页岩气储层总有机碳含量测井评价新方法

别凡, 万宇, 聂昕,2, 张超谟,2

(1.长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室, 湖北 武汉 430100; 2.长江大学非常规油气湖北省协同创新中心, 湖北 武汉 430100)

0 引 言

页岩气的勘探开发越来越得到人们的重视。总有机碳含量(TOC)反映了含气页岩中有机质的多少和生烃潜力大小,是页岩气评价的重要参数[1]。测井资料是评价地层TOC含量的重要手段[1]。已经有许多学者针对页岩气储层的TOC测井评价方法进行了研究。利用体积密度和自然伽马对TOC含量的敏感性,Schmoker[2-3]在1979年和1981年分别建议用密度和自然伽马测井估算TOC含量;Passey等[4]提出了利用电阻率曲线和孔隙度曲线重叠的ΔlogR法计算TOC含量;冯薇澍等[5]采用以实测TOC含量值为基础,通过计算机优化的方式求取叠合系数,利用改进的ΔlogR方法进行了TOC含量的评价;朱光有等[6]、李延钧等[7]、谢灏辰等[8]利用多个参数(如ΔlogR、自然伽马、密度等)进行多元回归计算TOC含量。万宇[9]进行了各类方法的软件实现。以上各类方法需要岩心数据,或者人工确定基线。为了避免上述问题,本文针对泥页岩地层泥质在自然伽马测井和电阻率测井的响应特征,提出了一种新的TOC计算方法——双泥质含量法。

1 双泥质含量法

1.1 页岩地层模型

页岩是泥质类烃源岩的一种,兼具烃源岩和泥岩的性质。前人研究中通常把有机质看成是固体骨架的组成部分,实际上,有机质密度较低,密度测井响应与孔隙流体更为相似。根据数值模拟结果可知,有机质基本上是依靠对黏土矿物导电路径的进行充填和切割对电阻率测井产生影响[10]。假设有机质与油层油气类似,赋存在页岩层的孔隙中;富含有机质的纯页岩由3部分组成:岩石骨架、固体有机质和孔隙流体。可将页岩的体积模型简化为3种情况,纯含水页岩、纯含有机质页岩和既含水又含有机质页岩。利用该简化模型可进行导电机理的分析。

1.2 泥质含量计算的自然伽马测井模型

在常规计算泥质含量方法中,经典的利用自然伽马测井计算泥质含量的原理是基于泥质对放射性物质的吸附能力较其他岩性更强,从而通过与纯砂岩地层的自然伽马值作对比进而得到泥质含量,该方法与地层含有机质、含水与否几乎无关。这些方法求出的泥质含量可视为总泥质含量Vsh

ISH=(GR-GRmin)/(GRmax-GRmin)

(1)

Vsh=(2gcurISH-1)/(2gcur-1)

(2)

式中,ISH为泥质含量近似值;gcur为泥质含量校正系数,老地层为2,第三纪为3.7。

有机质对放射性物质具有强烈的吸附作用,利用自然伽马计算出的泥质含量包括了含水和含有机质的泥质的体积。

1.3 泥质含量计算的电阻率测井模型

泥岩导电是靠岩石孔隙中地层水所含的离子导电,这意味着电阻率测井确定的泥质是含水泥质Vshw。Nie等[10]利用数字岩心进行了页岩储层导电性的数值模拟,其中黏土矿物含量与导电性的模拟结果见图1。

图1 黏土含量与页岩储层岩心导电性模拟结果

模拟结果可知,理想状态下泥页岩中含水黏土含量Vshw与地层有效电阻率的关系为[10]

式中,c为地层纯泥质电阻率电阻率,计算中可取纯泥质岩井段最低电阻率值;d与黏土矿物的导电性、地层含气性和孔隙度大小有关,取值范围为1～2。

可得出电阻率测井计算泥质含量方法为

Vshw=10lg c-lg Rtd

(4)

由图1中的模型可知,利用该模型求出的泥质含量为不包含有机质的含水泥质含量。

1.4 TOC计算的双泥质含量模型

由图1中简化的页岩储层体积模型可知,含有机质泥质含量Vsho与总泥质含量Vsh以及含水泥质含量Vshw的关系为

Vsho=Vsh-Vshw

(5)

将求出的含有机质页岩体积乘以泥质地层总孔隙度φtsh,即可求出有泥质地层中的有机质体积相对含量TOC。

TOC=Vshoφtsh=(Vsh-Vshw)φtsh

(6)

利用式(6)即可进行TOC含量计算。

2 应用实例及结果分析

图2 ×井双泥质含量法计算TOC与岩心实验数据对比图

×井为四川盆地某页岩气储层段[11]。利用双泥质含量法计算×井TOC,结果见图2。图2中第1道为深度道;第2道为曲线道;第3道为泥质含量道,其中填充部分为Vsho;第4道为TOC道,分别展示了双泥质含量法计算获得的TOC和岩心TOC。

由图2的计算结果可知,×井TOC计算结果在全井段均与岩心符合效果较好,在1 180 m和1 194 m处的2个峰值吻合也较好,证明了利用该方法进行页岩储层TOC含量评价的可行性。

在利用该模型进行TOC含量评价时,由于涉及到2个泥质含量的计算,且都包含经验参数,因此存在一定的经验性。在推广应用时应结合当地的特点进行参数的选取。该方法利用的电阻率为原状地层真电阻率,如果只有普通电阻率测井数据,则需要首先反演出真电阻率或者进行适当的参数调整。

3 结 论

(1) 提出了TOC含量测井评价的双泥质含量法,并通过实际资料处理验证了双泥质含量法计算TOC含量的准确性。

(2) 双泥质含量法方法简单,可以较好地反映TOC含量的趋势,且误差较小,适用于仅有常规测井资料的地区或者井段的TOC含量评价。

(3) 在进行方法推广时,应结合当地地区经验进行参数的选取和调整,以期获得最佳效果。

参考文献:

[1] 张新华, 陆黄生, 王志战. 页岩气井场快速识别评价技术 [J]. 石油天然气学报, 2011, 33(10): 48-52.

[2] Schmoker J W. Determination of Organic Content of Appalachian Devonian Shales from Formation-density Logs [J]. AAPG Bulletin, 1979, 63: 1504-1537.

[3] Schmoker J W. Determination of Organic-matter Content of Appalachian Devonian Shales from Gamma-ray Logs [J]. AAPG Bulletin, 1981, 65: 1285-1298.

[4] Passey Q R, Creaney S, Kulla J B, et al. A Practical Model for Organic Richness from Porosity and Resistivity Logs [J]. AAPG Bulletin, 1990, 74(12): 1777-1794.

[5] 冯薇澍, 薛海涛, 李吉君, 等. 齐家古龙凹陷青一段页岩气有利区预测及资源潜力评价 [J]. 科学技术与工程, 2013(9): 2331-2338.

[6] 朱光有, 金强, 张林晔. 用测井信息获取烃源岩的地球化学参数研究 [J]. 测井技术, 2003, 27(2): 104-109, 146-177.

[7] 李延钧, 张烈辉, 冯媛媛, 等. 页岩有机碳含量测井解释方法及其应用 [J]. 天然气地球科学, 2013, 24(1): 169-175.

[8] 谢灏辰, 于炳松, 曾秋楠, 等. 鄂尔多斯盆地延长组页岩有机碳测井解释方法与应用 [J]. 石油与天然气地质, 2013, 34(6): 731-736.

[9] 万宇. 页岩气储层测井解释软件设计与实现 [D]. 北京: 中国地质大学, 2014.

[10] Nie X, Zou C C, Li ZH H, et al. Numerical Simulation of the Electrical Properties of Shale Gas Reservoir Rock Based on Digital Core [J]. Journal of Geophysics and Engineering, 2016, 13(4): 481-490.

[11] 杨小兵, 杨争发, 谢冰, 等. 页岩气储层测井解释技术 [J]. 天然气工业, 2012(9): 33-36, 128-129.