鄂尔多斯盆地中南部长7油层组页岩气含量计算

边雷博，张小莉，严巧丹，陈艳艳

(1.西北大学大陆动力学国家重点实验室·西北大学地质学系，陕西西安710069；2.中国石油大学(北京)地球科学学院；3.长庆油田分公司第十采油厂)



鄂尔多斯盆地中南部长7油层组页岩气含量计算

边雷博1,2，张小莉1，严巧丹3，陈艳艳1

(1.西北大学大陆动力学国家重点实验室·西北大学地质学系，陕西西安710069；2.中国石油大学(北京)地球科学学院；3.长庆油田分公司第十采油厂)

鄂尔多斯盆地中南部延长组长7油层组具有丰富的页岩气资源，利用测井资料准确计算未取心井的页岩气量具有重要意义。首先，利用烃源岩测井响应特征和重叠图法识别长7油层组页岩；其次，利用多元回归法针对页岩建立有机碳含量(TOC)测井解释模型，并结合测井资料计算吸附气量；最后，建立孔隙度解释模型，结合Hossin公式间接计算游离气量。结果表明，研究区长7油层组页岩含气总量为3.09～5.55 m3/t，平均值为4.11 m3/t；其中吸附气量为2.83～3.77 m3/t，平均值为2.97 m3/t；游离气量一般为0.07～2.51 m3/t，平均值为1.14 m3/t。

鄂尔多斯盆地；页岩气量计算；测井解释模型；有机碳含量

近几年来，Rogner等众多学者对我国页岩气资源量进行了研究，认为我国有丰富的页岩气资源[1-4]，但是目前国内外对页岩气含量评价并没有成熟的方法[5]。鄂尔多斯盆地中南部延长组页岩发现了丰富的页岩气资源，由于盆地内页岩具有低孔低渗的特性，评价页岩气含量具有较大的困难。一般认为页岩气含量确定方法主要有两种：一种是通过保压取心或密闭取心直接测定含气量；另一种是利用测井资料建立相关模型分别计算吸附气量和游离气量[6]。考虑到直接测定法成本高，测定条件要求严格，本文拟引入多元回归分析方法，综合多种测井响应建立有效的有机碳含量以及孔隙度解释模型，并结合相关公式计算页岩含气量。

1　烃源岩分析及识别

鄂尔多斯盆地是经过长期演化的中生代内陆、多旋回、叠合沉积型盆地[7-8]，区域构造为西倾平缓的大背斜。盆地自下而上经历了中晚元古代坳拉谷沉积、早古生代浅海台地沉积、晚古生代近海平原沉积、中生代内陆湖盆沉积以及新生代周边断陷沉积[9]。研究区位于盆地中南部延长探区内(图1)，区内三叠系延长组是一套以湖泊相为主的内陆湖盆沉积[10-11]，分布范围广，油气资源丰富；研究层位为延长组长7油层组，其岩性以暗色泥页岩和灰黑色页岩为主[8，12-13]。前人研究结果表明，延长探区长7有机碳含量一般为1.76%～6.28%，Ro一般为0.8%～1.5%，氯仿沥青“A”含量一般为0.25%～0.67%，总烃含量一般为(1 847～5 218)×10-6[14-17]。

图1　研究区位置

有机质类型是评价烃源岩关键因素之一。烃源岩显微组分分析结果表明：研究区烃源岩干酪根显微组分以腐殖组为主，干酪根类型以Ⅲ型为主。同时干酪根最大热解峰温(Tmax)和镜质组反射率(Ro)测试数据显示：Ro为0.50%～1.35%，平均值为0.81%，主要范围为0.8%～1.1%；Tmax为451～488 ℃；研究区烃源岩有机质成熟度较高，可以达到生烃标准。研究区内多个烃源岩的有机碳和物性数据显示，有机碳分布均匀，主要分布为3%～4%(图2)；孔隙度主要分布为1%～4%，平均为2.6%(图3)；渗透率变化较广，主要的渗透率分布范围小于0.05×10-3μm2，平均值为0.24×10-3μm2(图4)。

图2　有机碳含量分布

图3　孔隙度分布

图4　渗透率分布

有机质独特的物理化学性质导致烃源岩与非烃源岩的测井响应差别较大[18]。烃源岩测井响应特征具有“三高一低”特征，即高自然伽马、高声波时差、高电阻率、低密度，综合这些测井响应特征可以识别烃源岩[19-20]。另外，测井曲线重叠法识别烃源岩在国内外均取得了较好效果[21-22]，该方法主要是将声波时差和电阻率测井曲线反向叠加，利用两条测井曲线的重合和分离对烃源岩进行定性识别[23-26]。

2　吸附气量计算

目前，还没有一种直接计算页岩吸附气含量的方法。通常的做法是首先确定有机碳含量，再通过有机碳含量计算吸附气量[16，27]。本文综合多种测井响应，以多元回归分析方法建立TOC解释模型，并在此基础上结合等温吸附模型完成对长7油层组张家滩页岩吸附气量的计算。

2.1有机碳含量测井解释模型

目前，计算有机碳含量的主要经验方法是△lgR法，考虑到△lgR法需要人为确定基线值、成熟度参数等，其人为影响因素较多，本文考虑TOC与测井响应之间的内在关联，通过单参数回归分析筛选有效测井响应，分别建立声波时差、电阻率、补偿中子、自然伽马、密度与TOC的单参数测井响应模型，通过多元回归分析，最终建立TOC多元回归解释模型(表1)。

表1中单参数回归分析结果表明，声波时差(AC)、补偿中子(CN)以及密度(DEN)等曲线与TOC之间有较好的相关性，能够达到实际应用标准。最终选取以声波时差(AC)、补偿中子(CN)和密度(DEN)曲线进行多元回归，建立TOC解释模型。

表1　TOC模型的相关系数

多元回归模型为：

TOC=0.024AC-5.677DEN+

0.08CN+6.742；R2=0.927

(1)

式中：TOC——计算有机碳含量，%；AC——声波时差，μs/m；DEN——密度，g/cm3；CN——补偿中子，%。

模型检验结果表明,计算有机碳含量与实测有机碳含量有较好的相关性(R2=0.927)。因此，可以利用多元回归方程计算长7油层组有机碳含量。

2.2吸附气量的计算

吸附态是页岩气的主要赋存形式。解吸实验和兰格缪尔等温吸附实验是获取吸附气含量计算模型的两类主要方法。由于本文缺少解吸实验数据，故选用兰格缪尔等温吸附模型计算吸附气含量。兰格缪尔等温吸附模型已有很多种改进模型，本文选用万宇等提出的不同温压条件下吸附气量的计算模型，这种模型由于可以在脱离岩心实验的基础上计算吸附气量，适用范围广。万宇等[27]改进的吸附气量计算模型：

Va=Vbag(1-lg(100TOC) K×

(2)

式中：Va——吸附气含量，m3/t；Vbag——平衡时吸附气量，3.28 m3/t；TOC——有机碳含量，%；K——温度影响系数，0.003；GT——地温梯度，0.03℃/100 m；Depth——深度，m；GP——压力梯度，0.01 MPa/m；b——兰格缪尔压力，1.389 MPa。

利用公式(1)得出计算有机碳含量，结合上式计算求出吸附气量。研究结果表明，在长7油层组页岩中吸附气量为2.83～3.77 m3/t，平均值为2.97 m3/t。对比前人研究，曾维特[16]对研究区柳坪171井利用等温吸附实验得出长7油层组页岩饱和吸附量为2.99～3.42 m3/t，平均为3.04 m3/t。姜呈馥等[28]利用解析法得出研究区长7油层组页岩饱和吸附量为1.25～6.45 m3/t，通过等温吸附实验，获得理论吸附气量为2.2～3.35 m3/t，最大达4.5 m3/t，与本文计算出来的吸附气量基本一致。

3　游离气量计算

页岩游离气量计算方法是在确定孔隙度的基础上求取含气饱和度并利用常规天然气容积法转换为游离气量。因此，孔隙度和游离气含气饱和度计算模型将影响游离气量评价结果。

3.1孔隙度测井解释模型

目前，孔隙度解释模型的建立方法主要有两种：一是基于岩石等效体积建立模型，二是通过回归分析建立模型。本文考虑孔隙度与测井曲线之间的内在联系，利用单参数回归分析筛选有效测井响应，分别建立声波时差(AC)，自然伽马(GR)、密度(DEN)等与孔隙度的单参数测井解释模型(表2)。并在此基础上建立多元回归模型，最终优选声波时差(AC)、密度(DEN)、补偿中子(CN)进行多元回归，建立最终的孔隙度解释模型。最佳孔隙度多元回归模型：

φ=0.031AC+0.973DEN+

0.001CN-8.847；R2=0.846

(3)

式中：φ——计算孔隙度，%。

表2　孔隙度模型的相关系数

模型检验结果表明，计算孔隙度与实测孔隙度相关系数(R2)达到0.846，符合程度很好，可以利用该模型计算研究区的孔隙度。

3.2游离气含量的计算

游离气是以游离状态存在于孔隙和裂缝中的天然气[29]。影响游离气量的主要参数是有效孔隙度和游离气含气饱和度。考虑到应用实测含气饱和度计算游离气，容易受取心方式等的影响，采用多元回归建立的孔隙度模型，结合Hossin公式间接计算得出游离气量。

首先，建立地层因素、电阻增大率的图版(图5，图6)，从图版中可以得出：a=2.825 2，b=1.171 2，m=1.167，n=3.45。

图5　地层因素(F)与孔隙度(φ)交会图

图6　电阻增大率(I)与含水饱和度(Sw)交会图

其次，结合孔隙度模型(3)和Hossin公式(4)求出含水饱和度(Sw)。再利用含气饱和度公式(5)计算出游离气含气饱和度(Sg)。

Hossin公式：

(4)

式中：Sw——实测含水饱和度，%；Rw——地层水电阻率，0.04 ℃/Ω·m；φ——计算孔隙度，%；Vcl——分散黏土含量，%；Rcl——分散粘土电阻率，Ω·m。

含气饱和度：

Sg=1-Sw

(5)

式中：Sg——游离气含气饱和度，%。

最后，利用常规天然气容积法(6)计算出游离气量。常规天然气容积法：

Q游离气=(φSg/ρBg)

(6)

式中，Q游离气——游离气量，m3/t；ρ——地层密度，g/cm3；Bg——体积系数，取值为0.005。

将模型应用到YY1井的长7油层组页岩，研究表明该段游离气含量一般为0.07～2.51 m3/t，平均值为1.14 m3/t；本文研究表明：研究层段页岩含气总量为3.09～5.55 m3/t，平均值为4.11 m3/t；其中游离气量约占总气量的27.81%。在该研究区，曾维特等[16]通过间接法计算出来的总含气量为4.04～4.49 m3/t，游离气百分比为22.53%～35.29%，通过直接法计算出来的总含气量为3.71～6.26 m3/t；王香增等[14]利用解析法得出鄂尔多斯盆地总含气量为2.43～6.45 m3/t。本文研究结果与前人基本一致，研究思路可以为页岩储层含气性评价提供一定的参考价值。

4　结论

(1)研究区长7油层组烃源岩岩性主要以含气页岩和泥页岩为主，测井响应特征主要表现为高补偿中子、高声波时差、高电阻率、高的正自然电位、高自然伽马、低密度。另外，电阻率和声波时差反向重叠可以识别研究区烃源岩。

(2)建立了鄂尔多斯盆地中南部长7油层组页岩气评价相关参数的测井解释模型，包括有机碳测井解释模型和孔隙度测井解释模型，相比实验只能测定部分样品而言，该计算方法比较简单，具有代表性，可较好用于评价页岩含气量。

(3)鄂尔多斯盆地中南部延长组长7油层组页岩含气量为3.09～5.55 m3/t，平均值为4.11 m3/t；其中吸附气量为2.83～3.77 m3/t，平均值为2.97 m3/t；游离气含量一般为0.07～-2.51 m3/t，平均值为1.14 m3/t，占总气量的27.81%。

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编辑：赵川喜

1673-8217(2016)05-0059-05

2016-04-05

边雷博，1994年生，在读硕士研究生，2015年毕业于西北大学地质学系，研究方向为油气藏形成与分布。

国家“863”项目“页岩气勘探开发新技术”(2013AA064501)；国家大学生创新训练项目“测井页岩气评价”(201410697001)

TE112.115

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