趙紅燕，崔啟亮，石文睿，郭美瑜

（1.中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 荊州434023；3.香港中文大學(xué)，香港 新界 999077）

頁(yè)巖氣是賦存于暗色富含有機(jī)質(zhì)泥巖、頁(yè)巖地層中，自生自儲(chǔ)，分布范圍廣，區(qū)別于常規(guī)油氣顯示，無(wú)自然產(chǎn)能，常規(guī)方式開發(fā)難以獲得工業(yè)氣流。目前，國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣儲(chǔ)集層錄井解釋評(píng)價(jià)主要是以傳統(tǒng)的常規(guī)油氣層解釋方法為主，在此基礎(chǔ)上，引入了有機(jī)碳含量、游離氣含量、吸附氣含量、總含氣量、脆性礦物含量等頁(yè)巖氣儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)參數(shù)。

工區(qū)首口頁(yè)巖氣參數(shù)井－A井位于四川盆地川東高陡褶皺帶包鸞－焦石壩背斜帶北緣，地處涪陵區(qū)東部，隸屬于重慶市涪陵區(qū)焦石壩鎮(zhèn)，在龍馬溪組下部－五峰組頁(yè)巖層連續(xù)密閉取心88.0m，并進(jìn)行了孔隙度、TOC、含氣量等多項(xiàng)頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)關(guān)鍵參數(shù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試。本文在A井豐富的巖心實(shí)驗(yàn)資料基礎(chǔ)上建立了焦石壩頁(yè)巖氣田儲(chǔ)層含氣量常規(guī)錄井儲(chǔ)層評(píng)價(jià)關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算模型，并結(jié)合已完井的B、C、D、E、F等5口探井資料評(píng)價(jià)該區(qū)塊龍馬溪組下部－五峰組頁(yè)巖儲(chǔ)層含氣性。

1 工區(qū)地質(zhì)概況

涪陵地區(qū)焦石壩頁(yè)巖氣田地表出露地層為下三疊統(tǒng)嘉陵江組，自上而下鉆遇三疊系嘉陵江組、飛仙關(guān)組；二疊系長(zhǎng)興組、龍?zhí)督M、茅口組、棲霞組、梁山組；石炭系黃龍組（局部缺失）、志留系韓家店組、小河壩組、龍馬溪組及奧陶系五峰組、澗草溝組、寶塔組、十字鋪組等地層。過(guò)井地震測(cè)線反映海相地層龍馬溪組－五峰組地震波組相位連續(xù)，地層產(chǎn)狀 ＜10°，地層平緩、構(gòu)造變形弱，邊緣被大耳山西、石門、吊水巖等斷層夾持，遠(yuǎn)離“通天”斷層，頁(yè)巖氣保存條件良好。

前人研究發(fā)現(xiàn)，焦石壩區(qū)塊海相地層下志留系龍馬溪組－上奧陶系五峰組屬深水陸棚相沉積，是國(guó)內(nèi)少有的頁(yè)巖氣富集勘探有利區(qū)塊；中部主要為濁積砂，厚約30m；下部發(fā)育有灰黑色碳質(zhì)泥頁(yè)巖，厚度約90m，TOC平均大于2.0%，有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅰ型，熱演化程度Ro為2.2%～3.1%、平均2.6%，處于有利生氣階段，具有較好的儲(chǔ)集性能。

2 隨鉆儲(chǔ)層定性識(shí)別

2.1 頁(yè)巖儲(chǔ)層識(shí)別

儲(chǔ)層識(shí)別的主要方法是鉆時(shí)比值法與dc指數(shù)差法。通常，進(jìn)入目的層段，鉆壓、轉(zhuǎn)速等鉆井工程參數(shù)與密度、黏度等鉆井液性能參數(shù)都相對(duì)穩(wěn)定。相鄰的泥頁(yè)巖非儲(chǔ)層與儲(chǔ)層段的鉆時(shí)存在明顯的差異。泥頁(yè)巖非儲(chǔ)層與儲(chǔ)層鉆時(shí)之比稱為鉆時(shí)比值（ROPn／s），儲(chǔ)層段 ROPn／s≥1.2，好儲(chǔ)層段 ROPn／s≥1.5，高壓儲(chǔ)層段 ROPn／s≥4.0（圖1）。泥頁(yè)巖非儲(chǔ)層與儲(chǔ)層段的鉆時(shí)比值顯示，一般儲(chǔ)層段大于1.5，高壓儲(chǔ)層或裂縫發(fā)育段多大于4.0。

2.2 頁(yè)巖儲(chǔ)層定性評(píng)價(jià)

現(xiàn)場(chǎng)劃分頁(yè)巖氣顯示儲(chǔ)層時(shí)，采用鉆時(shí)比值、dc指數(shù)差（Δdc）、烴對(duì)比系數(shù)、全烴含量曲線結(jié)合分層；當(dāng)烴對(duì)比系數(shù)大于4.0，把鉆時(shí)比值大于1.5的連續(xù)井段劃分為一個(gè)頁(yè)巖氣異常顯示層段，中部夾層小于2m者一般不扣除，視為連續(xù)井段。所謂烴對(duì)比系數(shù)，是指泥頁(yè)巖非儲(chǔ)層或明顯的含烴水層全烴或甲烷平均值，與儲(chǔ)層段的全烴或甲烷有效異常值之比。在鉆井參數(shù)相對(duì)穩(wěn)定條件下，穿越氣藏水平段的鉆時(shí)和鉆時(shí)比值可以反映儲(chǔ)層的好壞；烴對(duì)比系數(shù)反映的是儲(chǔ)層的含油氣性。在近平衡鉆進(jìn)條件下，烴對(duì)比系數(shù)可以較好地反映氣層的含烴情況，利用鉆時(shí)比值－烴對(duì)比系數(shù)交會(huì)圖可以快速區(qū)分頁(yè)巖氣層與頁(yè)巖含氣層（圖2）。

圖2 鉆時(shí)比值－烴對(duì)比系數(shù)交會(huì)圖版

3 儲(chǔ)層評(píng)價(jià)關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算

3.1 地層孔隙度與滲透率

利用鉆時(shí)資料確定的孔隙度反映的是地層總孔隙度，稱為氣測(cè)孔隙度。使用條件：鉆壓、轉(zhuǎn)速等鉆井工程參數(shù)與密度、黏度等鉆井液性能參數(shù)都相對(duì)穩(wěn)定；盡可能規(guī)避新舊鉆頭影響；地層呈正常壓力變化。鉆時(shí)變化范圍4～40min／m，超過(guò)該范圍可同步放大或縮小10倍，計(jì)算公式：

式中：Φ－為地層孔隙度（氣測(cè)孔隙度），%；ROPn－泥頁(yè)巖非儲(chǔ)層鉆時(shí)，min／m；ROPs－泥頁(yè)巖儲(chǔ)層鉆時(shí)，min／m；Φa－粘土層未壓實(shí)地層孔隙度，%；Φb－泥頁(yè)巖非儲(chǔ)層參考孔隙度，%。

泥頁(yè)巖儲(chǔ)層同致密砂巖、致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層一樣，以孔隙－微裂縫為主的儲(chǔ)層孔隙度同滲透率間存在有明顯的相關(guān)性，參考方程：

式中：Kq－地層滲透率（氣測(cè)滲透率），md。

3.2 地層壓力、地層破裂壓力

錄井現(xiàn)場(chǎng)多用地層壓力梯度、地層破裂壓力梯度表征地層孔隙流體壓力和地層破裂壓力，其計(jì)算公式：

式中，F(xiàn)PG－地層孔隙流體壓力梯度，MPa／100m；dcs－地層dc指數(shù)實(shí)測(cè)值，無(wú)量綱；dcn－dc指數(shù)趨勢(shì)值，無(wú)量綱；ρw－區(qū)域地層水密度，g／cm3；ρb－頁(yè)巖層巖性密度，g／cm3；p－地層壓力，MPa；pf－地層破裂壓力，MPa；H－儲(chǔ)層中部垂直深度，m；FRACmax－最大地層破裂壓力梯度，MPa／100m；FRACmin－最小地層破裂壓力梯度，MPa／100m。

3.3 地層含氣飽和度、含氣量

隨鉆連續(xù)測(cè)量的氣測(cè)烴含量反映了頁(yè)巖氣儲(chǔ)層游離氣含氣量，以及部分吸附氣隨巖屑到地面后的解吸情況。多數(shù)情況下吸附氣隨巖屑到地面后的自動(dòng)解吸量忽略不計(jì)。頁(yè)巖總含氣量通常指頁(yè)巖游離氣含量與吸附氣含量之和，是地層條件下每噸巖石中所含天然氣折算到地面標(biāo)準(zhǔn)溫度（25℃）和壓力（0.101 3MPa）條件下的天然氣總量，包括甲烷和其他烴類與非烴類氣體，計(jì)量單位通常為m3／t。其大小直接影響頁(yè)巖氣井產(chǎn)能、累計(jì)產(chǎn)量和氣井壽命，是頁(yè)巖氣勘探選區(qū)和儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。有關(guān)計(jì)算公式如下：

式中：Sw－氣測(cè)地層含水率，小數(shù)；Sg－地層氣飽和度，小數(shù)；n－氣測(cè)含烴飽和度指數(shù)，一般為3～7；Cb－烴背景值，%；Ct－儲(chǔ)層烴異常值，%；Ф－儲(chǔ)集層孔隙度，%；Bg－天然氣體積系數(shù)，小數(shù)；ρb－儲(chǔ)集層巖石密度，g／cm3；TOC－總有機(jī)碳含量，%；Gf－頁(yè)巖氣儲(chǔ)層游離氣量，m3／t；Gs－頁(yè)巖氣儲(chǔ)層吸附氣量，m3／t；Gt－頁(yè)巖氣儲(chǔ)層總含氣量，m3／t。

3.4 儲(chǔ)層可改造性評(píng)價(jià)

頁(yè)巖脆性特征是儲(chǔ)層是否易于改造的重要參數(shù)，而礦物成分是其最主要影響因素之一。脆性礦物含量增加有利于后期頁(yè)巖儲(chǔ)集層改造，富含石英或者碳酸鹽巖等脆性物質(zhì)的儲(chǔ)集層有利于在外力作用下形成天然裂縫和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)裂縫，因此反映礦物脆性物質(zhì)的含量，即脆性礦物含量，可作為頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。錄井現(xiàn)場(chǎng)通常是根據(jù)巖屑或巖心脆性礦物含量與脆性指數(shù)判別。脆性礦物含量估算公式：

式中：VBRIT－儲(chǔ)層脆性礦物含量，%；Vsi－儲(chǔ)層石英質(zhì)（石英、長(zhǎng)石）礦物含量，%；Vco3－儲(chǔ)層碳酸鹽礦物（方解石、白云石）含量，%。

式中：BRIT－儲(chǔ)層脆性指數(shù)，無(wú)量綱；Vth－儲(chǔ)層粘土礦物含量，%。

在錄井現(xiàn)場(chǎng)，BRIT≥0.5、Vsi＋lime≥60，頁(yè)巖氣儲(chǔ)層改造被認(rèn)為是易形成復(fù)雜的放射狀網(wǎng)絡(luò)裂縫；BRIT≤0.2、Vsi＋lime≤30，頁(yè)巖氣儲(chǔ)層改造被認(rèn)為是易形成單縫。

4 多參數(shù)定量類比評(píng)價(jià)儲(chǔ)層含氣性方法

頁(yè)巖氣多參數(shù)定量類比評(píng)價(jià)方法的關(guān)鍵是首先選擇同一地區(qū)或不同地區(qū)已有試油氣結(jié)論的典型頁(yè)巖氣井氣層作為參照井層，而后將確定為符合頁(yè)巖氣儲(chǔ)集層特征的井層與參照井進(jìn)行參數(shù)的對(duì)比，以此為基礎(chǔ)，通過(guò)系列參數(shù)運(yùn)算與相關(guān)參數(shù)的交會(huì)分析，分別求得類比評(píng)價(jià)指數(shù)和相關(guān)系數(shù)的平方，進(jìn)而應(yīng)用類比評(píng)價(jià)指數(shù)與相關(guān)系數(shù)的平方評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣儲(chǔ)集層。

4.1 評(píng)價(jià)參數(shù)選擇與計(jì)算

同一地區(qū)主要以能反映頁(yè)巖氣儲(chǔ)集層特征的錄、測(cè)井獲得的有機(jī) 碳含量（TOC／%）、孔 隙度（Φ／%）、全 烴（Tg／%）或甲烷含量（C1／%）、總含氣量（Gt／m3／t）、含氣飽和度（Sg／% ）、脆性礦物含量（Bt／%）、儲(chǔ)集層厚度（H）等7個(gè)參數(shù)為基礎(chǔ)，不同地區(qū)可適當(dāng)增加鉆時(shí)（r／min／m）和地層壓力梯度（FPG／MPa／100m）兩項(xiàng)參數(shù)，進(jìn)行待評(píng)價(jià)井層與參照井層的對(duì)比與相關(guān)計(jì)算，分別求得類比評(píng)價(jià)指數(shù)和相關(guān)系數(shù)平方。頁(yè)巖儲(chǔ)集層與常規(guī)儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)主要不同的是增加了總含氣量和脆性礦物含量?jī)蓚€(gè)重要參數(shù)。

4.1.1 類比評(píng)價(jià)指數(shù)

1）計(jì)算類比評(píng)價(jià)值。類比評(píng)價(jià)值定義為待評(píng)價(jià)井層參數(shù)與參照井層對(duì)應(yīng)參數(shù)的比值。同一地區(qū)，在確定具有典型頁(yè)巖氣儲(chǔ)集層地質(zhì)特征的參照井層之后，可選取該參照井層的7個(gè)評(píng)價(jià)參數(shù)與該地區(qū)的待評(píng)價(jià)井層進(jìn)行對(duì)比；而在某一地區(qū)的待評(píng)價(jià)井屬于先導(dǎo)探井而無(wú)合適的參照井層可選的情況下，可選擇不同地區(qū)的具有相同地質(zhì)特征的典型頁(yè)巖氣井層作為參照井層，進(jìn)行層間相應(yīng)對(duì)比。

將待評(píng)價(jià)井層的參數(shù)歸為2類、參照井層為1類、某項(xiàng)參數(shù)的類比評(píng)價(jià)值用I表示，則7個(gè)類比評(píng)價(jià)值分別為：

將上述參照和待評(píng)價(jià)井層的7個(gè)基礎(chǔ)參數(shù)為橫坐標(biāo)、其值大小用縱坐標(biāo)表示（圖3），為了便于比較，可分別將數(shù)據(jù)偏小的Ф、TOC、Tg、Gt參數(shù)放大10倍。據(jù)此，通過(guò)目測(cè)觀察對(duì)比，可看出兩井層的相似性及差異性，初步直觀定性評(píng)價(jià)待評(píng)價(jià)井層的含氣性。

圖3 頁(yè)巖儲(chǔ)集層多參數(shù)類比直方圖

2）計(jì)算類比評(píng)價(jià)指數(shù)。類比評(píng)價(jià)指數(shù)（Ia）選用幾何平均數(shù)表示。所謂幾何平均數(shù)是指n個(gè)變量值連乘積的n次方根，適用于計(jì)量單位不統(tǒng)一的各類值的平均值。選用7個(gè)參數(shù)變量時(shí)，類比評(píng)價(jià)指數(shù)（Ia）公式為：

4.1.2 相關(guān)系數(shù)的平方

以參照井層7個(gè)解釋參數(shù)為橫軸，待評(píng)價(jià)井層解釋參數(shù)為縱軸，均選用線性刻度，繪制多參數(shù)相關(guān)性判別圖版（圖4），并做線性回歸分析，得出線性相關(guān)方程及相關(guān)系數(shù)r2。

4.2 頁(yè)巖氣儲(chǔ)集層解釋評(píng)價(jià)

通過(guò)對(duì)24口井30層試氣結(jié)論分別為頁(yè)巖氣層和含氣層的類比評(píng)價(jià)值、評(píng)價(jià)指數(shù)和相關(guān)系數(shù)的平方的計(jì)算與分析，形成了類比評(píng)價(jià)指數(shù)與相關(guān)系數(shù)平方的交會(huì)圖版（圖5）。據(jù)此，統(tǒng)計(jì)分析得出的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為：交會(huì)點(diǎn)落在Ⅰ區(qū)為氣層，相關(guān)系數(shù)的平方大于或等于0.5，類比評(píng)價(jià)指數(shù)大于或等于0.8，試氣能獲得工業(yè)氣流；落在Ⅱ區(qū)為含氣層，試氣不能獲得工業(yè)氣流，相關(guān)系數(shù)的平方小于0.5，或類比指數(shù)小于0.8。

5 應(yīng)用評(píng)價(jià)

近兩年，應(yīng)用頁(yè)巖儲(chǔ)層解釋評(píng)價(jià)技術(shù)的研究成果，在四川盆地涪陵頁(yè)巖氣田及周緣地區(qū)40多口井進(jìn)行了生產(chǎn)應(yīng)用，評(píng)價(jià)為頁(yè)巖氣層的試氣均獲得了良好工業(yè)氣流，符合率達(dá)到90% 以上，解釋精度得到大幅度提高。

6 結(jié)論

1）在頁(yè)巖儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)中，氣測(cè)烴顯示好、游離氣含量高、單井測(cè)試產(chǎn)能大，吸附氣含量高、單井產(chǎn)期周期長(zhǎng)；只有吸附氣、游離氣含量二者的值相互匹配，頁(yè)巖儲(chǔ)集層才有非常好的商業(yè)開采價(jià)值。

2）針對(duì)頁(yè)巖氣錄、測(cè)井解釋方法和手段相對(duì)單一、解釋結(jié)果存在多解性、甚至相互矛盾的現(xiàn)狀，引入了多參數(shù)定量類比評(píng)價(jià)概念，明確了類比評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，完善了現(xiàn)有錄井評(píng)價(jià)手段。

3）應(yīng)用實(shí)踐表明，涪陵頁(yè)巖氣田錄井解釋評(píng)價(jià)關(guān)鍵技術(shù)適用范圍廣、效果好，可有效解決頁(yè)巖氣儲(chǔ)集層解釋評(píng)價(jià)難的問(wèn)題。

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