焦石坝页岩气储层黏土组分特征及其体积分数计算

王燕，冯明刚，魏祥峰，李素兰，刘帅

（中国石化勘探分公司勘探研究院，四川 成都 610041）

焦石坝页岩气储层黏土组分特征及其体积分数计算

王燕，冯明刚，魏祥峰，李素兰，刘帅

（中国石化勘探分公司勘探研究院，四川 成都 610041）

黏土矿物是焦石坝构造页岩气储层的重要组成部分，其特征及体积分数对页岩气藏的开发效果有着较大影响。文中结合区域地质特征，分析黏土矿物体积分数变化趋势及其与有机质之间的关系，定性认识黏土矿物间孔，建立测井计算模型，定量计算黏土矿物及其组分体积分数。实践证明，页岩气储层中黏土矿物总量较低，且与脆性矿物体积分数具有“镜面”特征，测井计算模型能够较为准确地计算出黏土矿物绝对体积分数。该方法在焦石坝构造五峰组—龙马溪组页岩气储层评价中，取得良好应用效果。

黏土矿物间孔；黏土体积分数；页岩气；焦石坝

1　区域概况

川东南涪陵焦石坝构造，位于四川盆地川东隔挡式褶皱带南段石柱复向斜、方斗山复背斜和万县复向斜等多个构造单元的结合部，整体由7个局部构造组成。研究区海相页岩气储层主要发育于志留系下统龙马溪组龙一段和奥陶系上统五峰组。岩性以暗色页岩为主，岩石类型丰富，常见的有含放射虫碳质笔石页岩、碳质笔石页岩、含骨针放射虫笔石页岩、含碳含粉砂质泥岩、含碳质笔石页岩以及含粉砂质泥岩；沉积相主要是深水陆棚亚相和浅水陆棚亚相沉积的滨外陆棚相；页岩矿物成分主要包括硅质、长石、方解石、白云石、黄铁矿和黏土等；页岩有机碳质量分数总体较高，原始生烃潜力巨大，有机质类型主要为Ⅰ型，为过成熟演化阶段，以生成干气为主；页岩现场含气检测总含气量较高，吸附气量较大；页岩储集空间以孔隙为主，主要为低—中孔、特低渗—低渗储层［1-6］。截至2014年6月，焦石坝构造第1口探井JY1HF井按日产气6×104m3定产，已稳产1.5 a，累计产气3 769×104m3。

2　黏土矿物组分特征

2.1黏土矿物组分及体积分数

焦石坝构造五峰组—龙马溪组页岩气储层黏土矿物体积分数总体较低，纵向上具有自上而下逐渐减少的特征，体积分数为16.60%～62.80%，平均40.90%。黏土矿物组分以伊蒙混层和伊利石为主，次为绿泥石，不含蒙脱石，体积分数分别为25.00%～85.00%，12.00%～68.00%，1.00%～20.00%，平均分别为54.45%，39.45%，6.02%，纵向上具有自上而下伊蒙混层体积分数增高、伊利石减少的特征。

2.2黏土矿物与有机质

页岩气以吸附方式吸附在页岩有机质和黏土颗粒表面；因此，有机质丰度不仅影响页岩的生烃强度，同时也影响页岩中有机质孔隙的发育以及吸附气的体积分数。通常，高有机质丰度页岩，具有高生烃潜力以及高吸附气体积分数［7-10］。

利用交会法，分析JY1井五峰组—龙马溪组页岩气储层有机碳质量分数与黏土矿物组分及其体积分数之间的关系（见图1），可知页岩气储层总有机碳质量分数与黏土矿物、伊利石、绿泥石体积分数呈负相关关系，与伊蒙混层体积分数呈正相关关系。

图1　JY1井页岩气储层岩心实验分析结果

2.3黏土矿物间孔

页岩气储层的储集方式不同于常规油气藏，主要表现为以吸附状态赋存在微孔隙的内表面上，少量以游离状态存在于页岩的裂隙中［11-12］。因此，储层是一种双孔隙岩层，由基质孔隙和裂隙组成，基质孔隙和裂隙的大小、形态以及孔隙度和连通性等决定页岩气的储集、运移和产出。利用氩离子束抛光扫描电子显微镜技术对页岩气储层孔隙进行高分辨率观察，主要针对纳米级孔隙进行研究，识别出五峰组—龙马溪组页岩气储层的孔隙类型主要为有机质孔、黏土矿物间孔、晶间孔、次生溶蚀孔4类。其中，黏土矿物间孔指页岩中片状黏土矿物之间的孔隙，包括黏土矿物与黏土矿物间或与其他颗粒之间的孔隙（见图2）。这类孔隙具有体积小、吸附性较强、数量多的特点。该类孔隙发育与黏土矿物密切相关，有利于页岩气的聚集。

焦石坝构造五峰组—龙马溪组页岩气储层中的黏土矿物间微孔，多表现为片状黏土矿物边缘的微小裂隙。其宽度一般小于1 μm，于黏土矿物周缘不均匀分布；矿间孔的发育程度与页岩中黏土矿物的数量和种类息息相关，黏土矿物越多，矿间孔越发育，页岩吸附天然气的能力越强。伊利石、高岭石、蒙脱石均发育此类孔隙。其中，以伊利石最优，扫描电镜下呈弯曲的薄片状、不规则板条状，集合体呈蜂窝状、丝缕状等，其矿间孔是页岩储层的主要孔隙类型之一（见图2）。

图2　焦石坝构造五峰组—龙马溪组一段页岩中黏土矿物粒间微孔特征

3　黏土矿物组分体积分数计算

在常规测井解释中，泥质主要是指颗粒粒径小于0.01 mm的岩石矿物，成分上一般包括黏土矿物、细粉砂和碳酸盐岩。而针对页岩气储层解释计算的黏土矿物体积分数，是指地层中的伊蒙混层、伊利石、绿泥石以及高岭石等黏土矿物组分体积分数的总和［13-14］。黏土矿物体积分数的计算精度，不但影响储层矿物成分体积分数计算，还直接影响着储层孔隙度及其脆性参数的计算精度。利用岩心分析数据和常规测井资料，建立页岩气储层中黏土矿物体积分数的测井解释模型是非常必要的。

3.1技术思路

常规测井资料计算黏土矿物及其组分体积分数的总体思路为：

首先，整理分析页岩气储层段的测井资料和岩心实验数据，确定建模样本，并在此基础上优化数理模型，设定变量自动筛选条件，建立黏土矿物组分预测模型，进而计算出黏土矿物组分相对体积分数。

然后，利用自然伽马能谱测井资料，定性分析识别黏土矿物类型，并在此基础上，改进原有泥质体积分数计算模型，建立黏土矿物总量计算模型，计算出黏土矿物总量绝对体积分数。

最后，将计算得出的黏土矿物组分相对体积分数和黏土矿物总量绝对体积分数，利用模型进行转化，最终计算得出页岩气储层黏土矿物组分绝对体积分数。

3.2计算模型

3.2.1黏土矿物组分计算模型

优选多元线性回归数理统计方法建立黏土矿物组分计算模型，计算页岩气储层中黏土矿物组分相对体积分数。同时，结合焦石坝构造五峰组—龙马溪组页岩气储层地质、测井等特征，排除储层段局部铀值异常高的干扰，设定铀值等于8×10-6为门阀值，分别建立富铀和非富铀页岩气储层段的黏土矿物组分计算模型。

3.2.1.1非富铀页岩气储层段

将铀值小于等于8×10-6的储层段定义为非富铀段，优先选用含铀值的计算模型：

式中：w（IS），w（I），w（C），w（K′）分别为伊蒙混层、伊利石、绿泥石、高岭石相对体积分数，%；w（Th），w（U），分别为钍、铀测井体积分数，10-6；w（K）为钾测井体积分数，%。

3.2.1.2富铀页岩气储层段

当储层段铀值大于8×10-6时，为排除铀值异常高的影响，优先选用不含铀值的计算模型：

式（1）、式（2）中的系数，利用焦石坝构造岩心实验分析资料，采用最小二乘拟合法求得。

3.2.2黏土矿物总量计算模型

一般情况下，页岩气储层在测井曲线上表现为高自然伽马、高视孔隙度和较高电阻率，所以可以用这些曲线指示黏土矿物的存在。但孔隙度测井系列和电阻率曲线受地层孔隙度、地层水矿化度等因素的影响较大，所以一般不选择它们计算泥质体积分数。而自然伽马（或钍、铀、钾）曲线值反映地层的自然放射性，其主要与沉积环境有关，当地层富含有机质时，地层将吸附含铀矿物，从而使自然伽马值升高，因此，在计算黏土体积分数时首选无铀伽马，具体计算模型如下。

1）利用无铀伽马相对值的变化，计算黏土矿物体积分数指数。

式中：CLAY为黏土矿物体积分数指数；KTH为地层无铀伽马曲线值，API；KTHmax为纯地层无铀伽马最大值，API；KTHmin为纯地层无铀伽马最小值，API。

2）将CLAY转化为黏土矿物体积分数。

式中：V为黏土矿物体积分数，%；GCUR为地层常数（焦石坝地区取值为2）。

将上述2个模型计算得出的黏土矿物组分相对体积分数和黏土矿物总体积分数，利用数理模型进行转化，最终计算得出黏土矿物组分的绝对体积分数。

3.3实例分析

应用上述计算模型（式（1）—（4）），可以计算JY1井五峰组—龙马溪组页岩气储层段黏土矿物总量及其组分体积分数。同时，利用岩心实测资料进行精度分析，可知测井计算与岩心分析结果之间具有较好的相关性，相关系数为0.539 4～0.883 0（见表1）。

表1　岩心分析与测井计算黏土矿物体积分数误差统计

4　结论

1）涪陵页岩气田焦石坝构造五峰组—龙马溪组页岩气储层黏土矿物总量较低，在纵向上具有从上到下逐渐减少的特征。

2）黏土矿物间孔为涪陵页岩气田焦石坝构造五峰组—龙马溪组页岩气储层的重要孔隙之一，其发育程度与黏土矿物的体积分数和种类息息相关，黏土矿物组分中的伊利石、高岭石、蒙脱石均发育此类孔隙，其中以伊利石最优。

3）利用常规测井曲线计算得出页岩气储层的黏土矿物组分及体积分数，并利用岩心分析资料进行精度分析，证实测井计算与岩心分析之间相关性较好。

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（编辑王淑玉）

Clay mineral component characteristics and volume fraction calculation for Jiaoshiba shale gas reservoir

Wang Yan，Feng Minggang，Wei Xiangfeng，Li Sulan，Liu Shuai
（Research Institute of SINOPEC Exploration Company，Chengdu 610041，China）

Clay mineral is an important part of shale gas reservoir in Jiaoshiba structure.The clay characteristics and volume fraction have great impact on shale gas development.Combined with the regional geology characteristics，the change trend of clay volume fraction and its relationship with organic matter are analyzed，the inter-grain pore of clay mineral is qualitatively understood，the logging calculation model is established and the clay mineral components and its volume fraction are qualitatively calculated. Practice has proved that the overall amount of clay minerals in shale gas reservoir is low and has the"mirror"features with the volume fraction of brittle mineral.Logging calculation model can calculate accurately the absolute volume fraction of clay mineral. This method applies in the evaluation of Wufeng-Longmaxi Formation shale gas reservoir in Jiaoshiba structure，achieving good application effect.

inter-grain pore of clay mineral；clay volume fraction；shale gas；Jiaoshiba structure

中国石油化工集团公司重大专项“四川盆地周缘下组合页岩气形成条件与有利区带评价”（P13129）

TE122.2+4

A

10.6056/dkyqt201503007

2014-11-06；改回日期：2015-03-16。

王燕，女，1982年生，工程师，硕士，2008年毕业于西南石油大学，主要从事测井技术科研生产工作。E-mail：daily09@qq.com。

引用格式：王燕，冯明刚，魏祥峰，等.焦石坝页岩气储层黏土组分特征及其体积分数计算［J］.断块油气田，2015，22（3）：301-304. Wang Yan，Feng Minggang，Wei Xiangfeng，et al.Clay mineral component characteristics and volume fraction calculation for Jiaoshiba shale gas reservoir［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2015，22（3）：301-304.