別凡, 萬宇, 聶昕,2, 張超謨,2

(1.長江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 湖北 武漢 430100; 2.長江大學(xué)非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心, 湖北 武漢 430100)

0 引 言

頁巖氣的勘探開發(fā)越來越得到人們的重視。總有機(jī)碳含量(TOC)反映了含氣頁巖中有機(jī)質(zhì)的多少和生烴潛力大小,是頁巖氣評(píng)價(jià)的重要參數(shù)[1]。測井資料是評(píng)價(jià)地層TOC含量的重要手段[1]。已經(jīng)有許多學(xué)者針對(duì)頁巖氣儲(chǔ)層的TOC測井評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了研究。利用體積密度和自然伽馬對(duì)TOC含量的敏感性,Schmoker[2-3]在1979年和1981年分別建議用密度和自然伽馬測井估算TOC含量;Passey等[4]提出了利用電阻率曲線和孔隙度曲線重疊的ΔlogR法計(jì)算TOC含量;馮薇澍等[5]采用以實(shí)測TOC含量值為基礎(chǔ),通過計(jì)算機(jī)優(yōu)化的方式求取疊合系數(shù),利用改進(jìn)的ΔlogR方法進(jìn)行了TOC含量的評(píng)價(jià);朱光有等[6]、李延鈞等[7]、謝灝辰等[8]利用多個(gè)參數(shù)(如ΔlogR、自然伽馬、密度等)進(jìn)行多元回歸計(jì)算TOC含量。萬宇[9]進(jìn)行了各類方法的軟件實(shí)現(xiàn)。以上各類方法需要巖心數(shù)據(jù),或者人工確定基線。為了避免上述問題,本文針對(duì)泥頁巖地層泥質(zhì)在自然伽馬測井和電阻率測井的響應(yīng)特征,提出了一種新的TOC計(jì)算方法——雙泥質(zhì)含量法。

1 雙泥質(zhì)含量法

1.1 頁巖地層模型

頁巖是泥質(zhì)類烴源巖的一種,兼具烴源巖和泥巖的性質(zhì)。前人研究中通常把有機(jī)質(zhì)看成是固體骨架的組成部分,實(shí)際上,有機(jī)質(zhì)密度較低,密度測井響應(yīng)與孔隙流體更為相似。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果可知,有機(jī)質(zhì)基本上是依靠對(duì)黏土礦物導(dǎo)電路徑的進(jìn)行充填和切割對(duì)電阻率測井產(chǎn)生影響[10]。假設(shè)有機(jī)質(zhì)與油層油氣類似,賦存在頁巖層的孔隙中;富含有機(jī)質(zhì)的純頁巖由3部分組成:巖石骨架、固體有機(jī)質(zhì)和孔隙流體?？蓪㈨搸r的體積模型簡化為3種情況,純含水頁巖、純含有機(jī)質(zhì)頁巖和既含水又含有機(jī)質(zhì)頁巖。利用該簡化模型可進(jìn)行導(dǎo)電機(jī)理的分析。

1.2 泥質(zhì)含量計(jì)算的自然伽馬測井模型

在常規(guī)計(jì)算泥質(zhì)含量方法中,經(jīng)典的利用自然伽馬測井計(jì)算泥質(zhì)含量的原理是基于泥質(zhì)對(duì)放射性物質(zhì)的吸附能力較其他巖性更強(qiáng),從而通過與純砂巖地層的自然伽馬值作對(duì)比進(jìn)而得到泥質(zhì)含量,該方法與地層含有機(jī)質(zhì)、含水與否幾乎無關(guān)。這些方法求出的泥質(zhì)含量可視為總泥質(zhì)含量Vsh

ISH=(GR-GRmin)/(GRmax-GRmin)

(1)

Vsh=(2gcurISH-1)/(2gcur-1)

(2)

式中,ISH為泥質(zhì)含量近似值;gcur為泥質(zhì)含量校正系數(shù),老地層為2,第三紀(jì)為3.7。

有機(jī)質(zhì)對(duì)放射性物質(zhì)具有強(qiáng)烈的吸附作用,利用自然伽馬計(jì)算出的泥質(zhì)含量包括了含水和含有機(jī)質(zhì)的泥質(zhì)的體積。

1.3 泥質(zhì)含量計(jì)算的電阻率測井模型

泥巖導(dǎo)電是靠巖石孔隙中地層水所含的離子導(dǎo)電,這意味著電阻率測井確定的泥質(zhì)是含水泥質(zhì)Vshw。Nie等[10]利用數(shù)字巖心進(jìn)行了頁巖儲(chǔ)層導(dǎo)電性的數(shù)值模擬,其中黏土礦物含量與導(dǎo)電性的模擬結(jié)果見圖1。

圖1 黏土含量與頁巖儲(chǔ)層巖心導(dǎo)電性模擬結(jié)果

模擬結(jié)果可知,理想狀態(tài)下泥頁巖中含水黏土含量Vshw與地層有效電阻率的關(guān)系為[10]

式中,c為地層純泥質(zhì)電阻率電阻率,計(jì)算中可取純泥質(zhì)巖井段最低電阻率值;d與黏土礦物的導(dǎo)電性、地層含氣性和孔隙度大小有關(guān),取值范圍為1～2。

可得出電阻率測井計(jì)算泥質(zhì)含量方法為

Vshw=10lg c-lg Rtd

(4)

由圖1中的模型可知,利用該模型求出的泥質(zhì)含量為不包含有機(jī)質(zhì)的含水泥質(zhì)含量。

1.4 TOC計(jì)算的雙泥質(zhì)含量模型

由圖1中簡化的頁巖儲(chǔ)層體積模型可知,含有機(jī)質(zhì)泥質(zhì)含量Vsho與總泥質(zhì)含量Vsh以及含水泥質(zhì)含量Vshw的關(guān)系為

Vsho=Vsh-Vshw

(5)

將求出的含有機(jī)質(zhì)頁巖體積乘以泥質(zhì)地層總孔隙度φtsh,即可求出有泥質(zhì)地層中的有機(jī)質(zhì)體積相對(duì)含量TOC。

TOC=Vshoφtsh=(Vsh-Vshw)φtsh

(6)

利用式(6)即可進(jìn)行TOC含量計(jì)算。

2 應(yīng)用實(shí)例及結(jié)果分析

圖2 ×井雙泥質(zhì)含量法計(jì)算TOC與巖心實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比圖

×井為四川盆地某頁巖氣儲(chǔ)層段[11]。利用雙泥質(zhì)含量法計(jì)算×井TOC,結(jié)果見圖2。圖2中第1道為深度道;第2道為曲線道;第3道為泥質(zhì)含量道,其中填充部分為Vsho;第4道為TOC道,分別展示了雙泥質(zhì)含量法計(jì)算獲得的TOC和巖心TOC。

由圖2的計(jì)算結(jié)果可知,×井TOC計(jì)算結(jié)果在全井段均與巖心符合效果較好,在1 180 m和1 194 m處的2個(gè)峰值吻合也較好,證明了利用該方法進(jìn)行頁巖儲(chǔ)層TOC含量評(píng)價(jià)的可行性。

在利用該模型進(jìn)行TOC含量評(píng)價(jià)時(shí),由于涉及到2個(gè)泥質(zhì)含量的計(jì)算,且都包含經(jīng)驗(yàn)參數(shù),因此存在一定的經(jīng)驗(yàn)性。在推廣應(yīng)用時(shí)應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐奶攸c(diǎn)進(jìn)行參數(shù)的選取。該方法利用的電阻率為原狀地層真電阻率,如果只有普通電阻率測井?dāng)?shù)據(jù),則需要首先反演出真電阻率或者進(jìn)行適當(dāng)?shù)膮?shù)調(diào)整。

3 結(jié) 論

(1) 提出了TOC含量測井評(píng)價(jià)的雙泥質(zhì)含量法,并通過實(shí)際資料處理驗(yàn)證了雙泥質(zhì)含量法計(jì)算TOC含量的準(zhǔn)確性。

(2) 雙泥質(zhì)含量法方法簡單,可以較好地反映TOC含量的趨勢(shì),且誤差較小,適用于僅有常規(guī)測井資料的地區(qū)或者井段的TOC含量評(píng)價(jià)。

(3) 在進(jìn)行方法推廣時(shí),應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐貐^(qū)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行參數(shù)的選取和調(diào)整,以期獲得最佳效果。

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