應用測井資料評價四川盆地南部頁巖氣儲層

齊寶權 楊小兵 張樹東 曹蓁

1.川慶鉆探工程有限公司測井公司 2.西南石油大學

應用測井資料評價四川盆地南部頁巖氣儲層

齊寶權1,2楊小兵1張樹東1,2曹蓁1

1.川慶鉆探工程有限公司測井公司 2.西南石油大學

頁巖氣儲層的測井解釋在國內剛剛起步,與常規儲層相比有著不同的測井響應特征。因此,應用ΔlogR方法(孔隙度和電阻率曲線重疊法)識別頁巖氣時應考慮到重疊基線的選取、巖性的變化等的影響;用電成像測井資料對不同地質特征的拾取、裂縫的有效性評價、地應力的分析是關鍵技術。經過對Wx井頁巖氣儲層部分物性參數的初步處理,有針對性地選取測井項目,探索出了對頁巖氣的測井解釋模式,這對今后頁巖氣儲層測井解釋評價工作的開展具有重要的參考意義。

頁巖氣 儲集層 裂縫 參數 測井解釋 四川盆地 南

中國頁巖氣資源廣泛分布于海相、陸相盆地[1]。四川盆地擁有豐富的泥頁巖,主要發育于上三疊統須家河組、上二疊統龍潭組、下志留統龍馬溪組、下寒武統筇竹寺組。這些暗色頁巖發育的地區和層位是值得重點研究和開發的領域,預測其廣泛分布區中頁巖氣的開發前景將很樂觀[2]。

測井資料在評價烴源巖、頁巖氣定性識別、有機質含量和含氣量的計算以及應力分析、地層各向異性等方面不可或缺。為此,筆者就應用這些測井資料時值得注意的問題進行了探討和分析。

1 泥頁巖地層測井特征

與常規的砂巖儲地層對比,泥頁巖地層具有以下測井特征:①井徑一般出現擴徑現象;②自然伽馬高值,含碳量高段自然伽馬特別高,與無鈾伽馬值相差大,主要表現為鈾元素含量明顯增高;③雙側向中、低值,頁理發育段雙側向一般為負差異,隨粉砂質、灰質含量增高,電阻率增大,負差異不明顯或呈正差異;④三孔隙度呈高值,光電截面指數值低,在高含炭井段補償密度明顯低異常。

湖相沉積和海相沉積的頁巖測井曲線特征有一定的差異,湖相沉積的頁巖聲波時差和補償中子值高于海相,無明顯的特別高伽馬值異常。

2 頁巖氣儲層的定性識別

2.1 頁巖氣儲層的測井特征

在頁巖氣儲層段,具有以下測井響應特征:①異常高的自然伽馬測井值,對應為有機質含量高層段,吸附氣含量高;②在裂縫和孔隙發育段,游離氣含量高;③在高聲波、低密度、高電阻率段,有機質含量高、含氣飽和度高。

2.2 應用ΔlogR方法識別頁巖氣

國內外利用測井資料評價烴源巖最常用的方法是埃克森(Exxon)和埃索(Esso)公司研究的ΔlogR方法[3]。這種方法主要使用補償聲波測井曲線疊合在一條電阻率曲線上,明顯的ΔlogR幅度差反映了富含有機質烴源巖地層、含烴的儲集層段和巖性差異情況。

2.2.1 基線的選取

通過某地區多口井的基線選取表明,泥頁巖有機質含量多少、泥頁巖中油氣的存在,同時上下地層多套烴源巖沉積時的水體深淺和氧化程度差異,必然會有不同程度的基線偏移,因此為了在一定的深度范圍內統一,便于識別烴源巖和頁巖氣,可以選取巖石顏色淺或直接選取紫紅色泥巖作為重疊在一起的基線,這樣就消除了有機質和油氣的影響。在圖1的測量井段中,從上到下巖性變化大:上段為紫紅色泥巖夾泥灰巖;中段為鋁土質泥頁巖,含煤;補償聲波和雙側向重疊幅度差明顯的中下段為石灰巖;底部為泥頁巖。有機質含量少和頁巖氣不發育段基線基本上重合,突出了頁巖氣,識別效果較好。

圖1 Y井上下層段重疊基線的選取圖

2.2.2 巖性礦物組分變化的影響

富含烴類的泥頁巖顯示的幅度差由于烴類不導電而使電阻率增大。值得重視的是泥頁巖地層,因礦物組分、含量的變化差異,也反映出明顯的ΔlogR幅度差,會影響頁巖氣的含量分析和評價。Wx井某層段中上段主要以黏土、石英長石成分為主,電阻率較低,中子孔隙度較高,下段含有較高的碳酸鹽巖礦物成分,明顯地無鈾伽馬測井值降低、補償中子和補償聲波測井值減小,電阻率增大。因此在用ΔlogR識別頁巖氣和計算頁巖氣物性參數時,應考慮到巖性的影響。

3 頁巖儲層段裂縫的有效性識別

在頁巖氣藏中,裂縫能夠對流體的流動特性產生巨大影響。一方面張開縫是頁巖中游離氣儲集的重要空間,另一方面天然裂縫的存在能夠大大限制向水力壓裂裂縫中泵入大量支撐劑的能力[4],因此正確識別和評價張開縫為后期的試采起著指導作用。

3.1 張開縫和充填縫的識別

在電成像測井處理成果圖上張開縫和充填縫的主要區別在于:前者明顯的低電阻率而后者一般為高阻的重結晶物(如方解石、石英)或者低阻的泥質夾雜著黃鐵礦充填。對于泥頁巖,張開縫往往被充填或半充填,充填縫在電成像測井圖上呈現低阻的均勻過渡的裂縫特征或只留下裂縫的痕跡。圖2為Wx井某層段電成像處理成果圖,可以看出下部井段張開縫和充填裂縫傾角以高角度為主,傾向一致,與地層傾向相反,而上部井段張開縫以低角度為主。

圖2 地層層理、張開縫和充填縫對比圖

3.2 井眼崩落、壓裂縫、應力縫的地質應用

一般而言,地層最大水平主應力的方向是與發育的天然裂縫的走向一致,因此在泥頁巖地層正確識別出地應力的方向對于水平井的定向鉆井和水力壓裂具有重要意義。重鉆井液壓力大于地層的抗壓強度形成壓裂縫,鉆井時地層地應力不平衡,往往導致井眼崩落和應力釋放縫的產生。電成像處理成果圖上的井眼崩落的方向對應于地層的最小水平主應力方向,圖3為Wx井頁巖層段井眼崩落、壓裂縫、應力釋放縫對比圖。

4 頁巖氣儲層物性參數處理

頁巖氣儲層與常規的孔隙性、裂縫性砂巖和碳酸鹽巖儲層的測井評價方法差別較大,不僅包括頁巖氣儲層的有效性識別、裂縫發育情況、儲層孔隙度和滲透率等物性參數外,還涉及有機質含量、吸附氣和游離氣含量等重要的含氣性特征參數。以往常規的儲層的巖石物理處理模型已不適用。

圖3 井眼崩落、壓裂縫、應力釋放縫對比圖

采用改進的巖石礦物模型可以計算頁巖氣儲層的礦物組分、孔隙度等物性參數,有機質含量可以通過多種方法進行測井計算,游離氣含量與孔隙度和含水飽和度有關,吸附氣含量的計算涉及巖石中的有機質對天然氣的吸附能力、儲層的溫度壓力變化等參數[5]。對Wx井某層段有機質含量、孔隙度、含氣量等頁巖氣儲層物性參數進行了初步的處理和計算(圖4),其處理成果有待巖心分析資料的標定。

圖4 Wx井某層段儲層參數處理成果圖

5 測井項目的優選

常規測井項目的應用此不贅述,在特殊測井項目的選取上自然伽馬能譜為必測項目,總的自然伽馬和無鈾伽馬的差異幅度反映了地層中有機質含量的多少;核磁共振測井分析泥頁巖的有效孔隙度;微電阻率掃描成像處理成果評價裂縫的有效性,進行地應力分析等;通過交叉偶極聲波提取質量可靠的縱波、橫波、斯通利波時差,判別儲層的有效性,計算巖石力學參數和用于地層各向異性分析;元素俘獲能譜測井(ECS)能夠正確識別泥頁巖中黏土、石英、長石、碳酸鹽巖、黃鐵礦等成分的含量,根據黏土類型和脆性礦物含量的變化推薦和改進完井鉆井液。

6 結束語

頁巖氣測井解釋評價技術在國內才剛剛起步,必然存在許多技術難題,筆者結合多年的測井解釋經驗,對頁巖氣儲層的定性識別、泥頁巖裂縫的有效性識別、頁巖氣儲層部分物性參數的處理以及頁巖氣的測井項目優選進行了初步的探討,對于頁巖氣的測井解釋評價工作的開展具有參考意義。

[1]張金川,姜生玲,唐玄,等.我國頁巖氣富集類型及資源特點[J].天然氣工業,2009,29(12):109-114.

[2]李其榮,杜本強,隆輝,等.蜀南地區天然氣地質特征及勘探方向[J].天然氣工業,2009,29(10):21-23.

[3]朱振宇,劉洪,李幼銘.ΔlogR技術在烴源巖識別中的應用與分析[J].地球物理學進展,2003,18(4):647-649.

[4]BRATTON T,CANH D V,VAN QUE N,等.天然裂縫性儲層的特征[J].國外測井技術,2008,23(1):47-66.

[5]郭平,孫良田,孫雷,等.吸附對氣藏及凝析氣藏儲量的影響探討[J].西南石油學院學報,1998,20(1):29-33,37.

(修改回稿日期 2011-02-22 編輯 韓曉渝)

10.3787/j.issn.1000-0976.2011.04.010

齊寶權等.應用測井資料評價四川盆地南部頁巖氣儲層.天然氣工業,2011,31(4):44-47.

齊寶權,1966年生,高級工程師,博士研究生;現任川慶鉆探工程有限公司測井公司總工程師,主要從事測井解釋和管理工作。地址:(400021)重慶市江北區大石壩。電話:(023)67352039。E-mail:qbq66@163.com