低阻頁巖氣儲層影響因素分析

謝小國，羅兵，尹亮先，梁紅藝，李元雄

?

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

為更好地評價低阻頁巖儲層地質特征，本文從貴州岑鞏頁巖氣區塊牛蹄塘組含氣頁巖儲層的地質特點和電性特征出發，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關系，并探討了有機質過成熟、地層束縛水、黃鐵礦、薄互層層理縫等因素導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構或裂縫中，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、有機質含量等，但這些參數往往需要基于大量的巖心實驗，成本高，效率低。結合參數井巖心分析資料，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特征表現為高自然伽馬、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.畢節北東向構造變形區；Ⅰ1A2.鳳崗北北東向構造變形區；Ⅰ1A3.貴陽復雜構造變形區；Ⅰ1B.六盤水斷陷（D-C）；Ⅰ1B1.威寧北西向構造變形區；Ⅰ1B2.普安旋扭構造變形區；Ⅰ2.黔南臺陷（D-T32）；Ⅰ21.貴定南北向構造變形區；Ⅰ22.望謨北西向構造變形區；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，均發現較多的含氣頁巖儲層表現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特性，本文在充分了解國內外含氣頁巖測井資料的基礎上，結合貴州岑鞏頁巖氣區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。

1 工區概況

貴州岑鞏頁巖氣區塊主體位于貴州省岑鞏縣境內，以羊橋鄉為中心，區域構造在半溪背斜和爛泥干背斜夾持的馬鞍狀構造之間，西側傾末端以農場坪斷層為界，和官寨向斜相鄰；東側以水尾斷層為界緊靠長沖向斜[12-16]。工區主要地層自前震旦系至第四系均有發育，絕大部分屬海相沉積，厚度巨大，其中下寒武統牛蹄塘組為本區有利的頁巖氣勘探層系。牛蹄塘組底部為黑色硅質巖及磷塊巖夾黑色高炭質頁巖；下部為灰黑色鈣質頁巖、深灰、灰色泥質粉砂巖、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；上部為灰色灰質泥巖，見方解石條帶。

2 含氣頁巖儲層識別

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

1）依據巖心或巖屑描述

根據現場巖性描述，牛蹄塘組巖性主要為灰黑色粉砂質泥巖和灰黑色泥巖，目的層牛蹄塘組發育富鈾泥頁巖段。

圖2 岑鞏地區主要巖性測井交會圖

2）依據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的，通常情況下干酪根能形成一個使鈾沉淀下來的還原環境，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）依據常規測井曲線來確定頁巖段。

利用交會圖法建立岑鞏地區巖性識別交會圖版（圖2），從圖中可以看出利用測井曲線能較好區分頁巖、泥巖、砂巖、灰巖等。工區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

結合工區區域地質資料，對工區測井資料進行綜合分析，探討本地區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、硅質泥巖。自然伽馬為350-660API，表現高值；去鈾伽馬與總自然伽馬曲線數值差異大，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，表現為相對低值。泥質含量為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，還與儲層的電阻率有極大聯系，將頁巖層段的進行統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

工區牛蹄塘組泥頁巖儲集段電阻率值相對較低，通過借鑒國內外分析成果資料，根據岑鞏地區頁巖氣測井、試驗等分析，得出以下四種可能導致頁巖儲層為低電阻率的影響因素：有機質過成熟影響、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 有機質過成熟影響

海相頁巖儲集段往往由于地層有機質過成熟，其化學成分發生變化，逐漸轉變成低氫量的碳質化合物，最后變為石墨，導電能力強的石墨的存在使得地層電阻率低[18-19]。一般而言，有機質成熟度高對應TOC的含量高，通過多口井取心數據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為石墨后導電能力增強，電阻率降低，對應含氣性變的極差。

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致地層電阻率數值變小[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）。常規儲層中低阻油層很多也都是由于地層束縛水含量高，導致油層電阻率低。

3.2.3 黃鐵礦影響

海相有機質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致頁巖層段表現為明顯的低電阻。

結合工區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育，核磁測井資料顯示有效孔隙度較小。

4 結論

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）貴州岑鞏頁巖氣區塊牛蹄塘組含氣頁巖層表現為明顯的低電阻率特征，其它測井響應特征表現為：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關系。

圖9 H井黃鐵礦巖心和測井數據對比

3）工區低阻頁巖儲層的影響因素有四種，包括有機質過成熟影響、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

[1] 張金川，金之鈞，袁明生. 頁巖氣成藏機理和分布[J]. 天然氣工業，2004，24（7）：15-18.

[2] 李新景，呂宗剛，董大忠，等．北美頁巖氣資源形成的地質條件[J].天然氣工業，2009,29（5）：27-32.

[3] 久凱，丁文龍，李玉喜，等. 黔北地區構造特征與下寒武統頁巖氣儲層裂縫研究[J]. 天然氣地球科學，2012，23（4）：797-803.

[4] 王陽，朱炎銘，陳尚斌，等. 湘西北下寒武統牛蹄塘組頁巖氣形成條件分析[J]. 中國礦業大學學報，2013，42（4）：586-595.

[5] 徐贛川，鐘光海，謝冰，等. 基于巖石物理實驗的頁巖脆性測井評價方法[J]. 天然氣工業，2014，34（12）：38-45.

[6] 莫修文，李舟波，潘保芝. 頁巖氣測井地層評價的方法與進展[J]. 地質通報，2011，30（2-3）：400-406.

[7] 劉雙蓮，陸黃生. 頁巖氣測井評價技術特征及評價方法探討[J]. 測井技術，2011，35（2）：112-117.

[8] 謝小國，楊筱. 頁巖氣儲層特征及測井評價方法[J]. 煤田地質與勘探，2013，41（6）：27-31.

[9] DAVID G，TRACY E L，JOHN P M. Fractured shale gas potential in New York[J]. Northeastern Geology and Environmental Sciences，2004，26(1/2)：57–78.

[10] 中國石油勘探與生產公司．低阻油氣藏測井識別評價方法與技術［Ｍ］．北京：石油工業出版社，2006.

[11] 楊小兵，張樹東，張志剛，等. 低阻頁巖氣儲層的測井解釋評價[J]. 成都理工大學學報（自然科學版），2015，42（6）：692-700.

[12] 易同生，趙霞．貴州下寒武統牛蹄塘組頁巖儲層特征及其分布規律[J]．天然氣工業，2014，34（8）：8-14.

[13] 王濡岳，龔大建，丁文龍，等. 上揚子地區下寒武統牛蹄塘組頁巖儲層脆性評價：以貴州岑鞏區塊為例[J]. 地學前緣（中國地質大學（北京）；北京大學），2016，23（1）：87-95.

[14] 丁文龍，冷濟高，丁文龍，等．上揚子地區下寒武統牛蹄塘組優質頁巖儲層測井識別—以貴州岑鞏頁巖氣區塊為例[J]. 天然氣地球科學，2015，26（12）：2395-2407.

[15] 王麗波，久凱，曾維特，等. 上揚子黔北地區下寒武統海相黑色泥頁巖特征及頁巖氣遠景區評價[J]. 巖石學報，2013，29（9）：3263-3278.

[16] 曾維特，丁文龍，張金川，等. 渝東南—黔北地區下寒武統牛蹄塘組頁巖裂縫有效性研究[J]. 地學前緣（中國地質大學（北京）；北京大學），2016，23（1）：96-106.

[17] 嚴偉，王建波，劉帥，等. 四川盆地焦石壩地區龍馬溪組泥頁巖儲層測井識別[J]. 天然氣工業，2014，34（6）：30-36.

[18] Bob C，Mike M. Log Evaluation of Gas Shale: A 35-Year Perspective[R]. Denver: Denver Well Logging Society，2010.

[19] 王道富，王玉滿，董大忠，等．川南下寒武統筇竹寺組頁巖儲集空間定量表征[J]．天然氣工業，2013，33（7）：1-10.

[20] 雍世和，張超謨．測井數據處理與綜合解釋［Ｍ］．東營：石油大學出版社，1996.

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