油页岩测井识别（通用4篇）
油页岩测井识别 篇1
0 引言
随着世界能源消费量的猛增, 油页岩等非常规油气资源将成为重要的油气补充能源, 松辽盆地北部的嫩江组和青山口组油页岩均有发育, 但其取芯、分析化验资料较少, 因此充分利用测井资料连续性的优势, 实现应用测井资料识别油页岩, 建立油页岩划分标准, 建立有机碳、含油率测井解释模型, 进而明确松辽盆地北部的油页岩分布规律, 对松辽盆地北部油页岩的综合评价具有重要意义[1,2], 本文以青一段为例论述松辽盆地北部油页岩测井识别方法。
1 典型油页岩测井响应特征
根据Passey 1990年提出的烃源岩层和非烃源岩的地层体积模型可知, 相比于具有相同骨架和孔隙的非烃源岩层, 烃源岩层测井响应具有低密度、低声波时差、高中子的特点, 成熟的烃源岩相比于未成熟的烃源岩具有高电阻率的测井响应特征[3]。松辽盆地北部青一段油页岩主要分布于深湖-半深湖沉积环境中, 岩性组合为灰黑色泥岩、页岩、粉砂质泥岩夹油页岩, 可见钙质和介形虫薄层夹层, 油页岩呈层状产出, 在松辽盆地内分布面积较大, 其埋深跨度也较大, 通过对松辽盆地北部两口典型取芯井进行分析可知 (表1) , 长Y2井共发育9层油页岩, 油页岩的深侧向电阻率在5-20Ω·m之间, 有8层高于相邻泥岩的电阻率, 自然伽马在90-120API之间, 有7层高于相邻泥岩的自然伽马, 声波时差在450-490μs/m之间, 有3层大于相邻泥岩的声波时差。徐11井共发育16层油页岩, 油页岩的深侧向电阻率在7-40Ω·m之间, 16层均高于相邻泥岩的电阻率, 自然伽马在115-170API之间, 有14层高于相邻泥岩的自然伽马, 声波时差在320-430μs/m之间, 有6层大于相邻泥岩的声波时差, 相比于泥岩, 其扩径不明显。
2 油页岩的测井识别方法
根据深度与声波时差关系可知, 青一段时深关系在1300m上下有明显的差别, 埋深小于1300m主要为长春岭背斜和朝阳沟阶地, 简称朝长地区, 埋深大于1300m又可分为构造隆起的大庆长垣和以齐家凹陷、古龙凹陷、三肇凹陷为代表的齐家-古龙凹陷区, 因此青一段油页岩识别图版应该分为三个区域分别制定。
2.1 朝长地区
应用24口井的73层取芯和测井资料, 采用分步法识别油页岩, 首先以深侧向电阻率为纵坐标、以声波时差为横坐标, 建立了朝长地区青山口组一段油页岩识别图版一 (图1) , 用于识别出泥岩;然后以声波时差为横坐标, 以深度为纵坐标, 建立了朝长地区青山口组一段油页岩识别图版二 (图2) , 用于识别出泥灰岩。其中油页岩40层、漏掉2层, 泥岩33层、误入3层, 泥灰岩13层、误入2层, 图版精度91.9%。
朝长地区青一段的油页岩划分标准为:
RLLD>38.4e-0.0042·DT且DT>-17.5·Depth+7375
其中:RLLD———深侧向电阻率, Ω·m;
DT———声波时差, μs/m;
Depth———埋深, m。
2.2 齐家-古龙凹陷区
应用41口井的105层取芯和测井资料, 以深侧向电阻率为纵坐标、以声波时差为横坐标, 建立了齐家-古龙凹陷区青山口组一段油页岩识别图版 (图3) , 其中油页岩49层、漏掉5层, 泥岩48层、误入2层, 泥灰岩1层, 误入1层、介形虫层1层, 图版精度92.4%。
齐家-古龙凹陷区青一段的油页岩划分标准为:
RLLD>282e-0.0111·DT且RLLD>10
2.3 大庆长垣
应用14口井的83层取芯和测井资料, 以深侧向电阻率为纵坐标、以声波时差为横坐标, 建立了大庆长垣青山口组一段油页岩识别图版 (图4) , 其中油页岩34层、漏掉2层, 泥岩46层、误入9层, 泥灰岩3层, 误入1层、介形虫层1层, 图版精度85.5%。
齐家-古龙凹陷区青一段的油页岩划分标准为:
RLLD>2067.8e-0.0147·DT且RLLD>5
3 油页岩参数测井评价方法
3.1 有机碳含量确定方法
1990年Passey等提出了一项可以用于碳酸盐岩和碎屑岩烃源岩的下的有机碳含量确定方法, 其经验公式为:
其中:TOC为总有机碳含量, 单位%;
LOM为有机质成熟度。
但该方法需要成熟度参数, 比较繁琐, 不便于操作完成, 实际上泥岩段都含一定的有机碳背景值△TOC[4,5], 对于一个凹陷或一口井来讲, Ro一般取同一个数值, 故K为一常数。因此式 (1) 可简写为:
其中:K为常系数, 可通过对研究区所采集的样品分析, 采用统计拟合的方法得到, 应用此方法分别建立了青一段的有机碳含量测井解释模型。
由于青一段声波时差与埋深关系在1300m上下明显不同, 因此以1300m为界分别建立青一段有机碳含量测井解释模型, 对于埋深小于1300m的青一段地层, 应用9口井45层的有机碳分析资料和测井资料建立了松辽盆地北部青一段的有机碳含量测井解释模型, 模型相关系数0.71, 平均绝对误差1.15。
对于埋深大于1300m的青一段地层, 应用16口井124层的有机碳分析资料和测井资料建立了松辽盆地青一段的有机碳含量测井解释模型, 模型相关系数0.81, 平均绝对误差0.63。
图5为茂206井青一段有机碳含量解释成果图, 其测井解释的有机碳含量与实测有机碳含量基本一致。
3.2 含油率确定方法
已有研究表明, 岩心实测含油率与密度、声波时差、自然伽马和电阻率有较好的相关性, 但不同井的含油率与测井曲线的相关性不同, 即使是同一口井, 含油率也不是对所有的测井曲线都敏感, 而研究区的岩心实测含油率数据较少, 因此无法刻度测井资料建立含油率的测井解释模型。通过对12口井71块样品的含油率与有机碳资料进行分析, 研究区的含油率与有机碳含量具有较好的相关性, 因此可以通过测井资料求取有机碳含量, 进而求取含油率。
应用6口井44层资料, 建立了松辽盆地北部青一段含油率与有机碳含量关系图 (图6) , 其关系式作为青一段的含油率解释模型, 相关性达到了0.81。
4 应用效果
应用形成的油页岩识别方法和参数计算模型对全区青一段248口井进行了油页岩厚度划分和参数处理解释。图7、图8分别为松辽盆地北部青一段油页岩矿层东西向剖面图和油页岩矿层累积厚度图, 可知, 纵向上油页岩主要发育在青一段的中下部, 在东西向上具有两边薄中间厚的特点, 西侧的西部超覆带, 油页岩不发育;泰康隆起带厚度较薄, 厚度在0.6-4m之间, 长春岭构造东侧也具有逐渐变薄的趋势, 厚度在3m左右;古龙、长垣、三肇、朝阳沟在青一段中下部发育三组油页岩, 其中朝阳沟的中上部发育油页岩, 但单层厚度较薄。
平面上看, 厚度较厚的井主要分布于朝阳沟阶地和明水阶地。
5 结论
本项目的研究深化了松辽盆地北部油页岩的测井评价技术, 由于研究区油页岩取芯、分析化验资料较少, 项目的研究成果丰富了研究区油页岩资料, 对大庆探区内油页岩资源综合开发利用具有重要意义。
①松辽盆地北部青一段油页岩主要具有高自然伽马、高电阻率的测井响应特征, 随着埋深增大, 其电阻率增大, 声波时差变小。
②分区块、分层位建立油页岩划分标准, 并结合含油率能够很好的识别松辽盆地北部油页岩。
③采用△log R方法建立了松辽盆地北部的有机碳和含油率测井解释模型, 青一段应用声波时差和电阻率曲线精度较高。
④纵向上油页岩主要发育在青一段底部, 平面上青一段的油页岩在明水阶地和朝阳沟阶地最厚。
摘要：本文分析了松辽盆地北部取芯资料, 总结了青一段的油页岩测井响应特征, 进行了参数优选, 建立了油页岩的识别图版、参数解释模型及油页岩的划分标准, 确立了油页岩测井识别方法, 明确了松辽盆地北部的油页岩分布规律, 为松辽盆地北部油页岩的综合评价提供了技术支撑。
关键词：松辽盆地,油页岩,有机碳,含油率,测井识别
参考文献
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辽河坳陷古近系页岩油气测井识别 篇2
关键词：页岩油气,测井识别,辽河坳陷,古近系
页岩油气以游离态和吸附态同时赋存于富含有机质的暗色泥页岩及其砂质、粉砂质泥岩夹层中,是典型的自生自储型非常规油气藏[1—3]。近几年的页岩油气相关前期研究及钻探表明,辽河坳陷具备形成页岩油气的物质基础,且资源潜力巨大。大力开展辽河坳陷页岩油气目标评价研究,同时形成配套的页岩油勘探理论和技术将有助于辽河油田寻找到新的资源接替领域。利用测井技术对页岩油气进行识别是页岩气勘探中的重要技术手段,前人对烃源岩的测井评价做的很多研究,含油气页岩测井评价可以理解为对富有机质烃源岩的测井评价[4,5]。在前人研究的基础上,现通过对辽河坳陷测井资料进行统计分析,总结了页岩油气的测井响应特征,探讨了页岩测井响应机理,提出一套测井曲线形态分类识别方法,对页岩油气进行了定性半定量的识别。
1 页岩的测井响应特征
页岩油气储层由于含有丰富的有机质,测井响应特征与常规储层有明显不同。通常情况下,干酪根形成于还原环境,可以使铀沉淀下来,从而具有高自然伽马放射性特征。干酪根的密度较低,干酪根的存在大大降低了储层体积密度,同时,声波时差也会因为干酪根的低密度多孔隙特征而变大。页岩油气储层中含烃饱和度较高,烃类导电性弱,导致页岩油气具有高电阻率特征[6]。
通过页岩的有机岩石学和矿物学特征分析可知,页岩主要是由有机质和矿物质组成,矿物质主要包括陆源碎屑矿物( 石英、长石) 、黏土矿物( 伊利石、蒙脱石、伊/蒙混层、高岭石) 、碳酸盐矿物( 方解石、白云石) 和重矿物( 黄铁矿、菱铁矿) 。页岩的测井响应就是岩石的各部分物理性质贡献总和,即某物理量的加权平均值。页岩测井识别关键是分析异常页岩岩石物理响应,而异常响应主要取决于岩石某组分的特殊贡献,尽管页岩的高有机质组分导致页岩异常的岩石物理响应,但不同矿物组成对其岩石物理响应同样具有重要的意义。根据页岩各组分的测井响应值[7,8]( 表1) ,可以具体分析测井响应机理,从而在理论上把握页岩油气的测井响应特征,指导测井识别页岩油气储层。
2 页岩测井响应机理
为研究页岩测井响应机理,可基于页岩的有机质和矿物质的组成特征建立一个岩石物理体积模型,该体积模型遵循物质平衡原理。由于声波时差和电阻率对有机质和烃类敏感性强,下面主要对声波时差和电阻率进行测井响应机理剖析。
2. 1 声波时差响应机理
声波时差在常规地层中一般受岩性及孔隙度的影响,但页岩因没有地球物理有效孔隙( 孔隙度大于5% 为有效孔隙) ,因此通常情况下页岩的声波时差响应主要取决于岩性的变化。岩石中有机质的声波时差很高( 571 μs/m) ,黏土矿物同样具有很高的声波时差值( 410 ~ 546 μs/m) ,而陆源碎屑矿物、碳酸盐矿物及重矿物各成分的声波时差几乎相当且很低( < 200 μs/m) 。因此,页岩的声波时差响应值主要取决于有机质和黏土矿物相对含量的多少[9],从而可以把油页岩的声波岩石物理模型简化为3 部分: 有机质、黏土矿物、陆源碎屑矿物+ 碳酸盐矿物+ 重矿物,其岩石物理模型可由等效图1( a) 表示。声波在岩石中直线传播时间等于页岩各组分传播时间之和,可得到式( 1) 如下。
假定岩石各组分的截面积相同,则其物质平衡方程为式( 2) ,式( 2) 代入式( 1) 即可得到方程( 3) :
Δt=korg(Δtorg-Δt')+kcl(Δtcl-Δt')+Δt',其中Δtorg>Δt',Δtcl>Δt'(3)
式中 Δt、Δtorg、Δtcl、Δt'分别为页岩声波时差、有机质声波时差、黏土矿物声波时差、其他组分声波时差,μs /m; L、Lorg、Lcl、L'分别为页岩岩石长度、有机质长度、黏土矿物长度、其他组分长度,m; korg、kcl、k'分别为有机质百分含量、黏土矿物百分含量、其他组分百分含量,% 。
页岩各组分声波时差基本恒定的前提下,页岩的声波时差随着有机碳含量增多、黏土矿物含量增多而增大。因此,页岩的声波时差响应值要取决于有机质和黏土矿物的相对含量。而辽河坳陷有机质和黏土矿物多呈正相关关系[10],因此声波时差变大,可推测出有机质含量变多。
2. 2 电阻率响应机理
岩石的导电性质可以分为电子导电性和离子导电性两大类,页岩中重矿物具有强电子导电性,湿黏土矿物孔隙中含有束缚水,具有离子导电性,而有机质、烃类和其他岩石骨架矿物电阻率很高。因此可以把页岩的电阻率岩石物理模型简化为4 部分: 孔隙束缚水、有机质和烃类、重矿物、其他岩石骨架矿物( 陆源碎屑矿物、碳酸盐矿物和干黏土矿物) ,其岩石物理模型可由等效图1( b) 表示。其中重矿物和孔隙束缚水的比重很少,可忽略不计,若岩石骨架矿物比重稳定,则有机质和烃类的增加使得电阻率增大。
3 辽河坳陷页岩油气测井识别
ΔlgR技术是在TOC测井评价中广泛应用的技术[11],此项技术是将声波时差和电阻率曲线反向重叠,两条曲线在一定深度范围内一致或完全重叠时为基线,确定基线以后,用两条曲线的距离幅度来识别富含有机质的页岩,按测井响应机理可知有机质含量多使声波时差变大,烃类含量多使电阻率变大。
辽河坳陷是叠置在中生界盆地上的新生代含油气坳陷,古近系的裂陷阶段断陷、断块活动最活跃,沉积了巨厚的砂泥岩[12]。将此模型应用到辽河坳陷的西部、东部凹陷测井资料中,统计了几口代表性的测井数据。根据泥页岩段电阻率( Rt) 与声波时差( AC) 的幅度差形态,可以将页岩油气有效层段分为三类: (1)声波时差和电阻率都增大型,两曲线呈左右扩大; (2)电阻率增大型,电阻率曲线相对基线朝右扩大,声波时差增大不明显。(3)声波时差增大型,声波时差相对基线朝左扩大,电阻率增大不明显。举例如下。
西部凹陷曙古165 井的沙三上亚段页岩油气有效层段( 图2) 的电阻率和声波时差都增大,曲线朝基线左右两边扩大,是典型的A型曲线。该层段为大套泥岩处于半深湖相,有机质含量高,实验测得平均TOC为3% 左右,低密度低速度的有机质使得声波时差变大,同时具有一定的有机质成熟度,Tmax在430 ~ 450 ℃ ,生成的烃类使得电阻率变大,是典型的页岩油气有效层段,岩性录井为富含油,在2 735 m处做的含气量测试为1. 52 m3/ t证明其有效性。该井的沙四段页岩有效层段( 图3) 处于浅湖相,其电阻率向右增大,但声波时差增加得不明显,为B型曲线。相比于沙三上亚段页岩有效层段,其Tmax明显变大,为450 ~ 460 ℃,高成熟度生成大量烃类使得电阻率增大。东部凹陷的大15 井沙三上亚段( 图4) 为浅湖相,页岩油气有效层段呈现砂泥岩互层,高孔隙度的砂岩和泥岩的有机质使得声波时差增大,层段内有明显气测异常,可以归类为C类型。
4 页岩油气有利性评价
根据实测资料统计的结果,呈现A、B、C三种曲线类型的页岩各具有一定的地质特征。沉积相方面,A类型主要是深湖相为主; B类型主要是半深湖-深湖相为主; C类型主要是半深湖相-浅湖相为主。有机质丰度方面,A类型的TOC在2. 2% ~4. 7% 之间,平均值为3. 8% ; B类型的TOC在1. 5% ~ 3. 5% 之间,平均值为2. 7% ; C类型的TOC为0. 4% ~ 2. 8% 之间,平均值为1. 3% 。从试油结果来看,A类型的主要为油层、差油层,压后日产油量为11. 4 ~ 21. 6 t,平均为14. 8 t; B类型的主要为低产油层,压后日产油量为4. 9 ~ 11. 3 t,平均为7. 5t; C类型主要为低产油层,压后日产油量为1. 2 ~8. 4 t,平均为3. 4 t。因此可以总结得出,从A类型到C类型呈现从深水到浅水逐渐过渡的特征,A类型页岩油气有利性最好,B类型其次,C类型一般。有利性好的页岩油气层多发育在深水,稳定,安静的地方,这类地方上层水体浮游生物繁殖旺盛,死亡之后掉落到咸水缺氧的深湖湖底,低能安静的还原性环境使得有机质大量聚集并保存下来,有机质经过深埋热演化作用,大量生成烃类。因此利用曲线形态分类方法能够定性-半定量地判别出页岩油气的沉积环境和有利性级别。
5 结论
( 1) 利用岩石物理等效体积模型剖析声波时差和电阻率的页岩测井响应机理,认为在骨架矿物比重稳定的情况下,有机质含量越多,声波时差越大,烃类越多,电阻率越大。
( 2) 利用声波时差和电阻率曲线反向叠合后的幅度差来识别含油气页岩是一种有效的测井评价手段。根据幅度差形态对叠合曲线分成三类,各类别具有特定的地质特征,可反映出优质页岩的特定沉积环境信息,同时定性半定量地判定页岩油气的优质程度。
参考文献
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页岩气测井技术的应用 篇3
页岩气是一种特殊的非常规的、赋存在泥岩或页岩中的天然气, 具有自生自储、大面积连续成藏、低孔、低渗等特征, 一般无自然产能或低产, 需大型水力压裂和水平井技术才能进行经济开采, 单井生产周期长。测井是页岩气勘探不可缺少的技术手段, 发挥着十分重要的作用。经过近百年的发展, 测井技术已经发展成为声、光、电、磁、核等五大门类, 几十种测井方法, 广泛应用到油气田勘探、开发的各个阶段, 能有效地解决各类地质、工程问题, 尤其是在常规油气储层的识别、评价方面已经成熟, 在页岩气等非常规储层评价方面的应用虽然刚刚开始, 但同样可以发挥出重要作用。页岩气的测井采集技术与常规测井基本类似, 对于页岩储层参数的确定, 须通过岩心实验数据标定, 建立测井解释模型, 然后推广到新井用来计算储层参数和地球化学参数。
我国页岩气储层的特点, 中国含气页岩具有高有机质丰度、高有机质热演化程度及高后期改造程度等"三高"特点, 页岩气具有海陆相共存、沉积分区控制以及分布多样复杂等特点。以间接型和直接型页岩气划分方法为基础并结合中国区域地质特点, 将中国的页岩气富集模式划分为南方型、北方型及西北型等3种, 分别具有以下特点: (1) 以扬子地台为核心的南方型页岩气聚集条件有利并以改造较为严重的海相古生界海相页岩聚气为主, 具有单层厚度大、发育层位多、分布面积广、热演化程度高、后期改造强等特点; (2) 以华北地台为主体的北方型页岩气具有古—中—新生界页岩发育齐全、沉积迁移特征明显、薄互层变化频率高、沉积相带分隔明显等特点; (3) 以塔里木地台为基础的西北型页岩气储层以中—古生界为主, 沉积类型多、有机碳丰度高、有机质热演化程度相对较低。结论认为:中国页岩气可采资源量约为26×1012m3, 大致与美国的28×1012m3相当。
二、测井技术对于页岩气勘探开发的价值
测井在页岩气藏勘探开发中有两大任务:一是储层及含气量的评价, 二是为完井服务提供指导参数并在钻井中起地质导向作用。在页岩气储层评价中, 测井资料可以进行定性和定量解释:定性解释内容包括识别岩性、判断含气页岩层、识别裂缝等;定量解释内容包括确定矿物成分, 计算孔隙度和渗透率, 计算干酪根含量/总有机碳含量 (TOC) 、吸附气和游离气含量, 计算热成熟度和热成熟度指数 (MI) , 计算储层厚度和岩石弹性参数, 确定天然气地质储量 (GIP) 等。
三、测井技术在页岩气勘探中的应用
页岩气储层识别与划分以及矿物组分计算, 是页岩气储层测井评价中的关键内容.目前国内外页岩气储层测井评价中, 一般采用常规测井、元素俘获能谱测井 (ECS) 、自然伽马能谱测井 (NGS) 和岩性密度测井等资料来计算页岩的矿物组分.它们不仅为页岩气储层矿物组分问题的解决提供了有效手段。
国内目前应用于页岩气储层的测井系列主要为常规测井系列, 包括自然伽马、井径、自然电位、声波、密度、中子与电阻率测井, 主要用于进行页岩储层的识别与储层物性评价。近年来, 评价热点涉及到对元素俘获测井 (ECS) 、声电成像测井和核磁共振测井等先进方法的应用, 以对页岩目的层提供尽可能详细的岩石物理信息。实践证明, 这些测井新技术的应用在页岩气勘探开发初期非常必要, 有助于对含气页岩储层特征进行综合评价, 并对后续勘探开发具有指导作用。
当前基本沿用现有油气井测井技术, 系列包括常规、核磁共振、多极子阵列声波、元素俘获等。
测井曲线特征
页岩气常规测井曲线呈现“三高两低”特征:高自然伽马、高电阻率、高中子、低密度、低PE (光电吸收截面指数)
测井系列选取原则可大致分为:
区域性探井:在常规系列基础上选择性加测:自然伽马能谱、岩性密度、元素俘获测井, 电成像, 偶极子声波等特殊测井项目。
开发阶段:以双侧向、三孔隙度 (补偿密度、补偿中子、补偿声波) 和自然伽马为核心, 辅以井径、井斜等常规测井项目。
测井的选取原则
常规测井方法所研究和涉及的领域其实是比较宽的, 例如常规资源领域的生油岩评价, 储集层评价以及岩石力学分析的许多方法、技术均可以应用到页岩气测井中去, 目前的测井方法、装备也基本满足需要。依地调分析, 现使用较为广泛的常规及特殊测井项目及其应用范围如上图。
总结
1. 页岩气成因、赋存相态、分布的影响因素具有多样性;
2. 利用测井曲线, 可以有效地识别页岩层和页岩气;
3. 目前, 已基本建立了页岩气的测井评价方法;
4. 有效地评价页岩气, 需要进一步做深入的研究工作。
综合已有的地质、测井资料, 详细分析了页岩气储层的矿物成分、有机质特征、物性特征和储集特征等, 提出了从含气页岩识别、页岩生烃潜力评价及含气页岩储集参数评价等三方面开展页岩气测井评价工作。对页岩气储层特征及其测井评价方法进行分析总结, 可为页岩气的勘探开发提供技术支持。通过分析当前的的页岩气测井技术, 分析技术适应条件, 结合当前国内外现有技术, 为提出适合我国的页岩气勘探开发技术设想及未来发展方向。
参考文献
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[2]张振欣, 周英操, 项德贵《随钻测井技术在页岩气钻井中的应用》2012年第四期.
[3]谢小国, 杨筱《页岩气储层特征及测井评价方法》煤田地质与勘探2013年第六期.
油页岩测井识别 篇4
1 页岩气测井曲线响应特征
1.1 页岩气储集层地质特征
岩性特征:页岩是主要由固结的粘土颗粒组成的片状岩石,是地球上最普遍的沉积岩石[2]。尽管含气页岩通常被称作“黑色页岩”,其实并不仅仅是指单纯的页岩,它也包括细粒的粉砂岩、细砂岩、粉砂质泥岩及灰岩、白云岩等。在矿物组成上,主要包括一定数量的碳酸盐、黄铁矿、粘土质、石英和有机碳。
储集物性:作为储层,含气页岩大多显示出低的孔隙度(小于10%)[3]。在十分微细的原生孔隙中存在大量的内表面积。内表面积拥有许多潜在的吸附地方[4],它可储存大量气体。页岩可以有很大的孔隙度,并在这些孔隙里储存大量的油气。页岩具有极低的渗透率,其渗透率甚全比含气致密砂岩还要低很多(远小于1×10-3μm2)。页岩中的一些天然裂缝及粉砂岩和砂岩的互层会提高渗透率,裂缝的渗透率远远大于基质渗透率,是页岩气游离气储集的主要场所。
地球化学特征:页岩层的总有机碳含量、干酪根类型、热演化程度等对页岩气的富集具有重要的控制作用。美国五大页岩中的总有机碳含量一般在1.5%~20%,通常总有机碳含量在0.5%以上的页岩可认为是有潜力的源岩[4]。在热成因的页岩气储层中,烃类是在时间、温度和压力的共同作用下生成。干酪根的成熟度可以用来预测源岩中生烃的潜能,页岩的热成熟度可以从0.4%~0.6%(临界值)到0.6%~2.0%(成熟),页岩气的生成贯穿于有机质向烃类演化的整个过程。美国页岩气盆地的页岩中的干酪根主要以Ⅰ型与Ⅱ型干酪根为主,也有部分Ⅲ型干酪根[7]。不同的干酪根类型的页岩中都生成了大量的气,干酪根的类型并不影响源岩层的产气数量,它只影响天然气吸附率和扩散率,有机质的总量和热成熟度才是决定源岩产气能力的重要变量。
1.2 页岩气测井曲线响应特征
页岩气储集层独特的岩性和地球化学特征在测井曲线上有明显的特征响应(表1)。利用测井曲线形态和测井曲线相对大小可以快速而直观地识别页岩气储集层。
识别页岩气层常用的常规测井方法主要包括自然伽马、自然电位、井径、深浅侧向电阻率、岩性密度、补偿中子与声波时差测井等。与普通页岩相比,含气页岩具有自然伽马强度高、电阻率大、地层体积密度和光电效应低等特征。自然伽马强度能区分含气页岩与普通页岩;自然电位能划分储层的有效性;深浅电阻率在一定程度上能反映页岩的含气性;岩性密度测井能定性区分岩性;补偿中子与声波时差在页岩储层为高值。通常密度随着页岩气含量的增加变小、中子与声波时差测井随着页岩气含量的增加而变大[5]。
高自然伽马强度被认为是页岩中干酪根的函数。通常情况下干酪根能形成一个使铀沉淀下来的还原环境,从而影响自然伽马曲线。高含气饱和度导致高电阻率,但电阻率也会随着流体含量和粘土类型而变化。粘土含量及干酪根的存在能降低地层体积密度,干酪根的比重较低,介于0.95~1.0 5 g/c m3之间。
2 有机质丰度的测井解释
有机质含量决定了页岩的生烃能力、孔隙空间的大小和吸附能力,对富有机质页岩的含气量起决定性的作用。产气页岩中的总有机碳含量一般为1%~20%,而0.5%认为是有潜力的页岩气源岩的下限,较高的TOC值往往代表更高的产气能力。从国内外的实测结果看,有机质含量直接影响含气量,有机质含量越高,含气量越大。两者具有近似线性的相关关系,相关程度很高[6]。利用声波时差测井、电阻率、密度测井等资料,对页岩有机质丰度做出评价。
2.1 测井重叠曲线模型建立测井评价T O C
测井评价页岩的有机质丰度是根据△Lg R与有机质TOC之间的相关性得出的关系所做的研究。△Lg R技术是埃克森(Exxon)和埃索(Esso)公司于1979年开发实验的技术[7]。这种方法采用测井曲线重叠(声波时差和电阻率曲线重叠)的间距△Lg R来直观反映有机质的相对丰度。
一般孔隙度曲线主要与固体有机质的数量有关,电阻率曲线与生成烃类的物质有关。在未成熟的烃源岩中,间距主要由声波时差曲线向左移动(增大)造成,反映有机质丰度。在成熟的源岩层,间距是由声波和电阻率共同造成的。△Lg R和TOC有很好的相关性,并且也是成熟度的函数,因此根据上述特征计算TOC的公式为:
式中:R为测井曲线不同深度所对应的电阻率值,Ω·m;
△t为测井曲线不同深度所对应的声波时差,μs/ft;
R基线为非泥页岩电阻率曲线和声波时差曲线重合时的电阻率值;
△t基线为非泥页岩电阻率曲线和声波时差曲线重合时的声波时差值,μs/ft;
k为依赖于每一个电阻率刻度所对应的声波时差的比值。
需要注意的是,在非泥页岩层段内取基线,基线段内的TOC为零值。但是实际上地层不同的曲段内,都含有有机质,只是相对的量不同。基线段的计算TOC就应该加上有机碳背景值,同样,不管间距多大,计算的TOC还应该加上背景值△TOC。故对上述公式应该校正得到下面的公式:
另外,岩性矿物组分变化也对应用Δlog R方法来识别页岩有机质含量具有影响。某层段中上段主要以黏土、石英长石成分为主,电阻率较低,中子孔隙度较高,下段含有较高的碳酸盐岩矿物成分,明显地无铀伽马测井值降低、补偿中子和补偿声波测井值减小,电阻率增大。
2.2 密度测井法
富含有机质的低孔泥页岩中,地层密度的变化对应于有机质丰度的变化。Manlike和Raja采用最小二乘拟合法,对印度洋Assam盆地碳质页岩的有机质丰度(TOC)和地层密度(ρb由测井获得)的关系进行了研究,发现TOC和ρb存在反比关系[8]。
3 含气量评价
页岩含气量是指每吨岩石中所含天然气折算到标准温度和压力条件下(101.325k Pa,25℃)的天然气总量,包括游离气、吸附气、溶解气等。目前主要关注吸附气和游离气。游离气是指以游离状态赋存于孔隙和微裂缝中的天然气;吸附气是指吸附于有机质和粘土矿物表面的天然气,以有机质吸附为主,伊利石等粘土矿物也有一定的吸附能力。
通过分类测定页岩中的游离气、吸附气,得到页岩气总含气量,是目前应用最广的页岩气含气量测定方法。游离气的测定首先通过岩心确定含水饱和度,如果含油,确定含油饱和度,进而确定游离气含气饱和度。通过建立岩电关系,利用饱和度测井确定游离气含量。吸附气含量主要通过等温吸附模拟和测井手段获取。
3.1 等温吸附模拟
等温吸附模拟可以用来直接评估有机物吸附天然气的最大能力,在煤层气研究中为成熟技术,在国外页岩气含气量研究中也为成熟技术。通过等温吸附模拟,可以研究不同有机质含量、类型、湿度等富有机质页岩的吸附特征和能力,获得吸附气含量参数数据,并与解吸等其它手段获得的数据综合,得到富有机质页岩的含气量及其变化规律的参数数据。
由于压力在页岩气吸附中的作用要远大于温度的影响。因此,可利用页岩地面样品的等温压力吸附实验模拟不同压力阶段页岩的吸附气量。理论上,最大吸附气体量由特定产气页岩的兰格缪尔体积VL决定。美国Marcellus页岩的兰格缪尔体积VL和TOC之间线性正相关关系。四川盆地龙马溪组页岩拟合结果表明TOC与兰格缪尔体积之间也有类似线性正相关性[9]。
3.2 含气量测井解释
通过测井资料综合解释确定富有机质页岩含气量,已经在北美页岩气勘探开发中普遍应用。页岩气的勘探实践表明,含气量越高,测得的地层电阻率也就越大,这与常规油气藏的规律是一致的。对于这个问题,斯仑贝谢通过测井资料确定富有机质页岩的含气量,首先要建立岩电关系,包括岩石密度与有机质含量的关系,放射性物质含量与有机质含量的关系,有机质含量与含气量的关系等。在岩电关系的基础上,通过测井资料解释精确得到粘土矿物的含量、类型和地层孔隙度,然后利用双水模型,采用ELAN-Plus优化解释程序,得到游离气饱和度。最终得到吸附气含量、游离气含量和总含气量。
4 结论
本文介绍了页岩气层的常规测井响应特征,阐述了测井方法解释有机质丰度,及有机质成熟度的解释技术,最后测井技术应用在页岩气层含气量评价中。对于页岩气的测井解释评价工作的开展具有参考意义。但是由于页岩气在岩性,尤其是成藏机制方面的独特性,常规油气勘探采用的测井评价方法难以完全适应,需要针对页岩气地层的特点,开发新的解释技术。
摘要：本文在大量调研分析的基础上,通过对页岩气的岩性、物性和地球化学特征综合分析,总结归纳了页岩气层测井响应特征;从页岩气评价的特殊性出发,通过四性关系研究,有针对性地选取测井项目,探索对页岩含气量的测井解释模式,对于今后页岩气定性和定量评价工作的开展具有重要的参考意义。
关键词：页岩气,测井相应,测井解释模型,含气量评价
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