則反映了有機(jī)質(zhì)豐度低。

中子測井：頁巖氣儲集層中子測井值為高值。中子測井值反映的是巖層中的含氫量。含氫物質(zhì)一般為：水，石油，結(jié)晶水和含水砂，既中子密度測井反映的是地層孔隙度。頁巖地層孔隙度一般小于10%。頁巖氣儲集層中，要注意到兩個相反的影響因素：地層中含氣使得中子密度值減小，而束縛水則使中子密度值偏大。束縛水飽和度大于含氣飽和度，故認(rèn)為束縛水對于中子測井值的影響較大。有機(jī)質(zhì)中的氫含量也會對中子測井產(chǎn)生影響使孔隙度偏大。在頁巖儲集層段，中子孔隙度值顯示低值，這代表高的含氣量、短鏈碳?xì)浠衔铩?/p>

地層密度測井：地層密度為低值。地層密度值實(shí)際上測量的是地層的電子密度，而電子密度相當(dāng)于地層體積密度。頁巖密度為低值，比砂巖和碳酸巖地層密度測井值低，但是比煤層和硬石膏地層密度值高出很多。隨著有機(jī)質(zhì)和烴類氣體含量增加將會使地層密度值更低。存在裂縫，也會使地層密度測井值降低。

巖性密度測井：現(xiàn)代測井儀器同可以時測量地層密度與巖性密度。在巖性密度測井Pe值可以用來指示巖性。巖性密度測井可應(yīng)用于識別頁巖粘土礦物類型。頁巖礦物組成的變化，將導(dǎo)致單位體積頁巖巖性密度測井值的發(fā)生變化。結(jié)合取芯資料，可以很好地分析某地區(qū)的粘土巖礦物成份。

電阻率測井：頁巖深淺探測電阻率均顯示低值。頁巖氣的電阻率影響因素復(fù)雜，主要是：1）.頁巖泥巖含量高，束縛水飽和度高，而這兩者的電阻率都很低。2）.頁巖氣儲集層低孔低滲，使得泥漿濾液侵入范圍很小，侵入帶影響很小，深淺曲線值非常相近，這反映了頁巖氣儲集層的滲透率值低。3）.有機(jī)質(zhì)電阻率高，干酪根的電阻率為無限大，在有機(jī)質(zhì)豐度高的地層中，電阻率測井值為高值。

二.基礎(chǔ)參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)，利用體積模型計算含烴量

應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)對測井資料處理解釋，必須根據(jù)需要解決的問題應(yīng)用適當(dāng)?shù)奈锢矸椒?、建立相?yīng)的測井解釋模型、導(dǎo)出測井響應(yīng)值與地質(zhì)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。測井測量的物理參數(shù)可以看成是單位體積巖石中各部分的相應(yīng)物理量的平均值，把巖石的宏觀物理量看成是各部分貢獻(xiàn)之和。即巖石宏觀物理量M等于各部分物理量Mi之和，即M＝∑Mi。當(dāng)用單位體積物理量（側(cè)井參數(shù)）表示時，巖石體單位體積物理量m就等于各部分相對體積Vi與其單位體積物理量mi乘機(jī)之總和，即m=∑vimi。

圖1 頁巖氣儲集空間模型

在這里利用最優(yōu)化多礦物解釋模型。頁巖礦物質(zhì)組成復(fù)雜，骨架組成主要是致密性泥頁巖、高碳泥頁巖，還有大量的固體有機(jī)質(zhì)，其間夾有層狀發(fā)育的粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖等。粉砂巖的測井解釋與泥巖區(qū)別不大。所以頁巖骨架礦物可看成由致密性的泥巖及粉砂碎屑、固體有機(jī)質(zhì)以及結(jié)晶水三個部分組成。頁巖的滲透率低，孔隙度低，總孔隙度一般小于10%。頁巖孔喉，孔隙空間是吸附氣存在的重要場所，其間還有少量的自由水和液態(tài)烴類。

有機(jī)質(zhì)頁巖儲集空間如圖1所示。長為L，體積為V的頁巖正方體有下列關(guān)系：

其中，Vma表示巖石骨架的相對體積，包括含砂質(zhì)頁巖相對體積Vma1和固體有機(jī)質(zhì)的相對體積Vma2以及少量的束縛水相對體積Vma3；Vφ表示孔隙和裂縫的相對體積，包括有自由水相對體積Vφ1和吸附的、游離的和溶解烴類氣體或液體的相對體積Vφ2。

根據(jù)上述體積模型，可以導(dǎo)出各種測井值與巖石孔隙度等參數(shù)之間的基本關(guān)系式：

通過聯(lián)立以上方程可以計算出烴類氣體或液體的體積含量Vφ2，繼而求出含氣量。

然而以上公式僅為理想的模型推導(dǎo)，要列出完整的算式需要大量的巖心實(shí)驗(yàn)室資料，建立回歸算法。且誤差較大。所以只是一種想法。這主要是因?yàn)椋?）、地下頁巖礦物成分復(fù)雜，儲集層情況多樣無法掌握。2）、氣體在地下和地上的參數(shù)值不同，需要換算。3）、有機(jī)質(zhì)參數(shù)資料少，無法確定。4）、在國內(nèi)頁巖巖心很少資料不全。

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