周濤

摘 要：頁巖氣是天然氣資源的一種，在開采過程中應(yīng)注意使用各項地球物理技術(shù)，以確保頁巖氣儲藏勘探的準(zhǔn)確性和開采的成功率。本文主要針對地球物理技術(shù)在頁巖氣勘探開發(fā)各階段中的應(yīng)用進行論述。

關(guān)鍵詞：地球物理技術(shù);頁巖氣;微地震技術(shù);AVO疊前反演

1 概述

頁巖氣是非常規(guī)天然氣資源的一種，屬于自生自儲油氣藏，且在世界范圍內(nèi)儲量豐富，因此得到世界各國研究者的注意。而美國頁巖氣勘探技術(shù)的發(fā)展，使得頁巖氣的工業(yè)生產(chǎn)成為了可能，若進一步利用地球物理技術(shù)提高頁巖氣勘探的精準(zhǔn)度和成功率，將在很大程度上緩解世界能源緊缺的問題。

2 地球物理技術(shù)在頁巖氣勘探中的應(yīng)用

2.1 頁巖氣測井評價

2.1.1 測井識別。頁巖氣具有導(dǎo)電性差、密度較小、含氫量低、傳播速度慢等物理性質(zhì)，而且含氣頁巖中有機含量和放射性元素鈾含量較高，因此測井通常表現(xiàn)為伽馬高、電阻大、高聲波時差、中字孔隙度高、低密度、光電效應(yīng)差的特點。

2.1.2 有機碳含量及熱成熟度指標(biāo)。頁巖氣中放射性元素鈾

含量較高，其伽馬曲線也高。自然伽馬測井技術(shù)和ECS技術(shù)的聯(lián)合使用，可為鉀、鈾、釷等元素的豐度分析提供技術(shù)支持，從而確定有機碳的含量;而中字—密度法則能對熱成熟度的確定具有指導(dǎo)意義。

2.1.3 頁巖裂縫參數(shù)評價。天然縫、誘導(dǎo)縫、斷層的分辨需要依靠微電阻率掃描成像技術(shù)和核磁共振技術(shù)，而壓裂后裂縫高度計長度的識別評價就需要借助井溫測井技術(shù)、同位素測井技術(shù)或偶極橫波測井技術(shù)。

2.1.4 頁巖儲層物性參數(shù)評價。頁巖氣儲層物性評價的參數(shù)主要包括頁巖的孔隙度、滲透率和含油飽和度。頁巖孔隙度測定需要依靠補償聲波和長遠距聲波、體積密度以及補償中子，并在ECS技術(shù)的支持下，利用換算有關(guān)骨架參數(shù)的方法，對含氣頁巖的孔隙度進行計算和評價;滲透率的評價需要用自然電位、自然伽馬能譜、CMR核磁共振、微電極技術(shù);含氣飽和度的估算就要在CMR核磁共振技術(shù)、感應(yīng)測井技術(shù)以及雙側(cè)向技術(shù)的幫助下完成。

2.1.5 頁巖巖礦組分的確定。頁巖巖礦組分的確定主要使用ECS探測技術(shù)，主要原理是利用中子感生的俘獲自然伽馬能譜，進而對巖礦中的硅（Si）、鈣（Ca）和硫（S）含量進行進行準(zhǔn)確的測定，從而確定巖礦的屬性。

2.1.6 頁巖巖石力學(xué)參數(shù)計算。巖石力學(xué)參數(shù)的任務(wù)是對巖石的地層應(yīng)力和最大主應(yīng)力方位進行確定，這就需要聲波掃描技術(shù)、中子密度以及成像測井技術(shù)。

2.2 頁巖含氣性檢測

2.2.1 疊后波阻抗反演。疊后反演以褶積為模型，將子波的反褶積進行壓縮處理，使地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為反射系數(shù)序列，進而得到波阻抗剖面。頁巖層含氣量越豐富，儲層體積密度和測速度降低越快，使波阻抗值降低。根據(jù)頁巖層地質(zhì)模型拾取頁巖層波阻抗數(shù)據(jù)，可對含氣量的確定提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

2.2.2 AVO疊前反演。頁巖氣含量越多，儲層體積密度越小，彈性波速也降低，嚴(yán)重影響了彈性模量和泊松比等參數(shù)。AVO疊前反演能根據(jù)巖石物理學(xué)相關(guān)理論、振幅與偏移距離的關(guān)系理論，對泊松比、拉梅常數(shù)、楊氏模量等彈性參數(shù)進行準(zhǔn)確推導(dǎo)，從而得到頁巖儲層中的含氣量。

2.2.3 疊前彈性阻抗反演。疊前彈性阻抗反演是在彈性阻抗函數(shù)和聲波阻抗的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種特殊的技術(shù)，當(dāng)彈性阻抗入射角為0°時，被稱為聲波阻抗，這種特例不僅具有疊后波阻抗反演的優(yōu)點，還能有效彌補疊前AVO反演技術(shù)的不足。彈性阻抗反演能獲得更多的巖性和物性信息，提高了反演技術(shù)的預(yù)測能力和對頁巖氣儲層的描述能力。

2.2.4 頻譜分解技術(shù)。波頻分解技術(shù)的應(yīng)用原理是含油氣儲層的吸收頻率較高，這是因為地震波中的高頻成分在含油氣儲層中能量衰減較快，而在非含油區(qū)的高頻成分能量衰減較慢。該技術(shù)與AVO反演技術(shù)相結(jié)合，發(fā)展成了新的分頻AVO技術(shù)和頻變AVO技術(shù)。

2.3 頁巖裂縫預(yù)測

2.3.1 多屬性裂縫檢測技術(shù)。曲率是對曲線或曲面彎曲程度的定量描述，頁巖的曲率大，其曲面彎曲程度就大，裂縫產(chǎn)生的概率就高。相干和方差技術(shù)則主要用于對地震信號的解釋，當(dāng)相鄰地震信號出現(xiàn)相似或不連續(xù)等異常現(xiàn)象時，可通過相干和方差技術(shù)對其進行科學(xué)解釋;曲率、相干、方差技術(shù)能對含氣頁巖裂縫的強度、方位、位置等要素進行準(zhǔn)確預(yù)測。

2.3.2 各向異性檢測技術(shù)。沉積地層的骨架顆粒的定向排列和顆粒間的裂隙發(fā)育度有關(guān)，這就造成了沉積地層在地震波尺度上會表現(xiàn)出不同程度的各向異性，且研究表明，裂隙發(fā)育越完全，表現(xiàn)出來的各向異性越強。根據(jù)疊前地震道數(shù)據(jù)，對頁巖氣儲層裂隙的發(fā)育方向和密度進行檢測，檢測技術(shù)可使用方位角速度分析技術(shù)。方位角變化時，地震反射振幅隨之改變，為裂隙分布的預(yù)測提供了依據(jù);方位AVO技術(shù)是利用AVO技術(shù)對不同方位角范圍內(nèi)的地震資料進行分析，然后根據(jù)分析結(jié)果計算出地層的裂隙發(fā)育程度。

2.3.3 轉(zhuǎn)換橫波分裂技術(shù)。轉(zhuǎn)換橫波進入裂縫介質(zhì)的方位不同，其分裂情況也不同，并且裂縫走向也對波的分裂造成一定影響，因此分裂波的特征能反映裂縫的強度。多波多分量地震勘探技術(shù)和相對時差梯度法的結(jié)合對頁巖氣儲藏裂縫的方向和發(fā)育程度的測定，具有極為重要的作用。

2.4 頁巖氣井中地震技術(shù)

2.4.1 微地震監(jiān)測技術(shù)。微地震監(jiān)測技術(shù)的檢測效果要高于測井監(jiān)測技術(shù)，其監(jiān)測原理是在壓裂施工過程中，在井下或地面布置檢波器，對地下巖石的破裂研發(fā)的微地震進行實時監(jiān)測，并對傳播情況進行記錄，以此作為判斷壓裂施工過程中裂縫產(chǎn)生位置、大小、延伸方向的依據(jù)，從而為后期開采方案的優(yōu)化提供指導(dǎo)。

2.4.2 其他井中地震技術(shù)。VSP技術(shù)經(jīng)過多個發(fā)展階段，已經(jīng)成為相當(dāng)成熟的井中地震技術(shù)之一，而3D VSP技術(shù)與微地震監(jiān)測技術(shù)的聯(lián)合使用更是極為普遍的一種做法;而與P-P和P-S成像技術(shù)的聯(lián)合使用，可在高分辨率的情況下對陸上構(gòu)造進行解釋;四維地震技術(shù)還能實現(xiàn)對頁巖氣隨溫度變化而改變的監(jiān)測，這對于優(yōu)化頁巖氣的開采方案是極為有利的。

3 總結(jié)

頁巖氣作為一種非常規(guī)能源，其勘探和開采技術(shù)要求雖不同于普通的油氣勘探，但對于各項物理勘探技術(shù)的需求是相同的。地球物理勘探技術(shù)和分析技術(shù)對于頁巖氣的勘探開采具有極為重要的指導(dǎo)意義，我國應(yīng)加大在該領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用方面的研究，使新型的勘探技術(shù)更好地服務(wù)于我國頁巖氣的開采工作，以緩解我國能源緊缺問題。

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