焦石坝龙马溪组高效页岩气单元录井划分及评价探讨

2015-04-13袁拥军艾潇琳邢惠强

江汉石油职工大学学报 2015年6期

袁拥军，陶勇，艾潇琳，邢惠强

（1.中国石化江汉石油工程有限公司测录井公司，湖北潜江433123；2.中国石化江汉油田分公司勘探开发研究院，湖北武汉430223；3.四川大学华西临床医学院，四川成都610041；4.中国石油集团测井有限公司华北事业部，河北任丘062550）

Curtis等认为页岩气（Shale gas）在本质上就是连续生成的生物化学成因气、热成因气或两者的混合，它具有普遍的地层饱含气性、隐蔽聚集机理、多种岩性封闭和相对很短的运移距离，它可以在天然裂缝和孔隙中以游离方式存在，在干酪根和粘土颗粒表面上以吸附状态存在，甚至在干酪根和沥青质中以溶解状态存在。国内学者通过深入研究指出，页岩气成藏的基本要素是含气单元发育完整，即应具备致密的上、下隔板以及被封隔的以含气泥页岩沉积为主的核心区。因此利用录井及地质资料正确划分与评价页岩气纵向单元对指导页岩气钻探具有重要的意义。

1 区域地质概况

涪陵焦石坝工区位于四川盆地东南部，区域上龙马溪组下部－－奥陶系五峰组页岩沉积发育，分布稳定，暗色页岩层厚度一般在80～100m之间，区内目标层埋深小于3 500m。2012年，工区内针对志留系部署了为获得区域页岩气储层参数特征、整体评价龙马溪组页岩气藏的A井，水平段获日产6万方以上的稳定工业气流，是中国南方志留系第一口实质性突破的非常规页岩气井。

2 含气单元录井划分

北美主要的页岩气盆地规模页岩气气层大都呈“三明治”式的展布特征，即优质页岩气藏一般被致密上下隔板岩层所封隔。

以川东南涪陵工区A井为例，该井所钻遇的龙马溪组页岩气层也具有较明显的“三明治”特征。即以龙马溪组底部－－奥陶系五峰组含气暗色泥页岩段为“核心区”，以上覆无气测显示的致密砂泥碎屑岩为上隔板；以下伏奥陶系致密灰岩为下隔板（图1）。

图1 A井龙马溪组页岩气单元划分图

A井自井深2 314m后，主要岩性由上部地层的灰色粉砂岩、泥质粉砂岩转换为深灰色泥质粉砂岩、深灰色泥岩及灰黑色页岩，薄片鉴定岩石颜色变深，粒级逐渐变细，此段无显示致密岩，封堵性能较强，可以将下部暗色泥页岩生成的烃类限制在泥页岩内部，结合岩性、气测资料将2 314.0～2 341.0m确定为该页岩气单元的上隔板区。

2 341.0～2 415.5m岩性以灰黑色页岩、碳质页岩、砂质泥岩为主，气测显示强烈，对A井2 341.0～2 415.5m共180块岩心样品资料统计，测得的孔隙度为1.1%～8.0%，平均4.6%，渗透率为0.02～1.1mD，平均0.1mD，岩石孔渗性能达到低孔、低渗储层标准，因此将2 341.0～2 415.5m划分为页岩气单元核心区。

2 415.5～2 450.0m（未穿）岩性为灰色白云质灰岩、泥质灰岩、灰岩，气测显示值迅速降低，前人研究认为奥陶系致密灰岩在无裂缝沟通的情况下孔渗性能极差，可以有效阻挡烃类向下运移，因此将2 415.5～2 450.0m（未穿）划分为页岩气单元下隔板。

从岩性组合来看，A井所钻遇龙马溪组页岩气单元与美国德克萨斯州南部伊格福特区页岩（图2）相近。该页岩气单元划分是以上Eagle Ford段致密灰质泥岩层为上隔板，以下Eagle Ford段暗色页岩为产气核心区，以BUDA段致密灰岩为下隔板。

图2 北美Eagle Ford页岩含气单元划分示意图

3 含气单元录井评价

3.1 含气单元核心区评价

3.1.1 核心区储层识别

钻时快慢反映地层的可钻性，也是间接反映地层孔隙性的录井指标。读取页岩气核心区储层典型的钻时ROPs（min／m）；剔除接单根、起下钻影响数据，选取储层上方上隔板层钻时，首先求取上隔板层初始平均值ROPn1（min／m），然后剔除大于等于初始平均值1.5倍或小于等于0.5倍的不真实值后，重新统计上隔板层钻时真值，再进行平均化后得到平均值ROPn2（min／m），选取此值ROPn2作为上隔板层基准钻时。上隔板层钻时ROPn2与核心区储层各个典型钻时值ROPs之比即为钻时比值ROPn／s（无量纲），它反映了页岩气核心区的储集性能。

气测全烃和组分显示是反映地层含气性的重要录井指标，烃对比系数KC（无量纲）是指核心区显示层全烃或甲烷异常值TC异与上隔板层全烃或甲烷值TC隔之比，它可以反映核心区储层含气性能的相对变化。

利用钻时比值－烃对比系数进行数据交会，根据国内常规气层数据统计，烃对比系数KC≥8，钻时比值ROPn／s≥1.25为气层区，形成储层解释图版，可以有效地评价页岩气核心区储层。以 A井为例，2 341.0～2 415.5m核心区钻时比值和烃对比系数数据投点绝大部分落在气层区（图3）。

图3 A井气测显示层钻时比值－烃对比系数交会图

3.1.2 核心区流体性质识别

A井所钻遇志留系龙马溪组页岩气核心区流体性质录井识别是勘探评价的关键点之一，由于气测无C3以上重烃显示，烃皮克斯勒图版解释受限，本研究将气测实测C1、C2、C3值转换为绝对百分含量，形成油气三角形组分解释图版（图4），将目标点投入川东南地区三角形组分解释图版，识别出A井为干气层显示，储层流体以甲烷气为主。

图4 川东南地区油气三角形组分解释图版

3.1.3 核心区地层压力识别

在A井实钻过程中，通过录井DC指数法回归计算，2 341.0～2 415.5m含气单元核心区局部地层压力系数在1.25～1.55之间（图5），属于中等高压区，核心区地层压力越高表示地层排烃量越大以及核心区被封闭性越好，录井识别核心区具有高压特征，预示该井有获得工业产能的地质基础。

图5 A井录井地压检测图

根据上述录井解释结论，识别A井2 341.0～2 415.5 m页岩气单元核心区为具有工业潜力的页岩气层，气层流体以干气（甲烷）为主。该井试气结果证实了这一结论。

3.1.4 核心区综合评价

聂海宽、何志祥等通过研究认为，优选合适的地质参数，特别是录井参数，并通过基于雷达图和云模型的数学表述及多元数据评价可以较准确地反映页岩气层的多元数据特征。

通过研究以确定页岩气核心区厚度、埋深、气测烃对比系数、地层压力系数、孔隙度、页岩有机碳含量、石英含量、含气量8个关键录井参数。其中厚度、埋深、气测烃对比系数、是钻井过程中综合录井仪测量计算获得；地层压力系数是录井dc指数法计算获得；孔隙度通过核磁录井测定或岩心数据统计获得；有机碳含量通过地化录井仪分析岩样获得；石英含量通过XRF录井仪测定岩样中石英（硅）相对含量获得；含气量通过岩心实验数据获得。根据北美工业页岩气层参数，结合川东南地区已经获得低产工业气流的大安寨段和东岳庙段页岩气层指标，将上述关键参数做归一化处理，参数归一化后的量纲范围是1～4（表1）。

表1 页岩气单元核心区评价关键参数及标准化转换表

将以上8个录井关键参数为分类（X）轴标志，刻度为线性，刻度范围0～4；用黄金分割法则分别分割成直径为1.528和2.472的评价圆，将雷达图由里到外分为差、中等、好3个区，将解释目标层参数按照对应的组合映射到雷达图上，X轴上的点连接起来，在雷达图版上构成一个封闭的多边形，该多边形区域封闭的面积值即是该解释层的雷达覆盖指数Ex，多边形体积越大，越对称饱满，即可定性判断页岩气单元越好（图6）。

图6 川东南地区页岩气单元核心区评价雷达图

用期望值Ex、熵En、超熵He三个数字特征来表征云模型YM＝（Ex，En，He），其计算公式为：

式中，Bmax为解释目标对应的雷达覆盖指数最大值，Bmin为对应的雷达覆盖指数最小值，He一般取0.1；利用雷达覆盖指数Ex－隶属度σ绘制云模型图，云模型图横轴为雷达覆盖指数Ex，纵轴为隶属度σ，云模型图被两个标准云分割为A区（差）、B区（中等）、C区（优）3个区域，将解释目标的云模型方程YM＝（Ex，En，He）按正态分布函数形式置于云模型图上，根据所在的区域进行多元数据评价（图7）。

图7 川东南地区页岩气单元核心区评价云模型

A井龙马溪组（包括五峰组）页岩气单元核心区评价雷达图形态较饱满，发育对称，雷达图覆盖指数为26.2，云模型 YM＝（26.2，1.1，0.1），云模型远高于第二标准云，完全落入优等区，目标总体评价为优，目标评价结果要好于已获得低产工业气流的川东南侏罗系大安寨段页岩和鄂西渝东侏罗系东岳庙段页岩。

3.2 含气单元上下隔板区评价

上、下隔板区主要起到封隔核心区阻止烃类逸散的作用。总体而言，隔板的密闭性与隔板基岩的孔隙、裂缝发育程度密切相关，如果上、下隔板基岩中孔隙、裂缝发育，由于距离核心区垂直距离短，将大量聚集来自暗色泥页岩所形成的烃类，形成高气测显示区，不利于核心区密闭；反之，如果上、下隔板区气测显示微弱，则说明页岩核心区所形成的烃类没有形成有效突破，隔板密闭性强。实例中A井上、下隔板段气测曲线平稳，全烃和甲烷含量与核心区相比为低值，定性评价上、下隔板的封隔能力较强。