页岩气有效储层三维地质建模——以威远地区威202H2平台区为例

马成龙，张新新，李少龙

（1.中国石油辽河油田分公司勘探开发研究院，辽宁 盘锦 124010；2.中国石油长城钻探工程公司录井公司，辽宁 盘锦 124010；3.中国石油长城钻探工程公司四川页岩气项目部，辽宁 盘锦 124010）

页岩气有效储层三维地质建模
——以威远地区威202H2平台区为例

马成龙1，张新新2，李少龙3

（1.中国石油辽河油田分公司勘探开发研究院，辽宁 盘锦 124010；2.中国石油长城钻探工程公司录井公司，辽宁 盘锦 124010；3.中国石油长城钻探工程公司四川页岩气项目部，辽宁 盘锦 124010）

国内页岩气资源开发正处于起步发展阶段，实际开发中缺少有效的技术指导，尤其是三维地质建模技术方面。在综合钻测井、地震及分析测试资料的基础上，提出了一套页岩气有效储层三维地质建模技术。通过井震约束，建立有效储层段的构造模型，以GR（自然伽马测井值）、TOC（总有机碳质量分数）、Si质量分数、Ca质量分数与沉积微相的对应关系构建沉积小层相的划分标准；应用序贯指示和序贯高斯模拟方法分别建立起相模型和各重要参数的属性模型；最后通过单位体积含气量累计求和的方法计算页岩气藏地质储量。实例应用表明，构建的三维地质模型有效刻画出了有效储层空间的非均质性变化特征，并指出了各属性参数对应的有利分布区域。该类页岩气藏模型的构建方法和实际应用，对类似气藏的开发部署具有指导意义。

页岩气；有效储层；三维建模；相模型；储量计算

目前对页岩气储层三维地质建模少有论述［1-2］，原因除国内页岩气的勘探开发还处于初级阶段、地质认识不够精细外，最重要的是缺少页岩气储层相模型建立方法和较为准确的地质储量计算方法。一般而言，常规的砂岩储层通过岩性、测井参数及砂泥岩段的划分，建立相控模型和相应的孔隙度、渗透率和饱和度等属性模型［3-4］。而页岩气有效储层通常以整套的黑色泥页岩为主［5-10］，岩性与测井参数难以建立起有效的相控模型及相控下的重要参数属性模型（如孔隙度、渗透率和饱和度）。由现场随钻过程中地球化学录井得到的连续性数据，如 TOC（总有机碳质量分数）及 Si，Ca，Al质量分数等，是评价页岩气储层中TOC、脆性矿物质量分数、含气量等指标的重要参数，能够在开发层面上对页岩气储层性质进行有效区分。因此，本文以Petrel为软件平台，现场地质录井、测试及地震数据为依托，根据GR（自然伽马测井值），TOC，以及 Si，Ca质量分数与沉积微相的对应关系建立起沉积模型，岩石密度、含气量等属性参数构建起储量模型，最后通过单位体积含气量累计求和的方法计算页岩气藏地质储量。该地质模型的构建与实际应用，为本地区及同类页岩气储层的开发部署与调整提供了地质依据。

1 地质背景

研究区威202H2平台区位于川西南古中斜坡断褶带北部，威202区块的东南部，开发目的层位为古生界下志留统龙马溪组（见图1）。龙马溪组下部优质页岩层发育，上部主要为绿灰色泥、页岩夹泥质粉砂岩，下部为深灰色硅质页岩、灰黑色、黑色碳质页岩等［6-8］，为一套深水陆棚相碎屑岩沉积（见图2）。该区构造相对稳定，地层倾向为南南东，倾角9°左右，最大主应力方向NE105°，有效优质储层主要分布于龙马溪组下部的龙 11上（L11s）和龙 11下（L11x）层段内。该套储层对应的电性特征较为明显：自然伽马值较高，139～437 API，平均 189 API；中子孔隙度 7%～23%，平均 18%；密度略低，介于 2.34～2.71 g/cm3，平均 2.57 g/cm3。 已有的钻探成果表明，该区块页岩气成藏地质条件优越，优质储层含气量丰富，具备商业开发价值［8-11］。

图1 研究区地理位置平面示意

图2 下志留统龙马溪组地层综合柱状图

2 储层建模

本次研究收集了威202H2平台区的三维地震、钻测井及分析化验等数据资料，通过相控模型的约束，分别建立起参数模型和流体分布模型，结合页岩储层体积含气量模拟方法构建储量计算模型。

2.1 储层构造建模

构造模型是三维地质建模的基础，包括断层模型、层面模型和三维骨架网格的建立［2］，其中三维骨架网格是储层属性分布模型和流体分布模型的载体。页岩气有效储层构造模型构建过程中，层面识别是基础。本次研究的层面模型构建主要是通过有效储层与非有效储层间岩性颜色、TOC、脆性矿物质量分数等重要参数的变化特征来精细识别层面，同时在宏观上使用测井与地震属性参数加以约束。

威202H2平台由6口水平井构成，单井水平段长度1 200～1 500 m，井距300 m左右，区内无断层存在，以最小曲率法进行空间曲面插值生成各等时的层面模型。L2至L11s为龙马溪组巨厚泥岩段，模型上划分出30个小层，L11s至B为优质页岩储层段，模型上划分出40个小层；在骨架网格上，采用20.0 m×20.0 m×0.8 m的步长，建立3D网络模型。从建立的构造模型看，L11s顶面自北向南，埋深逐渐增大，其与B层间的优质储层平均厚度为65.0 m，北部略薄。

2.2 储层相建模

储层的相模型分为岩相建模和沉积建模2类［3］，可以定量地表征油气储集体的类型、大小、几何形态及其三维空间分布。研究区有效储层段内岩性总体上为黑色砂质、碳质页岩，岩性变化不大，同时储层内岩性与物性、含气性的对应关系也不是很明显，应用岩相模型模拟相特征受到制约，因此本次研究使用沉积建模方法构建储层相特征模型。

研究区有效储层沉积亚相为深海外陆棚相，上部L11s小层为富有机质的硅质泥微相，下部L11x小层为富有机质的碳质泥微相（见图2）。通过样品点各项参数综合对比分析，发现储层内GR，TOC及Si，Ca质量分数等4项参数间的相对变化规律能够指示出沉积微环境的变化。通过分析储层样品点各项参数与沉积微相间的对应关系（见图3），建立起了沉积相模型的划分标准（见表1）。从图3可以看出，A区为低气量区，主要对应着含硅为主的低有机质、低自然伽马沉积区，而B区为高气量区，主要对应着含灰质为主的高有机质、高自然伽马沉积区。按上述划分标准，在威202区块龙马溪组下部页岩气有效储层段识别出6个小层相。其中，含灰高的高有机质相以及含灰较多的中有机质相是最为有利的2个开发相带。

图3 龙马溪组储层Si，Ca质量分数及GR，TOC曲线

表1 威202区块龙马溪组下部地层小层相划分标准

研究中采用球型变差函数模型，对各小层相分别进行数据分析和相模拟。结合区域地质成藏背景，确定相参数，其中方位角300°、主变程430 m、次变程370 m、垂变程230 m、基台值1，块金常数0；最后采用序贯指示随机模拟方法（SIS），模拟叠加3次实现，得到较为理想的沉积相模型。从建立的相模型看，有效储层的上部以X5，X4小层相为主，中部X3与X2小层相交互分布，下部主要为X1，X0小层相。储层物性与含气性方面最优质的为X1小层相，其垂厚小于0.5 m，且邻近非有效储层的X0小层相带，开发风险大，故不作为开发中的有利相带。

2.3 储层属性建模

储层的参数模型反映了其在三维空间上的变化和分布特征，按直接表征油气性与否，分为储层参数模型和流体分布模型［2］。本次研究中选取DEN（密度）、TOC、脆性矿物质量分数和含气量4项页岩气储层评价与开发的重要参数［12-13］，建立属性模型。所有参数首先通过算术方法粗化处理，经高斯分布变换以及变差函数分析后，采用算法稳健的序贯高斯模拟方法构建出储层参数模型和流体分布模型（见表2）。

表2 属性参数模拟方法统计

DEN参数模型显示，上倾方向的有效储层物性条件相对较差，开发难度大。TOC参数模型中，有效储层的TOC一般分布在1.5%～4.2%，均值2.4%；大于2.5%的储层主要位于中下部，呈层状准连续分布，与沉积相模型中X2，X3小层相的发育特征较为一致。一般来说，高 TOC储层段内能够解析出更多的吸附气量［10，14-15］，是页岩气效益开发和持续稳产的重点层位。

另一方面，页岩气储层中以硅质、灰质组分为代表的脆性矿物质量分数的多少，是储层裂缝发育的重要因素［16］，直接影响到储层压裂酸化的开发效果，脆性矿物质量分数越高，储层越容易被压裂改造［12］。脆性矿物质量分数模型显示，脆性矿物质量分数大于50%的层段主要分布于有效储层的中下部，且下倾方向要好于上倾方向。本次研究的含气量数据由现场随钻测试分析获得，含气量模型经TOC拟合校正并由相控约束后得到。含气量模型显示：有效储层段中部含气量大于2.5 m3/t，其上下两端的含气性较差；平面上，含气量的均值达到2.0 m3/t，变化小，显示出较好的含气性特征。总体上，区块内有效页岩气储层的中下部含气性好、脆性矿物发育，是开发的最有利层段。

3 储量计算

页岩气地质储量计算通常采用静态容积法，由游离气总量和吸附气总量两部分构成［17-19］。从页岩气储层的开发实践来看，非均质的页岩气储层如果由标准岩心样品标定的一套含气饱和度、吸附气储量丰度等数据计算，显然难以真实反映储量的空间变化特征，并有效地计算出地质储量。尤其是针对孔隙度小5%、渗透率处于毫达西级别的非均质页岩气储层来说［10］，应用常规测井资料，难以求得精确的孔隙度和含气饱和度等参数，从而影响页岩气储量计算的准确度。

综合考虑上述因素，笔者提出了利用TOC和岩石密度等参数构建起储量模型，单位体积含气量累计求和的方法，通过三维网格赋值积分进行页岩气储层的地质储量计算，其计算表达式为

式中：N为地面总的天然气量，m3；Vi为i网格点的体积值，m3；ρi为 i网格点的密度值，t/m3，Gi为 i网格点的含气量，m3/t。

含气量Gi可由实钻过程中连续检测的TOC数据推算出，两者总的计算关系式由本区块密闭岩心测定的总含气量及TOC数据确定。

从模拟效果来看，纵向上页岩气较高的储量区分布在有效储层中部偏下的层段内，较低的储量区域呈分散块状集中于储层上下两端（见图4）。

图4 威202H2平台有效储层地质储量模型栅状图

横向上较高的储量区位于区块南端，受纵向上优质“甜点”分布的影响，单位面积最高页岩气含量出现在威202H2-4井区附近，达到5 500 m3/m2（见图5）。

图5 威202H2平台有效储层单位面积地质储量分布

4 开发效果分析

通过建立模型，指导实钻过程中井位参数的实时调整，确保了威202H2平台的6个分支井眼轨迹处于X1至X2小层有利储层相带内。威202H2平台自2015年5月投产以来，日均产气量稳定在46.36×104m3左右，其中以威202H2-4井的单井日产气量最高（16.48×104m3），平台总的累计产气量达到13 487.48×104m3，取得了较好的经济收益。

5 结论

1）利用GR，TOC以及Si，Ca质量分数与沉积微相的对应关系建立沉积模型，综合岩石密度、含气量等属性参数构建了一套页岩气有效储层三维地质建模技术。在此基础上，提出了基于三维网格赋值积分的体积含气量模拟方法，实现了页岩气储层的地质储量计算。

2）页岩气储层地质建模技术拓宽了常规储层建模的思路，并在威202H2平台区实际应用中取得了较好的应用效果，在油田开发和地质综合评价方面具有重要的现实意义。

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（编辑 徐深谋）

3D geological modeling of effective shale-gas reservoirs:taking Wei 202H2 platform of Weiyuan Area as an example

MA Chenglong1,ZHANG Xinxin2,LI Shaolong3
(1.Research Institute of Exploration and Development,Liaohe Oilfield Company,PetroChina,Panjin 124010,China;2.Logging Service Company,Great Wall Drilling Company Ltd.,CNPC,Panjin 124010,China;3.Sichuan Shale-gas Project Department,Greatwall Drilling Company,CNPC,Panjin 124010,China)

Domestic shale gas resources development is in the initial stage of development,and a series of matching technologies for the actual development level,especially the 3D geological modeling technology,needs to be enriched and perfected.Based on comprehensive geology,logging and seismic data,a 3D geological model of effective shale-gas reservoir was built,taking Wei 202H2 platform of Weiyuan Area as an example.The structural model of effective reservoir was established by comprehensive constrain of logging and seismic data.The classification standard of sedimentary facies was constructed by the correspondence of GR,TOC,contents of Si and Ca.The sequential indicator method and the sequential Gaussian simulation method were used to establish the facies model and the important attribute parameter model respectively.Finally,the calculation method of shale gas reservoir reserves was carried out by the method of cumulative sum of gas volume per unit volume.The 3D geological model effectively depicts the non-homogeneous characteristics of effective reservoir in space,and points out the favorable distribution area of each attribute parameter.The construction method and practical application of the shale gas model provide important practical guidance to the next step development of shale-gas.

shalegas;effectivereservoir;3Dmodeling;phasemodel;reservescaculation

TE319

A

中国石油集团长城钻探工程公司项目“四川威远页岩气开发现场试验”（2015A01-1）

10.6056/dkyqt201704013

2016-12-14；改回日期：2017-05-23。

马成龙，男，1986年生，工程师，主要从事石油地质综合研究。 E-mail：mhwgo125@126.com。

马成龙，张新新，李少龙.页岩气有效储层三维地质建模：以威远地区威202H2平台区为例［J］.断块油气田，2017，24（4）：495-499.

MA Chenglong，ZHANG Xinxin，LI Shaolong.3D geological modeling of effective shale-gas reservoirs：taking Wei 202H2 platform of Weiyuan Area as an example［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2017，24（4）：495-499.