基于TOC的页岩储层含气饱和度确定方法及应用

2015-04-17杨金良杨彦波

江汉石油职工大学学报 2015年1期

关键词：含气气层井段

任元，杨金良，毛琳，杨彦波

（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.长江大学，湖北武汉430100；3.中国石油集团渤海钻探工程有限公司，河北任丘062550）

页岩含气饱和度是页岩储层评价的一个关键参数，也是评估页岩储量的一项重要指标。在页岩气勘探开发录井与测井服务过程中，传统的页岩气储层含气饱和度是采用阿尔奇法来求取的。

1 问题的提出

采用阿尔奇法求取页岩储层含气饱和度，主要是根据页岩储层测井电阻率、孔隙度及区域地层水电阻率资料等，利用阿尔奇公式求取的。基于阿尔奇法求取的页岩储层含气饱和度被称为“电阻率法含气饱和度”。

采用阿尔奇法求取页岩储层含气饱和度的前提条件是，仅有地层水导电，构成地层骨架的矿物成分不导电。然而，由于页岩储层中存在导电矿物黄铁矿及含量较高的地层束缚水或页岩“石墨化”等因素，使得页岩储层电阻率异常变小，计算得到的页岩储层含气饱和度准确度低，可靠性差。

针对上述技术现状，笔者提出了一种基于TOC的页岩储层含气饱和度确定方法，这种方法不仅能为页岩储层含气饱和度的确定提供可靠资料，提高确定符合率，而且能提高低电阻率条件下页岩储层含气饱和度确定的可靠性。

2 方法原理

2.1 基本方法

基于TOC的页岩储层含气饱和度主要是通过地化录井仪测量，或是根据声波时差、电阻率、岩性密度等测井资料计算获得的TOC资料来确定的。采用这种方法得到的页岩储层含气饱和度被称为TOC含气饱和度。为区别其它方法确定的含气饱和度，可用Sgtoc表示，为方便通用，也多直接用Sg表示。

基本方法是：依据地层岩性、气测甲烷、钻时和测井自然伽马及密度曲线变化等来划分页岩气显示层；读取页岩储层TOC曲线数据，选取处于同一页岩段内相邻的非储层TOC平均值，作为该页岩储层的TOC背景值；根据地区不同分类选取区域页岩储层含气饱和度指数n，由特定公式求取页岩储层段的含气饱和度Sg；输出计算结果（图1）。

图1 方法实现框图

2.2 实施步骤

1）通过地化录井仪测量或测井资料计算获取TOC资料。

2）录井仪TOC曲线数据显示的步长为1点／m～1点／0.1m，测井TOC曲线资料记录步长为2点／m～1点／0.1m。

3）依据地层岩性、气测甲烷、钻时和测井自然伽马及密度曲线变化等因素来划分页岩气显示储层。

4）读取页岩储层TOC曲线数据，用TOCt（%）表示。

5）选取处于同一页岩段内相邻的非储层TOC平均值，作为该页岩储层的TOC背景值，用TOCb（%）表示。当TOCt取录井数据时，TOCb取对应的录井背景数据，当TOCt取测井数据时，TOCb取对应的测井背景数据。

6）根据地区不同分类选取区域页岩储层含气饱和度指数n，范围为2～3。

7）公式：

由公式（1）求取页岩储层段的含气饱和度Sg，Sg用小数或百分数表示。基于TOC求取的页岩储层含气饱和度被称为TOC含气饱和度。

8）输出计算结果，供用户评价储层性质时采用（图2）。

图2 方法实施详细步骤流程图

一般情况下，页岩气层的含气饱和度Sg≥50%，页岩储层岩性为页岩或泥岩，粒径＜0.004mm，气测甲烷含量在基值的基础上增加1% 以上，TOC＞0.5%，具有低钻时、高自然伽马和低密度等特征。

2.3 n值确定方法

页岩气层的最小含气饱和度被定义为0.5或50%，即区域页岩气层录井、测井TOC最小值TOCtmin与TOCb存在下列关系：

式（3）中Kcmin为页岩气层的TOC最小比值。

3 应用实例

基于TOC的页岩储层含气饱和度确定方法，已在中扬子地区建南气田、涪陵页岩气田的26口井中得到应用。其中，解释处理了低阻页岩气储层23口井，在该类储层评价上显示了独特的优势。

3.1 实例一：建南气田A井

A井是在建南气田钻探的1口页岩气试验井，目的层位于侏罗系东岳庙段。在侏罗系东岳庙段610.0～645.0m进行测录井时，发现在该井段存在页岩气显示良好的储层，其主要岩性为灰色、灰黑色页岩。

通过地化录井仪测量得到的TOC数据显示，步长为1点／m，全烃、甲烷由基值0%上升到9.85%。依据气测全烃、钻时和测井自然伽马、密度曲线等将该层段划分为页岩储层。元素录井显示该层段不含导电矿物黄铁矿。

610.0 ～645.0m井段的TOC数值是在1.0%～2.0%，600.0～610.0m井段的TOC数值为0.1%～0.3%，平均为0.2%；610.0～645.0m井段页岩储层的TOC背景值TOCb取0.2%。

确定n值：建南地区东岳庙段页岩气层，TOCtmin＝0.8%，TOCb＝0.2%，由式（4）计算得n＝2.0。

根据式（1）计算东岳庙段610.0～645.0m井段的含气饱和度Sg。输出结果：610.0～645.0m井段，计算含气饱和度Sg为55.0%～68.0%，解释为二类气层；利用阿尔奇法计算的含气饱和度Sg是在50.0%～60.0%，解释为二类气层。二者计算得到的含气饱和度基本接近，解释结果一致（图3）。

图3 A井610.0～645.0m井段页岩含气饱和度对比图

完井压裂试气，日产天然气2 100～3 900m3。这些资料说明本发明计算的含气饱和度与地层实际情况是相符的。

3.2 实例二：涪陵页岩气田B井

B井是在涪陵页岩气田焦石坝工区钻探的1口页岩气参数井，目的层位为志留系龙马溪组下部－奥陶系五峰组。进行测录井时，在2 340.0～2 415.0m井段发现有页岩气显示，气测全烃、甲烷由基值0.10%上升到2.13%。依据气测全烃、钻时和测井自然伽马、密度曲线等将该层段划分为典型页岩储层，岩性主要为黑色碳质硅质页岩。

通过测井资料计算获取的TOC资料显示：步长是1点／0.1m；2 340.0～2 377.0m 井段的 TOC数值为1.0%～2.0%，2 377.0～2 415.0m 井段的 TOC数值为2.0%～4.6%，2 330.0～2 340.0m 井段的 TOC数值为0.1%～0.3%；2 340.0～2 415.0m 井段页岩储层的TOC背景值取0.2%。元素录井显示局部含导电矿物黄铁矿，含量为2.0%～5.0%。

确定n值：涪陵地区志留系龙马溪组下部－奥陶系五峰组页岩储层，与北美地区和建南东岳庙段页岩气层对比应为气层，TOCtmin＝0.8%，TOCb＝0.2%，由式（4）计算得n＝2.0。

根据式（1）计算2 340.0～2 415.0m井段的含气饱和度（图4）。

图4 B井2 340.0～2 415.0m井段页岩含气饱和度对比图

输出结果：2 340.0 ～2 377.0m 井段，基于 TOC计算的含气饱和度Sg为55.0%～68.0%，解释为二类气层，利用阿尔奇法计算的含气饱和度Sg为10.0%～60.0%，且多数在10.0%～35.0% 之间（依据阿尔奇法计算的含气饱和度不能判断为气层）；在2 377.0～2 415.0m井段，利用TOC资料计算的含气饱和度Sg 68.0%～79.0%，解释为一类气层，利用阿尔奇法计算的含气饱和度Sg为10%～70%，且多数在10.0%～35.0%之间。这些数据表明基于TOC计算的含气饱和度明显高于用阿尔奇法计算的含气饱和度。

B井为侧钻水平井，水平段长1 008m，分15段进行压裂试气，日产天然气21.3×104m3。这一事实不仅说明基于TOC计算的含气饱和度与地层实际情况是相符的，而且在页岩储层含有导电矿物的情况下更具有明显的实用优势。