页岩气储层特征及测井评价方法_谢小国.pdf

第41卷第6期 2013年12月 煤田地质与勘探 COALGEOLOOY 2.中国石油天然气集团公司长庆油田第二采油厂，甘肃庆阳745000 摘要为准确分析页岩气储层特征及其测井评价方法，在大量国内外文献调研基础上，综合已有 的地质、测井资料，详细分析了页岩气储层的矿物成分、有机质特征、物性特征和储集特征等， 提出了从含气页岩识别、页岩生娃潜力评价及含气页岩储集参数评价等三方面开展页岩气测井评价 工作．对页岩气储层特征及其测井评价方法进行分析总结，可为页岩气的勘探开发提供技术支持． 关键词页岩气；储层特征；测井 中图分类号TE132.2;P618.13 文献标识码ADOI 10.3969/j.issn.1001-1986.2013 .06.007 Reservoir characteristics and well logging uation of shale gas XIE Xiaoguo1, YANG Xiao2 1. Coal Geophy.」『ica/Engineering Institute o/Sichuan Province, Chengdu 610000, China; 2.Pe仰－ChinaChangqing Oilfield Company Oil Production Plant No.2 of Pe仰－ChinaChangqing Oil Field Company, Qingyang 745000, China Abstract In order to accurately study reservoir characteristics and well logging uation of shale gas, the paper analyzes the basic features of shale gas reservoirs in detail based on investigation of a number of litera- tures at home and abroad and in combination with geological data and logging data. These basic features include sedimentary environments, mineral composition, organic ma忧er,physical properties, reservoir feature etc. At last, it puts forward the way of shale gas logging uation企omidentification of shale gas, uation of hydrocarbon generating potential, and uation of reservoir parameter. This summary of the reservoir characteristics and well logging uation will be helpful for research on exploration and development of shale gas. Key words shale gas; reservoir characteristics; well logging 页岩气是一种重要的非常规天然气。根据美 国页岩气的勘探开发经验及中国页岩气资源潜力 分析［1-8），页岩气勘探是目前经济技术条件下天然 气工业化勘探的重要领域［9），具有巨大的勘探开 发潜力。 页岩气是指主体位于暗色泥页岩或高碳泥岩 中，以吸附或游离状态为主要存在方式的天然气聚 集。在页岩气藏中，天然气也存在于夹层状的粉砂 岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、甚至砂岩地层中， 为天然气生成之后在源岩层内就近聚集的结果，表 现为典型的“原地”成藏模式［10）。页岩气具有生物化 学成因气、热成因气或两者混合的多成因特点，具 有普遍的地层饱含气、隐蔽聚集机理等特点［11-12）。 因而，页岩气的储层特征及其测井评价方法与其他 类型的油气藏不同。 收稿日期2012-11-22 1 页岩气储层特征 通过大量调研国内外文献，综合分析各地区页 岩气成藏机理，总结出页岩气储层特征。 1.1 矿物成分 盆地不同演化阶段直接控制富有机质页岩的发 育与分布，根据页岩沉积环境的不同，将富含有机 质页岩划分为海相页岩、海陆交互相煤系碳质页岩、 陆相页岩3种基本类型［13）。 页岩储层的矿物由常见的蒙古土矿物（伊利石、蒙 脱石和高岭石）混杂石英、长石、方解石、白云石、 云母、黄铁矿等碎屑矿物和自生矿物组成。岩石矿 物的存在将影响到吸附气含量的大小及页岩气的开 采。蒙古士矿物通常具有较大的比表面积和微孔隙体 积，对气体的吸附能力强。碳酸盐矿物和石英碎屑 作者简介谢小国（1992一），男，四川成都人，助理工程师，研究方向为煤田、煤层气和页岩气勘探． ChaoXing 28 煤田地质与勘探第41卷 含量的增大，会降低岩层对气体的吸附能力，但岩 石脆性会提高，使页岩在外力作用下，容易形成裂 缝，增大游离态页岩气储集空间［14-21］。 1.2 有机质特征 页岩气储层中含有大量的有机质，其干酶根类 型、丰度和成熟度对页岩气资源量有重要影响。干 酷根的类型不仅对岩石的生短能力有影响，同时还 影响天然气吸附率和扩散率。统计国内外各页岩气 储层干酶根类型，大多以I型（腐泥型）干酶根为主， II型（腐泥一腐殖混合型）次之，也见III型（腐殖型）干酶 根（表1）。有机碳含量（TOC）与页岩气的生气率之间 有较好的正相关性，页岩有机碳含量越高及地层压 力越大，天然气吸附量越高［22］。页岩产气能力与有 机质成熟度（镜质体反射率Ro）密切相关，成熟度越高， 越有利于页岩气成藏［23］。 表1国内外部分页岩气储层有机质特征12,14，”，25剖l Table 1 Organic matter of some shale gas reservoirs at home and abroad 盆地页岩层系 Fort Worth Barnett San Juan Lewis Michigan Antrim 四川竹寺组 四川龙马溪组 准噶尔滴水泉组 准噶尔芦草沟组 1.3 物性特征 干酷根类型 II III II II TOC/ 1.013.0 0.53.0 0.324.0 0.54.0 1.25.6 1.515.5 4.910.0 RJ 1.02.1 1.61.9 0.41.6 2.05.0 2.24.0 0.51.8 0.50.9 页岩气储层具有典型的低孔隙度、极低渗透率 的物性特征。其气流阻力比常规天然气大；孔隙度 低于10，一般只有4～6；渗透率一般低于 0.1 x 10-3 m2；喉道半径不到0.005mr241（表2）。当处 于裂缝发育带或断裂带时，页岩的孔隙度和渗透率 将会增大［4］。另外，含水饱和度的增加，会降低产 气率；而含油饱和度过大，一方面会降低含气饱和 度，另一方面，油分子容易堵塞微孔隙和喉道，使 气体流速减慢，不利于页岩气的产出［26］。 表2国内外部分页岩气储层物性特征12,14，”，25-26 Table 2 Physical proper“es of some shale gas reservoirs at home and abroad 盆地页岩层系 总孔隙度渗透率含气量 / 110讪m2}/{m3r} Fort Worth Barnett 1.06.0 0.01 8.510.0 San Juan Lewis 0.55.5 0.1 0.41.3 Michigan Antrim 2.011.0 0.1 1.22.8 四川f在竹寺组0.38.1 1.44.5 四川龙马溪组1.05.0 1.11.7 1.4 储集特征 与常规天然气成藏规律不同，页岩既可以是怪 源岩，也可以是储层，甚至充当盖层。 1.4.1 储集方式 炬类气体在页岩层中生成后，会自身储集成藏， 属于“连续型”聚集。天然气在页岩储层中主要有两 种储集方式在天然气生成初期，首先在有机质和 岩石颗粒表面以吸附方式存在；随着天然气的大量 生成，当吸附气量达到饱和时，在页岩内部裂缝或 大孔隙中则有游离态天然气存在［10］。 1.4.2 储集空间 页岩气的储集空间包括裂缝、基质孔隙和不整 合面。 页岩储层中的裂缝多以微裂缝形式存在，包括 有机质生炬时产生自生裂缝系统、断层和榴皱等构 造运动产生的构造裂缝系统、差异水平压力产生的 裂缝系统［10］。裂缝的存在一方面会使地层水通过裂 缝进入页岩储层，发生水淹，并且对页岩气的保存 极为不利；另一方面裂缝有助于页岩层中游离态天 然气含量的增加和吸附态天然气的解吸［2］。 页岩储层中的基质孔隙包括分散于蒙古土中粉 砂质颗粒间的残余原生孔隙、有机质生怪形成的孔 隙、蒙古土矿物伊利石化开成的微裂（孔）隙和不稳定 矿物（如长石、方解石等）溶蚀形成的溶蚀孔等。 页岩地层中不整合面和沉积断面也可以成为页 岩气储集的良好空间，同时还能提高页岩层的孔隙 度和渗透率［J,27］。 2 页岩气测井评价方法 页岩的储层特征与砂岩有很大的区别，页岩中 的天然气既有游离态方式，又有吸附态、方式。因而， 页岩气测井评价方法与常规油气测井评价方法相 比，具有其特殊性。 2.1 含气页岩测井方法识别 页岩地层有以下测井响应a.一般表现为扩 径；b.自然伽玛值高；c.深浅测向电阻率为中、低 值，随着粉砂质含量的增大，电阻率增大；d.三孔 隙度（声波、中子和密度）测井曲线呈高值。 含气页岩层段测井响应特征为“四高两低”特 征，即高自然伽玛值、、高电阻率值、高声波时差、 高中子孔隙度、低密度、低光电效应（图1 ）。 2.2 页岩生炬潜力测井评价 页岩是否具有生；怪潜力，与页岩中所含的有机 质类型、丰度和热成熟度有关。测井方法可以用于 评价干酷根类型、有机质丰度和热成熟度。 ChaoXing 第6期谢小国等页岩气储层特征及测井评价方法 29 A/1惑应电阻帆。叫I I I 低镜质体反射率高镜质体反射率 0.2 2阴阳tI s 、τ ,.. A11惑1但也阻事lOm 0.2 2田JOI克也放应 A/1惑陆电阻串10叫1....一＿... 密度孔隙皮叫Rm’可 -0.1 图l页岩气储层测井曲线［28] lft0.304 8 m, lin25.4 mm Fig. 1 Logging curves of shale gas reservoirs 2.2.1 总有机破含量（TOG 干醋根一般是在放射性元素铀U）含量比较高的 还原环境中形成的，因而它使自然伽玛测井曲线表现 为高值。利用自然伽玛测井和元素俘获能谱测井 ECS）分析铀（町、仕（Th）、御（町等主要放射性元素的 丰度，可以定量确定总有机碳含量。干酷根的密度较 低，通常介于0.95-1.05g/cm3之间，会降低地层的体 积密度。 牟lgR方法可以用于页岩有机碳含量的计算，它是 使用补偿声波测井曲线叠合在一条电阻率曲线上。明 显的牟lgR幅度差异反应富含有机质怪源岩地层、含短 储集层段和岩性差异情况（29］。 2.2.2 热成熟度指标 岩石热成熟度指标与镜质体反射率R。有一定的相 关性。在实验室，镜质体反射率是在显微镜下测量并 进行刻度后得到的。通过测井资料也可以对R。进行评 估，常用中子一密度重组合法进行评价（30）（图2）。 2.3 含气页岩储集参数测井评价 运用相关测井评价方法，可以对页岩的矿物成 分、孔隙度（总孔隙度、有效孔隙度、含气孔隙度、 含水孔隙度）、含水饱和度、游离气和吸附气的含气 饱和度等储集参数进行估算。 2.3.1 页岩矿物组成测井分析 依据常规测井和元素俘获能谱测井等特殊测井 能够测定岩石中硅、钙、铁、硫、氯、氢等矿物元素 图2中子－－－＊度测井组合方法指示R。 Fig. 2 Indicating R。byCNL-DEL 的含量，可以获得准确的地层成分结果，包括黠土、 碳酸盐、石膏、石英、长石和云母等（31］。 2.3.2 页岩孔隙度评价 补偿声波测井、补偿中子测井和补偿密度测井是 评价孔隙度的方法。微电阻率扫描成像测井和核磁共 振测井对天然裂缝、诱导缝及断层等都有着良好的分 辨能力。 2.3.3 页岩渗透率评价 自然电位、自然伽玛能谱、微电极和核磁共振测 井可以用于页岩渗透率评价。 2.3.4 页岩含气饱和度估算 页岩储层含气量越高，测得的地层电阻率越大， 因而可以采用阿尔奇公式来估算含气饱和度。 2.3.5 页岩岩石力学性质评价 根据声波测井、中子密度和成像测井等来综合计 算岩石弹性参数（如泊松比、杨氏模量、体积模量和剪 切模量等）和岩石强度（抗压强度、抗张强度和初始剪 切强度等），确定地层应用和最大主应力方位（32］。 3结论 a.页岩气的成藏机理与储集特征与常规天然 气不同。页岩在海陆相沉积环境均有发育，矿物组 成成分特殊，有机质含量及成熟度对页岩含气有着 重要影响，物性特征表现为低孔隙度、极低渗透率。 b.页岩气测井评价可从含气页岩的测井识别、 页岩生短潜力的测井评价、含气页岩储集参数的测井 评价等三方面展开，从而达到有效识别页岩气储层的 目的。 c.由于含气页岩储层的独殊性，研究其测井评 价技术和方法，分析评价页岩储层特征，可为页岩气 的勘探开发提供有力的技术支撑。 参考文献 [I] DAVID G, TRACY E L, JOHN P M. 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