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页岩气测井技术的应用

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页岩 测井 技术 应用
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中国科技信息2010年第7期 010 页岩气测井技术的应用 潘仁芳赵明清伍媛长江大学地球科学学院 本文就页岩气储桑层地质特征来分析页岩 气的常规测井曲线响应情况,并初步研究 了利用测井资料求含气量的方法。最后介 绍了两个重要参数,有机质热成熟度指数 和有机质丰度的测井求取方法。 页岩气测井响应特征 1.1页岩气储集层地质特征 页岩气是指主体位于暗色泥页岩 或高碳泥页岩及其间所夹砂质、粉砂质 岩地层中,以吸附气或游离状态为主要 存在方式的天然气聚集。暗色页岩在中 国分布广泛,中国南方碳酸盐岩地区、 西北地区及华北地区中、古生界等都是 页岩气藏发育的有利地区。页岩气储集 层存在以下几方面的特征: 岩性特征:页岩岩性多为沥青质 或富含有机质的暗黑色泥页岩和高碳泥 页岩,其间或有夹层状发育的粉砂质泥 岩、泥质粉砂岩、粉砂岩等。一般认为 其岩石组成为30%~50%的粘土矿物、 15%~20%的粉砂质石英颗粒和4%~ 30%的有机质。页岩气主要是吸附气和 16 游离气,吸附气占到20%~85%,其 余的为游离气和水溶气。页岩的矿物成 分较复杂,除高岭石、蒙脱石、伊利石 等黏土矿物以外,还混杂石英、长石、 云母等许多碎屑矿物和自生矿物。其中 石英含量通常大干5 0%,且可高达 75%。页岩颗粒一般小于0.005 性致密,页岩颗粒分选较差,性脆,在 一定压力下易产生裂缝。 储集物性:页岩气具有自生自储 的或短距离运输的特点。气源岩的发育 位置直接指示了该类气藏的空间发育。 暗色页岩孔径很小,大于50 n ,2~50 n 4于2 n 此比表面积大,孔隙小, 结构复杂,总孔隙度一般小于10%。孔 隙类型一般为粉细颗粒的粒问孔隙和晶 间孔隙。孔喉小,基质渗透率低,是页 岩气吸附气的重要存在场所。有效孔 隙度低,孔隙储集的页岩气很有限。 裂缝规模差别较大,裂缝类型多样, 有成岩时形成的层理,有高压异常气 膨胀时形成的破裂缝。裂缝的渗透率 远远大于基质渗透率。是页岩气游离 气储集的主要场所。多种类型的天然 裂缝大范围连通,可形成一个拥有独 立压力系统的页岩气减。钻遇页岩气 裂缝时有较好的气显。 1.2页岩气测井曲线响应特征 利用测井曲线形态和测井曲线 相对大小可以快速而直观地识别页 岩气储集层。实测中页岩气储集层 在常规测井曲线上有明显的特征响 应。识别非常规天然气所需的常规 测井方法主要是:自然伽马、井径测 井、中子密度测井、岩性密度测井、 体密度测井、声波时差、电阻率测 井。通过测井解释资料可以定量分 析储集层的岩性,确定储集层的基 本评价参数,包括评价储集层物性 的孔隙度和渗透率,砰价储集层含 气性的含气饱和度,含水饱和度与 束缚水饱和度,储集层厚度等等。 自然伽马:页岩气层的自然伽 值显示高值,这是由J :a.页岩 中泥质含量高,泥质含量越高伽马 放射性就越高;b.某止 有机质中含 有高放射性物质。 ·般性地层中,泥 页岩在地层中伽马显示最高值(> 100)。相比之下,砂岩和煤层显示低 值。 井径删井:砂岩显示缩径;泥页 岩一般为扩径。 声波时差测井:页岩气储层声 波时差值显示高值。页岩比泥岩致 密,孔隙度小,声波时差介于泥岩和 砂岩之间。遇到裂缝气层有周波跳 反应,或者曲线突然拔高。页岩有机 质含量增加时,其声波时差增大;声 波值偏小,则反映了有机质丰度低。 中子测井:页岩气储集层中子 测井值为高值。中子测井值反映的 是岩层中的含氢量。含氢物质一一般 为:水,石油,结晶水和含水砂, 既中:页岩地层孔隙度一般小于1 0%。页岩 气储集层中.要注意到两个相反的影 响因素:地层中含气使得中子密度值 减小,而束缚水则使中子密度值偏 大。束缚水饱和度大干含气饱和度, 故认为束缚水对于中子测井值的影响较 大。有机质中的氢含量也会对中子测 井产生影响使孔隙度偏大。在页岩储 集层段,中子孔隙度值显示低值,这 代表高的含气量、短链碳氢化合物。 地层密度测井:地层密度为低 值。地层密度值实际上测量的是地 层的电子密度,而电子密度相当于 地层体积密度。页岩密度为低值,比 砂岩和碳酸岩地层密度测井值低, 但是比煤层和硬石膏地层密度值高 出很多。随着有机质和烃类气体含 量增加将会使地层密度值更低。存 在裂缝,也会使地层密度测井值降 低。 岩性密度测井:现代测井仪器 同可以时测量地层密度与岩性密度。 任岩性密度测井尸 值可以用来指示 岩性。岩性密度测井可应用于识别 页岩粘十矿物类型。页岩矿物组成 的变化,将导致单位体积页岩岩性 密度测井值的发生变化。结合取芯 资料,叮以很好地分析某地区的牯 土岩矿物成份。 页者气储集层 阻率测井:页岩深浅探测电阻 率均显示低值。页岩气的电阻率影响因 素复杂,主要是:1).页岩泥岩含量高, 束缚水饱和度高,而这两者的电阻率都 很低。2).页岩气储集层低孔低渗,使得 泥浆滤液侵入范围很小,侵入带影响很 小,深浅曲线值非常相近,这反映了页 岩气储集层的渗透率值低。3).有机质 电阻率高,干酪根的电阻率为无限大, 在有机质丰度高的地层中,电阻率测井 值为高值。 二.基础参数和技术指标,利 用体积模型计算含烃量 应用计算机技术对测井资料处理 解释,必须根据需要解决的问题应用适 当的物理方法、建立相应的测井解释模 型、导出测井响应值与地质之间的数学 关系。测井测量的物理参数可以看成是 单位体积岩石中各部分的相应物理量的 平均值,把岩石的宏观物理量看成是各 部分贡献之和。即岩石宏观物理量各部分物理量M.之和,即M=∑M 。当用单位体积物理量(侧井参 数)表示时,岩石体单位体积物理量 ]7/就等于各部分相对体积V,与其单 位体积物理量/17 乘机之总和,即埘= 页岩和含砂震 j : l , ’ : 固体有机质 。 2黧“ 荧缚 瓣 l 来京蹲水 胡 l 烃类气体或液体 图1页岩气储集空间模型 中国科技信息20 年第7期 i ·№ND a 。∞Y l 。 .2 ¨= o 在这里利用最优化多矿物解释模型。页岩矿物质组成复 杂,骨架组成主要是致密性泥页岩、高碳泥页岩,还有大量 的固体有机质,其间夹有层状发育的粉砂质泥岩、泥质粉砂 岩、粉砂岩等。粉砂岩的测井解释与泥岩区别不大。所以页 岩骨架矿物可看成由致密性的泥岩及粉砂碎屑、固体有机质以 及结晶水三个部分组成。页岩的渗透率低,孔隙度低,总孔 隙度一般小于10%。页岩孔喉,孔隙空间是吸附气存在的重要 场所,其间还有少量的自由水和液态烃类。 有机质页岩储集空间如图为L,体积为正方体有下列关系: 1= + ;1=L + = 。.1+ :+ 。; = + : mO ma l 。: 。 + 。2+上 。; = + : 为岩石孔隙度: = / 其中, 表示岩石骨架的相对体积,包括含砂质页岩 相对体积 .和固体有机质的相对体积 以及少量的束缚 水相对体积 表示孔隙和裂缝的相对体积,包括有自 由水相对体积 和吸附的、游离的和溶解烃类气体或液体 的相对体积 ,。 根据上述体积模型,可以导出各种测井值与岩石孔隙度 等参数之间的基本关系式: 声波时差:l△ 1+ 2+ 。3△ + l△ + 2△ 地层体积密度:P= I 利+ 。2 。!+ 3 。3+ 翻+ p 中子孔隙度:①_v= i① + 2① 。2+ 3 3+ 2① 2 有效光电吸收指数: = 1+ 2 2+ 3 3+ + 2 啦 j+ 2+ 3+ + =1 通过联立以上方程可以计算出烃类气体或液体的体积含 量 ,,继而求出含气量。 然而以上公式仅为理想的模型推导,要列出完整的算式需 要大量的岩心实验室资料,建立回归算法。且误差较大。所以只 是一种想法。这主要是因为:1)、地下页岩矿物成分复杂,储集 层情况多样无法掌握。2)、气体在地下和地上的参数值不同,需 要换算。3)、有机质参数资料少,无法确定。4)、在国内页岩岩 心很少资料不全。 18
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