基于多元回歸分析法預測總有機碳含量

張林光 譚靜

摘 要：在頁巖氣儲層的研究中，總有機碳含量（TOC）是一個重要的指標，它能夠反映頁巖氣儲層的生烴潛力、儲集能力，進而決定頁巖氣儲層的含油量。準確獲取頁巖氣儲層的TOC含量對于頁巖氣的開發具有重要意義。利用測井資料對TOC含量進行擬合與預測，能夠彌補頁巖氣儲層取心少、實測樣品分布不連續的不足。利用多元回歸分析法對總有機碳含量進行模擬和預測，增加了可用測井參數的種類，即通過綜合考慮多種測井參數后優選出最能夠反映有機碳含量變化的測井參數，從而增強了計算結果的客觀性和可靠性。

關鍵詞：頁巖氣；測井評價；總有機碳；多元回歸分析

頁巖氣是指主體位于暗色泥頁巖或高碳泥頁巖及其間所夾砂質、粉砂質泥巖地層中，以吸附態或游離態為主要存在方式的天然氣聚集。頁巖氣潛力評價主要包括生氣能力、儲集氣能力及易開采性3個方面[1-3]，頁巖中的有機質是烴類形成的物質基礎，同時為頁巖氣的吸附提供重要載體[4-5]。此外在有機質轉化為烴類的過程中，形成的有機孔和微裂隙也是頁巖氣賦存的重要場所。通常成熟頁巖中殘余有機質豐度與含氣量表現出正相關性，故有機質豐度在頁巖氣評價中具有重要意義。在以往的地質研究中，總有機碳含量（TOC）主要依靠地球化學分析測試方法獲得，該方法周期較長，受鉆井取心和實驗分析費用的限制，一般不可能獲得連續的TOC參數，因此常以有限樣品的均值來代表整套泥頁巖層的有機碳含量。而實際地質條件下，頁巖通常呈分散的薄層，單純采用離散TOC實驗室分析值的幾何平均來評價較厚頁巖層的生烴潛力顯然是不合理的[6-7]。通過分析頁巖氣儲層的測井響應特征，建立不同類型測井曲線與有機碳之間的定量關系，就可以在一定程度上彌補這些不足。此外，在對只有測井曲線數據而無其它地球化學數據的老井進行評價時，可以應用鄰近的已建立的有機碳單井測井解釋模型對其進行預測。本文主要介紹如何利用多元回歸法對總有機碳含量進行模擬與預測，建立多元回歸方程，以期定量計算頁巖氣儲層的總有機碳含量，從而為頁巖氣測井評價奠定基礎。

1 頁巖的測井響應特征

含有機質的頁巖是由形成于靜水環境下的泥巖經各種成巖作用演變而來的，其組成成分復雜多樣，主要為有機質、石英、長石、方解石、白云石、伊利石、綠泥石、蒙皂石、黃鐵礦、磷灰石等。頁巖不僅成分復雜，而且其孔、滲性較常規儲層而言極差，因此頁巖氣儲層的測井響應特征與常規儲層相比有著明顯的差別。

不同類型的測井曲線對于頁巖氣儲層有著不同的響應機理、特征。例如，自然伽馬測井曲線的響應與頁巖的沉積過程相對應，是頁巖有機質組分最為直接的響應。電阻率測井曲線則反映了頁巖氣儲層中有機質含量的高低。聲波時差測井曲線、密度測井曲線和中子測井曲線反映了頁巖的孔隙性，而頁巖孔隙性主要受控于有機質含量的高低，因此這三種測井曲線都能在一定程度上反映出有機質含量的高低。在中子孔隙度測井中，由于熱中子既可以與固態有機質中的氫原子進行核反應，也可以與天然氣中的氫原子進行核反應，因此對單純評價有機質不利，一般不用于有機質含量的評價。

利用測井曲線形態和測井曲線相對大小可以快速而直觀地識別頁巖氣儲集層。所需的常規測井曲線主要包括：自然伽馬、井徑、中子密度、巖性密度、體積密度、聲波時差及電阻率等測井曲線。有機質一般具有特殊的物理性質，在測井曲線上主要表現為“三高一低”的響應特征，即高自然伽馬和能譜測井、低密度、高聲波時差、相對高電阻率異常等；井徑曲線表現為擴徑。與普通頁巖相比，含氣頁巖具有自然伽馬強度高、電阻率大、地層體積密度和光電效應低等特征。

2 多元回歸分析法

有機碳含量不僅在電阻率和聲波時差測井曲線上有所反映，同時還對自然伽馬、中子、密度等其他測井響應有明顯的影響。自然伽馬測井是測量巖石總的自然伽馬射線強度，主要與巖石吸附釷、鈾等放射性物質有關。普通泥頁巖的鈾含量約3×10-6，占總自然伽馬放射性的20%-30%，而富有機質泥頁巖的鈾含量通常為20×10-6-40×10-6或更大，占總自然伽馬放射性的70%-80%，因此有機碳含量與自然伽馬具有較強相關性；中子測井本質上是測量含氫指數，由于有機質的含氫指數大于黏土礦物的含氫指數，因此有機碳含量高的泥頁巖呈現較大的中子測井值；地層密度測井主要測量巖石骨架密度和流體密度，地層中流體越多意味著孔隙度越大。壓實程度、巖石骨架和流體密度均相似的泥頁巖，其含水飽和度大致相當，且有機質與水的密度相似（約1.0g/cm3），小于圍巖基質的密度（黏土骨架密度為2.30-3.10 g/cm3），因而使富有機質泥頁巖的密度測井值降低。有機碳含量與上述測井曲線存在密切響應關系，使得通過多元回歸分析建立有機碳含量與多個測井參數之間的統計關系成為可能。

在實際使用多元回歸分析法對總有機碳含量進行預測與模擬時，首先將取心段樣品的TOC數據與測井曲線數據進行深度上的校正，在兩者深度一一對應的基礎上，利用數據分析軟件對TOC數值與各種測井曲線數值的相關性進行分析，得到與TOC數值相關性最高的一種或幾種測井曲線類型及其相關系數，即為最能反映有機碳含量變化的參數。此時可以建立一個以測井曲線數值為自變量、TOC數值為應變量的多元回歸方程，再將目的層段的測井曲線數據代入方程后，就可以預測出目的層段任意深度的TOC數值，完成對頁巖氣儲層的評價。建立這一具有良好相關性的經驗公式后，還可以在工區內鄰近的老井進行解釋與評價。

3 結論

利用測井數據對頁巖氣儲層的總有機碳含量進行評價，能夠克服室內巖心分析時的誤差，評價結果比較可靠，能夠經濟、快速地實現連續性評價。利用多元回歸分析法時需考慮因素多，參數選擇合理、有效，能夠在一定程度上避免井徑對單一測井方法的影響。

參考文獻

[1][楊振恒，李志明，沈寶劍，等.頁巖氣成藏條件及我國黔南坳陷頁巖氣勘探前景淺析[J].中國石油勘探，2009，（3）：24-28.]

[2][鄭軍衛，孫德強，李小燕，等.頁巖氣勘探開發技術進展[J].天然氣地球科學，2011，22（3）：511-517.]

[3][郭彤樓，李宇平，魏志紅.四川盆地元壩地區自流井組頁巖氣成藏條件[J].天然氣地球科學，2011，22（1）：511-517.]

[4][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.]

[5][李新景，胡素云，程克明.北美裂縫性頁巖氣勘探開發啟示[J].石油勘探與開發，2007，34（4）：392-400.]

[6][許曉宏，黃海平，盧松年.測井資料與烴源巖有機碳含量的定量關系研究[J].江漢石油學院學報，1998，20（3）：8-12.]

[7][王鵬，唐成磊，王飛.ΔLogR技術在烴源巖評價中的應用[J].斷塊油氣田，2009，16（2）：52-54.

作者簡介

張林光 （1992-），男，碩士，長江大學研究方向，頁巖氣成藏地質學。