測井曲線在華北北部綜合氣勘查評價中的研究

劉全剛

（河北省煤田地質局 第四地質隊，河北 宣化075100）

1 概 況

華北北部下花園組和下馬嶺組地層分布范圍廣、厚度大、蓋層條件好，有機地化特征和物性特征有利于綜合氣的生產、儲集。其中下花園組泥巖、砂巖和煤層交互沉積，賦存煤層氣和砂巖氣，具有較好的資源潛力。

通過對該地區鉆孔測井資料的分析與研究，建立合理的解釋計算模型，對其進行了儲氣層解釋評價。測井結果顯示，該鉆孔沒有發現良好的頁巖氣儲存，主要對其煤層氣與砂巖氣進行了評價。

2 建立模型

2.1 巖石體積模型

此次模型建立利用了邯鄲力時力拓公司的CLogProV2.0煤層氣測井處理程序中的頻率交會圖技術功能和巖石物理分析程序，針對非煤系與煤系地層段，并剔除其中的火成巖層，分地層單元確定各自的巖性三角形，求取巖石骨架、泥質、孔隙水對應體積密度、聲波時差、補償中子的測井響應值。

將巖石體積分成巖石骨架、泥質、孔隙（飽和含水）3部分，作為對測井響應的貢獻之和。相關計算公式為：

式中：ρ、I分別為巖石對密度、自然伽瑪的測井響應值；ρma、ρsh、ρw分別為巖石骨架、泥質、孔隙水對密度測井的響應參數；Ima、Ish、Iw分別為巖石骨架、泥質、孔隙水對自然伽瑪測井的響應參數；Vma、Vsh、φ分別為巖石骨架、泥質、孔隙水的體積含量。

骨架參數由理論值并結合三孔隙度曲線交匯分析得到，見表1、表2。

表1 密度曲線頻率交匯骨架參數Table 1 Parameters of density curve frequency intersection skeleton

表2 三孔隙度分析骨架參數Table 2 Skeleton parameters of tri-porosity analysis

2.2 煤層體積模型

煤儲層體積分成純煤（包括固定碳和揮發分）、灰分（包括泥質和其它礦物）、水分（孔隙中充滿水）3部分。針對不同煤號煤儲層，分別計算煤層體積中的純煤、濕灰、水分體積百分比含量。本區煤層組份骨架參數見表3。

表3 煤層組份骨架參數Table 3 Coal seam component skeleton parameters

2.3 估算吸附氣含量

利用巖心測試所得到的解析氣含量值與補償密度測井值建立區域含氣量計算經驗模型。吸附氣與補償密度具有一定相關關系，連續地估算氣含量。計算經驗公式為：

式中：Gs為含氣量；ρ為補償密度；a、b、c為經驗系數，本次取值a=-6.847 445、b=0.844 815、c=11.824 427。

2.4 估算含水飽和度

含水飽和度利用西門杜公式計算得出：

式中：SW為含水飽和度，以百分數表示；φe為地層孔隙度，以百分數表示；m為膠結指數，通常取2；n為飽和度指數，通常取2；a為常數，通常取1；Rw為地層水電阻率，Ω·m；Rt為原狀地層電阻率，Ω·m；Rsh為泥巖電阻率，Ω·m。

2.5 含氣飽和度計算

含氣飽和度計算采用阿爾奇公式：

式中：m、a、n、b分別為巖石膠結指數和比例系數、飽和度和系數。測井計算的含氣飽和度與地層水電阻率Rw、巖石膠結指數m、飽和度指數n值的選取有重要關系，此次測井基礎參數的選取參照華北地區實驗結果地區參數，基礎參數為a=1.406，b=1.019 7，m=1.364 3，n=1.530 9。

2.6 估算滲透率

利用巖心試驗獲取滲透率與孔隙度參數值分析，并進行泥質含量校正，建立經驗模型：

式中：K為滲透率；φ為孔隙度；Vsh為泥質含量；K3、K4為經驗系數，取值為K3=0.000 407 7，K4=-1.630 8。

2.7 成熟度指數（LOM）計算

實踐證明，利用測井資料也可以預測頁巖氣層的成熟度。LOM是一個利用測井資料進行統計計算出來的成熟度指標，其真實物理意義是反映頁巖儲層中的含氣飽和度及氣體平均分子量，該參數與密度曲線、中子曲線、電阻率曲線有關。LOM在5.0～6.0產濕氣和油，對應的是中—高成熟階段；在6.0～7.0產濕氣和少量的凝析油，對應高成熟階段；LOM大于7.0一般主要產干氣，對應過成熟階段。LOM值的計算公式如下：

式中：N為取樣深度處密度孔隙度≥9%、含水飽和度≤75%的數據樣本總數；φn9i為每個取樣深度的密度孔隙度都≥9%時的中子孔隙度；SW75i為每個取樣深度的密度孔隙度都≥9%、含水飽和度≤75%時的含水飽和度。

2.8 估算有機碳含量

有機碳含量通過電阻率與聲波時差重疊法計算得出：

式中：R為計算點的電阻率值，Ω·m；Rbase為普通泥巖電阻率值，Ω·m；k為聲波時差與電阻率曲線在泥巖段重合時的校正系數；Δt為計算點的聲波時差值，μs/m；Δtbase為普通泥巖的聲波時差值，μs/m；TOC為總有機碳含量，以百分數表示；LOM為成熟度等級指示，取值根據分析結果或者地區資料確定；C為大于1的乘法因子，取值根據地區TOC分析資料或者地區資料確定。有機質成熟度指標和背景值，LOM取平均值為9，C取值為1.1。

3 實例分析

3.1 解釋依據和劃分標準

與常規天然氣藏相比，華北區北部頁巖氣藏成因復雜、影響因素眾多。此次評價工作是在充分借鑒了石油測井基礎上，綜合考慮了施工區砂巖、煤層和泥頁巖層的組合結構特點、由構造裂隙引起的壓力場變化及本地區以往煤層氣測井處理解釋成果，最后提出鉆孔含氣層評價方案。

在氣層的評價中，首先依據三孔隙度（密度、聲波、中子測井）、側向電阻率、自然電位、自然伽瑪等測井響應識別巖性、劃分儲層。在確定為儲層的前提下，以處理測井資料處理計算獲取的有效孔隙度、體積密度、有機碳含量、總烴含量、含氣飽和度等參數為依據，充分考慮了氣測錄井、取芯、化驗等資料，綜合分析識別氣層。

此次測井含氣層各評價參數值分別為：①有效孔隙度≤10%；②聲波時差值≥390 μs/m，但砂巖氣井段＞220 μs/m；③體積密度在1.30～2.60 g/cm3；④補償中子反映巖層氫含量大小，基本在20%以上變化；⑤有機碳含量介于10%～35%，有煤層賦存井段有機碳含量可達到60%以上；⑥有機碳含量反映高值的井段，氣測總烴值均以相對高幅值出現，總烴含量5%～15%；⑦氣水同層或含氣水層段，有機碳含量依然維持較高值，但氣測總烴含量呈現相對較小值，僅在3%～10%。

3.2 單層綜合分析

本井解釋的儲氣層主要位于下花園組，共解釋含氣儲層24層，對其主要的氣層、差氣層含氣水層進行分析。

3.2.1 氣層分析

表4 為氣層各測井參數，從測井資料上反映，6、7、8、11、13、17號層這6層均為煤層；10、22號層這兩層巖性均為炭質泥巖。曲線特征表現為自然電位負異常儲層物性好，孔隙度高，三孔隙度曲線呈比較明顯的含氣特征，氣測全烴峰值分別為42.89%、8.21%、35.94%、23.05%、5.30%、10.64%、9.48%、12.93%。綜合上述資料，將這8層解釋為氣層。圖1為6、7、8層測井解釋成果圖。

表4 氣層主要參數Table 4 Main parameters of gas layer

圖1 6、7、8層儲氣層綜合測井解釋成果Fig.1 Comprehensive logging interpretation results of reservoirs 6,7 and 8

3.2.2 弱氣層分析

表5 為差氣層各測井參數，測井資料上反映，3、4號層這兩層巖性均為中砂巖；5、21號層這兩層均為煤層；15號層巖性為炭質泥巖；16號層巖性為細砂巖；18號層巖性為炭質泥巖，也含有薄煤層；20號層巖性為炭質泥巖，其中夾有煤層；23號層為薄煤層，其中夾有粉砂巖。曲線特征表現為自然電位負異常，儲層物性略差，孔隙度偏低，三孔隙度曲線呈一定的含氣特征，氣測全烴峰值分別為8.21%、11.45%、3.91%、16.00%、1.50%、12.64%、20.09%、3.13%、5.47%。綜合上述資料，將這9層解釋為弱氣層。圖2為3、4、5層測井解釋成果圖。

圖2 3、4、5層儲氣層綜合測井解釋成果Fig.2 Comprehensive logging interpretation results of reservoirs 3,4 and 5

表5 弱氣層主要參數Table 5 Main parameters of weak gas layer

續表

3.2.3 含氣水層分析

14、24號層深度分別為11 32.60～1 136.75 m、1 249.25～1 255.40 m，層厚分別為4.15 m、6.15 m，自然伽馬數值分別為18.18 API、23.6 7API，深側向電阻率值分別為100 Ω·m、101 Ω·m，體積密度數值分別為1.99 g/cm3、1.96 g/cm3，補償中子數值分別為25.68%、35.11%，聲波時差數值分別為290.41 μs/m、302.25 μs/m，計算孔隙度值分別為7.34%、6.93%。

從測井資料上反映，14號層巖性為中細砂巖，其中夾有炭質泥巖；24號層巖性為砂質泥巖。曲線特征表現為自然電位負異常，電阻率降低有含水特征，儲層物性較好，孔隙度增大，三孔隙度曲線含氣特征，氣測全烴峰值分別為16.00%、12.20%。綜合上述資料，將這2層解釋為含氣水層。曲線反映如圖3、圖4所示。

圖4 24層儲氣層綜合測井解釋成果圖Fig.4 Comprehensive logging interpretation results of No.24 gas reservoirs

4 試氣建議

全井解釋地層層段為第四系、髫髻山組、九龍山組、下花園組、南大嶺組、下馬嶺組、鐵嶺組（其中重點儲層段下花園組3、4、5、6、8號層）。通過綜合分析本井的各項測井資料，結合本地區儲層低孔隙度低滲透率的特性，為進一步探明地層的含氣范圍，落實地質儲量，針對實際情況，根據解釋層段以及壓裂施工的需要，建議試氣1次，見表6。

表6 試氣建議Table 6 Suggestions for gas test

5 結 論

（1）鉆孔井徑完整與否，對測井儀器響應值存在較大影響，井徑過大會使得測井數據存在誤差。為此，在測井曲線數據處理中，會對井徑影響進行校正，但此次校正效果不理想，致使地層孔隙度計算值過大。今后應尋求更加精準的校正算法。

（2）此次使用的測井解釋軟件是針對煤田勘探測井設計開發的，對頁巖氣測井，部分參數計算在軟件內不能實現，只能在軟件外完成計算后，再次導入軟件中，造成效率較低，精度也會存在偏差的風險，需要計算，特別是曲線校正功能更精確的解釋軟件。

（3）此次評價應用實例視單井，沒有規模效應，數據模型評價方法有待后續工作驗證。