劉全剛

（河北省煤田地質(zhì)局 第四地質(zhì)隊，河北 宣化075100）

1 概 況

華北北部下花園組和下馬嶺組地層分布范圍廣、厚度大、蓋層條件好，有機地化特征和物性特征有利于綜合氣的生產(chǎn)、儲集。其中下花園組泥巖、砂巖和煤層交互沉積，賦存煤層氣和砂巖氣，具有較好的資源潛力。

通過對該地區(qū)鉆孔測井資料的分析與研究，建立合理的解釋計算模型，對其進行了儲氣層解釋評價。測井結(jié)果顯示，該鉆孔沒有發(fā)現(xiàn)良好的頁巖氣儲存，主要對其煤層氣與砂巖氣進行了評價。

2 建立模型

2.1 巖石體積模型

此次模型建立利用了邯鄲力時力拓公司的CLogProV2.0煤層氣測井處理程序中的頻率交會圖技術(shù)功能和巖石物理分析程序，針對非煤系與煤系地層段，并剔除其中的火成巖層，分地層單元確定各自的巖性三角形，求取巖石骨架、泥質(zhì)、孔隙水對應(yīng)體積密度、聲波時差、補償中子的測井響應(yīng)值。

將巖石體積分成巖石骨架、泥質(zhì)、孔隙（飽和含水）3部分，作為對測井響應(yīng)的貢獻之和。相關(guān)計算公式為：

式中：ρ、I分別為巖石對密度、自然伽瑪?shù)臏y井響應(yīng)值；ρma、ρsh、ρw分別為巖石骨架、泥質(zhì)、孔隙水對密度測井的響應(yīng)參數(shù)；Ima、Ish、Iw分別為巖石骨架、泥質(zhì)、孔隙水對自然伽瑪測井的響應(yīng)參數(shù)；Vma、Vsh、φ分別為巖石骨架、泥質(zhì)、孔隙水的體積含量。

骨架參數(shù)由理論值并結(jié)合三孔隙度曲線交匯分析得到，見表1、表2。

表1 密度曲線頻率交匯骨架參數(shù)Table 1 Parameters of density curve frequency intersection skeleton

表2 三孔隙度分析骨架參數(shù)Table 2 Skeleton parameters of tri-porosity analysis

2.2 煤層體積模型

煤儲層體積分成純煤（包括固定碳和揮發(fā)分）、灰分（包括泥質(zhì)和其它礦物）、水分（孔隙中充滿水）3部分。針對不同煤號煤儲層，分別計算煤層體積中的純煤、濕灰、水分體積百分比含量。本區(qū)煤層組份骨架參數(shù)見表3。

表3 煤層組份骨架參數(shù)Table 3 Coal seam component skeleton parameters

2.3 估算吸附氣含量

利用巖心測試所得到的解析氣含量值與補償密度測井值建立區(qū)域含氣量計算經(jīng)驗?zāi)Ｐ汀Ｎ綒馀c補償密度具有一定相關(guān)關(guān)系，連續(xù)地估算氣含量。計算經(jīng)驗公式為：

式中：Gs為含氣量；ρ為補償密度；a、b、c為經(jīng)驗系數(shù)，本次取值a=-6.847 445、b=0.844 815、c=11.824 427。

2.4 估算含水飽和度

含水飽和度利用西門杜公式計算得出：

式中：SW為含水飽和度，以百分?jǐn)?shù)表示；φe為地層孔隙度，以百分?jǐn)?shù)表示；m為膠結(jié)指數(shù)，通常取2；n為飽和度指數(shù)，通常取2；a為常數(shù)，通常取1；Rw為地層水電阻率，Ω·m；Rt為原狀地層電阻率，Ω·m；Rsh為泥巖電阻率，Ω·m。

2.5 含氣飽和度計算

含氣飽和度計算采用阿爾奇公式：

式中：m、a、n、b分別為巖石膠結(jié)指數(shù)和比例系數(shù)、飽和度和系數(shù)。測井計算的含氣飽和度與地層水電阻率Rw、巖石膠結(jié)指數(shù)m、飽和度指數(shù)n值的選取有重要關(guān)系，此次測井基礎(chǔ)參數(shù)的選取參照華北地區(qū)實驗結(jié)果地區(qū)參數(shù)，基礎(chǔ)參數(shù)為a=1.406，b=1.019 7，m=1.364 3，n=1.530 9。

2.6 估算滲透率

利用巖心試驗獲取滲透率與孔隙度參數(shù)值分析，并進行泥質(zhì)含量校正，建立經(jīng)驗?zāi)Ｐ停?/p>

式中：K為滲透率；φ為孔隙度；Vsh為泥質(zhì)含量；K3、K4為經(jīng)驗系數(shù)，取值為K3=0.000 407 7，K4=-1.630 8。

2.7 成熟度指數(shù)（LOM）計算

實踐證明，利用測井資料也可以預(yù)測頁巖氣層的成熟度。LOM是一個利用測井資料進行統(tǒng)計計算出來的成熟度指標(biāo)，其真實物理意義是反映頁巖儲層中的含氣飽和度及氣體平均分子量，該參數(shù)與密度曲線、中子曲線、電阻率曲線有關(guān)。LOM在5.0～6.0產(chǎn)濕氣和油，對應(yīng)的是中—高成熟階段；在6.0～7.0產(chǎn)濕氣和少量的凝析油，對應(yīng)高成熟階段；LOM大于7.0一般主要產(chǎn)干氣，對應(yīng)過成熟階段。LOM值的計算公式如下：

式中：N為取樣深度處密度孔隙度≥9%、含水飽和度≤75%的數(shù)據(jù)樣本總數(shù)；φn9i為每個取樣深度的密度孔隙度都≥9%時的中子孔隙度；SW75i為每個取樣深度的密度孔隙度都≥9%、含水飽和度≤75%時的含水飽和度。

2.8 估算有機碳含量

有機碳含量通過電阻率與聲波時差重疊法計算得出：

式中：R為計算點的電阻率值，Ω·m；Rbase為普通泥巖電阻率值，Ω·m；k為聲波時差與電阻率曲線在泥巖段重合時的校正系數(shù)；Δt為計算點的聲波時差值，μs/m；Δtbase為普通泥巖的聲波時差值，μs/m；TOC為總有機碳含量，以百分?jǐn)?shù)表示；LOM為成熟度等級指示，取值根據(jù)分析結(jié)果或者地區(qū)資料確定；C為大于1的乘法因子，取值根據(jù)地區(qū)TOC分析資料或者地區(qū)資料確定。有機質(zhì)成熟度指標(biāo)和背景值，LOM取平均值為9，C取值為1.1。

3 實例分析

3.1 解釋依據(jù)和劃分標(biāo)準(zhǔn)

與常規(guī)天然氣藏相比，華北區(qū)北部頁巖氣藏成因復(fù)雜、影響因素眾多。此次評價工作是在充分借鑒了石油測井基礎(chǔ)上，綜合考慮了施工區(qū)砂巖、煤層和泥頁巖層的組合結(jié)構(gòu)特點、由構(gòu)造裂隙引起的壓力場變化及本地區(qū)以往煤層氣測井處理解釋成果，最后提出鉆孔含氣層評價方案。

在氣層的評價中，首先依據(jù)三孔隙度（密度、聲波、中子測井）、側(cè)向電阻率、自然電位、自然伽瑪?shù)葴y井響應(yīng)識別巖性、劃分儲層。在確定為儲層的前提下，以處理測井資料處理計算獲取的有效孔隙度、體積密度、有機碳含量、總烴含量、含氣飽和度等參數(shù)為依據(jù)，充分考慮了氣測錄井、取芯、化驗等資料，綜合分析識別氣層。

此次測井含氣層各評價參數(shù)值分別為：①有效孔隙度≤10%；②聲波時差值≥390 μs/m，但砂巖氣井段＞220 μs/m；③體積密度在1.30～2.60 g/cm3；④補償中子反映巖層氫含量大小，基本在20%以上變化；⑤有機碳含量介于10%～35%，有煤層賦存井段有機碳含量可達到60%以上；⑥有機碳含量反映高值的井段，氣測總烴值均以相對高幅值出現(xiàn)，總烴含量5%～15%；⑦氣水同層或含氣水層段，有機碳含量依然維持較高值，但氣測總烴含量呈現(xiàn)相對較小值，僅在3%～10%。

3.2 單層綜合分析

本井解釋的儲氣層主要位于下花園組，共解釋含氣儲層24層，對其主要的氣層、差氣層含氣水層進行分析。

3.2.1 氣層分析

表4 為氣層各測井參數(shù)，從測井資料上反映，6、7、8、11、13、17號層這6層均為煤層；10、22號層這兩層巖性均為炭質(zhì)泥巖。曲線特征表現(xiàn)為自然電位負異常儲層物性好，孔隙度高，三孔隙度曲線呈比較明顯的含氣特征，氣測全烴峰值分別為42.89%、8.21%、35.94%、23.05%、5.30%、10.64%、9.48%、12.93%。綜合上述資料，將這8層解釋為氣層。圖1為6、7、8層測井解釋成果圖。

表4 氣層主要參數(shù)Table 4 Main parameters of gas layer

圖1 6、7、8層儲氣層綜合測井解釋成果Fig.1 Comprehensive logging interpretation results of reservoirs 6,7 and 8

3.2.2 弱氣層分析

表5 為差氣層各測井參數(shù)，測井資料上反映，3、4號層這兩層巖性均為中砂巖；5、21號層這兩層均為煤層；15號層巖性為炭質(zhì)泥巖；16號層巖性為細砂巖；18號層巖性為炭質(zhì)泥巖，也含有薄煤層；20號層巖性為炭質(zhì)泥巖，其中夾有煤層；23號層為薄煤層，其中夾有粉砂巖。曲線特征表現(xiàn)為自然電位負異常，儲層物性略差，孔隙度偏低，三孔隙度曲線呈一定的含氣特征，氣測全烴峰值分別為8.21%、11.45%、3.91%、16.00%、1.50%、12.64%、20.09%、3.13%、5.47%。綜合上述資料，將這9層解釋為弱氣層。圖2為3、4、5層測井解釋成果圖。

圖2 3、4、5層儲氣層綜合測井解釋成果Fig.2 Comprehensive logging interpretation results of reservoirs 3,4 and 5

表5 弱氣層主要參數(shù)Table 5 Main parameters of weak gas layer

續(xù)表

3.2.3 含氣水層分析

14、24號層深度分別為11 32.60～1 136.75 m、1 249.25～1 255.40 m，層厚分別為4.15 m、6.15 m，自然伽馬數(shù)值分別為18.18 API、23.6 7API，深側(cè)向電阻率值分別為100 Ω·m、101 Ω·m，體積密度數(shù)值分別為1.99 g/cm3、1.96 g/cm3，補償中子數(shù)值分別為25.68%、35.11%，聲波時差數(shù)值分別為290.41 μs/m、302.25 μs/m，計算孔隙度值分別為7.34%、6.93%。

從測井資料上反映，14號層巖性為中細砂巖，其中夾有炭質(zhì)泥巖；24號層巖性為砂質(zhì)泥巖。曲線特征表現(xiàn)為自然電位負異常，電阻率降低有含水特征，儲層物性較好，孔隙度增大，三孔隙度曲線含氣特征，氣測全烴峰值分別為16.00%、12.20%。綜合上述資料，將這2層解釋為含氣水層。曲線反映如圖3、圖4所示。

圖4 24層儲氣層綜合測井解釋成果圖Fig.4 Comprehensive logging interpretation results of No.24 gas reservoirs

4 試氣建議

全井解釋地層層段為第四系、髫髻山組、九龍山組、下花園組、南大嶺組、下馬嶺組、鐵嶺組（其中重點儲層段下花園組3、4、5、6、8號層）。通過綜合分析本井的各項測井資料，結(jié)合本地區(qū)儲層低孔隙度低滲透率的特性，為進一步探明地層的含氣范圍，落實地質(zhì)儲量，針對實際情況，根據(jù)解釋層段以及壓裂施工的需要，建議試氣1次，見表6。

表6 試氣建議Table 6 Suggestions for gas test

5 結(jié) 論

（1）鉆孔井徑完整與否，對測井儀器響應(yīng)值存在較大影響，井徑過大會使得測井?dāng)?shù)據(jù)存在誤差。為此，在測井曲線數(shù)據(jù)處理中，會對井徑影響進行校正，但此次校正效果不理想，致使地層孔隙度計算值過大。今后應(yīng)尋求更加精準(zhǔn)的校正算法。

（2）此次使用的測井解釋軟件是針對煤田勘探測井設(shè)計開發(fā)的，對頁巖氣測井，部分參數(shù)計算在軟件內(nèi)不能實現(xiàn)，只能在軟件外完成計算后，再次導(dǎo)入軟件中，造成效率較低，精度也會存在偏差的風(fēng)險，需要計算，特別是曲線校正功能更精確的解釋軟件。

（3）此次評價應(yīng)用實例視單井，沒有規(guī)模效應(yīng)，數(shù)據(jù)模型評價方法有待后續(xù)工作驗證。