聶 昕，萬 宇，鄒長(zhǎng)春，張 儒油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(長(zhǎng)江大學(xué))，湖北 武漢非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心(長(zhǎng)江大學(xué))，湖北 武漢地下信息探測(cè)技術(shù)與儀器教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京))，北京中石化華北石油工程有限公司測(cè)井分公司，河南 新鄉(xiāng)

頁巖氣儲(chǔ)層w(TOC)測(cè)井評(píng)價(jià)方法對(duì)比研究

聶 昕1,2，萬 宇1，鄒長(zhǎng)春3，張 儒4
1油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(長(zhǎng)江大學(xué))，湖北 武漢2非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心(長(zhǎng)江大學(xué))，湖北 武漢3地下信息探測(cè)技術(shù)與儀器教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京))，北京4中石化華北石油工程有限公司測(cè)井分公司，河南 新鄉(xiāng)

Received: Dec.2nd, 2015; accepted: Mar.23rd, 2016; published: Jun.15th, 2016

Copyright ? 2016 by authors, Yangtze University and Hans Publishers Inc.

This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY).http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

針對(duì)當(dāng)前世界范圍內(nèi)研究熱點(diǎn)之一的頁巖氣資源，對(duì)儲(chǔ)層總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)(w(TOC))測(cè)井評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了初步總結(jié)和探討。對(duì)w(TOC)測(cè)井評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了實(shí)際資料的處理，并對(duì)處理結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證和對(duì)比分析。通過分析結(jié)果可知，對(duì)于沒有放射性礦物干擾的地層，利用自然伽馬能譜法評(píng)價(jià)w(TOC)的準(zhǔn)確度最高，應(yīng)優(yōu)先選擇；對(duì)于沒有自然伽馬測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)卻有巖心試驗(yàn)數(shù)據(jù)的地區(qū)，可根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)優(yōu)選回歸曲線獲得最符合該地區(qū)的回歸公式；對(duì)于僅含有常規(guī)測(cè)井曲線的地區(qū)，則可選擇ΔlogR法。

測(cè)井評(píng)價(jià)，w(TOC)，頁巖氣，回歸法，ΔlogR法

1.引言

作為一種非常規(guī)的天然氣資源，頁巖氣的勘探開發(fā)越來越得到人們的重視。2005年以來，隨著能源需求的急劇增加和國(guó)外頁巖氣資源的成功開發(fā)利用，國(guó)家層面已經(jīng)充分認(rèn)識(shí)到頁巖氣資源的重要性，中石油、中石化及國(guó)土資源部加強(qiáng)了我國(guó)頁巖氣資源的調(diào)查[1]?？傆袡C(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)w(TOC)是頁巖氣評(píng)價(jià)的重要參數(shù)之一，它反映了含氣頁巖中有機(jī)質(zhì)的多少和生烴潛力的大小。測(cè)井資料是評(píng)價(jià)地層w(TOC)的重要手段之一。

目前，已經(jīng)有許多學(xué)者針對(duì)頁巖氣儲(chǔ)層的w(TOC)評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了研究。Schmoker (1979) [2]建議用密度測(cè)井來估算w(TOC)，由于體積密度對(duì)于w(TOC)較為敏感，w(TOC)每增加10%，密度將減少0.5 g/cm3，斯倫貝謝公司也開發(fā)了該種解釋技術(shù)。Schmoker (1981) [3]針對(duì)美國(guó)Illinois州New Albany頁巖巖心進(jìn)行了研究，將公式計(jì)算的w(TOC)與實(shí)驗(yàn)室利用巖心分析的w(TOC)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)w(TOC)與自然伽馬呈線性關(guān)系，可以利用自然伽馬估算w(TOC)。Passey等(1990) [4]提出利用ΔlogR法來計(jì)算w(TOC)，即主要利用電阻率曲線和孔隙度曲線疊加的方法來評(píng)價(jià)w(TOC)，該方法是目前使用最廣的方法之一。朱光有等(2003) [5]、李延鈞等(2013) [6]及謝灝辰等(2013) [7]利用影響w(TOC)的多個(gè)參數(shù)，如電阻率、自然伽馬、密度等，建立多元回歸方程來計(jì)算w(TOC)。楊小兵等(2012) [8]及李延鈞等(2013) [6]利用自然伽馬能譜測(cè)井中的鈾元素含量計(jì)算w(TOC)，與實(shí)驗(yàn)室的實(shí)測(cè)值有較高的相關(guān)系數(shù)。筆者針對(duì)多種利用測(cè)井資料計(jì)算w(TOC)的方法進(jìn)行實(shí)際資料處理及對(duì)比分析，以確定在實(shí)際頁巖氣測(cè)井評(píng)價(jià)中應(yīng)如何選擇最優(yōu)化的w(TOC)計(jì)算方法。

2.w(TOC)計(jì)算方法

該次研究選取了四川盆地某頁巖氣儲(chǔ)層的X井[8]為例，針對(duì)該井的測(cè)井資料和巖心資料，利用多種方法進(jìn)行了處理。

2.1.單一參數(shù)回歸法

由于測(cè)井曲線對(duì)w(TOC)的敏感性，可建立測(cè)井參數(shù)與w(TOC)的擬合關(guān)系，常用的有體積密度法、自然伽馬指示法。

利用X井的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)與巖心分析的w(TOC)(w(TOC)core)進(jìn)行交會(huì)，由單變量線性回歸結(jié)果(圖1)可以看出，自然伽馬(qAPI)、密度(ρ)、聲波時(shí)差(Δt)與w(TOC)core呈線性關(guān)系，qAPI與w(TOC)core的相關(guān)性最高，Δt與w(TOC)core的相關(guān)性最低。其回歸公式分別為：

式中：w(TOC)qAPI、w(TOC)ρ、w(TOC)Δt分別為根據(jù)自然伽馬、密度、聲波時(shí)差計(jì)算的w(TOC)，%；R2為相關(guān)系數(shù)。

Figure 1.Crossplot of conventional logs in Well X圖1.X井w(TOC)core與常規(guī)測(cè)井曲線交會(huì)圖

利用相關(guān)性較好的qAPI與ρ來計(jì)算w(TOC)，計(jì)算結(jié)果如圖2所示?？梢钥闯?，在XX25～XX82m井段w (TOC)qAPI與w(TOC)core有大致相同的趨勢(shì)，但在XX25～XX48m范圍內(nèi)w(TOC)qAPI偏大，在XX82～XX95m范圍內(nèi)w (TOC)qAPI偏??；由密度計(jì)算得到的w(TOC)ρ曲線整體波動(dòng)較明顯，在XX82～XX95m范圍內(nèi)w(TOC)ρ也偏大，但比w(TOC)qAPI更接近真實(shí)值。計(jì)算結(jié)果說明，利用單一測(cè)井方法計(jì)算w(TOC)有明顯不符的地層，表明單一測(cè)井技術(shù)在確定w(TOC)方面具有局限性。

2.2.多參數(shù)回歸法

如果存在2個(gè)或多個(gè)與應(yīng)變量密切相關(guān)的自變量，且它們自身不相關(guān)，則多元回歸效果優(yōu)于單一變量回歸的結(jié)果。

Figure 2.Comparison diagram of w(TOC) calculated with single parameter regression method and from core data in Well X圖2.X井單一參數(shù)回歸法計(jì)算的w(TOC)與巖心分析w(TOC)對(duì)比圖

謝灝辰等(2013) [7]利用鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組頁巖w(TOC)，建立其與qAPI、電阻率對(duì)數(shù)(lgρt)的多元回歸：

應(yīng)用該模型計(jì)算得到的w(TOC)與實(shí)測(cè)值的平均誤差為5.35%，說明該模型的可靠性。

李延鈞等(2013) [6]利用四川盆地某頁巖層w(TOC)，與電阻率(ρt)、?t建立關(guān)系式：

應(yīng)用式(5)計(jì)算得到w(TOC)與地球化學(xué)分析實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)值對(duì)比，R2= 0.667，符合程度較高。

2.3.?logR法

?logR法是?？松?Exxon)和埃索(Esso)公司于1979年開發(fā)研究的。該方法主要是利用一種專門刻度孔隙度的測(cè)井曲線與一條電阻率曲線疊加，由于井眼條件會(huì)影響到密度曲線和中子孔隙度曲線，所以大多數(shù)情況下使用Δt與ρt疊加。在不含有機(jī)質(zhì)的頁巖段，2條測(cè)井曲線相互重合或平行，在富含有機(jī)質(zhì)的頁巖段，2條曲線產(chǎn)生明顯的幅度差。計(jì)算方法為：

式中：?lgρt為電阻率曲線和孔隙度曲線疊合的幅度差；ρt,m、ρt,b分別為實(shí)測(cè)電阻率和基線處的電阻率，Ω?m；Δtm、Δtb分別為實(shí)測(cè)聲波時(shí)差和基線處的聲波時(shí)差，μs/ft。

若沒有合適的聲波時(shí)差曲線時(shí)，也常使用密度曲線或中子孔隙度曲線：

式中：φn,m、φn,b分別為實(shí)測(cè)中子孔隙度和基線處的中子孔隙度，1；ρm、ρb分別為實(shí)測(cè)密度和基線處的密度，g/cm3。

w(TOC)與Δlgρt的經(jīng)驗(yàn)方程為：

式中：LOM為含氣頁巖的成熟度，1。

分別利用式(6)～(8)得到的?lgρt計(jì)算w(TOC)，結(jié)果如圖3所示。由圖3可以看出，在XX25～XX40m范圍內(nèi)，?logR法計(jì)算的3條曲線都偏大，都有較大誤差；在XX40～XX82m范圍內(nèi)，w (TOC)ρt??t相較于其他2條曲線，與w(TOC)core更相符；在XX82～XX93m范圍內(nèi)，w(TOC)ρt?φn與w(TOC)core更為相符。分析認(rèn)為，?logR法由于需要人為確定巖性基線，可能會(huì)產(chǎn)生較大誤差；由于3種曲線都需要利用ρt，當(dāng)ρt發(fā)生異常時(shí)，會(huì)對(duì)結(jié)果造成較大影響。

2.4.自然伽馬能譜法

放射性元素鈾與有機(jī)質(zhì)之間有著密切的關(guān)系，有機(jī)質(zhì)越富集的地方，能譜曲線中所顯示的鈾的質(zhì)量濃度(ρ(U))越高[9]，w(TOC)與ρ(U)呈正相關(guān)性，而和釷鈾比(ρ(Th)/ρ(U))呈負(fù)相關(guān)。利用實(shí)測(cè)w(TOC)與qAPI、ρ(U)、ρ(Th)/ρ(U)的關(guān)系，以及w(TOC)與鈾鉀比(ρ(U)/w(K))的關(guān)系，回歸分析可估算出頁巖層的w(TOC)。

Figure 3.Comparison diagram of w(TOC) calculated with ?logR method and from core data in Well X圖3.X井?logR法計(jì)算w(TOC)與巖心試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比圖

自然伽馬曲線與無鈾伽馬曲線的差值(ΔqAPI)與ρ(U)呈正相關(guān)，據(jù)該差值可估算w(TOC) [6]：

式中：A、B為線性回歸系數(shù)。

利用X井的ΔqAPI與w(TOC)core建立交會(huì)圖，相關(guān)性較好(見圖4)，擬合得到的回歸公式為：

式中：w(TOC)?qAPI為利用ΔqAPI計(jì)算得到的w(TOC)，%。

利用自然伽馬能譜法計(jì)算X井的w(TOC)，結(jié)果如圖5所示。由圖5可以看出，除在XX70～XX80m范圍內(nèi)，計(jì)算結(jié)果略微偏小之外，利用該方法得到的w(TOC)與w(TOC)core具有較好的一致性。

3.w(TOC)計(jì)算方法對(duì)比

將上述幾種方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如圖6所示。對(duì)于X井來說，利用自然伽馬能譜法效果最好，且方法簡(jiǎn)單，但對(duì)于某些放射性物質(zhì)導(dǎo)致ρ(U)異常高的地層，該方法的準(zhǔn)確性會(huì)降低；單一參數(shù)回歸法(根據(jù)自然伽馬和密度計(jì)算的w(TOC))可以較好地反映地層w(TOC)的趨勢(shì)；?logR法計(jì)算的3條曲線受電阻率曲線影響較大，并且需要人為確定基線，因此誤差較大，此外，LOM的選取也會(huì)影響w(TOC)的計(jì)算結(jié)果。

Figure 4.Diagram of relationship between w(TOC)coreand ΔqAPIin Well X圖4.X井w(TOC)core與ΔqAPI關(guān)系圖

Figure 5.Comparison diagram of w(TOC) calculated with natural gamma spectrum method and from core data in Well X圖5.X井自然伽馬能譜法計(jì)算w(TOC)與巖心試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比圖

Figure 6.Comparison of w(TOC) calculating methods in Well X圖6.X井w(TOC)計(jì)算方法對(duì)比

從方法上來說，自然伽馬能譜法、單一參數(shù)回歸法需建立在巖心試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)巖心試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到回歸系數(shù)，不同地區(qū)的頁巖氣儲(chǔ)層所得的回歸系數(shù)不同，對(duì)于有巖心試驗(yàn)數(shù)據(jù)的地區(qū)，利用上述方法可以得到較好的結(jié)果；從對(duì)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的需求上來說，自然伽馬能譜法需要進(jìn)行自然伽馬能譜測(cè)井，而其他幾種方法只需要常規(guī)測(cè)井曲線就可以進(jìn)行計(jì)算。

4.結(jié)語

筆者對(duì)目前常用的w(TOC)計(jì)算方法進(jìn)行了實(shí)際數(shù)據(jù)的處理和結(jié)果分析，獲得了對(duì)各個(gè)方法適用性的初步認(rèn)識(shí)。對(duì)于不含放射性礦物的地區(qū)，利用自然伽馬能譜法求取的w(TOC)準(zhǔn)確性最高；對(duì)于有巖心試驗(yàn)數(shù)據(jù)且進(jìn)行了自然伽馬能譜測(cè)井的地區(qū)，優(yōu)先選擇自然伽馬能譜法進(jìn)行計(jì)算；對(duì)于沒有自然伽馬能譜測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，僅有巖心試驗(yàn)數(shù)據(jù)的地區(qū)，可優(yōu)選測(cè)井曲線進(jìn)行回歸，選擇最符合該地區(qū)的計(jì)算方法；對(duì)于僅有常規(guī)測(cè)井資料的地區(qū)，可選用?logR法進(jìn)行w(TOC)的計(jì)算。

參考文獻(xiàn) (References)

[1] 張新華, 陸黃生, 王志戰(zhàn).頁巖氣井場(chǎng)快速識(shí)別評(píng)價(jià)技術(shù)[J].石油天然氣學(xué)報(bào)(江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)), 2011, 33(10): 48-52.

[2] Schmoker, J.W.(1979) Determination of Organic Content of Appalachian Devonian Shales from Formation-Density Logs.AAPG Bulletin, 63, 1504-1537.

[3] Schmoker, J.W.(1981) Determination of Organic-Matter Content of Appalachian Devonian Shales from Gamma-Ray Logs.AAPG Bulletin, 65, 1285-1298.

[4] Passey, Q.R., Creaney, S.and Kulla, J.B.(1990) A Practical Model for Organic Richness from Porosity and Resistivity Logs.AAPG Bulletin, 74, 1777-1794.

[5] 朱光有, 金強(qiáng), 張林曄.用測(cè)井信息獲取烴源巖的地球化學(xué)參數(shù)研究[J].測(cè)井技術(shù), 2003, 27(2): 104-109, 146.

[6] 李延鈞, 張烈輝, 馮媛媛, 等.頁巖有機(jī)碳含量測(cè)井解釋方法及其應(yīng)用[J].天然氣地球科學(xué), 2013, 24(1): 169-175.

[7] 謝灝辰, 于炳松, 曾秋楠, 等.鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組頁巖有機(jī)碳測(cè)井解釋方法與應(yīng)用[J].石油與天然氣地質(zhì), 2013, 34(6): 731-736.

[8] 楊小兵, 楊爭(zhēng)發(fā), 謝冰, 等.頁巖氣儲(chǔ)層測(cè)井解釋技術(shù)[J].天然氣工業(yè), 2012, 32(9): 33-36, 128-129.

[9] 張立鵬, 邊瑞雪, 楊雙彥, 等.用測(cè)井資料識(shí)別烴源巖[J].測(cè)井技術(shù), 2001, 25(2): 146-152, 161.

Comparative Study of w(TOC) Logging in Shale-Gas Reservoirs

Xin Nie1,2, Yu Wan1, Changchun Zou3, Ru Zhang4
1Key Laboratory of Exploration Technologies for Oil and Gas Resources (Yangtze University), Ministry of Education, Wuhan Hubei2Cooperative Innovation Center of Unconventional Oil and Gas (Yangtze University), Wuhan Hubei3Key Laboratory of Geo-Detection (China University of Geosciences, Beijing), Ministry of Education, Beijing4Well Logging Company of North China Petroleum Engineering Company of SINOPEC, Xinxiang Henan

The study of shale gas was one of the hotspots for research on the shale-gas resources worldwide currently.The evaluation methods of Total Organic Carbon w(TOC) well logging were preliminarily summarized and analyzed.The actual data were processed for w(TOC) well logging, the calculation results were verified and compared with core data.The analysis results show that spectral gamma-ray log method is the most suitable for the formations without radioactive minerals and it should be the first choice.For the application of the areas without spectral gamma-ray logging data but with core data, the regression curve method should be selected for obtaining the regression logging formula being the most suitable for using in the area based on experimental results.For the areas where only conventional logging curves are acquired, ΔlogR method is an available option.

Well Log Evaluation, w(TOC), Shale Gas, Regression Method, ΔLogR Method

聶昕(1987-)，男，博士，講師，主要從事非常規(guī)資源測(cè)井解釋及數(shù)字巖石物理方面的研究工作。

2015年12月2日；錄用日期：2016年3月23日；發(fā)布日期：2016年6月15日

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41274185, 41504094)；油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(長(zhǎng)江大學(xué))開放基金項(xiàng)目(K2015-06)。

文章引用: 聶昕, 萬宇, 鄒長(zhǎng)春, 張儒.頁巖氣儲(chǔ)層w(TOC)測(cè)井評(píng)價(jià)方法對(duì)比研究[J].石油天然氣學(xué)報(bào), 2016, 38(2): 19-27.http://dx.doi.org/10.12677/jogt.2016.382011