張作清,孫建孟,龔勁松,夏志林

（1.中國石化華東石油工程有限公司測井分公司，江蘇揚州225007；2.中國石油大學（華東）地球科學與技術(shù)學院，山東青島266580）

油氣地質(zhì)

頁巖氣儲層含氣量計算模型研究

張作清1,孫建孟2,龔勁松1,夏志林1

（1.中國石化華東石油工程有限公司測井分公司，江蘇揚州225007；2.中國石油大學（華東）地球科學與技術(shù)學院，山東青島266580）

頁巖氣是一種重要的非常規(guī)天然氣。依據(jù)等溫吸附實驗數(shù)據(jù)，對影響頁巖吸附能力的各項因素進行了分析，并借鑒KIM方程構(gòu)建了頁巖吸附氣含量計算模型。根據(jù)所建立的頁巖巖石物理模型，對頁巖的孔隙系統(tǒng)進行了劃分，并構(gòu)建了頁巖巖石的導電模型，利用該導電模型計算了頁巖的游離氣飽和度。模型參數(shù)全部實現(xiàn)常規(guī)測井資料計算，最后采用含氣量計算模型對頁巖氣井進行了處理，同時對處理結(jié)果進行了分析，驗證模型的準確性。分析埋深、成熟度對頁巖含氣性的影響，并進行驗證。利用吸附氣和游離氣體積之和估算頁巖氣儲層含氣量，其結(jié)果與現(xiàn)場巖心解吸含氣量對應良好，驗證了本模型的可行性。

頁巖氣；游離氣；吸附氣；含氣量；測井

0　引言

頁巖氣是指以吸附、游離和溶解狀態(tài)存在于泥頁巖、高含碳泥頁巖及其所夾砂質(zhì)、粉砂質(zhì)巖中的非常規(guī)天然氣［1-3］。研究表明，頁巖氣的賦存方式不同于常規(guī)天然氣，在常規(guī)氣藏中，天然氣以游離態(tài)為主，而在頁巖氣藏中，天然氣以游離態(tài)、吸附態(tài)及溶解態(tài)為主［3-6］。游離態(tài)氣體的賦存方式與常規(guī)天然氣相同，均存在于有機質(zhì)孔隙、微裂隙和基質(zhì)孔隙中。吸附氣吸附于有機質(zhì)、黏土礦物的表面，其中以有機質(zhì)表面吸附為主。另外，還有極少數(shù)的氣體以溶解態(tài)存在于干酪根和瀝青質(zhì)中［7］。頁巖中的含氣量不僅是評價頁巖氣儲量的重要依據(jù)，也是頁巖氣井單井產(chǎn)量預測的關(guān)鍵，決定著頁巖氣井的開采價值和開采壽命。

目前，頁巖中含氣量的測量方法［8-11］主要有2種：巖心解吸法、等溫吸附與測井解釋結(jié)合法。巖心解吸法，也稱為直接法，是指將鉆井取心得到的頁巖放入解吸罐中解吸，確定其含氣量。含氣量包括3部分：①損失氣，自鉆頭遇到巖層到巖樣裝入解吸罐中之前釋放出的氣體；②解吸氣，巖樣裝入解吸罐后在大氣壓力條件下解吸出的氣體；③殘余氣，終止解吸后仍殘留在巖石樣品中的氣體。等溫吸附與測井解釋結(jié)合法，也稱為間接法，是指對巖心進行等溫吸附實驗，建立吸附氣含量與其影響因素的計算模型，結(jié)合測井解釋法［11］計算游離氣含量，最終得到總的含氣量。

筆者以等溫吸附數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析頁巖吸附的影響因素，在KIM方程［12］的基礎(chǔ)上通過溫度等系數(shù)修正頁巖吸附氣含量計算模型。對于游離氣，以頁巖巖石體積物理模型為基礎(chǔ)，對巖石孔隙進行劃分，分析各孔隙類型的含氣特性，并利用頁巖巖石導電模型計算游離氣飽和度。綜合吸附氣和游離氣計算模型，以實現(xiàn)頁巖含氣量的定量評價。

圖1　樣品1等溫吸附線形態(tài)Fig.1　The isothermal adsorption of No.1 sample

1　吸附氣計算模型研究

目前，國內(nèi)外關(guān)于頁巖吸附能力的研究多基于等溫吸附實驗，并建立壓力與吸附量的關(guān)系。筆者通過研究各因素（壓力、有機碳含量、水分、黏土等）對頁巖吸附能力的影響，建立考慮多因素的頁巖吸附能力計算模型。

1.1吸附影響因素分析

1.1.1壓力和溫度

頁巖等溫吸附實驗［13］表明：當壓力較小時，隨著壓力的增加，氣體吸附量快速增加，并呈近線性關(guān)系（圖1中段1）；當壓力增加到一定程度時，氣體吸附量隨壓力的增加其趨勢逐漸變緩（圖1中段2）；當樣品的吸附量達到飽和后，壓力繼續(xù)增加，吸附量則趨于穩(wěn)定（圖1中段3）。甲烷分子因吸附而失去的動能轉(zhuǎn)變?yōu)槲綗崮?，氣體的吸附為放熱過程。郭為等［14］認為溫度增加會降低頁巖的吸附能力。根據(jù)曾鑫等［15］的研究發(fā)現(xiàn)，隨著壓力變化，溫度對頁巖吸附能力的影響程度變化不大，影響因子為一平均值0.023 4。因此，利用相同樣品不同溫度下的等溫吸附實驗數(shù)據(jù)，可分析在相同壓力下溫度對頁巖吸附的影響程度。

1.1.2有機質(zhì)含量和成熟度

頁巖有機質(zhì)顆粒表面是吸附氣的主要賦存場所。相關(guān)研究表明，有機質(zhì)控制頁巖納米級孔隙的發(fā)育［1］，頁巖的比表面積和吸附能力與總有機碳含量呈正相關(guān)關(guān)系［16-17］，因此有機質(zhì)含量是制約頁巖吸附能力的主要因素。除有機質(zhì)含量外，有機質(zhì)成熟度控制著有機質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)的發(fā)育，對頁巖氣的吸附特性產(chǎn)生影響。雖然，有機質(zhì)成熟度對頁巖吸附能力的定量研究需要進一步探討，但已有研究發(fā)現(xiàn)成熟度對頁巖中納米級孔隙具有控制作用。有機質(zhì)在成熟過程中，當Ro＜2%時，微孔與介孔的孔容所占比例都比較小，且隨成熟度的增加僅略有增加；當Ro＞2%時，微孔與介孔的孔容隨成熟度的增加快速增加；當Ro=3.5%時，微孔的孔容達到最大值，之后開始下降［18］，而納米級孔隙是頁巖氣的重要儲集空間［19］。

1.1.3水分

巖石的潤濕性與其對流體的吸附能力具有相關(guān)關(guān)系。當巖樣為水濕時，與甲烷分子相比，水分子更易吸附于巖石孔隙表面。當巖樣含水時，特別是當水分占據(jù)比表面積較大的微孔喉表面時，會減少頁巖中天然氣可利用的吸附面積，使頁巖的飽和吸附量降低。同時水分使某些黏土礦物（蒙脫石）吸水發(fā)生膨脹，影響巖石的孔隙結(jié)構(gòu)，使吸附氣含量降低。甲烷吸附體積隨樣品含水率的增加而減少，這種負相關(guān)關(guān)系可用如下公式［20］進行表述

式中：VD為干燥巖樣的甲烷吸附氣質(zhì)量體積，cm3/g；VM為含水巖樣的甲烷吸附氣質(zhì)量體積，cm3/g；m為巖樣中水分的質(zhì)量分數(shù)，%；α為水分對甲烷吸附的影響程度，Ross等［20］建議取值0.3。

求得巖石含水飽和度（Sw）和孔隙度（φ）后，巖石中水分的質(zhì)量分數(shù)（m）可用下式計算：

式中：Sw為含水飽和度，%；φ為孔隙度，%；ρma為巖石密度，g/cm3；ρw為地層水密度，g/cm3，缺省值為1 g/cm3。

1.1.4黏土礦物

頁巖地層礦物成分中，石英和方解石比表面積小，對甲烷的吸附能力弱。相反，黏土礦物發(fā)育大量微孔隙，比表面積大，吸附能力強。吉利明等［21］對黏土礦物在65℃條件下，大于53 μm的干燥樣的等溫吸附研究中發(fā)現(xiàn)，不同黏土類型的吸附能力差異很大，其中蒙脫石對甲烷的吸附能力最強，其后依次為伊/蒙混層、高嶺石、綠泥石、伊利石等，但在地層中由于地層水的存在，水的吸附性比氣體強，巖石含水會使吸附氣含量降低［22］。王茂楨等［23］認為黏土礦物的吸附能力之所以降低，是因為黏土礦物吸水使表面吸附位被水分子占據(jù)的緣故。頁巖中黏土礦物隨含水量變化的吸附規(guī)律還需進一步研究。Ambrose［24］發(fā)現(xiàn)樣品含水后，在總有機碳（TOC）與吸附量的關(guān)系中，當TOC的質(zhì)量分數(shù)為0時，甲烷吸附量幾乎為零，說明頁巖含水后，總有機碳含量是制約頁巖吸附能力的主要因素，黏土礦物幾乎失去吸附能力。因此，在構(gòu)建地層條件下的頁巖吸附氣含量模型時，認為可忽略黏土礦物成分及其含量的影響。

1.2吸附氣體積計算模型研究

根據(jù)張雪芬等［6］、郭為等［14］、郭洋等［25］的研究發(fā)現(xiàn)，頁巖氣與煤層氣的成藏、賦存機理，以及對天然氣的吸附特性均具有一定的相似性。煤層氣的開采及研究較早，國內(nèi)外學者對其吸附氣的定量研究取得了許多的成果，除采用Langmuir等溫吸附模型外，1977年KIM從煤巖心吸附數(shù)據(jù)出發(fā)，在考慮吸附影響因素（壓力、溫度、水分含量與煤組分）的基礎(chǔ)上，提出定量評價煤層吸附氣體積的KIM方程

式中：Gs為煤層吸附氣質(zhì)量體積，cm3/g；ω為水分質(zhì)量分數(shù)，%；α為灰分質(zhì)量分數(shù)，%；Vw為濕煤含氣質(zhì)量體積，cm3/g；Vd為干煤含氣質(zhì)量體積，cm3/g；B為溫度常數(shù)，約為0.14 cm3/（g·℃）；p和T分別為煤層壓力與溫度；k0和n0均為校正系數(shù)。

受KIM方程啟發(fā)，運用類比方法，以頁巖樣品等溫吸附實驗為基礎(chǔ)，綜合壓力、有機碳及水分對頁巖吸附的影響，并在KIM方程原有形式的基礎(chǔ)上，建立適用于頁巖吸附氣體積的計算模型［15］，即

式中：P為壓力，MPa；T為溫度，℃；k與n均為模型系數(shù)，與吸附影響因素有關(guān)；b為溫度常數(shù)，由變溫吸附實驗得到，取值0.023 4 cm3/（g·℃）；TOC為總有機碳質(zhì)量分數(shù)，%；m為水分質(zhì)量分數(shù)，%；α為水分對甲烷吸附的影響程度，本區(qū)塊取值0.3。經(jīng)等溫吸附實驗得本研究區(qū)中

2　游離氣計算模型研究

2.1頁巖巖石體積物理模型

在富有機質(zhì)頁巖中，由于有機質(zhì)和黃鐵礦等特殊礦物的存在，適用于常規(guī)儲層的巖石物理模型已不再適用。以評價頁巖儲層含氣飽和度及分析頁巖各孔隙組分為目的，結(jié)合前人的研究成果［26-31］，將頁巖分為兩大系統(tǒng)和四大孔隙組分（圖2）。兩大系統(tǒng)為有機質(zhì)體積系統(tǒng)（Vk）和非有機質(zhì)體積系統(tǒng)（Vnk），其中有機質(zhì)體積系統(tǒng)包含有機質(zhì)骨架（vk）和有機質(zhì)孔隙（φorg）；非有機質(zhì)體積系統(tǒng)包括非有機質(zhì)骨架（vnk）和無機孔隙（φnk）。四大孔隙組分包括有機質(zhì)孔隙、黏土孔隙、微裂隙和基質(zhì)孔隙。

圖2　富有機質(zhì)頁巖巖石體積物理模型Fig.2　Physical model of organic matter rich shale rock volume

頁巖氣儲層具有超低孔、低滲特征，儲層孔隙類型多樣，孔隙大小不均。從成因上可分為有機質(zhì)孔隙和無機質(zhì)孔隙，有機質(zhì)孔隙存在于有機質(zhì)中，是有機質(zhì)生烴膨脹作用的產(chǎn)物，其發(fā)育受總有機碳含量和有機質(zhì)成熟度的影響。無機質(zhì)孔隙包括黏土孔隙、微裂隙和基質(zhì)孔隙（粒間孔、粒間溶孔等）。從孔隙尺寸上看［27］，有機質(zhì)孔隙尺寸最小，以納米級為主，黏土孔隙和基質(zhì)孔隙均以納米、微米級為主，微裂隙尺寸較大，為微米、毫米級。

2.2游離氣體積計算模型研究

由于干酪根具有親油性，在有機質(zhì)成熟度較高時，可假設有機質(zhì)孔隙是完全含氣的，基本不含地層水［28］。黏土孔隙是黏土礦物之間的微細孔隙，與有機質(zhì)孔隙不同，黏土孔隙表面表現(xiàn)為親水性特征，對水分子吸附能力強。在構(gòu)建游離氣體積計算模型時，可假設黏土孔隙100%含水，不含游離氣?；|(zhì)孔隙主要為殘余原生孔隙和不穩(wěn)定礦物溶蝕孔。在頁巖脆性礦物含量較高時，微裂隙發(fā)育程度高，它不僅是頁巖氣的運移通道，也是頁巖氣重要的儲集空間。

在構(gòu)建頁巖導電模型時，可假設巖石的電阻率受以下4種因素的影響：①100%含水的黏土；②導電礦物黃鐵礦；③有機質(zhì)；④基質(zhì)孔隙和微裂隙空間的地層水。另外，還可假設以上導電成分是并聯(lián)導電的?；谝陨霞僭O，可構(gòu)建如下頁巖并聯(lián)導電模型：

式中：Rt為頁巖的電阻率，實際計算時可以用深探測電阻率代替，Ω·m；Rcl為100%含水黏土的電阻率，取自實驗數(shù)據(jù)，Ω·m；Vcl為黏土體積分數(shù)，%；Rpy為黃鐵礦的電阻率，取自實驗數(shù)據(jù)，Ω·m；Vpy為黃鐵礦的體積分數(shù)，%；Rk為有機質(zhì)電阻率，Ω·m；Vk為有機質(zhì)體積分數(shù)，%；φ為基質(zhì)孔隙、微裂隙之和，%；Sw為以上兩類孔隙的含水飽和度，%；Rw為地層水電阻率，取自地層水分析資料，Ω·m；a，b，m與n均為模型參數(shù)。

由于有機質(zhì)骨架電阻率較高，因此基于有機質(zhì)孔隙100%含氣的假設，考慮各組分并聯(lián)的情況，將上述模型簡化為

式中：參考孫建孟等［32］研究認為Rcl=40 Ω·m，Rpy= 0.5 Ω·m。

求解式（8）可得基質(zhì)孔隙和微裂隙的含水飽和度（Sw）。

地層的游離氣飽和度（Sg）計算公式如下：

式中：Sg為地層含氣飽和度，%；φt為巖石總孔隙度，%；φorg為有機質(zhì)孔隙度，%；φcl為黏土孔隙度，%。

2.3模型參數(shù)的求取

2.3.1應用聲波測井估算總孔隙度

在頁巖氣地層中，三孔隙度測井都受到有機質(zhì)的干擾，其中密度測井受井眼質(zhì)量的影響嚴重，中子測井受黏土晶間水的影響，聲波測井受井眼影響相對較弱。針對某研究區(qū)，以氦氣法測得的巖心分析孔隙度為刻度，利用聲波時差建立總孔隙計算公式，即

式中：φt為巖石總孔隙度，%；AC為聲波時差測井值，μs/m。

2.3.2應用自然伽馬能譜估算總有機碳含量

由于干酪根具有低密度、低聲波傳播速度、高電阻率等特征，地層含有機質(zhì)時，測井曲線上響應明顯。因此，利用測井方法可以快速、經(jīng)濟地求取有機質(zhì)豐度，并獲取鉆井剖面的總有機碳含量。常用的測井計算有機碳含量的方法［33］有：補償密度法、自然伽馬法、自然伽馬能譜法及聲波電阻率重疊法等。

研究區(qū)總有機碳TOCw與自然伽馬能譜U含量相關(guān)性最好，相關(guān)系數(shù)達到0.882 4。

TOCw=0.188 8×U-0.178 4，R2=0.882 4（11）

總有機碳體積分數(shù)（TOCv）與質(zhì)量分數(shù)（TOCw）的轉(zhuǎn)換關(guān)系為

式中：ρb為密度測井值，g/cm3；ρorg為有機碳密度，g/cm3。

2.3.3應用面孔率估算有機質(zhì)孔隙度

有機質(zhì)孔隙度的大小受總有機碳含量的控制，而孔隙的發(fā)育程度受有機質(zhì)成熟度的制約，利用常規(guī)測井方法無法計算有機質(zhì)孔隙度。李軍等［27］認為借助掃描電鏡（SEM）技術(shù)可以直觀地確定有機質(zhì)孔隙大小及其分布，估算有機質(zhì)面孔率。同時Jarvie等［34］提出，有機質(zhì)孔隙度隨有機質(zhì)成熟生烴作用的增強而單調(diào)增加，但兩者之間的關(guān)系在不同區(qū)塊有所差異。本次研究利用平均面孔率對總有機碳體積分數(shù)進行測定，獲取研究區(qū)有機質(zhì)孔隙度計算公式

式中：φorg為有機質(zhì)孔隙度，%；a為測定系數(shù)；Ro為有機質(zhì)成熟度。

2.3.4黏土孔隙度

黏土顆粒細小，表面積很大，顆粒表面親水性明顯，吸附大量的水。采用中子-密度交會圖［35］計算黏土孔隙度（圖3）。在圖3中Q點為純巖石骨架點，W點為水點，D點為干黏土點，CL點為濕黏土點，Sd點為含水純砂巖點，E點到純泥巖線的距離與水點W到距離之比為孔隙度φ1，E點到的距離與水點W到距離之比為孔隙度φ2，孔隙度φ1和φ2的差異由黏土水引起，兩者之差為黏土孔隙度，即

圖3　中子-密度交會圖計算黏土孔隙度示意圖Fig.3　Diagram showing porosity calculation by neutron and density

2.3.5應用常規(guī)測井計算礦物組分含量

（1）黏土含量計算模型

在泥頁巖地層中，由于富含有機質(zhì)常常表現(xiàn)為高自然伽馬測井特征，因此應用常規(guī)的自然伽馬測井估算泥質(zhì)含量在泥頁巖中已不適用。為了有效解決該問題，張晉言等［36］提出利用中子密度歸一化建模計算泥質(zhì)含量。式中：pnd為中子密度歸一化差值，無量綱；φn為中子測井值，%。

（2）砂質(zhì)含量計算模型

研究發(fā)現(xiàn)，砂質(zhì)含量與三孔隙度測井補償中子、密度和聲波時差有很好的對應關(guān)系，為了提高模型的通用性，將三孔隙度兩兩組合構(gòu)建M，N和P參數(shù)，使模型的輸入?yún)?shù)歸一化和無量綱化，并利用砂質(zhì)含量與M，N和P參數(shù)進行三元回歸，建立砂質(zhì)含量模型，即

M，N和P采用如下三孔隙度曲線計算：

式中：ΔTf為流體聲波時差，μs/ft，（1 ft≈0.305 m）；ΔT為聲波時差測井值，μs/ft；ρf為流體密度值，g/cm3。

（3）灰質(zhì)含量計算模型

與求取砂質(zhì)含量一樣，灰質(zhì)含量與三孔隙度測井補償中子、密度和聲波時差有很好的對應關(guān)系，通過對灰質(zhì)含量與M，N和P參數(shù)進行三元回歸，建立灰質(zhì)含量模型，即

（4）黃鐵礦含量計算模型

根據(jù)巖石體積模型各組分之和為1，則黃鐵礦含量為

各組分模型應用效果見圖4和圖5。

圖4　各組分建模關(guān)系（Ⅰ）Fig.4　Relationships among parameters（Ⅰ）

圖5　各組分建模關(guān)系（Ⅱ）Fig.5　Relationships among parameters（Ⅱ）

3　模型應用效果分析

3.1模型檢驗

為檢驗該方法的有效性，應用上述頁巖吸附氣和游離氣體積計算模型對X1井進行了處理，處理層段為2 100～2 160 m（圖6）。

圖6第1道為巖性測井曲線道，包括自然伽馬、自然電位、井徑曲線；第2道為三孔隙度測井曲線道，包括補償密度、補償中子、聲波時差曲線；第3道為深、中、淺電阻率曲線；第4道為聲波時差計算的總孔隙度與巖心分析總孔隙度曲線，兩者對應性均較好；第5道為U曲線計算的總有機碳含量與巖心分析有機碳對比，兩者同樣具有較好的一致性；第6道為黃鐵礦含量曲線；第7道為測井計算總含氣量與巖心解吸含氣量對比；第8道為本文提出的吸附氣和游離氣計算模型計算的含氣量。由第7道可知，測井計算含氣量與巖心測試含氣量具有較好的對應關(guān)系。

圖6　X1井頁巖含氣性測井評價Fig.6　Logging evaluation of gas-bearing ability of X1 well

3.2不同成熟度井間處理結(jié)果對比分析

3.2.1熱演化程度對含氣性的影響

從圖7可看出：有機質(zhì)主要生氣成熟度為1.5～3.0，且為熱裂解生氣階段；成熟度過低（Ro＜1.5）未大量生氣；成熟度過高（Ro＞3.0）地層產(chǎn)氣能力降低，有機質(zhì)石墨化（碳化）可能造成地層電阻率異常低。由于過成熟的有機質(zhì)不能再生成天然氣，而在漫長的地質(zhì)演化過程中又由于發(fā)生構(gòu)造運動，使保存條件變差，造成氣體逸散，儲層中含氣量降低。

圖7　有機質(zhì)熱演化過程Fig.7　Thermal evolution of organic matter

3.2.2埋藏深度（溫度與壓力）對含氣性的影響

地層埋深對頁巖氣的儲存有很大影響，其與常規(guī)天然氣的不同主要表現(xiàn)在壓力和溫度的變化對吸附氣的影響。如圖8所示，當溫度不變時隨著壓力的增加，吸附氣量先是急劇增加，后逐漸變緩，最后趨于穩(wěn)定。當壓力不變時，隨溫度升高，吸附氣量持續(xù)降低。綜合兩者的影響，隨深度的增加，地層壓力增加，地層溫度升高，當埋深較淺時壓力變化主導吸附氣量的增加；當達到一定深度時，溫度與壓力的影響大小相同，趨勢相反，使吸附氣量達到最大值；當埋深繼續(xù)增加，壓力對吸附氣量的影響較少，溫度主導吸附氣量的變化，吸附氣量隨深度增加而逐漸減小。

圖8　深度對吸附氣的影響Fig.8　Effect of depth on adsorbed gas

3.2.3不同成熟度頁巖層處理結(jié)果對比分析

本文選取了研究區(qū)3口不同成熟度的頁巖氣井，其中X2井（圖9）頁巖儲層段為572～638 m，累積厚度為66 m。從圖9可以看出：巖心分析值與回歸模型計算的總含氣量值基本吻合，模型應用效果良好。該井孔隙度為4%左右，有機質(zhì)平均值為3%左右，成熟度平均值為1.7，頁巖有機質(zhì)演化處于生氣窗階段，氣測全烴顯示高值。由于該頁巖儲層埋藏較淺，因此氣體賦存以吸附態(tài)為主，總含氣質(zhì)量體積為1.2 m3/t左右。

圖9　X2井頁巖含氣性測井評價Fig.9　Logging evaluation of gas-bearing ability of X2 well

X3井（圖10）頁巖儲層段為4 263.3～4 410.7 m，累積厚度為147.4 m。從圖10可以看出：巖心分析值與回歸模型計算的總含氣量值基本吻合，模型應用效果良好。該井孔隙度為3%左右，有機質(zhì)平均值為3.2%，成熟度平均值為2.2，有機質(zhì)演化處于生氣窗階段，生烴潛力大，氣測全烴顯示高值?？偤瑲赓|(zhì)量體積為0.8～3.0 m3/t，其中游離氣大于總含氣量的50%。

圖10　X3井頁巖含氣性測井評價Fig.1　0Logging evaluation of gas-bearing ability of X3 well

圖11　X4井頁巖含氣性測井評價Fig.1　1Logging evaluation of gas-bearing ability of X4 well

X4井（圖11）頁巖儲層段解釋為2層，累積厚度為225 m。從圖11可看出：巖心分析值與回歸模型計算的總含氣量值基本吻合，模型應用效果良好。該井第1層深度為2 605～2 734 m，平均孔隙度為3.4%，平均有機質(zhì)為3.4%，平均成熟度為3.8，該段有機質(zhì)成熟度過高，氣測全烴顯示低值，平均電阻率為1.7 Ω·m，含氣量較低；第2層深度為2 734～2 830 m，平均孔隙度為4.2%，平均有機質(zhì)為5.4%，平均成熟度為4.04，電阻率極低，平均為0.4 Ω·m，含氣量較低，質(zhì)量體積約為0.5 m3/t。

4　結(jié)論

（1）通過對頁巖氣吸附影響因素進行分析，并借鑒煤層吸附氣體積計算公式KIM方程，構(gòu)建了考慮壓力、溫度、總有機碳含量、水分的頁巖吸附氣體積計算模型，計算結(jié)果與實驗結(jié)果吻合程度較高。

（2）由于頁巖礦物組分與孔隙類型復雜，為了評價頁巖含氣飽和度和各孔隙組分，建立了無量綱化的礦物組分模型，劃分有機與無機系統(tǒng)，并將頁巖孔隙系統(tǒng)劃分為四大孔隙組分，包括有機質(zhì)孔隙、黏土孔隙、基質(zhì)孔隙和微裂隙，并給出了相應的計算方法和模型，提高了模型的普適性和計算精度。

（3）構(gòu)建了考慮黏土、導電礦物黃鐵礦、有機質(zhì)、地層水的頁巖四組分導電飽和度模型，并利用巖心分析資料刻度常規(guī)測井，實現(xiàn)全部模型參數(shù)的求取，最終獲得頁巖氣儲層游離氣飽和度。利用吸附氣和游離氣體積之和估算頁巖氣儲層含氣量，其結(jié)果與現(xiàn)場巖心解吸含氣量對應良好，驗證了該模型的可行性。

（4）很多專家認為成熟度是評價頁巖氣的關(guān)鍵指標，通過研究區(qū)數(shù)口井的對比分析，較好地驗證了該觀點。通常優(yōu)質(zhì)頁巖氣儲層的成熟度為1.5%～3%，有機質(zhì)成熟度過高的地層，有機質(zhì)可能會發(fā)生石墨化，而形成低電阻特征，本文提出的模型不適用于該種情況，這也是今后需要重點加以研究的難題。

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（本文編輯：楊琦）

Gas content calculation model of shale gas reservoir

Zhang Zuoqing1，Sun Jianmeng2，Gong Jingsong1，Xia Zhilin1
（1.Well Logging Company，Huadong Petroleum Engineering Co.Ltd.，Sinopec，Yangzhou 225007，Jiangsu，China；2.School of Geosciences，China University of Petroleum，Qingdao 266580，Shandong，China）

Shale gas is important unconventional resource.Based on the experimental isotherm adsorption data，the factors affecting the adsorption of shale were analyzed and the calculation model of shale adsorbed gas content was established by KIM equation.Through the establishment of shale rock physics model，the pore system was divided and a shale rock conductivity model was set up，and shale free gas saturation was calculated by use of this conductivity model. All parameters of the model were calculated by conventional logging data.Finally，the gas content calculation model was used to evaluate a real shale gas well，and the accuracy was verified.The influence of buried depth and maturity on thegascontentwasalsoanalyzed.Thegascontentofshalegasreservoirwascalculatedbyusingthetotalvolumeofadsorbed gas and free gas，and the result tally with the desorption gas content of core，which verifies the feasibility of this model.

shale gas；free gas；adsorbed gas；gas content；logging

P618.1

A

1673-8926（2015）06-0005-10

2015-07-20；

2015-09-03

中國石化先導項目“非常規(guī)天然氣測井評價技術(shù)及模塊編制”（編號：SG14-29X）資助

張作清（1963-），男，高級工程師，主要從事測井技術(shù)與管理工作。地址：（225007）江蘇省揚州市史可法路85號中國石化華東石油工程有限公司。E-mail：zhangzuoqing@126.com。