謝小國，羅兵，尹亮先，梁紅藝，李元雄

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低阻頁巖氣儲層影響因素分析

謝小國1,2，羅兵1，尹亮先3，梁紅藝1，李元雄1

（1. 四川省煤田地質(zhì)局物探公司，成都610072；2. 成都理工大學(xué)地球物理學(xué)院，成都 610059；3. 四川省煤田地質(zhì)局一三七隊，四川達州 635006）

為更好地評價低阻頁巖儲層地質(zhì)特征，本文從貴州岑鞏頁巖氣區(qū)塊牛蹄塘組含氣頁巖儲層的地質(zhì)特點和電性特征出發(fā)，提出兩種低阻頁巖儲層模式，分析了電阻率與有機碳和含氣性的相關(guān)關(guān)系，并探討了有機質(zhì)過成熟、地層束縛水、黃鐵礦、薄互層層理縫等因素導(dǎo)致頁巖儲層電阻率偏低的原因。

低阻頁巖；牛蹄塘組；影響因素；測井

頁巖是一種烴源巖，其生烴、排烴、運移、聚集和保存全部在烴源巖內(nèi)部完成，頁巖既是烴源巖、儲層，也是蓋層[1-2]。天然氣可以儲藏在頁巖巖石顆粒之間的孔隙結(jié)構(gòu)或裂縫中，也可以吸附在頁巖的有機物的表面上；頁巖往往具有極低的孔隙度和基質(zhì)滲透率的特征[3]。頁巖的判斷，特別是含氣頁巖的判斷基于干酪根的成熟度、有機質(zhì)含量等，但這些參數(shù)往往需要基于大量的巖心實驗，成本高，效率低。結(jié)合參數(shù)井巖心分析資料，利用測井資料對頁巖儲層進行評價是一種經(jīng)濟、有效的方法[4-5]。資料表明，與普通泥頁巖相比，一般含氣頁巖的測井響應(yīng)特征表現(xiàn)為高自然伽馬、高鈾含量、相對較高電阻率、低體積密度、低光電吸收截面指數(shù)和高聲波時差、相對較高的中子孔隙度的特征[6-9]。

圖1 貴州構(gòu)造單元劃分[16]

I.揚子準地臺（Pt）；Ⅰ1.黔北臺隆（Z-T32）；Ⅰ1A.遵義斷拱（D-C）、Ⅰ1A1.畢節(jié)北東向構(gòu)造變形區(qū)；Ⅰ1A2.鳳崗北北東向構(gòu)造變形區(qū)；Ⅰ1A3.貴陽復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)；Ⅰ1B.六盤水斷陷（D-C）；Ⅰ1B1.威寧北西向構(gòu)造變形區(qū)；Ⅰ1B2.普安旋扭構(gòu)造變形區(qū)；Ⅰ2.黔南臺陷（D-T32）；Ⅰ21.貴定南北向構(gòu)造變形區(qū)；Ⅰ22.望謨北西向構(gòu)造變形區(qū)；Ⅰ3.四川臺坳（T33-E2）；Ⅱ.華南褶皺帶（Pz1）

但是大量的實際頁巖氣測井資料顯示，無論是寒武系筇竹寺組還是志留系龍馬溪組頁巖儲層，均發(fā)現(xiàn)較多的含氣頁巖儲層表現(xiàn)為明顯的低電阻率特征[10-11]，這給頁巖氣儲層測井評價帶來諸多困難。為更好地評價低阻頁巖儲層地質(zhì)特性，本文在充分了解國內(nèi)外含氣頁巖測井資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合貴州岑鞏頁巖氣區(qū)塊下寒武系牛蹄塘組頁巖氣測井資料，對低阻頁巖儲層的成因及影響因素進行分析，以期為低阻頁巖儲層測井評價方法研究提供指導(dǎo)。

1 工區(qū)概況

貴州岑鞏頁巖氣區(qū)塊主體位于貴州省岑鞏縣境內(nèi)，以羊橋鄉(xiāng)為中心，區(qū)域構(gòu)造在半溪背斜和爛泥干背斜夾持的馬鞍狀構(gòu)造之間，西側(cè)傾末端以農(nóng)場坪斷層為界，和官寨向斜相鄰；東側(cè)以水尾斷層為界緊靠長沖向斜[12-16]。工區(qū)主要地層自前震旦系至第四系均有發(fā)育，絕大部分屬海相沉積，厚度巨大，其中下寒武統(tǒng)牛蹄塘組為本區(qū)有利的頁巖氣勘探層系。牛蹄塘組底部為黑色硅質(zhì)巖及磷塊巖夾黑色高炭質(zhì)頁巖；下部為灰黑色鈣質(zhì)頁巖、深灰、灰色泥質(zhì)粉砂巖、灰黑色泥巖與灰黑色頁巖呈不等厚互層，見星點狀黃鐵礦分布；上部為灰色灰質(zhì)泥巖，見方解石條帶。

2 含氣頁巖儲層識別

根據(jù)含氣頁巖儲層的巖性、電性等特征，岑鞏地區(qū)牛蹄塘組頁巖發(fā)育層段的識別主要有以下三個方法：

1）依據(jù)巖心或巖屑描述

根據(jù)現(xiàn)場巖性描述，牛蹄塘組巖性主要為灰黑色粉砂質(zhì)泥巖和灰黑色泥巖，目的層牛蹄塘組發(fā)育富鈾泥頁巖段。

圖2 岑鞏地區(qū)主要巖性測井交會圖

2）依據(jù)能譜測量得到的鈾元素和釷鈾比來判定。

頁巖的高自然伽馬值被認為是與地層的干酪根相關(guān)的，通常情況下干酪根能形成一個使鈾沉淀下來的還原環(huán)境，往往是由鈾元素的存在使干酪根的自然伽馬值增高，而其它兩種放射性元素釷和鉀與普通泥巖并沒有明顯的差異，甚至與普通泥巖比起來，鉀、釷的含量更低[17]。因此通過對比普通泥巖段，這種鈾含量明顯增高的層段往往是良好頁巖儲集層。

3）依據(jù)常規(guī)測井曲線來確定頁巖段。

利用交會圖法建立岑鞏地區(qū)巖性識別交會圖版（圖2），從圖中可以看出利用測井曲線能較好區(qū)分頁巖、泥巖、砂巖、灰?guī)r等。工區(qū)頁巖與泥巖相比特征為相對高伽馬、相對高鈾、相對低密度、相對低中子、低電阻率的特征。

3 低阻頁巖儲層成因分析

結(jié)合工區(qū)區(qū)域地質(zhì)資料，對工區(qū)測井資料進行綜合分析，探討本地區(qū)低阻頁巖儲層的成因。

圖3 岑地1井測井解釋成果圖（1450~1560m）

3.1 低阻頁巖儲層模式

以岑地1井為例，149 5.00~ 150 8.60m井段為泥頁巖、硅質(zhì)泥巖。自然伽馬為350-660API，表現(xiàn)高值；去鈾伽馬與總自然伽馬曲線數(shù)值差異大，顯示為鈾元素富集地層；電阻率值為38.8Ω·m，與上部典型泥巖對比，電阻率明顯偏低；密度為2.51g/cm3，表現(xiàn)為相對低值。泥質(zhì)含量為17.1%，顯示地層脆性礦物含量較高；TOC為5.9%，孔隙度平均為4.1%，滲透率平均為0.13mD；含氣性較好。

通過以上分析可以看出頁巖儲層含氣性好壞不僅與TOC含量有關(guān)，還與儲層的電阻率有極大聯(lián)系，將頁巖層段的進行統(tǒng)計對比分析并制作頁巖泥巖電阻率比—密度交會圖（圖4），將儲層模式分為二類：

圖4 頁巖泥巖電阻率比與密度交會圖

模式一（圖5）與鄰近上部泥巖相比，頁巖儲集層電阻率隨密度變小而變低，一般密度很低、TOC含量很高、電阻率數(shù)值特別低時含氣性就很差。

模式二（圖6）與鄰近上部泥巖相比，頁巖儲集層電阻率隨密度變小變化不大且數(shù)值與泥巖相近或略高，這類密度小、TOC含量高的頁巖氣層段一般具有較好的含氣性。

3.2 低阻頁巖儲層成因分析

工區(qū)牛蹄塘組泥頁巖儲集段電阻率值相對較低，通過借鑒國內(nèi)外分析成果資料，根據(jù)岑鞏地區(qū)頁巖氣測井、試驗等分析，得出以下四種可能導(dǎo)致頁巖儲層為低電阻率的影響因素：有機質(zhì)過成熟影響、地層束縛水影響、黃鐵礦影響、薄互層層理縫影響。

圖5 頁巖儲層模式一

圖6 頁巖儲層模式二

3.2.1 有機質(zhì)過成熟影響

海相頁巖儲集段往往由于地層有機質(zhì)過成熟，其化學(xué)成分發(fā)生變化，逐漸轉(zhuǎn)變成低氫量的碳質(zhì)化合物，最后變?yōu)槭?，?dǎo)電能力強的石墨的存在使得地層電阻率低[18-19]。一般而言，有機質(zhì)成熟度高對應(yīng)TOC的含量高，通過多口井取心數(shù)據(jù)與測井曲線對比分析可知，TOC的含量與密度有良好的負相關(guān)性，圖7中可以看出隨著密度的變小，即TOC增加，成熟度變高，一部分井的低氫量的碳氫化合物變?yōu)槭髮?dǎo)電能力增強，電阻率降低，對應(yīng)含氣性變的極差。

圖7 E井與F井TOC與電阻率疊加綜合曲線圖

3.2.2 地層束縛水影響

地層流體的存在也會導(dǎo)致地層電阻率數(shù)值變小[20]。G井實驗分析在55℃烘烤樣本24小時，測得頁巖骨架電阻率為5~30Ω·m，平均約17Ω·m，比測井雙側(cè)向測量值略高，在150℃下烘烤樣本24小時，測得頁巖電阻率為7~60Ω·m，平均約30Ω·m，電阻率明顯增大，實驗表明地層流體的存在降低了頁巖電阻率（圖8）。常規(guī)儲層中低阻油層很多也都是由于地層束縛水含量高，導(dǎo)致油層電阻率低。

3.2.3 黃鐵礦影響

海相有機質(zhì)富集頁巖層段一般含有黃鐵礦，通常黃鐵礦存在也能造成地層電阻率降低，但黃鐵礦在地層中呈薄層狀或分散狀存在(圖9)，其對電阻率的影響不會在厚達幾十米的地層中均勻影響。

圖8 G井電阻率實驗

3.2.4 薄互層層理縫影響

通過對I井的目的層頁巖段成像資料分析（圖10），該段層理均很發(fā)育，電阻率曲線與下部圍巖相比為明顯的低值，分析認為薄互層層理縫會導(dǎo)致頁巖層段表現(xiàn)為明顯的低電阻。

結(jié)合工區(qū)類似低電阻率頁巖氣儲層最新的分析成果，認為電阻率明顯低值主要受有機質(zhì)石墨化、含氣性變差、含水飽和度高所致，這類頁巖氣儲層往往有機孔相對不發(fā)育，核磁測井資料顯示有效孔隙度較小。

4 結(jié)論

1）含氣頁巖儲層不全為高阻層，大量的實測資料表明，海相頁巖儲層的電性特征同樣存在低阻特征。

2）貴州岑鞏頁巖氣區(qū)塊牛蹄塘組含氣頁巖層表現(xiàn)為明顯的低電阻率特征，其它測井響應(yīng)特征表現(xiàn)為：高伽馬、高鈾、低密度、低中子、高聲波時差。低阻頁巖儲層具有兩種模式，其電阻率的高低與有機碳和含氣性具有明顯的相關(guān)關(guān)系。

圖9 H井黃鐵礦巖心和測井數(shù)據(jù)對比

3）工區(qū)低阻頁巖儲層的影響因素有四種，包括有機質(zhì)過成熟影響、地層束縛水影響、黃鐵礦影響、薄互層層理縫影響等。在海相頁巖儲層中，這幾種影響因素單一或同時影響著頁巖的電阻率高低。

圖10 I井頁巖段成像資料分析

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Influence Factors of Low Resistivity Shale Gas Reservoir

XIE Xiao-guo1,2LUO Bing1YIN Liang-xian3LIANG Hong-yi1LI Yuan-xiong1

(1-Geophysical Exploration Company, Sichuan Bureau of Coal Geology, Chengdu 610072; 2-Institute of Geophysics, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059; 3-No.137 Geological Team, Sichuan Bureau of Coal Geology, Dazhou, Sichuan 135006)

This paper establishes 2 low resistivity shale gas reservoir models based on geological features of shale gas reservoir of the Niutitang Formation in Cengong, Guizhou, makes an approach to relationship among resistivity, organic carbon and gassiness and such causes of low resistivity of the reservoir as organic matter too mature, connate water, pyrite and thin interbedding.

low resistivity shale; Niutitang Formation; influence factor; logging

P618.13

A

1006-0995（2017）03-0433-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2017.03.018

2016-08-12

謝小國（1992- ），男，漢族，四川成都人，工程師，研究方向為地球物理勘查與遙感