任 元，楊金良，毛 琳，楊彥波

（1.中國(guó)石化江漢石油工程有限公司測(cè)錄井公司，湖北 潛江433123；2.長(zhǎng)江大學(xué)，湖北 武漢430100；3.中國(guó)石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司，河北 任丘062550）

頁(yè)巖含氣飽和度是頁(yè)巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，也是評(píng)估頁(yè)巖儲(chǔ)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)。在頁(yè)巖氣勘探開發(fā)錄井與測(cè)井服務(wù)過程中，傳統(tǒng)的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層含氣飽和度是采用阿爾奇法來求取的。

1 問題的提出

采用阿爾奇法求取頁(yè)巖儲(chǔ)層含氣飽和度，主要是根據(jù)頁(yè)巖儲(chǔ)層測(cè)井電阻率、孔隙度及區(qū)域地層水電阻率資料等，利用阿爾奇公式求取的?；诎柶娣ㄇ笕〉捻?yè)巖儲(chǔ)層含氣飽和度被稱為“電阻率法含氣飽和度”。

采用阿爾奇法求取頁(yè)巖儲(chǔ)層含氣飽和度的前提條件是，僅有地層水導(dǎo)電，構(gòu)成地層骨架的礦物成分不導(dǎo)電。然而，由于頁(yè)巖儲(chǔ)層中存在導(dǎo)電礦物黃鐵礦及含量較高的地層束縛水或頁(yè)巖“石墨化”等因素，使得頁(yè)巖儲(chǔ)層電阻率異常變小，計(jì)算得到的頁(yè)巖儲(chǔ)層含氣飽和度準(zhǔn)確度低，可靠性差。

針對(duì)上述技術(shù)現(xiàn)狀，筆者提出了一種基于TOC的頁(yè)巖儲(chǔ)層含氣飽和度確定方法，這種方法不僅能為頁(yè)巖儲(chǔ)層含氣飽和度的確定提供可靠資料，提高確定符合率，而且能提高低電阻率條件下頁(yè)巖儲(chǔ)層含氣飽和度確定的可靠性。

2 方法原理

2.1 基本方法

基于TOC的頁(yè)巖儲(chǔ)層含氣飽和度主要是通過地化錄井儀測(cè)量，或是根據(jù)聲波時(shí)差、電阻率、巖性密度等測(cè)井資料計(jì)算獲得的TOC資料來確定的。采用這種方法得到的頁(yè)巖儲(chǔ)層含氣飽和度被稱為TOC含氣飽和度。為區(qū)別其它方法確定的含氣飽和度，可用Sgtoc表示，為方便通用，也多直接用Sg表示。

基本方法是：依據(jù)地層巖性、氣測(cè)甲烷、鉆時(shí)和測(cè)井自然伽馬及密度曲線變化等來劃分頁(yè)巖氣顯示層；讀取頁(yè)巖儲(chǔ)層TOC曲線數(shù)據(jù)，選取處于同一頁(yè)巖段內(nèi)相鄰的非儲(chǔ)層TOC平均值，作為該頁(yè)巖儲(chǔ)層的TOC背景值；根據(jù)地區(qū)不同分類選取區(qū)域頁(yè)巖儲(chǔ)層含氣飽和度指數(shù)n，由特定公式求取頁(yè)巖儲(chǔ)層段的含氣飽和度Sg；輸出計(jì)算結(jié)果（圖1）。

圖1 方法實(shí)現(xiàn)框圖

2.2 實(shí)施步驟

1）通過地化錄井儀測(cè)量或測(cè)井資料計(jì)算獲取TOC資料。

2）錄井儀TOC曲線數(shù)據(jù)顯示的步長(zhǎng)為1點(diǎn)／m～1點(diǎn)／0.1m，測(cè)井TOC曲線資料記錄步長(zhǎng)為2點(diǎn)／m～1點(diǎn)／0.1m。

3）依據(jù)地層巖性、氣測(cè)甲烷、鉆時(shí)和測(cè)井自然伽馬及密度曲線變化等因素來劃分頁(yè)巖氣顯示儲(chǔ)層。

4）讀取頁(yè)巖儲(chǔ)層TOC曲線數(shù)據(jù)，用TOCt（%）表示。

5）選取處于同一頁(yè)巖段內(nèi)相鄰的非儲(chǔ)層TOC平均值，作為該頁(yè)巖儲(chǔ)層的TOC背景值，用TOCb（%）表示。當(dāng)TOCt取錄井?dāng)?shù)據(jù)時(shí)，TOCb取對(duì)應(yīng)的錄井背景數(shù)據(jù)，當(dāng)TOCt取測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)時(shí)，TOCb取對(duì)應(yīng)的測(cè)井背景數(shù)據(jù)。

6）根據(jù)地區(qū)不同分類選取區(qū)域頁(yè)巖儲(chǔ)層含氣飽和度指數(shù)n，范圍為2～3。

7）公式：

由公式（1）求取頁(yè)巖儲(chǔ)層段的含氣飽和度Sg，Sg用小數(shù)或百分?jǐn)?shù)表示?；赥OC求取的頁(yè)巖儲(chǔ)層含氣飽和度被稱為TOC含氣飽和度。

8）輸出計(jì)算結(jié)果，供用戶評(píng)價(jià)儲(chǔ)層性質(zhì)時(shí)采用（圖2）。

圖2 方法實(shí)施詳細(xì)步驟流程圖

一般情況下，頁(yè)巖氣層的含氣飽和度Sg≥50%，頁(yè)巖儲(chǔ)層巖性為頁(yè)巖或泥巖，粒徑＜0.004mm，氣測(cè)甲烷含量在基值的基礎(chǔ)上增加1% 以上，TOC＞0.5%，具有低鉆時(shí)、高自然伽馬和低密度等特征。

2.3 n值確定方法

頁(yè)巖氣層的最小含氣飽和度被定義為0.5或50%，即區(qū)域頁(yè)巖氣層錄井、測(cè)井TOC最小值TOCtmin與TOCb存在下列關(guān)系：

式（3）中Kcmin為頁(yè)巖氣層的TOC最小比值。

3 應(yīng)用實(shí)例

基于TOC的頁(yè)巖儲(chǔ)層含氣飽和度確定方法，已在中揚(yáng)子地區(qū)建南氣田、涪陵頁(yè)巖氣田的26口井中得到應(yīng)用。其中，解釋處理了低阻頁(yè)巖氣儲(chǔ)層23口井，在該類儲(chǔ)層評(píng)價(jià)上顯示了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

3.1 實(shí)例一：建南氣田A井

A井是在建南氣田鉆探的1口頁(yè)巖氣試驗(yàn)井，目的層位于侏羅系東岳廟段。在侏羅系東岳廟段610.0～645.0m進(jìn)行測(cè)錄井時(shí)，發(fā)現(xiàn)在該井段存在頁(yè)巖氣顯示良好的儲(chǔ)層，其主要巖性為灰色、灰黑色頁(yè)巖。

通過地化錄井儀測(cè)量得到的TOC數(shù)據(jù)顯示，步長(zhǎng)為1點(diǎn)／m，全烴、甲烷由基值0%上升到9.85%。依據(jù)氣測(cè)全烴、鉆時(shí)和測(cè)井自然伽馬、密度曲線等將該層段劃分為頁(yè)巖儲(chǔ)層。元素錄井顯示該層段不含導(dǎo)電礦物黃鐵礦。

610.0 ～645.0m井段的TOC數(shù)值是在1.0%～2.0%，600.0～610.0m井段的TOC數(shù)值為0.1%～0.3%，平均為0.2%；610.0～645.0m井段頁(yè)巖儲(chǔ)層的TOC背景值TOCb取0.2%。

確定n值：建南地區(qū)東岳廟段頁(yè)巖氣層，TOCtmin＝0.8%，TOCb＝0.2%，由式（4）計(jì)算得n＝2.0。

根據(jù)式（1）計(jì)算東岳廟段610.0～645.0m井段的含氣飽和度Sg。輸出結(jié)果：610.0～645.0m井段，計(jì)算含氣飽和度Sg為55.0%～68.0%，解釋為二類氣層；利用阿爾奇法計(jì)算的含氣飽和度Sg是在50.0%～60.0%，解釋為二類氣層。二者計(jì)算得到的含氣飽和度基本接近，解釋結(jié)果一致（圖3）。

圖3 A井610.0～645.0m井段頁(yè)巖含氣飽和度對(duì)比圖

完井壓裂試氣，日產(chǎn)天然氣2 100～3 900m3。這些資料說明本發(fā)明計(jì)算的含氣飽和度與地層實(shí)際情況是相符的。

3.2 實(shí)例二：涪陵頁(yè)巖氣田B井

B井是在涪陵頁(yè)巖氣田焦石壩工區(qū)鉆探的1口頁(yè)巖氣參數(shù)井，目的層位為志留系龍馬溪組下部－奧陶系五峰組。進(jìn)行測(cè)錄井時(shí)，在2 340.0～2 415.0m井段發(fā)現(xiàn)有頁(yè)巖氣顯示，氣測(cè)全烴、甲烷由基值0.10%上升到2.13%。依據(jù)氣測(cè)全烴、鉆時(shí)和測(cè)井自然伽馬、密度曲線等將該層段劃分為典型頁(yè)巖儲(chǔ)層，巖性主要為黑色碳質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖。

通過測(cè)井資料計(jì)算獲取的TOC資料顯示：步長(zhǎng)是1點(diǎn)／0.1m；2 340.0～2 377.0m 井段的 TOC數(shù)值為1.0%～2.0%，2 377.0～2 415.0m 井段的 TOC數(shù)值為2.0%～4.6%，2 330.0～2 340.0m 井段的 TOC數(shù)值為0.1%～0.3%；2 340.0～2 415.0m 井段頁(yè)巖儲(chǔ)層的TOC背景值取0.2%。元素錄井顯示局部含導(dǎo)電礦物黃鐵礦，含量為2.0%～5.0%。

確定n值：涪陵地區(qū)志留系龍馬溪組下部－奧陶系五峰組頁(yè)巖儲(chǔ)層，與北美地區(qū)和建南東岳廟段頁(yè)巖氣層對(duì)比應(yīng)為氣層，TOCtmin＝0.8%，TOCb＝0.2%，由式（4）計(jì)算得n＝2.0。

根據(jù)式（1）計(jì)算2 340.0～2 415.0m井段的含氣飽和度（圖4）。

圖4 B井2 340.0～2 415.0m井段頁(yè)巖含氣飽和度對(duì)比圖

輸出結(jié)果：2 340.0 ～2 377.0m 井段，基于 TOC計(jì)算的含氣飽和度Sg為55.0%～68.0%，解釋為二類氣層，利用阿爾奇法計(jì)算的含氣飽和度Sg為10.0%～60.0%，且多數(shù)在10.0%～35.0% 之間（依據(jù)阿爾奇法計(jì)算的含氣飽和度不能判斷為氣層 ）；在2 377.0～2 415.0m井段，利用TOC資料計(jì)算的含氣飽和度Sg 68.0%～79.0%，解釋為一類氣層，利用阿爾奇法計(jì)算的含氣飽和度Sg為10%～70%，且多數(shù)在10.0%～35.0%之間。這些數(shù)據(jù)表明基于TOC計(jì)算的含氣飽和度明顯高于用阿爾奇法計(jì)算的含氣飽和度。

B井為側(cè)鉆水平井，水平段長(zhǎng)1 008m，分15段進(jìn)行壓裂試氣，日產(chǎn)天然氣21.3×104m3。這一事實(shí)不僅說明基于TOC計(jì)算的含氣飽和度與地層實(shí)際情況是相符的，而且在頁(yè)巖儲(chǔ)層含有導(dǎo)電礦物的情況下更具有明顯的實(shí)用優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)論及建議

1）基于TOC的頁(yè)巖儲(chǔ)層含氣飽和度確定方法在一定程度上解決了低阻頁(yè)巖儲(chǔ)層的含氣飽和度問題。

2）基于TOC的頁(yè)巖儲(chǔ)層含氣飽和度確定方法，已應(yīng)用于中揚(yáng)子地區(qū)建南氣田、涪陵頁(yè)巖氣田的26口井，能滿足現(xiàn)場(chǎng)測(cè)錄井生產(chǎn)需要。

3）基于TOC的頁(yè)巖儲(chǔ)層含氣飽和度確定方法還需要不斷完善，其適用范圍也有待拓展。

［1］雍世和，張超謨，高楚橋，等.測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)處理與綜合解釋［M］.山東：中國(guó)石油大學(xué)出版社，2007：130－134.

［2］石文睿，馬天碧，張占松，等.△LogR法估算頁(yè)巖氣儲(chǔ)層有機(jī)碳含量探討［J］.江漢石油職工大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，27（05）：1－4.

［3］蔣裕強(qiáng)，董大忠，漆麟，等.頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的基本特征及其評(píng)價(jià)［J］.天然氣工業(yè)，2012，30（10）：7－12.

［4］許長(zhǎng)春.國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣地質(zhì)理論研究進(jìn)展［J］.特種油氣藏，2012，19（01）：9－16.

［5］石元會(huì)，趙紅燕，陳曦，等.涪陵頁(yè)巖氣田海相頁(yè)巖氣層特征研究［C］／／第二屆氣體能源開發(fā)技術(shù)國(guó)際研討會(huì)專刊.北京：中國(guó)能源學(xué)會(huì)，2014：1－5.

［6］石文睿，張超謨，張占松，等.四川盆地焦石壩頁(yè)巖氣儲(chǔ)層含氣量測(cè)井評(píng)價(jià)［C］／／第二屆氣體能源開發(fā)技術(shù)國(guó)際研討會(huì)?？?北京：中國(guó)能源學(xué)會(huì)，2014：12－19.

［7］張建平，馮愛國(guó)，石元會(huì)，等.基于TOC的頁(yè)巖儲(chǔ)層含氣飽和度確定方法：中國(guó)，201410122338.4［P］.2014－03－31.