楊 玲

(山西省煤炭地質(zhì)114勘查院，山西長治046011)

基于復電阻率測井評價富有機質(zhì)頁巖儲層的理論研究

楊 玲*

(山西省煤炭地質(zhì)114勘查院，山西長治046011)

復電阻率測井相對于常規(guī)測井在評價水淹層，識別油水層有其獨特的優(yōu)勢。頁巖復電阻率在低頻階段表現(xiàn)出強激發(fā)極化效應，這與其優(yōu)質(zhì)頁巖儲集層中含有黃鐵礦以及沉積環(huán)境等有關(guān)。頁巖巖石復電阻率頻散特性試驗是復電阻率測井評價尋找頁巖氣“甜點區(qū)”的巖石物理基礎。

復電阻率測井；頁巖；頻散

復電阻率測井是一種新的基于巖石頻散特性發(fā)展起來的測井方法。目前，復電阻率測井在國內(nèi)外都已經(jīng)得到較多成功運用，但是其大部分是在識別油水層以及水淹層測井評價上的案例。然而復電阻率測井在頁巖氣開發(fā)方面的研究應用還幾乎為零，研究資料表明含豐富有機質(zhì)頁巖的復電阻率特性表現(xiàn)出的頻散特性以及在低頻階段表現(xiàn)出的激發(fā)極化效應正是實現(xiàn)頁巖氣復電阻率測井的應用基礎。

1 復電阻率測井原理

由電磁理論研究表明，在交變電磁場中存在著傳到電流以及位移電流，傳到電流是由電子或者離子在外加電磁場的情況下定向移動引起的，而位移電流則是由介電極化所引起。研究表明在低頻階段（〈105Hz）由傳導電流起著主導作用；在高頻階段(〉105Hz）由位移電流起主導作用，正是由于這兩種電流的存在，因此在整個頻段上巖石的電阻率表現(xiàn)出復數(shù)的形式，其隨著頻率的變化表現(xiàn)出“復電阻率頻散效應”（見圖1）。即隨著頻率的不斷增大，其復電阻率幅值在不斷減小。且復電阻率又可分為同相電阻率（復電阻率實部）以及異相電阻率（復電阻率虛部），根據(jù)油、水在交變電磁場中所表現(xiàn)出的激發(fā)極化效應強弱的不同可以識別油水層以及評價水淹層。

圖1 頻散特性曲線

借助測井得到電阻率RT以及復電阻率測井得到的復電阻率幅值RC的相對差異來判斷流體性質(zhì)是復電阻率測井方法識別流體的常用方法。最常用的判別式有差值法，即A1=RT-RC；比值法，即A2=TR/RC；差比值法：A3=(RT-RC)/RT。一般地，含油飽和度較高時，A1、A2、A3值越大；反之，含油飽和度較低時，A1、A2、A3值越小。

2 富有機質(zhì)頁巖激電特性

巖氣作為非常規(guī)能源之一，它既是常規(guī)天然氣的潛在替代能源，也是清潔環(huán)保能源。一場在世界范圍內(nèi)由頁巖氣引發(fā)的“革命”正在火熱的進行之中，我們稱之為“頁巖氣革命”。泥頁巖作為頁巖氣的有利儲存區(qū)，對其進行巖石物理實驗是我們進行頁巖氣地球物理勘探和評價之前的首要任務。在其各種巖石物理參數(shù)研究中，本文主要研究泥頁巖的復電阻率特性以及如何實現(xiàn)頁巖氣復電阻率測井。

我國頁巖氣資源大部分聚集在我國南方四川盆地，屬海相深水沉積，有機質(zhì)含量豐富。為了研究其導電特性，特地取露頭在室內(nèi)進行復電阻率測量實驗。實驗表明，南方頁巖巖芯（尤其是龍馬溪組地層）其復電阻率表現(xiàn)出明顯的頻散特性，且在低頻階段存在較強的激發(fā)極化效應，這與其含有黃鐵礦等礦物成分有關(guān)。另據(jù)深水沉積環(huán)境表明：海相深水沉積環(huán)境中有機質(zhì)與黃鐵礦含量存在一定相關(guān)性，因此我國南方優(yōu)質(zhì)頁巖（富有機質(zhì)頁巖）儲集層具備復電阻率測井的基礎。

在復電阻率導電模型研究方面，我們選擇Cole-Cole模型，圖2為Cole-Cole模型等效電路示意圖，它微觀的模擬了巖石的導電情況，Cole-Cole模型可以計算出巖石標本在整個測試頻段上的振幅以及相位．W.H.Pelton等基于對巖、礦石標本和露頭的大量測量結(jié)果認為,對巖、礦石由激電效應引起的復電阻率隨頻率的變化可以用Cole-Cole模型表示:

式中：ρ()

ω——頻率為ω時的復電阻率；

ρ0——頻率為0時的電阻率；

m——充電率；

τ——時間常數(shù)；

c——頻率相關(guān)系數(shù)。

圖2 Cole-Cole模型等效電路示意圖

對測量的頁巖巖芯的復電阻率進行擬合研究，發(fā)現(xiàn)復有機質(zhì)頁巖其電阻率相對圍巖其他巖性要低，極化率均較高、頻散效應較強。因此利用復電阻率測井實現(xiàn)評價富有機質(zhì)頁巖儲集層成為可能。

3 結(jié)論

通過上面分析，可以得出如下結(jié)論：

（1）富有機質(zhì)頁巖在復電阻率測量時，存在較強的頻散特性，且通過Cole-Cole模型擬合得到較高極化率，表現(xiàn)出具有較強的激發(fā)極化效應。

（2）復有機質(zhì)頁巖表現(xiàn)出的以上特性具備復電阻率測井評價優(yōu)質(zhì)頁巖儲集層的基礎。

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A

1004-5716(2015)10-0133-02

2014-11-03

楊玲（1976-），女（漢族），山西長治人，助理工程師，現(xiàn)從事頁巖巖氣及煤田資料處理工作。