高春明（湖南省煤田地質(zhì)局第一勘探隊(duì)，湖南耒陽421800）

淺談頁巖氣測(cè)井評(píng)價(jià)技術(shù)特點(diǎn)及評(píng)價(jià)方法

高春明（湖南省煤田地質(zhì)局第一勘探隊(duì)，湖南耒陽421800）

運(yùn)用測(cè)井評(píng)價(jià)技術(shù)針對(duì)頁巖氣進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而快速計(jì)算出頁巖層有機(jī)碳（TOC）的含量等相關(guān)特性。本文探討了具體運(yùn)用測(cè)井方法實(shí)施頁巖氣勘察與評(píng)價(jià)的過程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于頁巖氣的有效評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)。

頁巖氣；測(cè)井評(píng)價(jià)；特點(diǎn)

1 引言

頁巖氣是從頁巖層中開采出來的天然氣，其特征在于自生自儲(chǔ)、大面積連續(xù)成藏，且低孔、低滲，通常會(huì)形成于有機(jī)成因的不同階段。在頁巖氣的勘探開發(fā)過程中，測(cè)井技術(shù)發(fā)揮了重要作用，充分料評(píng)價(jià)頁巖氣的方式，進(jìn)行相應(yīng)的開采與評(píng)價(jià)，因而在頁巖氣的勘察開采中得到了有效的應(yīng)用。

2 頁巖氣的地質(zhì)特征

頁巖氣，通常是位于富含有機(jī)質(zhì)的暗色泥頁巖、高碳泥頁巖中，通常是以吸附、游離或溶解的狀態(tài)，賦存于泥頁巖中，相較于常規(guī)的天然氣藏，頁巖氣具備的最顯著特征在于它是一個(gè)自給系統(tǒng)。頁巖不僅是氣源巖，同時(shí)也是儲(chǔ)層和封蓋層。當(dāng)所埋藏位置出現(xiàn)溫度升高或細(xì)菌侵入時(shí)，則存在于暗色泥頁巖中的有機(jī)質(zhì)、已生成的液態(tài)烴等，就會(huì)發(fā)生裂解、降解等，從而形成氣態(tài)烴，游離于基質(zhì)孔隙和裂縫之中，或者吸附在有機(jī)質(zhì)、粘土礦物的表面，當(dāng)遭遇一定地質(zhì)條件時(shí)，即會(huì)就近聚集，最終形成頁巖氣藏。

3 頁巖氣測(cè)井評(píng)價(jià)技術(shù)探討

3.1 常用評(píng)價(jià)技術(shù)

（1）頁巖氣有效儲(chǔ)層評(píng)價(jià)技術(shù)，該技術(shù)需要依托于常規(guī)測(cè)井技術(shù)，優(yōu)勢(shì)在于能夠在一定程度上，滿足對(duì)于頁巖氣儲(chǔ)層孔隙度、滲透率、含氣飽和度等方面特性的評(píng)價(jià)與勘查。

（2）巖石力學(xué)參數(shù)評(píng)價(jià)技術(shù)，該技術(shù)是依托特殊測(cè)井系列和巖石物理實(shí)驗(yàn)，例如采用的全波列測(cè)井、偶極聲波測(cè)井等，均是以巖石物理分析作為技術(shù)基礎(chǔ)，通過建立巖石力學(xué)計(jì)算模型，計(jì)算相應(yīng)的力學(xué)參數(shù)等，從而實(shí)現(xiàn)壓裂效果預(yù)測(cè)和壓裂效果檢測(cè)。

（3）頁巖氣礦物成分與儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)技術(shù)，該技術(shù)依托的是常規(guī)測(cè)井、特殊測(cè)井組合系列，以及巖石物理實(shí)驗(yàn)，以巖石的物理實(shí)驗(yàn)成果為依據(jù)，結(jié)合巖心刻度測(cè)井技術(shù)，針對(duì)頁巖氣的礦物成分進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)，最終確定頁巖的礦物成分、裂縫類型等，為尋找高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)層提供參考。

（4）綜合測(cè)井評(píng)價(jià)解釋方法，該方法是綜合運(yùn)用測(cè)井、巖心、錄井等資料，通過建立頁巖氣的儲(chǔ)層參數(shù)解釋模型，用以評(píng)價(jià)頁巖氣所儲(chǔ)層的TOC含量、有機(jī)質(zhì)成熟度、有效厚度等，最終建立頁巖儲(chǔ)層的相應(yīng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 頁巖氣測(cè)井技術(shù)特點(diǎn)分析

當(dāng)前國(guó)內(nèi)所實(shí)施的頁巖氣儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)，通常采用的是常規(guī)測(cè)井、元素俘獲能譜測(cè)井 （ECS）、自然伽馬能譜測(cè)井（NGS）以及巖性密度測(cè)井等，然后計(jì)算獲得頁巖礦物組分，有效解決了頁巖氣的相關(guān)信息勘察與評(píng)價(jià)。

3.2.1 測(cè)井曲線特征

頁巖氣常規(guī)測(cè)井曲線呈現(xiàn)“三高兩低”特征：高自然伽馬、高電阻率、高中子、低密度、低PE（光電吸收截面指數(shù)）。測(cè)井選取原則如下：常規(guī)測(cè)井方法的研究對(duì)象與鄰域較為寬泛，其中包括常規(guī)資源領(lǐng)域生油巖評(píng)價(jià)、儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)和巖石力學(xué)分析等，這些方法、技術(shù)等，均可以應(yīng)用于頁巖氣的測(cè)井評(píng)價(jià)中，且能夠基本上滿足測(cè)井要求。根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際地理特點(diǎn)，當(dāng)前較為常用的常規(guī)或特殊測(cè)井項(xiàng)目、應(yīng)用范圍等，如圖1。

圖1 頁巖氣常規(guī)測(cè)井曲線

3.2.2 頁巖氣儲(chǔ)層測(cè)井響應(yīng)特征

使用測(cè)井資料進(jìn)行頁巖評(píng)價(jià)，其理論依據(jù)主要在于頁巖內(nèi)的有機(jī)物質(zhì)含量。一般情況下，有機(jī)碳含量越高的頁巖層其物性特征差異也就日益明顯，可以采用測(cè)井曲線來反應(yīng)其異常程度。

（1）在雙側(cè)向電阻率上表現(xiàn)為低值。因頁巖層往往富含導(dǎo)電性較弱的烴類，因而會(huì)在電阻率曲線上，體現(xiàn)為略高于泥巖的異常特征。

（2）聲波時(shí)差曲線呈現(xiàn)高值。頁巖相較于泥巖致密、低孔隙，且聲波的時(shí)差是介于泥巖與砂巖之間的。存在裂縫發(fā)育或富含有機(jī)質(zhì)的情況下，聲波的時(shí)差值也會(huì)隨之變大。

（3）密度呈現(xiàn)低值。頁巖密度值一般處于煤層和砂巖之間，但同時(shí)又高出煤層很多。當(dāng)存在裂縫發(fā)育、富含有機(jī)質(zhì)的情況，則相應(yīng)的密度值也會(huì)降低。

（4）自然伽馬測(cè)井曲線體現(xiàn)異常。有機(jī)質(zhì)豐度高的細(xì)粒碎屑巖，通常會(huì)伴隨放射性元素含量增加的特征。

4 頁巖氣測(cè)井識(shí)別評(píng)價(jià)技術(shù)

4.1 含氣頁巖儲(chǔ)層的測(cè)井識(shí)別

與常規(guī)氣一樣，頁巖氣屬于不導(dǎo)電介質(zhì)，其物理特性為密度值也較小、含氫指數(shù)較低、傳播速度慢等。含氣頁巖測(cè)井的響應(yīng)與普通的頁巖相比，還具備了自然伽馬強(qiáng)度高、電阻率大、地層體積密度以及光電效應(yīng)低等方面的特點(diǎn)，而高自然伽馬強(qiáng)度，通常會(huì)被認(rèn)為是頁巖中的干酪根函數(shù)。

4.2 總有機(jī)碳（TOC）含量、熱成熟度（Ro）指標(biāo)計(jì)算

干酪根的形成，大多需要處于一個(gè)放射性元素鈾含量相對(duì)較高的還原環(huán)境中，因此，干酪根會(huì)影響自然伽馬曲線出現(xiàn)高值。利用自然伽馬測(cè)井，可以通過自然伽馬能譜，詳細(xì)分析其中的鉀、鈾等主要元素豐度，進(jìn)而定量確定總體的有機(jī)碳含量。而采用中子—密度法，則能夠指示鏡質(zhì)體的反射率（CR）。

4.3 頁巖儲(chǔ)集層含氣飽和度估算

對(duì)于頁巖儲(chǔ)集層的含氣飽和度，通常可運(yùn)用雙側(cè)向、感應(yīng)測(cè)井、CMR核磁共振測(cè)井等來進(jìn)行估算。另外，還可依據(jù)等溫吸附曲線、測(cè)井等方式所獲得的地層溫度、壓力計(jì)算地層的吸附氣含量，以茹土礦物含量、類型和地層孔隙度等精確信息為基礎(chǔ)，即可通過計(jì)算得到相應(yīng)的游離氣飽和度。以吸附等溫線法為例，是將等溫吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制在曲線上，可以描述同一溫度、不同壓力下煤巖的氣體吸附量，其數(shù)學(xué)表達(dá)溫吸附方程如下：

式中：Vg為煤層吸附氣量，cm3/g；VL為煤儲(chǔ)層理論飽和吸附氣量，又稱蘭氏體積，cm3/g；PL為吸附氣量達(dá)到飽和吸附量一半時(shí)對(duì)應(yīng)的氣體壓力，又稱蘭氏壓力，MPa。

4.4 頁巖滲透性評(píng)價(jià)

運(yùn)用自然電位、自然伽馬能譜、微電極、CMR核磁共振測(cè)井等技術(shù)，可評(píng)價(jià)頁巖的滲透性。

4.5 頁巖孔隙、裂縫參數(shù)評(píng)價(jià)

采用合適的測(cè)井評(píng)價(jià)系統(tǒng)，針對(duì)頁巖的礦物成分、總孔隙度、有效孔隙度、含氣孔隙度、含水孔隙度、含水飽和度、總有機(jī)物含量、干酪根、游離氣以及吸附氣等各個(gè)方面性質(zhì)進(jìn)行定量估算。以各個(gè)有效參數(shù)的估算結(jié)果作為基礎(chǔ)，即可估算出單井地質(zhì)的儲(chǔ)量、產(chǎn)量等情況。

4.6 頁巖巖石力學(xué)參數(shù)計(jì)算

依據(jù)聲波掃描測(cè)井、中子密度、成像測(cè)井等信息，可以綜合計(jì)算獲得巖石的彈性參數(shù)，進(jìn)而可以確定地層的應(yīng)力以及最大主應(yīng)力的具體方位。

5 結(jié)語

針對(duì)頁巖氣特征，可采取頁巖氣測(cè)井評(píng)價(jià)的方法，進(jìn)行分析與總結(jié)，進(jìn)而能夠?yàn)轫搸r氣的勘探、開發(fā)等，提供重要的技術(shù)和信息支持。通過能夠詳細(xì)分析頁巖氣具體分布、成分含量與具體位置等信息，合理使用測(cè)井技術(shù)，即可為發(fā)展適合我國(guó)頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù)明確方向。

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P631.84

A

2095-2066（2016）35-0119-02

2016-12-3

高春明（1973-），男，漢族，工程師，本科，主要從事地球物理勘查技術(shù)工作。