地球物理技術在頁巖氣勘探開發中的應用

周濤

摘 要：頁巖氣是天然氣資源的一種，在開采過程中應注意使用各項地球物理技術，以確保頁巖氣儲藏勘探的準確性和開采的成功率。本文主要針對地球物理技術在頁巖氣勘探開發各階段中的應用進行論述。

關鍵詞：地球物理技術;頁巖氣;微地震技術;AVO疊前反演

1 概述

頁巖氣是非常規天然氣資源的一種，屬于自生自儲油氣藏，且在世界范圍內儲量豐富，因此得到世界各國研究者的注意。而美國頁巖氣勘探技術的發展，使得頁巖氣的工業生產成為了可能，若進一步利用地球物理技術提高頁巖氣勘探的精準度和成功率，將在很大程度上緩解世界能源緊缺的問題。

2 地球物理技術在頁巖氣勘探中的應用

2.1 頁巖氣測井評價

2.1.1 測井識別。頁巖氣具有導電性差、密度較小、含氫量低、傳播速度慢等物理性質，而且含氣頁巖中有機含量和放射性元素鈾含量較高，因此測井通常表現為伽馬高、電阻大、高聲波時差、中字孔隙度高、低密度、光電效應差的特點。

2.1.2 有機碳含量及熱成熟度指標。頁巖氣中放射性元素鈾

含量較高，其伽馬曲線也高。自然伽馬測井技術和ECS技術的聯合使用，可為鉀、鈾、釷等元素的豐度分析提供技術支持，從而確定有機碳的含量;而中字—密度法則能對熱成熟度的確定具有指導意義。

2.1.3 頁巖裂縫參數評價。天然縫、誘導縫、斷層的分辨需要依靠微電阻率掃描成像技術和核磁共振技術，而壓裂后裂縫高度計長度的識別評價就需要借助井溫測井技術、同位素測井技術或偶極橫波測井技術。

2.1.4 頁巖儲層物性參數評價。頁巖氣儲層物性評價的參數主要包括頁巖的孔隙度、滲透率和含油飽和度。頁巖孔隙度測定需要依靠補償聲波和長遠距聲波、體積密度以及補償中子，并在ECS技術的支持下，利用換算有關骨架參數的方法，對含氣頁巖的孔隙度進行計算和評價;滲透率的評價需要用自然電位、自然伽馬能譜、CMR核磁共振、微電極技術;含氣飽和度的估算就要在CMR核磁共振技術、感應測井技術以及雙側向技術的幫助下完成。

2.1.5 頁巖巖礦組分的確定。頁巖巖礦組分的確定主要使用ECS探測技術，主要原理是利用中子感生的俘獲自然伽馬能譜，進而對巖礦中的硅（Si）、鈣（Ca）和硫（S）含量進行進行準確的測定，從而確定巖礦的屬性。

2.1.6 頁巖巖石力學參數計算。巖石力學參數的任務是對巖石的地層應力和最大主應力方位進行確定，這就需要聲波掃描技術、中子密度以及成像測井技術。

2.2 頁巖含氣性檢測

2.2.1 疊后波阻抗反演。疊后反演以褶積為模型，將子波的反褶積進行壓縮處理，使地震數據轉換為反射系數序列，進而得到波阻抗剖面。頁巖層含氣量越豐富，儲層體積密度和測速度降低越快，使波阻抗值降低。根據頁巖層地質模型拾取頁巖層波阻抗數據，可對含氣量的確定提供可靠的數據支持。

2.2.2 AVO疊前反演。頁巖氣含量越多，儲層體積密度越小，彈性波速也降低，嚴重影響了彈性模量和泊松比等參數。AVO疊前反演能根據巖石物理學相關理論、振幅與偏移距離的關系理論，對泊松比、拉梅常數、楊氏模量等彈性參數進行準確推導，從而得到頁巖儲層中的含氣量。

2.2.3 疊前彈性阻抗反演。疊前彈性阻抗反演是在彈性阻抗函數和聲波阻抗的基礎上發展起來的一種特殊的技術，當彈性阻抗入射角為0°時，被稱為聲波阻抗，這種特例不僅具有疊后波阻抗反演的優點，還能有效彌補疊前AVO反演技術的不足。彈性阻抗反演能獲得更多的巖性和物性信息，提高了反演技術的預測能力和對頁巖氣儲層的描述能力。

2.2.4 頻譜分解技術。波頻分解技術的應用原理是含油氣儲層的吸收頻率較高，這是因為地震波中的高頻成分在含油氣儲層中能量衰減較快，而在非含油區的高頻成分能量衰減較慢。該技術與AVO反演技術相結合，發展成了新的分頻AVO技術和頻變AVO技術。

2.3 頁巖裂縫預測

2.3.1 多屬性裂縫檢測技術。曲率是對曲線或曲面彎曲程度的定量描述，頁巖的曲率大，其曲面彎曲程度就大，裂縫產生的概率就高。相干和方差技術則主要用于對地震信號的解釋，當相鄰地震信號出現相似或不連續等異常現象時，可通過相干和方差技術對其進行科學解釋;曲率、相干、方差技術能對含氣頁巖裂縫的強度、方位、位置等要素進行準確預測。

2.3.2 各向異性檢測技術。沉積地層的骨架顆粒的定向排列和顆粒間的裂隙發育度有關，這就造成了沉積地層在地震波尺度上會表現出不同程度的各向異性，且研究表明，裂隙發育越完全，表現出來的各向異性越強。根據疊前地震道數據，對頁巖氣儲層裂隙的發育方向和密度進行檢測，檢測技術可使用方位角速度分析技術。方位角變化時，地震反射振幅隨之改變，為裂隙分布的預測提供了依據;方位AVO技術是利用AVO技術對不同方位角范圍內的地震資料進行分析，然后根據分析結果計算出地層的裂隙發育程度。

2.3.3 轉換橫波分裂技術。轉換橫波進入裂縫介質的方位不同，其分裂情況也不同，并且裂縫走向也對波的分裂造成一定影響，因此分裂波的特征能反映裂縫的強度。多波多分量地震勘探技術和相對時差梯度法的結合對頁巖氣儲藏裂縫的方向和發育程度的測定，具有極為重要的作用。

2.4 頁巖氣井中地震技術

2.4.1 微地震監測技術。微地震監測技術的檢測效果要高于測井監測技術，其監測原理是在壓裂施工過程中，在井下或地面布置檢波器，對地下巖石的破裂研發的微地震進行實時監測，并對傳播情況進行記錄，以此作為判斷壓裂施工過程中裂縫產生位置、大小、延伸方向的依據，從而為后期開采方案的優化提供指導。

2.4.2 其他井中地震技術。VSP技術經過多個發展階段，已經成為相當成熟的井中地震技術之一，而3D VSP技術與微地震監測技術的聯合使用更是極為普遍的一種做法;而與P-P和P-S成像技術的聯合使用，可在高分辨率的情況下對陸上構造進行解釋;四維地震技術還能實現對頁巖氣隨溫度變化而改變的監測，這對于優化頁巖氣的開采方案是極為有利的。

3 總結

頁巖氣作為一種非常規能源，其勘探和開采技術要求雖不同于普通的油氣勘探，但對于各項物理勘探技術的需求是相同的。地球物理勘探技術和分析技術對于頁巖氣的勘探開采具有極為重要的指導意義，我國應加大在該領域的創新應用方面的研究，使新型的勘探技術更好地服務于我國頁巖氣的開采工作，以緩解我國能源緊缺問題。

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