夏 寧，馮明剛

（中石化勘探分公司，四川成都610100）

巖性掃描測井在焦石壩地區(qū)頁巖氣儲層評價中的應用

夏 寧*，馮明剛

（中石化勘探分公司，四川成都610100）

頁巖氣儲層巖性識別和有機碳含量的有效計算是頁巖氣儲層評價的關鍵，通常利用伽馬能譜和ECS元素俘獲測井可以較粗略地識別巖石的礦物成分、含量及計算有機碳含量。介紹了斯倫貝謝公司巖性掃描測井儀器，通過巖性掃描測井和ECS元素俘獲測井在探區(qū)的應用對比，分析了巖性掃描測井與元素俘獲測井的區(qū)別和優(yōu)勢，認為巖性掃描測井不僅能準確的精細識別巖石的礦物成分和含量，還可以直接測量地層巖石的有機碳含量TOC，為頁巖氣儲層評價提供了新的測井手段和技術。關鍵詞：巖性掃描測井；ECS測井；頁巖氣；巖性識別；TOC測量

如何有效識別頁巖氣儲層的礦物成分、含量和有機碳含量，一直是頁巖氣測井解釋的難題和關鍵。通常采用伽馬能譜測井提供的無鈾伽馬計算粘土含量能消除有機質含量高造成的高鈾對泥質含量計算的影響；然后利用ECS元素俘獲測井結合巖性密度測井可以計算出巖石的礦物組成、含量和有機碳含量。但是由于傳統(tǒng)的ECS元素俘獲測井所測量的元素種類有限，只能將礦物成分分為粘土、硅質、碳酸巖質、黃鐵礦等幾種主要礦物種類，同時有機碳含量的是通過巖性密度測井利用數(shù)學回歸公式計算而得，其影響因素效多。所以一種能夠提供更多礦物元素和有機碳含量信息的精度更高的測井方法成為頁巖氣儲層測井評價急需的技術。

LithoScanner巖性掃描測井就是針對上述頁巖氣測井評價中亟待解決問題的新型測井技術，具有測量元素更多、測量精度更高、測量速度更快、測井方式更安全的特點，同時通過測井能有效提供地層巖石的總有機碳信息。

圖1 LS測井儀器外觀

1 LithoScanner巖性掃描儀器介紹

LithoScanner巖性掃描測井以下簡稱LS測井在老一代ECS元素俘獲測井儀器基礎上，首先實現(xiàn)了儀器設計的創(chuàng)新與突破：一方面，采用高性能的中子發(fā)生器PNG（見圖1上部標為五角星的部位和右下角長圓柱體），其輸出中子速度高達每秒3×108個，是普通中子管的2倍、化學源的8倍以上。另一方面，采用摻鈰溴化鑭（LaBr3:Ce）大晶體探測器（見圖1上方示意圖和下方立體圖），精度比鍺酸鉍（BGO）探測器提高2倍以上，在不犧牲光譜分辨率條件下處理超過每秒2500000計數(shù)的計數(shù)率，同時高低溫性能優(yōu)越。其次，可直接測量更多的元素，包括鎂、鉀、鈉、錳、碳、銅、鎳、氧，并且改善了ECS元素俘獲測井所測量的元素的測量精度和準確度，這些元素包括硅、鈣、鐵、硫、鈦、釓、鋁、氯、鋇、氫；更重要的是可直接測量TOC有機碳含量，使得TOC測量成為現(xiàn)實。還有改善了測井安全性和作業(yè)效率，一方面LS測井無需使用化學源（ECS測井使用的是镅鈹中子源）極大改善了測井安全性，杜絕了放射源落井事故發(fā)生的可能性；另一方面LS測井測量速度比ECS測井測速快2倍，提高了測井作業(yè)效率。

LS測井儀器性能指標：耐溫177℃，耐壓138MPa，垂直分辨率45.72cm，探測深度22.86cm，儀器外徑114.3mm，適用井眼尺寸139.7～609.6mm，最大測速1097m/h。

2 礦物成分精細化

ECS元素俘獲測井（以下簡稱ECS測井）可以測量硅、鈣、鐵、硫、鈦、釓、鋁、氯、鋇、氫共計10種元素，見圖2右側的元素曲線，通過公式計算可以識別出粘土、硅質、碳酸鹽質、黃鐵礦等礦物成分和含量見圖2從左至右第4道的巖性解釋剖面。但是一方面ECS測井無法識別出硅質中石英、長石的含量及碳酸鹽質中方解石、白云石的含量，另一方面ECS測井所測量的元素含量的精度也有待提高。

圖2 ××6井LS測井與ECS測井測量與解釋剖面對比

首先LS測井比ECS測井可直接測量更多的元素，包括鎂、鉀、鈉、錳、碳、銅、鎳、氧；其次改善了ECS測井元素測量精度和準確度，包括硅、鈣、鐵、硫、鈦、釓、鋁、氯、鋇、氫；更重要的是LS測井可直接測量TOC含量，使得在井中連續(xù)測量TOC成為現(xiàn)實。

以××6井龍馬溪組2980～3300m頁巖氣儲層為例，見圖2，兩種儀器測量得到的硅、鈣、鐵、硫、鈦等主要曲線接近（圖2第5、6、7、8、9道的曲線），釓的測量精度大幅度提高（圖2第10道的曲線對比），鋁的測量精度也有比較大的提高（圖2第11道的曲線對比）；LS測井還能精確測量鎂、鉀、鈉、錳、碳等曲線（圖2第12、13、14、15、16道的曲線），利用這些元素曲線準確識別出了石英、鉀長石、斜長石等硅質礦物和方解石、白云石等碳酸鹽礦物，使巖性剖面更加精準。經(jīng)過統(tǒng)計該段用ECS測井解釋出礦物成分含量平均為硅質53%、粘土34%、碳酸鹽質11%、黃鐵礦2%（見圖3左側餅狀圖），利用LS測井解釋出的礦物成分含量平均為石英45%、正長石4%、斜長石5%、粘土33%、方解石7%、白云石4%、黃鐵礦2%（見圖3右側餅狀圖）。LS測井計算的巖性剖面精細而且礦物含量全面，粘土含量進一步降低（見圖2第3道巖性剖面，7種礦物充填，其中粘土充填少）。ECS測井計算的巖性剖面粗放而且礦物含量種類局限，粘土含量比較高（見圖2第4道巖性剖面，四種礦物充填，其中粘土充填多）。

3 直接測量TOC

常規(guī)方法是利用ECS測井結合常規(guī)測井曲線采用擬合公式計算TOC，容易受擴徑以及巖性影響，使TOC計算失準。LS測井測量得到的TOC是地層的真實反映，具有較高的垂直分辨率和徑向探測深度（LS測井的垂直分辨率45.72cm，探測深度22.86cm）。

以××6井為例，井段3110～3290m，巖性為灰黑色泥巖、炭質泥巖、炭質頁巖，常規(guī)方法計算TOC含量（圖4，左起第6道）和采用LS測井測量的TOC含量（圖4，左起第9道）的對比，整體趨勢和數(shù)值大部分相當，但是在3140～3152m的非儲層常規(guī)方法計算TOC含量為2%，LS測井測量的TOC含量僅為0.6%，絕對誤差1.4%，相對誤差70%，通過分析可以看出該段井眼擴徑造成密度曲線測值偏低失真，所以常規(guī)方法計算的TOC容易受井況和巖性的影響不可靠。在主力頁巖氣儲層段第1層至第9層，經(jīng)過對比，第1、2、4、6、7、9層的常規(guī)方法計算TOC含量大于LS測井測量的TOC含量，平均絕對誤差0.5%，平均相對誤差23%。5、8層的常規(guī)方法計算TOC小于LS測井測量的TOC，平均絕對誤差0.3%，平均相對誤差17%。另外，對比還顯示常規(guī)方法計算TOC含量曲線“比較圓滑”，而LS測井測量的TOC含量曲線“比較鋸齒化”，這一點與后者具有更高的垂向分辨率相吻合。

圖3 ××6井ECS測井與LS測井識別礦物成分與含量對比

圖4 ××6井LS測井測量與ECS測井計算TOC含量對比

4 巖芯分析驗證

使用巖芯分析TOC含量驗證常規(guī)方法計算TOC含量與LS測井測量TOC含量的可靠性。以××6井為例，選取取芯頁巖氣儲層段3110～3286m井段進行對比分析，把巖芯分析TOC含量以散點形式分別標注在常規(guī)方法計算TOC含量（圖5，左起第3道）與LS測井測量TOC含量（圖5，左起第5道）曲線圖上，通過對比可以看出兩者的大體形態(tài)、趨勢和數(shù)值與巖芯分析TOC含量基本上是一致的，但是在3141～3152m、3202～3203m和3271～3272m常規(guī)方法計算TOC含量比巖芯分析TOC含量高很多，明顯與實際不符。而LS測井測量TOC含量與巖芯分析TOC含量則在整個對比井段都擁有很高的吻合程度和良好的一致性。經(jīng)過對整個頁巖氣井段的統(tǒng)計計算，常規(guī)方法計算TOC含量比巖芯分析TOC含量的平均絕對誤差為0.73%，平均相對誤差為45%；LS測井測量TOC含量與巖芯分析TOC含量的平均絕對誤差為0.31%，平均相對誤差為19%。證明LS測井測量TOC含量更準確、更可靠。

圖5 ××6井常規(guī)方法計算TOC、LS測井測量TOC與巖芯分析TOC含量對比

5 結論

根據(jù)LS測井，對焦石壩龍馬溪—五峰組頁巖氣儲層進行了精細巖性解釋，相對ECS測井，LS測井不僅提高了巖性剖面解釋精度，更重要的是使巖性識別第一次達到了礦物的級別，如把硅質礦物細分出石英、鉀長石、斜長石，把碳酸鹽質礦物細分出方解石、白云石。

LS測井可以直接測量得到高分辨率有機碳含量，且結果不受井況及巖性影響，測量精度高、可靠性好。

LS測井相對ECS測井，明顯提高了測井安全性和時效性。

LS測井在頁巖氣儲層應用效果良好，值得大面積推廣和應用。

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TE357

A

1004-5716(2015)06-0076-04

2015-03-21

2015-03-24

夏寧（1982-），男（漢族），四川中江人，工程師，現(xiàn)從事測井項目管理工作。