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页岩气储层地球物理测井研究进展

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页岩 气储层 地球物理 测井 研究进展
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第25卷第6期 2010年12月(页码:2024~2030) 地球物理学进展 N o.6 茂金,张松扬.页岩气储层地球物理测井研究进展.地球物理学进展,2010,25(6):2024~2030,0.3969/j.004— 2903.2010.06.018. J, Y.in 2010,25(6):2024~2030,0.3969/j.004—2903.2010.06.018. 页岩气储层地球物理测井研究进展 谭茂金 , 张松扬。 (1.地下信息探测技术与仪器教育部重点实验室,北京100083; 2.中国地质大学地球物理与 信息技术学院,北京100083; 3.中国石化石油勘探开发研究院,北京100083) 摘要 页岩气是储存在页岩中以游离态和吸附态存在的天然气,是一种非常规油气资源.地球物理测井技术具有 方法多、纵向分辨率高、信息量大、连续、方便、灵敏等优势,能够获得沿井眼剖面的岩石物理参数,是常规油气资源和 非常规油气储层评价的重要手段.文章综述了页岩气储层的地质特点,总结了国内外页岩气测井系列和页岩气的测 井响应特征.针对测井信息的处理,给出了基于测井有机碳含量(算和成熟度指数(研究进展,讨论了页 岩岩性识别、矿物计算和裂缝的评价方法,并对美国页岩气测井评价实例做了介绍.最后,指出目前页岩气测井技术 存在的问题和未来的突破方向和思路,对指导页岩气勘探和经济评价具有重要指导意义. 关键词 页岩气,测井技术,有机碳(成熟度指数(参数计算 0.3969/j.004—2903.2010.06.018 中图分类号献标识码 A in ao—-. (1.eo—00083,.00083,3.00083,is in as of so it is a of so is an of of as as of at of or OC)I)on to to in of is an to I),稿日期 基金项目 作者简介 2010—07一修回日期 2010 10—20. 油气资源与探测国家重点实验室开放课题(2009009)、中央高校基本科研业务费专项资金(2010国家重大专项“大型油 气田及煤层气开发项目(200805)”联合资助. 谭茂金,1973年生,男,山东莱芜人,博士,副教授,在中国地质大学(北京)从事地球物理测井教学和研究工作.研究领域:测井新 技术和复杂储层解释评价.(E—6期 谭茂金,等:页岩气储层地球物理测井研究进展 0 引 言 页岩气的测井响应机理与解释评价技术研究 油气能源的紧缺加快了页岩气(煤 层气、天然气水合物等非常规油气的勘探进程口q]. 从全世界范围看,页岩气资源前景巨大,主要分布在 北美、中亚和中国、拉美、中东和北非、前苏联. 中国的页岩气层也具有良好的勘探前景.随着国土 资源部油气资源战略研究中心与中国地质大学(北 京)在重庆彭水第一口页岩气勘探井的开钻,拉开了 中国页岩气勘探开发的序幕. 页岩在地层组成上多为暗色泥岩与浅色粉砂岩 的薄互层.页岩气的赋存状态多种多样,除极少量溶 解状态的天然气以外,大部分均以吸附状态赋存于 岩石颗粒和有机质表面(约2O ~85 ),或以游离 状态赋存于孔隙和裂缝之中_现在页岩气勘探 的总体思路为:以岩心实验为基础,利用地质、钻井、 测井和地震资料开展油藏描述工作,利用相关评价 模型对厚层泥页岩目的层进行连续定量解释,计算 资源量与可采储量.同时,这也是页岩气综合研究的 主要内容. 地球物理测井技术具有方法多、纵向分辨率高、 信息量大、连续、方便、灵敏等优势,能够获得沿井眼 剖面的岩石物理参数,是常规油气储层评价不可或 缺的手段.而且,近几年来,以成像、核磁共振、阵列 声波、高分辨率感应为代表的测井新技术正在特殊 油气藏和非常规油气藏的勘探中发挥越来越重要的 作用. 目前,页岩气资源评价总体面临两个核心问 题[12 13]: (1)作为储层是否具有足够的天然气地质储量. (2)是否具备足够的渗流能力从而实现经济开采. 因此,储集层中赋存的天然气体积、储集层渗透 率是评价页岩气藏的关键参数,有机质丰度、成熟 度、甲烷吸附能力、孑气饱和度、储层有效厚 度、矿物组成、裂缝发育范围与方向及其围岩的封闭 能力都是页岩气资源量计算和经济评价涉及的必要 内容.上述大多数参数基本上可通过测井技术来得 以实现. 但是,由于页岩气藏的岩性和赋存类型等特点 不同于常规油气藏,目前对页岩气的测井机理和解 释评价等相关研究工作还比较薄弱.而且,由于页岩 气吸附气的含量高,又有别于页岩气和天然气水合 物.现有的油气识别与评价理论与技术,已经远远不 能满足页岩气勘探的需要,为此迫切需要深入开展 2 页岩气测井响应特征 2.1 页岩气储层地质地球物理特征 国内外研究表明,页岩气藏形成的有利地质条 件包括[9~11]: (1)页岩富含有机质,有机碳含量一般大于 2 ,大多在2.5 ~3.0 ,有的高达25 ,有机质 含量往往与页岩的生气率和吸附气量成正比. (2)页岩气层具有一定的物性条件,总孑在3 ~5 ,有的可达15 .页岩气的产出一般 是储集在基质孔隙和裂缝中的游离气优先被采出, 其后才是吸附气;其基质渗透率很低,岩性致密,天 然裂缝是形成工业产能的主要条件. 页岩气储层有什么特点,存在于什么岩性与储 集空间中呢?页岩可分为黑色页岩、钙质页岩、硅质 页岩、炭质页岩、铁质页岩、油页岩等类型研 究得出,页岩储集层的石英含量多超过50 9/6,有些 高达75 ,且多呈粘土粒级,常以纹层形式出现,而 有机质、石英含量都很高的页岩脆性较强,容易在外 力作用下形成天然裂缝和诱导裂缝,有利于天然气 渗流.该现象说明岩性、岩石矿物成分是控制裂缝发 育程度的主要内在因素,具有低泊松比、高弹性模 量、富含有机质的脆性页岩才是页岩气资源的首要 勘探目标.例如,北美裂缝性页岩气的综合评价中往 往采用地层元素分析(段,通过谱分析图观 测页岩的矿物含量.对于泥岩裂缝的研究,目前常用 的测井方法有微电阻率测井、声波测井、双侧向测 井、成像测井等. 2.2页岩气储层测井响应特征 页岩气储层测井的视电阻率曲线具高值.一般 泥质岩的视电阻率值都较低,但在泥岩裂缝含油气 层段,表现出较高的视电阻率值(如图1),反映其 中油气的富集;声波时差测井曲线上呈现高值,其原 因是裂缝的发育和油气存在均使声波时差变大;自 然伽马曲线高异常,可能指示有油气聚集.也反映 了油气的原生性;地层倾角测井图倾向杂乱,与区 域地层倾向不一致,表明泥质岩裂缝相对发育. 如图2为北美气层测井响应特征自然伽马测井响应为高 值,体积密度低值,电阻率高值.这一特征符合有机 质丰度高的细粒碎屑岩往往伴随放射性元素含量增 加、岩石密度降低、声波速度降低、电阻率增大以及 氢和碳含量增加的一般规律,因此利用常规测井组 6期 谭茂金,等:页岩气储层地球物理测井研究进展 4 页岩气测井系列 根据调研资料分析,国外在页岩气测井方面基 本是沿用现有油气井测井技术,有自然伽马、自然电 位、井径、双侧向一微球聚焦电阻率、补偿中子、补偿 密度、补偿中子等,自然能谱(元素俘获( 声电成像、核磁共振、多极子声波测井技术目前还没 有应用于页岩气的勘探中.这些评价系列基本能够 实现岩性识别、储层识别和划分以及矿物含量计算; 在评价手段上已经可以做到计算孔隙度、总含气量、 含气饱和度_3 . 5 问题与展望 综上所述,目前测井技术能够基本实现对页岩 气储层的储层划分和有机炭含量的计算,但是这些 方法和技术还停留在定性分析阶段,其定量分析计 算均采取简单化、理想化物理模型、数学公式,其适 用性尚有很大局限性. 为此,如何寻找页岩气层?页岩气层具有怎样 的测井响应特征?页岩气层有多少含气量?是否经 济可采?要回答这一系列问题.必须进行如下研究: (1)烃源岩的有机质丰度的评价. (2)储层划分、储层空间类型识别以及定量计算. (3)含气量的计算. 这些工作国内外研究较少.为此,必须围绕“页 岩气层在哪”“储层岩石物理参数如何”“有多少含气 量,是否值得开采”这三项基本问题,从岩心物理实 验出发,深入分析实验结果,系统的研究测井响应机 理,总结测井响应特征,利用数值模拟开展电法测 井、核磁测井响应特征研究.然后,针对页岩气测井 信息非线性特征,开展数据处理方法研究:包括有机 炭(量计算方法和双重孔隙度和渗透率解 释方法;研究核磁测井的孔隙体积和成像测井的裂 缝识别与评价研究.最后,开展页岩气层测井综合特 征参数及含气量评价技术研究,确定含气指标.最 终,形成一套页岩气层测井响应理论与关键技术,为 中国的页岩气测井作出贡献. 参考文献( [1]戴金星.我国天然气资源及其前景口].天然气工业,1999,19 (1):326~328. X. ]. 999,19(1):326[2].an 005 L 3] .].006:15~2O. [4] P.a of ].006 384. [5]007[R].007. [6]007[R].007. [7]007[R].007. [8]李玉喜.我国非常规油气资源类型和潜力[R].国土资源部, 2007. X.of 007. [9]张金川,徐波,聂海宽,等.中国天然气勘探的两个重要领域 天然气工业,2007,27(11):1~6. C,,,et in ].007,27(11): 1~6. [怀友,宋新民,安晓璇,等.世界页岩气资源与勘探开发技 术综述_J].天然气技术,2008,2(6):26~3O. Y, M, X,et &P 2008,2(6):26~30. [¨]李建忠,董大忠,陈更生,等.中国页岩气资源前景与战略地 位[J].天然气工业,2009,29(5):11~16. U J Z, Z, S,et of ].009,29(5):11~16 [12] 张金川,金之钧,袁明生.页岩气成藏机理和分布[J].天然气 工业.2004,24(7):15~18. C, J, S.].004,24 (7):15~18. [13]孙超,朱筱敏,陈菁,等.页岩气与深盆气成藏的相似与相关 [J].油气地质与采收率,2007,14(1):26~31. , M,, ].007,14(1):26~31. 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