元素测井在页岩气中的应用

2017-03-03彭文耀张豫宏中石化江汉石油工程有限公司测录井公司湖北潜江433123

化工管理 2017年6期

关键词：测井技术原子核测井

彭文耀张豫宏（中石化江汉石油工程有限公司测录井公司,湖北潜江 433123）

元素测井在页岩气中的应用

彭文耀张豫宏（中石化江汉石油工程有限公司测录井公司,湖北潜江 433123）

通过描述元素测井的原理和方法，分析地层元素的特征与其含矿物质的关系，探讨了元素测井探测页岩气的前景。

元素；测井；页岩气

元素测井是业界常用的探测地层中元素分布的方法，以进行岩性识别，分析岩石的矿物骨架以及地下的环境，进一步分析在被测地块进行矿物发掘的可行性。

1 元素测井的基本原理

在地层中，有很多不同的物质形态，包括土层、岩石、矿物质、页岩气、水、原油等，它们因为不同的分子结构而形成不同的物质形态，而分子的不同是取决于其中的原子类型和原子的组成结构。而无论是何种原子，其均有同类但数目不一致的核子（质子或者中子）与电子构成，原子的划分就是其核子的数目不同所决定的。通常情况下，中子、质子所结合在一起形成的原子核是十分稳定的，但当一定的能量注入，就会造成核子的释放，能够产生该效果的能量值被称为结合能。在这个过程中，需要中子处于一定的速度下，以使得其具有相应的能量，即动能，如下式所示。

在式中，m为中子的质量，则是其动能，v为其速度。当超过0.5时，通常将之称为快中子。当其与原子量比较大的核发生反应时，将会促使快中子的能量被原子核吸收，从而造成后者的激发，并进一步产生γ射线，然后再保持为稳定的装填。在遭遇快中子作用时，原子核因其种类的不同其释放的射线也不尽相同。快中子在与原子核反应后，就变成热中子，并被原子核所俘获，俘获反应会占据测量信号的绝大多数分量，并着重对Si、Fe、Ca、Ti、Gd、S等元素进行探测。而利用元素测井方法，所做的工作就是分辨出这些射线的不同，从而分析地层中物质的分布。

在地层中，很多元素的分布是比较有规律的，比如Ca通常在大理石结构的岩石中，Si则通常存在于沉积类岩石中，Mg通常存在于白云质地的岩石中，S通常存在于石膏中，Al元素通常存在于泥岩中等等。这种相关性就使得我们在通过元素测井后，得到谱图并基于这个谱图来分析地层中的物质分布，并进一步得出其含矿产的多少、开矿的经济可行性。

2 元素测井在页岩气储层分析中的应用

根据前文所述的元素测井原理可以看出，只要我们了解页岩气的构成和存在状态，就能够利用元素测井方法对页岩气的储层进行分析探测。页岩通常是体积很小（低于3.9μm）的碎屑、有机质等构成，其质地形状呈现出一定的页状，极其易碎，属于沉积岩。在地层中，页岩具有较为广泛的存在，类型也非常多元化，其物质成分比较复杂。比如碎屑页岩通常包括长石与石英，黏土页岩通常包括水云母和高岭石，因为不同的物质构造，其也具有一定的形态差异。在测井工作中，页岩会呈现出具有高伽马、高时差、高电阻、低密度的特点，因此基于测井技术，能够一定程度上将页岩在地层中的分布探测并绘测出来。

由此我们可以对岩进行识别和划分。在进行元素测井工作之后，会得到一幅效果曲线图，反映了被撞击后的原子核所发射的γ射线的分布。其中在500~1593之间意味着被测区域具有较多的Ca，但Al、Si含量比较少，通常被认定为灰岩；在1593~ 2265间意味着被测区域具有较多的Al、Si，但Ca较少，如果常规自然γ测井相对高值通常被认定为泥岩，元素测井表明Si、Al均高，则被认定为泥质粉砂岩；在2265~2307之间则意味着被测区域的Ca较多，同时Si、AL较少，通常可以认定其为碳酸盐岩；在2320~2420之间则意味着被测区域Si含量很高，Ca含量较低，Al含量适中，通常可以认定其为页岩；在2434~2469之间则意味着被测区域所含的Al、Si均较少，且Ca较多，可以认定其是碳酸盐岩。

对岩性进行识别后，还可以对其所含矿物质的量进行初步统计。页岩因为其类型较多，所包含的各种物质的成分也比较复杂，如果只是凭借测井的图谱来得出其各类物质的含量是十分困难的。而因为岩层中最常见、最关键的物质为Ca，因此通过元素测井技术，可以将Ca元素视为碳酸盐的含量的指标，将S、Ca元素视为蒸发岩含量的指标，将Si、Al、Fe视为黏土含量的指标，将其他元素视为黏土含量的指标。由此统计出页岩中各类矿物质的具体含量。

同时利用元素测井工作，还能够对岩石的骨架进行整体的描绘，计算出其骨架参数，以进一步得出含气量、孔隙度、饱和度等数据，对页岩的可开发程度进行分析。而基于对黏土中的各类物质成分的分析，也可以明确其地层的沉积相。而假如能够判断出被测区域有一定的FeS，则能够推导出该区域为水体还原沉积。而对于工程的建设，元素测井资料也有极大的参考性。