焦石壩龍馬溪組高效頁巖氣單元錄井劃分及評價探討

袁擁軍，陶 勇，艾瀟琳，邢惠強

（1.中國石化江漢石油工程有限公司測錄井公司，湖北 潛江433123；2.中國石化江漢油田分公司勘探開發(fā)研究院，湖北 武漢430223；3.四川大學華西臨床醫(yī)學院，四川 成都610041；4.中國石油集團測井有限公司華北事業(yè)部，河北 任丘062550）

Curtis等認為頁巖氣（Shale gas）在本質上就是連續(xù)生成的生物化學成因氣、熱成因氣或兩者的混合，它具有普遍的地層飽含氣性、隱蔽聚集機理、多種巖性封閉和相對很短的運移距離，它可以在天然裂縫和孔隙中以游離方式存在，在干酪根和粘土顆粒表面上以吸附狀態(tài)存在，甚至在干酪根和瀝青質中以溶解狀態(tài)存在。國內學者通過深入研究指出，頁巖氣成藏的基本要素是含氣單元發(fā)育完整，即應具備致密的上、下隔板以及被封隔的以含氣泥頁巖沉積為主的核心區(qū)。因此利用錄井及地質資料正確劃分與評價頁巖氣縱向單元對指導頁巖氣鉆探具有重要的意義。

1 區(qū)域地質概況

涪陵焦石壩工區(qū)位于四川盆地東南部，區(qū)域上龍馬溪組下部－－奧陶系五峰組頁巖沉積發(fā)育，分布穩(wěn)定，暗色頁巖層厚度一般在80～100m之間，區(qū)內目標層埋深小于3 500m。2012年，工區(qū)內針對志留系部署了為獲得區(qū)域頁巖氣儲層參數特征、整體評價龍馬溪組頁巖氣藏的A井，水平段獲日產6萬方以上的穩(wěn)定工業(yè)氣流，是中國南方志留系第一口實質性突破的非常規(guī)頁巖氣井。

2 含氣單元錄井劃分

北美主要的頁巖氣盆地規(guī)模頁巖氣氣層大都呈“三明治”式的展布特征，即優(yōu)質頁巖氣藏一般被致密上下隔板巖層所封隔。

以川東南涪陵工區(qū)A井為例，該井所鉆遇的龍馬溪組頁巖氣層也具有較明顯的“三明治”特征。即以龍馬溪組底部－－奧陶系五峰組含氣暗色泥頁巖段為“核心區(qū)”，以上覆無氣測顯示的致密砂泥碎屑巖為上隔板；以下伏奧陶系致密灰?guī)r為下隔板（圖1）。

圖1 A井龍馬溪組頁巖氣單元劃分圖

A井自井深2 314m后，主要巖性由上部地層的灰色粉砂巖、泥質粉砂巖轉換為深灰色泥質粉砂巖、深灰色泥巖及灰黑色頁巖，薄片鑒定巖石顏色變深，粒級逐漸變細，此段無顯示致密巖，封堵性能較強，可以將下部暗色泥頁巖生成的烴類限制在泥頁巖內部，結合巖性、氣測資料將2 314.0～2 341.0m確定為該頁巖氣單元的上隔板區(qū)。

2 341.0～2 415.5m巖性以灰黑色頁巖、碳質頁巖、砂質泥巖為主，氣測顯示強烈，對A井2 341.0～2 415.5m共180塊巖心樣品資料統(tǒng)計，測得的孔隙度為1.1%～8.0%，平均4.6%，滲透率為0.02～1.1mD，平均0.1mD，巖石孔滲性能達到低孔、低滲儲層標準，因此將2 341.0～2 415.5m劃分為頁巖氣單元核心區(qū)。

2 415.5～2 450.0m（未穿）巖性為灰色白云質灰?guī)r、泥質灰?guī)r、灰?guī)r，氣測顯示值迅速降低，前人研究認為奧陶系致密灰?guī)r在無裂縫溝通的情況下孔滲性能極差，可以有效阻擋烴類向下運移，因此將2 415.5～2 450.0m（未穿）劃分為頁巖氣單元下隔板。

從巖性組合來看，A井所鉆遇龍馬溪組頁巖氣單元與美國德克薩斯州南部伊格福特區(qū)頁巖（圖2）相近。該頁巖氣單元劃分是以上Eagle Ford段致密灰質泥巖層為上隔板，以下Eagle Ford段暗色頁巖為產氣核心區(qū)，以BUDA段致密灰?guī)r為下隔板。

圖2 北美Eagle Ford頁巖含氣單元劃分示意圖

3 含氣單元錄井評價

3.1 含氣單元核心區(qū)評價

3.1.1 核心區(qū)儲層識別

鉆時快慢反映地層的可鉆性，也是間接反映地層孔隙性的錄井指標。讀取頁巖氣核心區(qū)儲層典型的鉆時ROPs（min／m）；剔除接單根、起下鉆影響數據，選取儲層上方上隔板層鉆時，首先求取上隔板層初始平均值ROPn1（min／m），然后剔除大于等于初始平均值1.5倍或小于等于0.5倍的不真實值后，重新統(tǒng)計上隔板層鉆時真值，再進行平均化后得到平均值ROPn2（min／m），選取此值ROPn2作為上隔板層基準鉆時。上隔板層鉆時ROPn2與核心區(qū)儲層各個典型鉆時值ROPs之比即為鉆時比值ROPn／s（無量綱），它反映了頁巖氣核心區(qū)的儲集性能。

氣測全烴和組分顯示是反映地層含氣性的重要錄井指標，烴對比系數KC（無量綱）是指核心區(qū)顯示層全烴或甲烷異常值TC異與上隔板層全烴或甲烷值TC隔之比，它可以反映核心區(qū)儲層含氣性能的相對變化。

利用鉆時比值－烴對比系數進行數據交會，根據國內常規(guī)氣層數據統(tǒng)計，烴對比系數KC≥8，鉆時比值ROPn／s≥1.25為氣層區(qū)，形成儲層解釋圖版，可以有效地評價頁巖氣核心區(qū)儲層。以 A井為例，2 341.0～2 415.5m核心區(qū)鉆時比值和烴對比系數數據投點絕大部分落在氣層區(qū)（圖3）。

圖3 A井氣測顯示層鉆時比值－烴對比系數交會圖

3.1.2 核心區(qū)流體性質識別

A井所鉆遇志留系龍馬溪組頁巖氣核心區(qū)流體性質錄井識別是勘探評價的關鍵點之一，由于氣測無C3以上重烴顯示，烴皮克斯勒圖版解釋受限，本研究將氣測實測C1、C2、C3值轉換為絕對百分含量，形成油氣三角形組分解釋圖版（圖4），將目標點投入川東南地區(qū)三角形組分解釋圖版，識別出A井為干氣層顯示，儲層流體以甲烷氣為主。

圖4 川東南地區(qū)油氣三角形組分解釋圖版

3.1.3 核心區(qū)地層壓力識別

在A井實鉆過程中，通過錄井DC指數法回歸計算，2 341.0～2 415.5m含氣單元核心區(qū)局部地層壓力系數在1.25～1.55之間（圖5），屬于中等高壓區(qū)，核心區(qū)地層壓力越高表示地層排烴量越大以及核心區(qū)被封閉性越好，錄井識別核心區(qū)具有高壓特征，預示該井有獲得工業(yè)產能的地質基礎。

圖5 A井錄井地壓檢測圖

根據上述錄井解釋結論，識別A井2 341.0～2 415.5 m頁巖氣單元核心區(qū)為具有工業(yè)潛力的頁巖氣層，氣層流體以干氣（甲烷 ）為主。該井試氣結果證實了這一結論。

3.1.4 核心區(qū)綜合評價

聶海寬、何志祥等通過研究認為，優(yōu)選合適的地質參數，特別是錄井參數，并通過基于雷達圖和云模型的數學表述及多元數據評價可以較準確地反映頁巖氣層的多元數據特征。

通過研究以確定頁巖氣核心區(qū)厚度、埋深、氣測烴對比系數、地層壓力系數、孔隙度、頁巖有機碳含量、石英含量、含氣量8個關鍵錄井參數。其中厚度、埋深、氣測烴對比系數、是鉆井過程中綜合錄井儀測量計算獲得；地層壓力系數是錄井dc指數法計算獲得；孔隙度通過核磁錄井測定或巖心數據統(tǒng)計獲得；有機碳含量通過地化錄井儀分析巖樣獲得；石英含量通過XRF錄井儀測定巖樣中石英（硅）相對含量獲得；含氣量通過巖心實驗數據獲得。根據北美工業(yè)頁巖氣層參數，結合川東南地區(qū)已經獲得低產工業(yè)氣流的大安寨段和東岳廟段頁巖氣層指標，將上述關鍵參數做歸一化處理，參數歸一化后的量綱范圍是1～4（表1）。

表1 頁巖氣單元核心區(qū)評價關鍵參數及標準化轉換表

將以上8個錄井關鍵參數為分類（X）軸標志，刻度為線性，刻度范圍0～4；用黃金分割法則分別分割成直徑為1.528和2.472的評價圓，將雷達圖由里到外分為差、中等、好3個區(qū)，將解釋目標層參數按照對應的組合映射到雷達圖上，X軸上的點連接起來，在雷達圖版上構成一個封閉的多邊形，該多邊形區(qū)域封閉的面積值即是該解釋層的雷達覆蓋指數Ex，多邊形體積越大，越對稱飽滿，即可定性判斷頁巖氣單元越好（圖6）。

圖6 川東南地區(qū)頁巖氣單元核心區(qū)評價雷達圖

用期望值Ex、熵En、超熵He三個數字特征來表征云模型YM＝（Ex，En，He），其計算公式為：

式中，Bmax為解釋目標對應的雷達覆蓋指數最大值，Bmin為對應的雷達覆蓋指數最小值，He一般取0.1；利用雷達覆蓋指數Ex－隸屬度σ繪制云模型圖，云模型圖橫軸為雷達覆蓋指數Ex，縱軸為隸屬度σ，云模型圖被兩個標準云分割為A區(qū)（差）、B區(qū)（中等）、C區(qū)（優(yōu)）3個區(qū)域，將解釋目標的云模型方程YM＝（Ex，En，He）按正態(tài)分布函數形式置于云模型圖上，根據所在的區(qū)域進行多元數據評價（圖7）。

圖7 川東南地區(qū)頁巖氣單元核心區(qū)評價云模型

A井龍馬溪組（包括五峰組）頁巖氣單元核心區(qū)評價雷達圖形態(tài)較飽滿，發(fā)育對稱，雷達圖覆蓋指數為26.2，云模型 YM＝（26.2，1.1，0.1），云模型遠高于第二標準云，完全落入優(yōu)等區(qū)，目標總體評價為優(yōu)，目標評價結果要好于已獲得低產工業(yè)氣流的川東南侏羅系大安寨段頁巖和鄂西渝東侏羅系東岳廟段頁巖。

3.2 含氣單元上下隔板區(qū)評價

上、下隔板區(qū)主要起到封隔核心區(qū)阻止烴類逸散的作用。總體而言，隔板的密閉性與隔板基巖的孔隙、裂縫發(fā)育程度密切相關，如果上、下隔板基巖中孔隙、裂縫發(fā)育，由于距離核心區(qū)垂直距離短，將大量聚集來自暗色泥頁巖所形成的烴類，形成高氣測顯示區(qū)，不利于核心區(qū)密閉；反之，如果上、下隔板區(qū)氣測顯示微弱，則說明頁巖核心區(qū)所形成的烴類沒有形成有效突破，隔板密閉性強。實例中A井上、下隔板段氣測曲線平穩(wěn)，全烴和甲烷含量與核心區(qū)相比為低值，定性評價上、下隔板的封隔能力較強。

4 結論與建議

1）本研究應用成熟的錄井技術，縱向劃分出川東南焦石壩工區(qū)龍馬溪組頁巖氣單元各個組成區(qū)域，并對核心區(qū)的儲層性質、流體性質、地層壓力做出了正確識別，判斷上、下隔板層密閉性好，具有形成工業(yè)產能的基礎。

2）基于雷達圖和云模型的錄井多元數據評價方法能夠半定量評價頁巖氣顯示，為勘探決策提供可靠的依據。

3）研究認為頁巖氣單元的含氣性、密閉性和可壓性是頁巖氣成藏的關鍵要素，錄井專業(yè)需要進一步加強新方法的研究應用，結合成熟錄井工藝，形成一套獨立、有效的頁巖氣錄井評價技術體系，提高錄井專業(yè)在頁巖氣勘探中的話語權。

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