頁巖氣勘探地球化學(xué)指標(biāo)測(cè)井評(píng)價(jià)方法研究

石耀軍

摘 要：地球化學(xué)指標(biāo)是頁巖氣勘探、評(píng)價(jià)的研究基礎(chǔ)及重點(diǎn)，是影響頁巖氣資源評(píng)價(jià)及甜點(diǎn)優(yōu)選的重要因素。文章在廣泛調(diào)研頁巖氣測(cè)井評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)分析當(dāng)前頁巖氣地球化學(xué)指標(biāo)測(cè)井評(píng)價(jià)技術(shù)，闡述了總有機(jī)碳含量及成熟度指標(biāo)國(guó)內(nèi)外主要測(cè)井解釋方法等。

關(guān)鍵詞：頁巖氣；地球化學(xué)；測(cè)井評(píng)價(jià)

引言

頁巖氣是指主體位于暗色泥頁巖或高碳泥頁巖中，以游離氣或吸附氣為主要存在方式的天然氣聚集，表現(xiàn)為典型的原地成藏模式[1]。不同于常規(guī)油氣的測(cè)井評(píng)價(jià)以“四性關(guān)系”為主，頁巖氣測(cè)井評(píng)價(jià)主要圍繞生烴條件、儲(chǔ)集條件、保存條件評(píng)價(jià)及其巖石力學(xué)參數(shù)計(jì)算等方面展開，具體包括有機(jī)質(zhì)含量、熱成熟度等地化指標(biāo)、富氣泥頁巖層劃分和儲(chǔ)集參數(shù)評(píng)價(jià)、礦物組分分析、巖石力學(xué)參數(shù)、地層壓力及裂縫發(fā)育指標(biāo)評(píng)價(jià)等。其中總有機(jī)碳含量、成熟度等地球化學(xué)參數(shù)是評(píng)價(jià)泥頁巖生烴潛力的重要指標(biāo)，也是影響頁巖氣賦存及吸附氣含量的重要參數(shù)。

常規(guī)測(cè)井技術(shù)能較有效地進(jìn)行巖性識(shí)別、富含頁巖氣層劃分、TOC計(jì)算等，而在礦物組分分析、巖石力學(xué)分析、裂縫識(shí)別等參數(shù)評(píng)價(jià)方面存在較大缺陷。文章在調(diào)研頁巖氣地質(zhì)特征、評(píng)價(jià)要素、測(cè)井響應(yīng)特征等的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)開展泥頁巖地球化學(xué)指標(biāo)測(cè)井評(píng)價(jià)方法研究，包括總有機(jī)質(zhì)碳含量及熱成熟度指標(biāo)國(guó)內(nèi)外主要測(cè)井評(píng)價(jià)方法等。

1 總有機(jī)碳含量（TOC）

總有機(jī)質(zhì)含量是影響泥頁巖含氣量的重要因素，并與干酪根含量密切相關(guān)，它反映了地層的生烴能力，同時(shí)頁巖比表面隨有機(jī)碳含量的增加而增大，使得有機(jī)碳含量成為影響泥頁巖吸附氣的重要因素。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外總有機(jī)碳含量計(jì)算廣泛采用的是電阻率與孔隙度重疊法即△logR重疊法[2]，常采用聲波時(shí)差與電阻率曲線重疊進(jìn)行。該方法是將聲波時(shí)差曲線按照一定比例刻度疊加在電阻率曲線上，通過電阻率曲線刻度為2個(gè)數(shù)量級(jí)對(duì)數(shù)刻度對(duì)應(yīng)聲波時(shí)差為328μs/m間隔，兩條曲線在一定深度范圍內(nèi)基本或完全重疊即為基線，兩條曲線的間距即為△logR，并由此計(jì)算TOC[3]

式中：LOM為成熟度；ΔTOC為基線段有機(jī)碳含量，%

在有較多樣品測(cè)試數(shù)據(jù)的前提下，也可根據(jù)ΔlogR與實(shí)測(cè)有機(jī)碳含量TOC，擬合出它們之間的關(guān)系式計(jì)算TOC值[3]。同時(shí)也可以通過中子孔隙度與電阻率曲線重疊或者密度與電阻率曲線重疊進(jìn)行計(jì)算ΔlogR。

由于上述方法需要先確定成熟度參數(shù)，并且操作及計(jì)算過程復(fù)雜，為剔除有機(jī)質(zhì)成熟度不確定因素，張培先（2012）在△logR原理的基礎(chǔ)上，根據(jù)多元統(tǒng)計(jì)原理，選取樣品實(shí)測(cè)TOC值與樣品對(duì)應(yīng)深度的聲波時(shí)差測(cè)井與電阻率測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，回歸公式并建立了有機(jī)質(zhì)含量解釋模型[4]：

式中：TOC 為總有機(jī)碳含量，%；Rt為電阻率，Ω·m；x、y、z 為研究工區(qū)擬合出系數(shù)；

張佳佳等（2012）利用波阻抗和常規(guī)測(cè)井響應(yīng)特征實(shí)現(xiàn)△logR重疊法，計(jì)算TOC值效果較好[3]。此外，常用的TOC測(cè)井解釋方法還有自然伽馬差值法以及密度法。由于干酪根多形成于放射性元素 U 含量比較高的還原環(huán)境中，使得自然伽馬曲線高值，可用總伽馬與無鈾伽馬曲線的差值與TOC進(jìn)行相關(guān)性分析建立TOC解釋模型，而由于干酪根的密度較低，從而降低地層體積密度，可用密度曲線值與TOC回歸分析，建立相應(yīng)關(guān)系式。

2 有機(jī)質(zhì)成熟度

有機(jī)質(zhì)成熟度也是頁巖氣評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)，當(dāng)泥頁巖中TOC達(dá)到一定值以后，成熟度越高表明泥頁巖生烴潛力越大。表征巖樣成熟度的指標(biāo)有很多種，主要包括牙形石色變指數(shù)（CAI）、孢子顏色熱變指數(shù)（TAI）、熱解溫度和鏡質(zhì)體反射率 Ro等，鏡質(zhì)體反射率 Ro值與其他指數(shù)通常具有一定的相關(guān)性。

2.1 鏡質(zhì)體反射率 Ro的估算

Ro在實(shí)驗(yàn)室是通過顯微鏡下測(cè)量并刻度的。由于Ro隨埋藏深度增加而增加，可以通過實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)取樣深度建立回歸方程。國(guó)外學(xué)者對(duì)比了泥頁巖層不同Ro條件下測(cè)井響應(yīng)特征，并提出不同鏡質(zhì)反射率Ro下的測(cè)井曲線響應(yīng)特征：當(dāng)Ro>4.5時(shí)，密度高值，中子和密度曲線分開，地層電阻率較小（小于1Ω·m）；當(dāng)Ro在1.8～2.0之間時(shí)，密度低值，中子和密度曲線重疊，地層電阻率高值達(dá)到100Ω·m，據(jù)此可以區(qū)分Ro高值或低值段[5]。

2.2 熱成熟度指數(shù)MI

Hank Zhao等使用電阻率、中子和密度等測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)定義了一個(gè)熱成熟度指數(shù)MI，作為評(píng)價(jià)成熟度的指標(biāo)而被廣泛使用，MI計(jì)算公式如下：

上述式中：N為樣品對(duì)應(yīng)深度的孔隙度大于或等于9%、含水飽和度小于或等于75%的數(shù)據(jù)樣本總數(shù)；Φn9i為符合上述條件時(shí)的中子孔隙度；Sw75i為符合上述條件時(shí)的含水飽和度；Swi為含水飽和度；Rw為地層水電阻率；m為膠結(jié)系數(shù)；Ri為數(shù)據(jù)點(diǎn)的深電阻率讀數(shù)；Φd9i為密度孔隙度中不低于9%的各點(diǎn)讀數(shù)；Φd為密度孔隙度。

需要注意的是，用上述方法求的成熟度指數(shù)是綜合有效層井眼測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算出來的一個(gè)平均值，所取數(shù)據(jù)來自取樣深度含水飽和度小于或等于75%、密度孔隙度值大于或等于9%時(shí)的測(cè)井資料。

3 結(jié)束語

頁巖氣地球化學(xué)評(píng)價(jià)是頁巖氣資源評(píng)價(jià)與甜點(diǎn)優(yōu)選的基礎(chǔ)與重點(diǎn)，主要內(nèi)容包括有機(jī)碳含量（TOC）及成熟度等指標(biāo)的評(píng)價(jià)。目前，國(guó)內(nèi)外利用測(cè)井資料計(jì)算TOC的主要方法為△logR法及其在此基礎(chǔ)上改進(jìn)的方法，其它應(yīng)用較多的還有自然伽馬差值法以及密度法等。成熟度指標(biāo)測(cè)井評(píng)價(jià)主要有電阻率法和中子-密度重組合法以及熱成熟度指數(shù)計(jì)算法等。

參考文獻(xiàn)

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

[2]Passey Q R，Creaney S，Kulla J B，et al. A practical model for organic richness from porosity and resistivity logs[J].AAPG Bulletin，1990，74（12）：1777-1794.

[3]張佳佳，李宏兵，姚逢昌.油頁巖的地球物理識(shí)別和評(píng)價(jià)方法[J].石油學(xué)報(bào)，2012，33（4）：625-632.

[4]張培先.頁巖氣測(cè)井評(píng)價(jià)研究——以川東南海相地層為例[J].特種油氣藏，2012，19（2）：12-15.

[5]萬金彬，李慶華，白松濤.頁巖氣儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)及進(jìn)展[J]測(cè)井技術(shù)，2012，36（5）：441-447.