地球物理技术在页岩气勘探开发中的应用

周涛

摘 要：页岩气是天然气资源的一种，在开采过程中应注意使用各项地球物理技术，以确保页岩气储藏勘探的准确性和开采的成功率。本文主要针对地球物理技术在页岩气勘探开发各阶段中的应用进行论述。

关键词：地球物理技术;页岩气;微地震技术;AVO叠前反演

1 概述

页岩气是非常规天然气资源的一种，属于自生自储油气藏，且在世界范围内储量丰富，因此得到世界各国研究者的注意。而美国页岩气勘探技术的发展，使得页岩气的工业生产成为了可能，若进一步利用地球物理技术提高页岩气勘探的精准度和成功率，将在很大程度上缓解世界能源紧缺的问题。

2 地球物理技术在页岩气勘探中的应用

2.1 页岩气测井评价

2.1.1 测井识别。页岩气具有导电性差、密度较小、含氢量低、传播速度慢等物理性质，而且含气页岩中有机含量和放射性元素铀含量较高，因此测井通常表现为伽马高、电阻大、高声波时差、中字孔隙度高、低密度、光电效应差的特点。

2.1.2 有机碳含量及热成熟度指标。页岩气中放射性元素铀

含量较高，其伽马曲线也高。自然伽马测井技术和ECS技术的联合使用，可为钾、铀、钍等元素的丰度分析提供技术支持，从而确定有机碳的含量;而中字—密度法则能对热成熟度的确定具有指导意义。

2.1.3 页岩裂缝参数评价。天然缝、诱导缝、断层的分辨需要依靠微电阻率扫描成像技术和核磁共振技术，而压裂后裂缝高度计长度的识别评价就需要借助井温测井技术、同位素测井技术或偶极横波测井技术。

2.1.4 页岩储层物性参数评价。页岩气储层物性评价的参数主要包括页岩的孔隙度、渗透率和含油饱和度。页岩孔隙度测定需要依靠补偿声波和长远距声波、体积密度以及补偿中子，并在ECS技术的支持下，利用换算有关骨架参数的方法，对含气页岩的孔隙度进行计算和评价;渗透率的评价需要用自然电位、自然伽马能谱、CMR核磁共振、微电极技术;含气饱和度的估算就要在CMR核磁共振技术、感应测井技术以及双侧向技术的帮助下完成。

2.1.5 页岩岩矿组分的确定。页岩岩矿组分的确定主要使用ECS探测技术，主要原理是利用中子感生的俘获自然伽马能谱，进而对岩矿中的硅（Si）、钙（Ca）和硫（S）含量进行进行准确的测定，从而确定岩矿的属性。

2.1.6 页岩岩石力学参数计算。岩石力学参数的任务是对岩石的地层应力和最大主应力方位进行确定，这就需要声波扫描技术、中子密度以及成像测井技术。

2.2 页岩含气性检测

2.2.1 叠后波阻抗反演。叠后反演以褶积为模型，将子波的反褶积进行压缩处理，使地震数据转换为反射系数序列，进而得到波阻抗剖面。页岩层含气量越丰富，储层体积密度和测速度降低越快，使波阻抗值降低。根据页岩层地质模型拾取页岩层波阻抗数据，可对含气量的确定提供可靠的数据支持。

2.2.2 AVO叠前反演。页岩气含量越多，储层体积密度越小，弹性波速也降低，严重影响了弹性模量和泊松比等参数。AVO叠前反演能根据岩石物理学相关理论、振幅与偏移距离的关系理论，对泊松比、拉梅常数、杨氏模量等弹性参数进行准确推导，从而得到页岩储层中的含气量。

2.2.3 叠前弹性阻抗反演。叠前弹性阻抗反演是在弹性阻抗函数和声波阻抗的基础上发展起来的一种特殊的技术，当弹性阻抗入射角为0°时，被称为声波阻抗，这种特例不仅具有叠后波阻抗反演的优点，还能有效弥补叠前AVO反演技术的不足。弹性阻抗反演能获得更多的岩性和物性信息，提高了反演技术的预测能力和对页岩气储层的描述能力。

2.2.4 频谱分解技术。波频分解技术的应用原理是含油气储层的吸收频率较高，这是因为地震波中的高频成分在含油气储层中能量衰减较快，而在非含油区的高频成分能量衰减较慢。该技术与AVO反演技术相结合，发展成了新的分频AVO技术和频变AVO技术。

2.3 页岩裂缝预测

2.3.1 多属性裂缝检测技术。曲率是对曲线或曲面弯曲程度的定量描述，页岩的曲率大，其曲面弯曲程度就大，裂缝产生的概率就高。相干和方差技术则主要用于对地震信号的解释，当相邻地震信号出现相似或不连续等异常现象时，可通过相干和方差技术对其进行科学解释;曲率、相干、方差技术能对含气页岩裂缝的强度、方位、位置等要素进行准确预测。

2.3.2 各向异性检测技术。沉积地层的骨架颗粒的定向排列和颗粒间的裂隙发育度有关，这就造成了沉积地层在地震波尺度上会表现出不同程度的各向异性，且研究表明，裂隙发育越完全，表现出来的各向异性越强。根据叠前地震道数据，对页岩气储层裂隙的发育方向和密度进行检测，检测技术可使用方位角速度分析技术。方位角变化时，地震反射振幅随之改变，为裂隙分布的预测提供了依据;方位AVO技术是利用AVO技术对不同方位角范围内的地震资料进行分析，然后根据分析结果计算出地层的裂隙发育程度。

2.3.3 转换横波分裂技术。转换横波进入裂缝介质的方位不同，其分裂情况也不同，并且裂缝走向也对波的分裂造成一定影响，因此分裂波的特征能反映裂缝的强度。多波多分量地震勘探技术和相对时差梯度法的结合对页岩气储藏裂缝的方向和发育程度的测定，具有极为重要的作用。

2.4 页岩气井中地震技术

2.4.1 微地震监测技术。微地震监测技术的检测效果要高于测井监测技术，其监测原理是在壓裂施工过程中，在井下或地面布置检波器，对地下岩石的破裂研发的微地震进行实时监测，并对传播情况进行记录，以此作为判断压裂施工过程中裂缝产生位置、大小、延伸方向的依据，从而为后期开采方案的优化提供指导。

2.4.2 其他井中地震技术。VSP技术经过多个发展阶段，已经成为相当成熟的井中地震技术之一，而3D VSP技术与微地震监测技术的联合使用更是极为普遍的一种做法;而与P-P和P-S成像技术的联合使用，可在高分辨率的情况下对陆上构造进行解释;四维地震技术还能实现对页岩气随温度变化而改变的监测，这对于优化页岩气的开采方案是极为有利的。

3 总结

页岩气作为一种非常规能源，其勘探和开采技术要求虽不同于普通的油气勘探，但对于各项物理勘探技术的需求是相同的。地球物理勘探技术和分析技术对于页岩气的勘探开采具有极为重要的指导意义，我国应加大在该领域的创新应用方面的研究，使新型的勘探技术更好地服务于我国页岩气的开采工作，以缓解我国能源紧缺问题。

参考文献：

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