测井储层评价方法

{页岩气测井评价技术特点及评价方法探讨}3页岩气测井系列、解释方法及研究方向3.1页岩气与其他储层测井解释的差异性分析(1)成藏与存储方式不同。页岩具自生自储的特点,页岩气主要以吸附状态存在,游离气较少;而常规油气主要以游离状态存在。(2)储层性质不同。页岩气储层属致密储层,其岩性与裂缝是影响页岩气开发的重要因素,与常规油气藏相比,岩石矿物组成与裂缝识别尤为重要(见表2)。(3)评价侧重不同。页岩气储层有机碳含量、成熟度等相关参数的评价极为关键;常规油气藏主要是评价其含油气性。(4)开采方式不同。页岩气储层均需经过压裂改造才能开发,因此对压裂效果的预测至关重要。3.2页岩气测井技术系列探讨(1)常规测井系列。包括自然伽马、自然电位、井径、深浅侧向电阻率、岩性密度、补偿中子与声波时差测井,能满足页岩储层的识别要求。自然伽马强度能区分含气页岩与普通页岩;自然电位能划分储层的有效性;深浅电阻率在一定程度上能反映页岩的含气性;岩性密度测井能定性区分岩性;补偿中子与声波时差在页岩储层为高值。通常密度随着页岩气含量的增加变小、中子与声波时差测井随着页岩气含量的增加而变大[29],因此利用常规测井系列能有效地区分页岩储层。但该系列对于页岩储层矿物成分含量的计算、裂缝识别与岩石力学参数的计算等方面存在不足,常规测井系列并不能完全满足页岩储层评价的要求,因此还需开展特殊测井系列的应用。(2)特殊测井系列。应用于页岩储层的特殊测井系列可选择元素俘获能谱(ECS)测井、偶极声波测井、声电成像测井等。ECS元素测井可求取地层元素含量,由元素含量计算出岩石矿物成分。它所提供的丰富信息,能满足评价地层各种性质、获取地层物性参数、计算黏土矿物含量、区别沉积体系、划分沉积相带和沉积环境、推断成岩演化、判断地层渗透性等的需要。偶极声波测井能提供纵波时差、横波时差资料,利用相关软件可进行各向异性分析处理,判断水平最大地层应力的方向,计算地层水平最大与最小地层应力,求取岩石泊松比、杨氏模量、剪切模量、破裂压力等重要岩石力学参数,满足岩石力学参数计算模型建立的要求,指导页岩储层的压裂改造。声、电成像测井具有高分辨率、高井眼覆盖率和可视性特点,在岩性与裂缝识别、构造特征分析方面具有良好的应用效果。识别页岩储层裂缝的类型,对指导页岩气的改造、评定页岩储层的开发效果有着重要的意义。3.3页岩气测井评价技术探讨(1)页岩气有效储层评价技术。主要依托常规测井系列,可在一定程度上满足页岩气储层的孔隙度、渗透率、含气饱和度的评价需要。(2)岩石力学参数评价技术。主要依托特殊测井系列与岩石物理实验[30-31],如全波列声波测井、偶极声波测井等,结合岩石物理分析,建立岩石力学计算模型,计算岩石力学参数,进行压裂效果预测与压裂效果检测等。(3)页岩气矿物成分和储层结构评价技术。主要依托常规测井、特殊测井组合系列及岩石物理实验[32-34],在岩石物理实验的基础上,利用岩心刻度测井技术,进行页岩气矿物成分分析和裂缝评价,确定页岩矿物成分、裂缝类型,寻找高产稳产层。(4)综合测井评价解释方法。综合利用测井、岩心、录井等资料[34],建立页岩气储层参数的解释模型,评价页岩气储层的有机碳含量、有机质成熟度、有效厚度,建立页岩储层的评价标准。页岩矿物成分、储层结构评价、页岩储层标准的建立、裂缝类型识别与岩石力学参数评价等方面的研究,是下一步页岩气测井评价技术的重点。3.4页岩气测井技术研究方向探讨中国页岩气储层与国外相比,地质条件和分布特点存在重大差异。相对美国,中国页岩气黏土含量相对较高,硅质含量相对较低,脆性物质较少,埋藏深度深。因此,具有中国特点的地质问题成为制约中国页岩气研究及勘探的因素之一,故美国的页岩气产业发展模式难以复制。针对中国页岩气储层的特点,建议关注4方面的页岩气测井技术研究。(1)页岩气储层岩石物理实验研究。其目的重在探索建立适合中国地质背景的测井解释模型,为测井解释提供依据。主要体现为进行流体及储集空间结构实验研究。着手页岩的物性参数、阿尔奇公式参数、饱和度、储层矿物成分、裂缝特征描述、岩石力学参数分析等。(2)页岩矿物成分分析。其目的在于弄清页岩储层的矿物构成及确定储层岩石骨架,为孔隙度等参数计算提供依据。页岩气储层为低孔隙度特低渗透率致密储层,页岩气的有效开发都需经过储层改造,页岩中脆性矿物成分含量的高低决定了储层改造的效果,因此,对页岩矿物成分的有效分析,为提高页岩气的开发效率有着重要的意义。(3)岩石力学参数评价。其目的为水平井储层压裂提供参考依据。当前普遍认为页岩储层识别容易开采难。页岩气在储层中主要以吸附气存在,页岩气的开采主要以水平井开采技术为主。因此,侧重岩石力学参数评价,可为钻井、钻井液及储层改造提供其必需的参数。(4)深层页岩气评价技术。其研究的主要目的在于为降低中国深层页岩气勘探开发风险提供技术依据。针对中国现状,深层页岩气储层的测井解释技术不能完全借鉴国外成功经验,需加强成像测井、元素俘获能谱测井在页岩气评价技术中的应用,建立页岩有效储层研究方法、储层产能评价与研究方法,建立适合中国深层页岩特点的测井评价技术。页岩气储层参数的测井评价方法1.引言页岩气是一种赋存于富含有机质的泥页岩及其粉砂质岩类夹层中的非常规天然气资源，具有自生自储的特性，因此页岩气储层评价参数及方法与常规天然气有着较大的区别。除了计算储层的孔、渗、饱参数外，还需要研究评估页岩生烃能力的总有机碳含量、热成熟度指数等参数。地球物理测井可以连续、快速地从井中获取地层的多种物理响应数据，通过实验和理论分析研究，进行页岩气储层参数的测井评价。2.页岩气储层测井响应特点根据页岩气储层的地质特点，采用能够反映页岩有机质特征及气体指示的地球物理测井方法进行储层识别。页岩气常规测井方法有井径、自然伽马、双侧向或双感应、补偿中子、补偿声波、岩性密度等。页岩的矿物成分为粘土，且富含较高生烃能力的有机质，表现出高到非常高的自然伽马值和容易产生扩径的井径曲线特征；泥质粘土及其所含束缚水会造成较低的电阻率值，而较高丰度的有机质及所含气体均为高电阻率值响应特征，因此页岩气储层电阻率总体表现为低值，局部出现高值特征，双侧向或双感应曲线大体重合，局部亦有可能出现负差异甚至正差异；页岩的主要组成为低速的粘土矿物及有机质，因此具有较高的声波时差值，且在含气泥岩裂缝储层中多有周波跳跃现象发生；中子测井主要反映的是含氢指数，由于页岩的束缚水饱和度大于含气饱和度，而水的含氢指数大于气体的含氢指数，另外有机质中的氢含量也会使孔隙度偏大，而在页岩气储集层段，中子孔隙度值显示为低值；此外，页岩的粘土矿物及有机质组成具有较低的密度及光电吸收截面指数的测井响应特征。因此含气页岩测井响应特征可以归结为“四高两低一扩”，即高自然伽马、高电阻率、高声波时差、高中子孔隙度，低密度、低光电吸收指数，和扩径特征。3.页岩气储层孔渗参数计算孔隙度和渗透率的计算是页岩气储层渗透流体能力大小的度量，是页岩气开采中关键的参数。其中页岩气储层孔隙度包括了基质孔隙度和裂缝孔隙度。采用常规三孔隙度测井方法结合岩心实验数据进行校正，可以计算页岩孔隙度。其计算公式为：loglogloglogmesmafmaφ?=?（1）式中，φ为孔隙度值，logmes、logma、logf分别为实测、基质骨架、孔隙中的流体测井值，可以是声波、中子、密度测井中的任意一种方法，由声波测井计算得到基质孔隙度，而由中子测井或密度测井计算得到总孔隙度。裂缝孔隙度则可以通过双侧向测井响应值进行估算，其计算公式为：11111mffLLSLLDmfwRRRRφ??????=??????????????????（2）式中，φf为裂缝孔隙度，RLLS、RLLD、Rmf、Rw分别为浅侧向、深侧向、泥浆滤液、地层水的电阻率值。mf为裂缝胶结指数。通过岩心实验分析孔隙度与渗透率之间的拟合关系，即可利用测井孔隙度估算渗透率参数。而页岩气含水饱和度的分析可以借鉴美国Barnett地区经验公式：1/29()wwimditRSφR=（3）式中，Swi为含水饱和度，为从密度孔隙度得出的估计孔隙度（99%didφ=φ?）；Rt为地层电阻率；m为岩石的胶结指数。此外，也可以通过核磁共振测井方法得到精确度较高的孔隙度和渗透率参数计算方法。111exp()nwNMRwwiiwiTHITφφ=??=??????∑（4）3222()2NMRTKφρτ=（5）式中，φNMR为核磁共振计算的孔隙度，HIw指水的含氢指数，通常等于1；φwi、T1wi分别指第i个孔隙水的孔隙度和纵向弛豫时间，Tw指极化时间。T2、ρ2分别为横向弛豫时间和弛豫强度，τ为弯曲因子。4.页岩气储层生烃能力参数计算页岩作为烃源岩的生烃能力评价是页岩气储层测井评价的又一重要内容，通常采用总有机碳含量（TOC）和热成熟度指数（MI）这两个参数来反映生烃能力。有机质含量是生烃强度的主要影响因素，随着有机质含量的增大，电阻率和声波时差也会随着变化，在有机质含量较低层段，电阻率和密度会相互重合或平行，而在富含有机质层段，声波时差明显增大，而烃类的存在，会使两条曲线产生较大的分离特征。针对这一理论认识，采用声波时差—电阻率曲线叠加计算，可以建立其与对应层位TOC之间的回归关系。此外，有关研究表明亦表明，自然伽马、体积密度等参数与TOC之间的亦呈线性相关关系，根据这些理论，可以得到测井资料预测TOC的有关方程式：lglg(/)()tbasebaseΔR=RR+k?Δt?Δt（6）0(lg)10aRbTOCR?+=Δ?（7）TOC=c?GR+d（8）TOC=e?DEN+f（9）式中，GR、DEN分别为自然伽马、密度测井在页岩气储层的平均响应值，Rt、Rbase分别为页岩气储层测量电阻率值和非烃岩电阻率基线值，Δt、Δtbase分别为页岩气储层测量声波时差值和非烃岩声波时差基线值，R0为镜质反射率，a、b、c、d、e、f、k为拟合系数。当页岩中TOC达到一定指标后，有机质的成熟度则成为页岩气源岩生烃潜力的重要预测指标，含气页岩的成熟度越高表明页岩生气量越大。定义热成熟度指数MI，其测井方法计算公式为：1/21975(1)NiniwiNMIφS==?∑（10）式中，N为取样深度处密度孔隙度dφ≥9%且含水饱和度Swi≤75%的数据样本总数；n9iφ为每个取样深度的dφ≥9%时的中子孔隙度；Sw75i为每个取样深度的dφ≥9%且Swi≤75%时的含水饱和度。页岩气储层测井评价及进展３页岩气储层测井系列大多数页岩气田均进行了测井数据采集，以满足页岩气储层评价的需要。除了常规三组合测井外，地球化学测井在美国页岩气勘探中是一种普遍采用的测井方式，它主要用于确定总有机碳含量和矿物、岩性。在北美，偶极声波成像测井在探井是常规必测项目，以帮助刻度地震属性。电成像测井主要用于识别裂缝和断层，划分页岩层［８］。页岩气储层使用的测井系列：（１）Ａｐｐａｌａｃｈｉａｎ盆地大多数采用空气钻井，采用测井系列包括双感应、岩性密度、井壁中子、自然伽马能谱、井下电视和温度测井。（２）北美ＦｏｒｔＷｏｒｔｈ盆地泥盆系Ｂａｒｎｅｔｔ页岩，典型测井系列包括自然伽马、井径、密度、中子、岩性密度、感应、地球化学测井。（３）对于薄互层的Ｈａｙｎｅｓｖｉｌｌｅ页岩，测井系列包括自然伽马、双井径、阵列感应（ＡＩＴ）、中子、体积密度、自然伽马能谱、光电吸收截面指数测井。（４）墨菲石油公司等（２０１０年）根据页岩气储层评价需求，提出了较为全面的页岩气测井系列，包括自然伽马、井径、电阻率、密度、中子、核磁共振、阵列声波和电声成像测井。４页岩气储层测井评价及进展４．１页岩气储层定性识别４．１．１判断含气页岩层美国的页岩气开发主要针对富含有机质的硅质页岩。页岩气储层的特点决定了其测井评价除了计算储层有效厚度、孔隙度、渗透率、含气饱和度外，侧重点更在于计算总有机碳与成熟度、确定页岩矿物成分、识别裂缝，用声波测井资料计算岩石力学参数满足压裂需求。页岩气具有不导电、密度小、含氢指数低、传播速度慢等特点。通常，页岩气层的