摘要：為了達(dá)到隨鉆快速識(shí)別與評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣的錄井顯示目的，基于頁(yè)巖氣儲(chǔ)層同時(shí)具有致密砂巖、致密碳酸鹽巖油氣層的特征，運(yùn)用巖屑伽馬錄井、地層元素錄井及鉆時(shí)資料識(shí)別頁(yè)巖氣儲(chǔ)層巖性的方法與標(biāo)準(zhǔn)，提出了運(yùn)用氣測(cè)及綜合錄井資料確定地層孔隙度與滲透率、地層壓力與地層破裂壓力、地層含氣飽和度與地層含氣量、氣層產(chǎn)能預(yù)測(cè)的方法，豐富了錄井頁(yè)巖氣解釋評(píng)價(jià)方法與手段。對(duì)中國(guó)石油化工股份有限公司首口頁(yè)巖氣勘探試驗(yàn)井——J111井錄井資料進(jìn)行了分析和探討。結(jié)果表明：上述方法為低孔隙度低滲透率復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)的頁(yè)巖氣層的精細(xì)解釋提供了參考，有較強(qiáng)的實(shí)用性，滿(mǎn)足了頁(yè)巖氣錄井現(xiàn)場(chǎng)快速解釋評(píng)價(jià)的需要。
關(guān)鍵詞 頁(yè)巖氣 錄井 資料 儲(chǔ)集層 參數(shù) 解釋 評(píng)價(jià) 應(yīng)用
鉆井過(guò)程中，利用傳統(tǒng)的砂巖和碳酸鹽巖油氣層錄井評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層存在較多局限性[1-4]。主要表現(xiàn)為：能夠滿(mǎn)足工業(yè)開(kāi)發(fā)的頁(yè)巖氣氣層巖性特殊，脆性礦物含量較高，需要現(xiàn)場(chǎng)能夠準(zhǔn)確確定頁(yè)巖礦物成分，判斷巖性；頁(yè)巖氣儲(chǔ)層致密，孔隙度與滲透率特別低，傳統(tǒng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)多認(rèn)為其為干層或非儲(chǔ)層；頁(yè)巖氣層微裂縫較發(fā)育，隨鉆錄井顯示活躍，干擾較多，甄別有效儲(chǔ)層難；隨鉆定量評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層，需要解決地層壓力、孔隙度、滲透率、含氣飽和度、總有機(jī)碳含量、吸附氣含氣量、游離氣含氣量等參數(shù)的測(cè)量方法及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。頁(yè)巖氣儲(chǔ)層同時(shí)具有致密砂巖、致密碳酸鹽巖油氣層的一些特征，這為評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層提供了借鑒作用[2-6]。
1隨鉆測(cè)量方法
1.1方法分類(lèi)
頁(yè)巖氣儲(chǔ)層隨鉆測(cè)量方法按測(cè)量設(shè)備和傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)分類(lèi)，主要分為以LWD為主的隨鉆測(cè)井和以氣測(cè)儀、綜合錄井儀為主的隨鉆錄井兩類(lèi)。從廣義角度來(lái)說(shuō)，隨鉆錄井主要包括地質(zhì)錄井、鉆時(shí)錄井、氣測(cè)錄井和綜合錄井及特殊方法錄井[4]。
目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層隨鉆測(cè)量工作量相對(duì)較大的測(cè)量方法是隨鉆錄井。國(guó)外的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)經(jīng)驗(yàn)顯示，包括地化錄井、核磁錄井、地層元素錄井、巖屑伽馬錄井在內(nèi)的特殊方法錄井和巖屑、巖心地質(zhì)錄井，以及包括鉆時(shí)錄井、氣測(cè)錄井在內(nèi)的綜合錄井，在頁(yè)巖氣儲(chǔ)層隨鉆測(cè)量與評(píng)價(jià)中起著相對(duì)重要作用[5-6]。
1.2 主要測(cè)量項(xiàng)目
綜合錄井項(xiàng)目主要有深度、鉆時(shí)、全烴、烴組分(C1～C5)、非烴組分、出指數(shù)、Sigma值、鉆井液密度測(cè)量等。這些項(xiàng)目包括了鉆時(shí)錄井、氣測(cè)錄井內(nèi)容，可為頁(yè)巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)提供地層孔隙度、滲透率、含氣飽和度、地層孔隙流體壓力梯度、地層破裂壓力梯度及頁(yè)巖吸附氣含氣量、游離氣含氣量等參數(shù)。
地層元素錄井、巖屑伽馬錄井項(xiàng)目主要有巖屑或巖心的礦物成分測(cè)量及巖屑自然伽馬測(cè)量。它們?yōu)轫?yè)巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)提供地層巖性、脆性礦物含量參數(shù)。地層元素錄井使用的x射線(xiàn)熒光分析儀的礦物成分測(cè)量，能準(zhǔn)確給出Si、Ga、Mg、K、U、Th、Fe、Al等10余種元素的相對(duì)變化，可定量計(jì)算出礦物成分。
地化錄井主要測(cè)量巖屑或巖心的總有機(jī)碳含量、S0、S1、S2等參數(shù)。總有機(jī)碳含量測(cè)定實(shí)質(zhì)是通過(guò)測(cè)量殘余碳計(jì)算得到的一個(gè)參數(shù)，可以估算頁(yè)巖層的吸附氣含量、游離氣含量。
核磁錄井主要測(cè)量巖屑或巖心的孔隙度、滲透率、束縛水飽和度等參數(shù)。
2 隨鉆評(píng)價(jià)方法
2.1 巖性識(shí)別
判別巖性的難點(diǎn)是高速PDC鉆頭條件下形成的粉末狀巖屑巖性識(shí)別。對(duì)于該類(lèi)巖屑，常規(guī)肉眼自然光下基本無(wú)法識(shí)別，只能依靠元素錄井儀、巖屑伽馬錄井儀測(cè)量巖屑的礦物成分及自然伽馬強(qiáng)度，識(shí)別粉末狀巖屑巖性。由于巖屑伽馬錄井儀測(cè)量時(shí)效高，儀器操作工作量小，一般多用巖屑伽馬錄井方法識(shí)別粉末狀巖屑巖性。
通常，泥頁(yè)巖巖屑自然伽馬值比砂巖混合樣(砂巖含量l0%～20%)高5～10個(gè)計(jì)數(shù)值，是純砂巖(砂巖含量50%～80%)的2～3倍，而且泥頁(yè)巖含量與自然伽馬值呈線(xiàn)性關(guān)系。采用地區(qū)泥頁(yè)巖-砂巖自然伽馬交會(huì)圖版判別，或是利用繪制的連續(xù)地層錄井自然伽馬曲線(xiàn)圖分析，都非常方便。
國(guó)內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)使用元素錄井儀(X射線(xiàn)熒光錄井儀)可直接測(cè)量多種礦物成分，依據(jù)化學(xué)元素確定礦物成分，從而確定巖性和脆性礦物(石英+碳酸鹽巖)含量。根據(jù)公認(rèn)的國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，頁(yè)巖氣層的脆性礦物含量多大于50%。頁(yè)巖氣層脆性礦物含量高，易于壓裂，易于沿地層應(yīng)力較大方向形成人造裂縫，使儲(chǔ)層得到改造，提高滲透能力。
2.2 儲(chǔ)層識(shí)別
儲(chǔ)層識(shí)別的主要方法是鉆時(shí)比值法與dc指數(shù)差法。
通常，進(jìn)入目的層段，鉆壓、轉(zhuǎn)速等鉆井工程參數(shù)與密度、黏度等鉆井液性能參數(shù)都相對(duì)穩(wěn)定。相鄰的泥頁(yè)巖非儲(chǔ)層與儲(chǔ)層段的鉆時(shí)存在明顯的差異。泥頁(yè)巖非儲(chǔ)層與儲(chǔ)層鉆時(shí)之比稱(chēng)為鉆時(shí)比值(ROPn/s)。差儲(chǔ)層：ROPn/s＜1.2；中等及以上儲(chǔ)層：ROPn/s≥l.2；好儲(chǔ)層：ROPn/s≥l.5；高壓儲(chǔ)層，ROPn/s≥4(圖l和表l)。
現(xiàn)場(chǎng)劃分頁(yè)巖氣顯示儲(chǔ)層時(shí)，采用鉆時(shí)比值、dc指數(shù)差、烴對(duì)比系數(shù)、全烴含量曲線(xiàn)結(jié)合分層。所謂烴對(duì)比系數(shù)，是指泥頁(yè)巖非儲(chǔ)層或明顯的含烴水層全烴或甲烷平均值與儲(chǔ)層段的全烴或甲烷有效異常值之比。當(dāng)烴對(duì)比系數(shù)大于4.0，把鉆時(shí)比值大于l.5或Δdc大于0.25的連續(xù)井段劃分為一個(gè)頁(yè)巖氣異常顯示層段，中部夾層小于
2.3 儲(chǔ)層參數(shù)確定
利用鉆時(shí)資料確定的孔隙度反映了地層總孔隙度，稱(chēng)為氣測(cè)孔隙度。使用條件：鉆壓、轉(zhuǎn)速等鉆井工程參數(shù)與密度、黏度等鉆井液性能參數(shù)都相對(duì)穩(wěn)定；盡可能規(guī)避新舊鉆頭影響；地層呈正常壓力變化[7]。鉆時(shí)變化范圍4～40 min/m，超過(guò)該范圍可同步放大10倍或縮小為1/l0，計(jì)算公式為：
式中φ為地層孔隙度(氣測(cè)孔隙度)；ROPn、ROPs分別為泥頁(yè)巖非儲(chǔ)層、儲(chǔ)層鉆時(shí)，min/m；φa、φb分別為黏土層未壓實(shí)地層、泥頁(yè)巖非儲(chǔ)層參考孔隙度，該值依據(jù)盆地泥巖壓實(shí)規(guī)律取值。
泥頁(yè)巖儲(chǔ)層同致密砂巖、致密碳酸鹽巖儲(chǔ)層一樣，以孔隙-微裂縫為主的儲(chǔ)層孔隙度同滲透率間存在有明顯的相關(guān)性，參考方程為：
式中Kq為地層滲透率(氣測(cè)滲透率)，mD。
錄井現(xiàn)場(chǎng)多用地層壓力梯度、地層破裂壓力梯度表征地層孔隙流體壓力和地層破裂壓力，其計(jì)算公式為：
式中FPG為地層孔隙流體壓力梯度，MPa/
隨鉆連續(xù)測(cè)量的氣測(cè)烴含量反映了頁(yè)巖氣儲(chǔ)層含水飽和度、含氣飽和度、游離氣含量，以及部分吸附氣隨巖屑到地面后的解吸情況。多數(shù)情況下吸附氣隨巖屑到地面后的自動(dòng)解吸量忽略不計(jì)。利用氣測(cè)資料確定的儲(chǔ)層含水飽和度、含氣飽和度，均稱(chēng)為氣測(cè)地層含水飽和度、含氣飽和度[7-13]。有關(guān)計(jì)算公式如下：
式中Sw、Sg分別為氣測(cè)地層含水率和含氣飽和度；以為氣測(cè)含烴飽和度指數(shù)，一般為3～7；Cb、Ct分別為烴背景值和儲(chǔ)層異常值；Bg為天然氣體積系數(shù)；TOC為總有機(jī)碳含量；Gm、Gs、Gt分別為頁(yè)巖氣儲(chǔ)層游離氣量、吸附氣量和總含氣量，m3/t。
天然氣體積系數(shù)的大小與天然氣體組分、地層溫度、地層壓力相關(guān)。中、上揚(yáng)子地臺(tái)正常地溫梯度為2.5～3.0℃/l
頁(yè)巖氣儲(chǔ)層吸附氣含量與總有機(jī)碳含量存在較強(qiáng)的線(xiàn)性相關(guān)(圖3)，與地層壓力存在較強(qiáng)的非線(xiàn)性相關(guān)(圖4)，基本符合蘭格繆爾等溫吸附方程。
頁(yè)巖氣層錄井定性解釋評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。
2.4 產(chǎn)能預(yù)測(cè)
參照川東地區(qū)致密碳酸鹽巖氣層產(chǎn)能預(yù)測(cè)方法[10]，頁(yè)巖氣層初始穩(wěn)定產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)方程為：
式中Qg為儲(chǔ)層產(chǎn)能，m3/d；Ig為儲(chǔ)層含氣指數(shù)，無(wú)量綱；A、B分別為系數(shù)，A=389.7，B=21 773；α為井型系數(shù)，直井α=1，水平井α=0.50～0.58；Fk為地層壓力系數(shù)，無(wú)量綱。
3 實(shí)例分析
頁(yè)巖氣層隨鉆錄井解釋評(píng)價(jià)參數(shù)確定方法在川東、鄂兩地區(qū)J111、JYHF-1、HY-1、FYHF-1井進(jìn)行了應(yīng)用試驗(yàn)，獲得了比較好的應(yīng)用效果。這里重點(diǎn)介紹中國(guó)石油化工股份有限公司首口頁(yè)巖氣勘探試驗(yàn)井——J111井的應(yīng)用情況。
J111井的下侏羅統(tǒng)東岳廟段是主要目的層，垂厚
井段580.0～
井段598.0～646
井段610.0～
4 結(jié)論
1)頁(yè)巖氣錄井實(shí)踐表明，在鉆井工程參數(shù)和鉆井液性能相對(duì)穩(wěn)定的條件下，基于隨鉆錄井資料的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層參數(shù)確定方法具有較強(qiáng)的實(shí)用性，能滿(mǎn)足頁(yè)巖氣顯示錄井解釋評(píng)價(jià)需要。
2)眾多砂巖、碳酸鹽巖錄井孔隙度、含油氣(烴)飽和度、地層壓力參數(shù)確定方法應(yīng)用實(shí)踐表明，利用錄井資料求取的孔隙度、含油氣(烴)飽和度與室內(nèi)分析及測(cè)井測(cè)量結(jié)果對(duì)比，誤差不超過(guò)±20%，地層壓力參數(shù)與測(cè)試結(jié)果對(duì)比誤差不超過(guò)±15%。
3)利用頁(yè)巖氣錄井資料判斷儲(chǔ)層，確定儲(chǔ)層孔隙度、滲透率、含氣飽和度、地層壓力、地層破裂壓力、吸附氣含氣量、游離氣含氣量等參數(shù)，以及進(jìn)行頁(yè)巖氣產(chǎn)能預(yù)測(cè)的方法，為頁(yè)巖氣錄井解釋評(píng)價(jià)提供了一條新的思路。
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本文作者：戴長(zhǎng)林 石文睿 程俊 石元會(huì) 黃強(qiáng) 趙紅燕
作者單位：中國(guó)石化集團(tuán)江漢石油管理局測(cè)錄井工程公司 長(zhǎng)江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院
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