測井儲層評價方法

1、頁巖氣測井評價技術(shù)特點(diǎn)及評價方法探討3頁巖氣測井系列、解釋方法及研究方向3.1頁巖氣與其他儲層測井解釋的差異性分析(1)成藏與存儲方式不同。頁巖具自生自儲的特點(diǎn),頁巖氣主要以吸附狀態(tài)存在,游離氣較少;而常規(guī)油氣主要以游離狀態(tài)存在。(2)儲層性質(zhì)不同。頁巖氣儲層屬致密儲層,其巖性與裂縫是影響頁巖氣開發(fā)的重要因素,與常規(guī)油氣藏相比,巖石礦物組成與裂縫識別尤為重要(見表2)。(3)評價側(cè)重不同。頁巖氣儲層有機(jī)碳含量、成熟度等相關(guān)參數(shù)的評價極為關(guān)鍵;常規(guī)油氣藏主要是評價其含油氣性。(4)開采方式不同。頁巖氣儲層均需經(jīng)過壓裂改造才能開發(fā),因此對壓裂效果的預(yù)測至關(guān)重要。3.2頁巖氣測井技術(shù)系列探討(1)常

2、規(guī)測井系列。包括自然伽馬、自然電位、井徑、深淺側(cè)向電阻率、巖性密度、補(bǔ)償中子與聲波時差測井,能滿足頁巖儲層的識別要求。自然伽馬強(qiáng)度能區(qū)分含氣頁巖與普通頁巖;自然電位能劃分儲層的有效性;深淺電阻率在一定程度上能反映頁巖的含氣性;巖性密度測井能定性區(qū)分巖性;補(bǔ)償中子與聲波時差在頁巖儲層為高值。通常密度隨著頁巖氣含量的增加變小、中子與聲波時差測井隨著頁巖氣含量的增加而變大29,因此利用常規(guī)測井系列能有效地區(qū)分頁巖儲層。但該系列對于頁巖儲層礦物成分含量的計算、裂縫識別與巖石力學(xué)參數(shù)的計算等方面存在不足,常規(guī)測井系列并不能完全滿足頁巖儲層評價的要求,因此還需開展特殊測井系列的應(yīng)用。(2)特殊測井系列。應(yīng)

3、用于頁巖儲層的特殊測井系列可選擇元素俘獲能譜(ECS)測井、偶極聲波測井、聲電成像測井等。ECS元素測井可求取地層元素含量,由元素含量計算出巖石礦物成分。它所提供的豐富信息,能滿足評價地層各種性質(zhì)、獲取地層物性參數(shù)、計算黏土礦物含量、區(qū)別沉積體系、劃分沉積相帶和沉積環(huán)境、推斷成巖演化、判斷地層滲透性等的需要。偶極聲波測井能提供縱波時差、橫波時差資料,利用相關(guān)軟件可進(jìn)行各向異性分析處理,判斷水平最大地層應(yīng)力的方向,計算地層水平最大與最小地層應(yīng)力,求取巖石泊松比、楊氏模量、剪切模量、破裂壓力等重要巖石力學(xué)參數(shù),滿足巖石力學(xué)參數(shù)計算模型建立的要求,指導(dǎo)頁巖儲層的壓裂改造。聲、電成像測井具有高分辨率、

4、高井眼覆蓋率和可視性特點(diǎn),在巖性與裂縫識別、構(gòu)造特征分析方面具有良好的應(yīng)用效果。識別頁巖儲層裂縫的類型,對指導(dǎo)頁巖氣的改造、評定頁巖儲層的開發(fā)效果有著重要的意義。3.3頁巖氣測井評價技術(shù)探討(1)頁巖氣有效儲層評價技術(shù)。主要依托常規(guī)測井系列,可在一定程度上滿足頁巖氣儲層的孔隙度、滲透率、含氣飽和度的評價需要。(2)巖石力學(xué)參數(shù)評價技術(shù)。主要依托特殊測井系列與巖石物理實(shí)驗(yàn)30-31,如全波列聲波測井、偶極聲波測井等,結(jié)合巖石物理分析,建立巖石力學(xué)計算模型,計算巖石力學(xué)參數(shù),進(jìn)行壓裂效果預(yù)測與壓裂效果檢測等。(3)頁巖氣礦物成分和儲層結(jié)構(gòu)評價技術(shù)。主要依托常規(guī)測井、特殊測井組合系列及巖石物理實(shí)驗(yàn)3

5、2-34,在巖石物理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,利用巖心刻度測井技術(shù),進(jìn)行頁巖氣礦物成分分析和裂縫評價,確定頁巖礦物成分、裂縫類型,尋找高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)層。(4)綜合測井評價解釋方法。綜合利用測井、巖心、錄井等資料34,建立頁巖氣儲層參數(shù)的解釋模型,評價頁巖氣儲層的有機(jī)碳含量、有機(jī)質(zhì)成熟度、有效厚度,建立頁巖儲層的評價標(biāo)準(zhǔn)。頁巖礦物成分、儲層結(jié)構(gòu)評價、頁巖儲層標(biāo)準(zhǔn)的建立、裂縫類型識別與巖石力學(xué)參數(shù)評價等方面的研究,是下一步頁巖氣測井評價技術(shù)的重點(diǎn)。3.4頁巖氣測井技術(shù)研究方向探討中國頁巖氣儲層與國外相比,地質(zhì)條件和分布特點(diǎn)存在重大差異。相對美國,中國頁巖氣黏土含量相對較高,硅質(zhì)含量相對較低,脆性物質(zhì)較少,埋藏深度深

6、。因此,具有中國特點(diǎn)的地質(zhì)問題成為制約中國頁巖氣研究及勘探的因素之一,故美國的頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式難以復(fù)制。針對中國頁巖氣儲層的特點(diǎn),建議關(guān)注4方面的頁巖氣測井技術(shù)研究。(1)頁巖氣儲層巖石物理實(shí)驗(yàn)研究。其目的重在探索建立適合中國地質(zhì)背景的測井解釋模型,為測井解釋提供依據(jù)。主要體現(xiàn)為進(jìn)行流體及儲集空間結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)研究。著手頁巖的物性參數(shù)、阿爾奇公式參數(shù)、飽和度、儲層礦物成分、裂縫特征描述、巖石力學(xué)參數(shù)分析等。(2)頁巖礦物成分分析。其目的在于弄清頁巖儲層的礦物構(gòu)成及確定儲層巖石骨架,為孔隙度等參數(shù)計算提供依據(jù)。頁巖氣儲層為低孔隙度特低滲透率致密儲層,頁巖氣的有效開發(fā)都需經(jīng)過儲層改造,頁巖中脆性礦物成

7、分含量的高低決定了儲層改造的效果,因此,對頁巖礦物成分的有效分析,為提高頁巖氣的開發(fā)效率有著重要的意義。(3)巖石力學(xué)參數(shù)評價。其目的為水平井儲層壓裂提供參考依據(jù)。當(dāng)前普遍認(rèn)為頁巖儲層識別容易開采難。頁巖氣在儲層中主要以吸附氣存在,頁巖氣的開采主要以水平井開采技術(shù)為主。因此,側(cè)重巖石力學(xué)參數(shù)評價,可為鉆井、鉆井液及儲層改造提供其必需的參數(shù)。(4)深層頁巖氣評價技術(shù)。其研究的主要目的在于為降低中國深層頁巖氣勘探開發(fā)風(fēng)險提供技術(shù)依據(jù)。針對中國現(xiàn)狀,深層頁巖氣儲層的測井解釋技術(shù)不能完全借鑒國外成功經(jīng)驗(yàn),需加強(qiáng)成像測井、元素俘獲能譜測井在頁巖氣評價技術(shù)中的應(yīng)用,建立頁巖有效儲層研究方法、儲層產(chǎn)能評價與

8、研究方法,建立適合中國深層頁巖特點(diǎn)的測井評價技術(shù)。頁巖氣儲層參數(shù)的測井評價方法1. 引言 頁巖氣是一種賦存于富含有機(jī)質(zhì)的泥頁巖及其粉砂質(zhì)巖類夾層中的非常規(guī)天然氣資源，具有自生自儲的特性，因此頁巖氣儲層評價參數(shù)及方法與常規(guī)天然氣有著較大的區(qū)別。除了計算儲層的孔、滲、飽參數(shù)外，還需要研究評估頁巖生烴能力的總有機(jī)碳含量、熱成熟度指數(shù)等參數(shù)。地球物理測井可以連續(xù)、快速地從井中獲取地層的多種物理響應(yīng)數(shù)據(jù)，通過實(shí)驗(yàn)和理論分析研究，進(jìn)行頁巖氣儲層參數(shù)的測井評價。 2. 頁巖氣儲層測井響應(yīng)特點(diǎn) 根據(jù)頁巖氣儲層的地質(zhì)特點(diǎn)，采用能夠反映頁巖有機(jī)質(zhì)特征及氣體指示的地球物理測井方法進(jìn)行儲層識別。頁巖氣常規(guī)測井方法有井

9、徑、自然伽馬、雙側(cè)向或雙感應(yīng)、補(bǔ)償中子、補(bǔ)償聲波、巖性密度等。頁巖的礦物成分為粘土，且富含較高生烴能力的有機(jī)質(zhì)，表現(xiàn)出高到非常高的自然伽馬值和容易產(chǎn)生擴(kuò)徑的井徑曲線特征；泥質(zhì)粘土及其所含束縛水會造成較低的電阻率值，而較高豐度的有機(jī)質(zhì)及所含氣體均為高電阻率值響應(yīng)特征，因此頁巖氣儲層電阻率總體表現(xiàn)為低值，局部出現(xiàn)高值特征，雙側(cè)向或雙感應(yīng)曲線大體重合，局部亦有可能出現(xiàn)負(fù)差異甚至正差異；頁巖的主要組成為低速的粘土礦物及有機(jī)質(zhì)，因此具有較高的聲波時差值，且在含氣泥巖裂縫儲層中多有周波跳躍現(xiàn)象發(fā)生；中子測井主要反映的是含氫指數(shù)，由于頁巖的束縛水飽和度大于含氣飽和度，而水的含氫指數(shù)大于氣體的含氫指數(shù)，另外有

10、機(jī)質(zhì)中的氫含量也會使孔隙度偏大，而在頁巖氣儲集層段，中子孔隙度值顯示為低值；此外，頁巖的粘土礦物及有機(jī)質(zhì)組成具有較低的密度及光電吸收截面指數(shù)的測井響應(yīng)特征。因此含氣頁巖測井響應(yīng)特征可以歸結(jié)為“四高兩低一擴(kuò)”，即高自然伽馬、高電阻率、高聲波時差、高中子孔隙度，低密度、低光電吸收指數(shù)，和擴(kuò)徑特征。 3. 頁巖氣儲層孔滲參數(shù)計算 孔隙度和滲透率的計算是頁巖氣儲層滲透流體能力大小的度量，是頁巖氣開采中關(guān)鍵的參數(shù)。其中頁巖氣儲層孔隙度包括了基質(zhì)孔隙度和裂縫孔隙度。采用常規(guī)三孔隙度測井方法結(jié)合巖心實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，可以計算頁巖孔隙度。其計算公式為： log loglog logmes maf ma?=?

11、（1） 式中， 為孔隙度值，logmes、logma、logf分別為實(shí)測、基質(zhì)骨架、孔隙中的流體測井值，可以是聲波、中子、密度測井中的任意一種方法，由聲波測井計算得到基質(zhì)孔隙度，而由中子測井或密度測井計算得到總孔隙度。裂縫孔隙度則可以通過雙側(cè)向測井響應(yīng)值進(jìn)行估算，其計算公式為： 11 1 1 1mffLLS LLD mf wR R R R? ? ?=? ? ? ? ? ? ? （2） 式中，f為裂縫孔隙度，RLLS、RLLD、Rmf、Rw分別為淺側(cè)向、深側(cè)向、泥漿濾液、地層水的電阻率值。mf 為裂縫膠結(jié)指數(shù)。 通過巖心實(shí)驗(yàn)分析孔隙度與滲透率之間的擬合關(guān)系，即可利用測井孔隙度估算滲透率參數(shù)。而頁

12、巖氣含水飽和度的分析可以借鑒美國 Barnett 地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式： 1/ 29( )wwi md i tRSR= （3）式中，Swi為含水飽和度，為從密度孔隙度得出的估計孔隙度（99%d i d = ? ）；Rt為地層電阻率；m為巖石的膠結(jié)指數(shù)。 此外，也可以通過核磁共振測井方法得到精確度較高的孔隙度和滲透率參數(shù)計算方法。 1 11 exp( )nwNMR w wii wiTHIT =? ?= ? ? ? ? （4） 32 22( )2NMRTK = （5） 式中，NMR為核磁共振計算的孔隙度，HIw指水的含氫指數(shù)，通常等于 1；wi、T1wi分別指第 i 個孔隙水的孔隙度和縱向弛豫時間，Tw指

13、極化時間。T2、2分別為橫向弛豫時間和弛豫強(qiáng)度，為彎曲因子。 4. 頁巖氣儲層生烴能力參數(shù)計算 頁巖作為烴源巖的生烴能力評價是頁巖氣儲層測井評價的又一重要內(nèi)容，通常采用總有機(jī)碳含量（TOC）和熱成熟度指數(shù)（MI）這兩個參數(shù)來反映生烴能力。 有機(jī)質(zhì)含量是生烴強(qiáng)度的主要影響因素，隨著有機(jī)質(zhì)含量的增大，電阻率和聲波時差也會隨著變化，在有機(jī)質(zhì)含量較低層段，電阻率和密度會相互重合或平行，而在富含有機(jī)質(zhì)層段，聲波時差明顯增大，而烴類的存在，會使兩條曲線產(chǎn)生較大的分離特征。針對這一理論認(rèn)識，采用聲波時差電阻率曲線疊加計算 ，可以建立其與對應(yīng)層位 TOC 之間的回歸關(guān)系。此外，有關(guān)研究表明亦表明，自然伽馬、體

14、積密度等參數(shù)與 TOC 之間的亦呈線性相關(guān)關(guān)系，根據(jù)這些理論，可以得到測井資料預(yù)測 TOC 的有關(guān)方程式： lg lg( / ) ( )t base baseR =R R +k ? t ?t （6） 0( lg ) 10a R bTOC R? += ? （7） TOC =c ?GR +d （8） TOC =e ?DEN +f （9） 式中，GR、DEN 分別為自然伽馬、密度測井在頁巖氣儲層的平均響應(yīng)值，Rt、Rbase分別為頁巖氣儲層測量電阻率值和非烴巖電阻率基線值，t、tbase分別為頁巖氣儲層測量聲波時差值和非烴巖聲波時差基線值，R0為鏡質(zhì)反射率，a、b、c、d、e、f、k 為擬合系數(shù)。

15、當(dāng)頁巖中 TOC 達(dá)到一定指標(biāo)后，有機(jī)質(zhì)的成熟度則成為頁巖氣源巖生烴潛力的重要預(yù)測指標(biāo)，含氣頁巖的成熟度越高表明頁巖生氣量越大。定義熱成熟度指數(shù) MI，其測井方法計算公式為： 1/ 21 9 75(1 )Ni n i w iNMIS=? （10） 式中，N 為取樣深度處密度孔隙度d 9%且含水飽和度 Swi75%的數(shù)據(jù)樣本總數(shù)；n9i 為每個取樣深度的d 9%時的中子孔隙度；Sw75i為每個取樣深度的d 9%且Swi75%時的含水飽和度。頁巖氣儲層測井評價及進(jìn)展頁巖氣儲層測井系列大多數(shù)頁巖氣田均進(jìn)行了測井?dāng)?shù)據(jù)采集，以滿足頁巖氣儲層評價的需要。除了常規(guī)三組合測井外，地球化學(xué)測井在美國頁巖氣勘探中

16、是一種普遍采用的測井方式，它主要用于確定總有機(jī)碳含量和礦物、巖性。在北美，偶極聲波成像測井在探井是常規(guī)必測項(xiàng)目，以幫助刻度地震屬性。電成像測井主要用于識別裂縫和斷層，劃分頁巖層。頁巖氣儲層使用的測井系列：（）盆地大多數(shù)采用空氣鉆井，采用測井系列包括雙感應(yīng)、巖性密度、井壁中子、自然伽馬能譜、井下電視和溫度測井。（）北美 盆地泥盆系 頁巖，典型測井系列包括自然伽馬、井徑、密度、中子、巖性密度、感應(yīng)、地球化學(xué)測井。（）對于薄互層的 頁巖，測井系列包括自然伽馬、雙井徑、陣列感應(yīng)（）、中子、體積密度、自然伽馬能譜、光電吸收截面指數(shù)測井。（）墨菲石油公司等（年）根據(jù)頁巖氣儲層評價需求，提出了較為全面的頁巖

17、氣測井系列，包括自然伽馬、井徑、電阻率、密度、中子、核磁共振、陣列聲波和電聲成像測井。頁巖氣儲層測井評價及進(jìn)展頁巖氣儲層定性識別判斷含氣頁巖層美國的頁巖氣開發(fā)主要針對富含有機(jī)質(zhì)的硅質(zhì)頁巖。頁巖氣儲層的特點(diǎn)決定了其測井評價除了計算儲層有效厚度、孔隙度、滲透率、含氣飽和度外，側(cè)重點(diǎn)更在于計算總有機(jī)碳與成熟度、確定頁巖礦物成分、識別裂縫，用聲波測井資料計算巖石力學(xué)參數(shù)滿足壓裂需求。頁巖氣具有不導(dǎo)電、密度小、含氫指數(shù)低、傳播速度慢等特點(diǎn)。通常，頁巖氣層的測井響應(yīng)特征不是很明顯。與普通頁巖相比，好的頁巖氣層具有自然伽馬強(qiáng)度高、電阻率大、低補(bǔ)償中子、低地層體積密度、高聲波時差和低光電效應(yīng)等測井響應(yīng)特征。利

18、用測井曲線形態(tài)和測井曲線幅值相對大小可以快速直觀地識別頁巖氣儲層，現(xiàn)在，依據(jù)孔隙度差異識別氣層技術(shù)拓展到利用密度核磁共振孔隙度或者中子核磁共振孔隙度之間的幅度差異判別氣層。好氣層在微電阻率成像測井圖（靜態(tài)）上會出現(xiàn)氣斑或者白化現(xiàn)象，氣斑的多少與井筒中的含氣量有關(guān)可以利用或判識氣層。好氣層在地層壓力梯度上也有顯示，可以用核磁共振測井的差譜、移譜判識氣層。用中子時間推移測井下套管后最佳時間測量的中子與固井后內(nèi)測量的中子曲線重疊，利用其差值識別氣層。（年）對比了頁巖層不同鏡質(zhì)體反射率的各種測井曲線響應(yīng)特征，認(rèn)為影響測井曲線的變化：當(dāng)在范圍內(nèi)時，密度為低值，密度和中子曲線重疊，地層電阻率高值達(dá)到

19、83;；當(dāng)時，密度為高值，密度和中子曲線分開，地層電阻率非常?。ㄐ∮?#183;）（見圖）。識別黏土礦物等介紹了已用于現(xiàn)場的隨鉆三中子孔隙度測量值間的幅度差說明黏土礦物的存在。在和頁巖地層，使用過一種隨鉆測井密度中子測井儀，它有近、中、遠(yuǎn)個不同源距的中子探頭。由近探頭與遠(yuǎn)探頭、中探頭與遠(yuǎn)探頭、近探頭與中探頭的計數(shù)率比值計算出三中子孔隙度，即近遠(yuǎn)、中遠(yuǎn)、近中中子孔隙度。對三中子孔隙度進(jìn)行環(huán)境校正。在頁巖和泥質(zhì)砂巖，三中子孔隙度始終以中遠(yuǎn)中子孔隙度最大、近中中子孔隙度最小的相同幅度分離。地層中黏土礦物含量越高，中子孔隙度越大。在地層孔隙度小于時，三中子孔隙度幅度差一般小，指示黏土?xí)写蟮牟▌?。對?/p>

20、子孔隙度需要進(jìn)行黏土校正。黏土對三中子孔隙度值的影響不同，用 模擬研究人造地層中黏土對中子孔隙度值的影響。該方法利用近中、近遠(yuǎn)中子孔隙度之間的差異對近遠(yuǎn)中子孔隙度進(jìn)行黏土影響校正。校正后的中子孔隙度與密度孔隙度重疊能更好地指示頁巖氣。識別裂縫層理斷層等人指出，為了防止頁巖地層井眼垮塌，通常采用油基泥漿鉆井。微電阻率成像測井是識別裂縫最好的工具，現(xiàn)已發(fā)展到能在油基泥漿水平井中用隨鉆電阻率成像識別裂縫甚至層理、斷層，其技術(shù)已經(jīng)成熟（見圖）。評價裂縫通常用油基泥漿電阻率成像測井（）和超聲成像測井（）。頁巖氣儲層定量評價及進(jìn)展頁巖氣儲層劃分計算礦物成分和確定巖性計算孔隙度、滲透率、飽和度進(jìn)展確定總有機(jī)

21、碳（）確定頁巖熱成熟度指數(shù)（）計算儲層巖石力學(xué)參數(shù)評價裂縫及確定天然氣地質(zhì)儲量頁巖氣儲層測井評價有關(guān)問題的探討煤層氣與頁巖氣各方面的不同頁巖氣儲層特征及測井評價方法提出了從含氣頁巖識別、頁巖生烴潛力評價及含氣頁巖儲集參數(shù)評價等三方面開展頁巖氣測井評價工作。2 頁巖氣測井評價方法 頁巖的儲層特征與砂巖有很大的區(qū)別，頁巖中的天然氣既有游離態(tài)方式，又有吸附態(tài)方式。因而，頁巖氣測井評價方法與常規(guī)油氣測井評價方法相比，具有其特殊性。 2.1 含氣頁巖測井方法識別 頁巖地層有以下測井響應(yīng)：a. 一般表現(xiàn)為擴(kuò)徑；b. 自然伽瑪值高；c. 深淺測向電阻率為中、低值，隨著粉砂質(zhì)含量的增大，電阻率增大；d. 三孔

22、隙度(聲波、中子和密度)測井曲線呈高值。 含氣頁巖層段測井響應(yīng)特征為“四高兩低”特征，即高自然伽瑪值、高電阻率值、高聲波時差、高中子孔隙度、低密度、低光電效應(yīng)(圖1)。 2.2 頁巖生烴潛力測井評價 頁巖是否具有生烴潛力，與頁巖中所含的有機(jī)質(zhì)類型、豐度和熱成熟度有關(guān)。測井方法可以用于評價干酪根類型、有機(jī)質(zhì)豐度和熱成熟度。2.2.1 總有機(jī)碳含量(TOC) 干酪根一般是在放射性元素鈾(U)含量比較高的還原環(huán)境中形成的，因而它使自然伽瑪測井曲線表現(xiàn)為高值。利用自然伽瑪測井和元素俘獲能譜測井(ECS)分析鈾(U)、釷(Th)、鉀(K)等主要放射性元素的豐度，可以定量確定總有機(jī)碳含量。干酪根的密度較低

23、，通常介于0.951.05 g/cm3之間，會降低地層的體積密度。 ?lgR方法可以用于頁巖有機(jī)碳含量的計算，它是使用補(bǔ)償聲波測井曲線疊合在一條電阻率曲線上。明顯的?lgR幅度差異反應(yīng)富含有機(jī)質(zhì)烴源巖地層、含烴儲集層段和巖性差異情況29。 2.2.2 熱成熟度指標(biāo) 巖石熱成熟度指標(biāo)與鏡質(zhì)體反射率Ro有一定的相關(guān)性。在實(shí)驗(yàn)室，鏡質(zhì)體反射率是在顯微鏡下測量并進(jìn)行刻度后得到的。通過測井資料也可以對Ro進(jìn)行評估，常用中子密度重組合法進(jìn)行評價30(圖2)。 2.3 含氣頁巖儲集參數(shù)測井評價 運(yùn)用相關(guān)測井評價方法，可以對頁巖的礦物成分、孔隙度(總孔隙度、有效孔隙度、含氣孔隙度、含水孔隙度)、含水飽和度、游

24、離氣和吸附氣的含氣飽和度等儲集參數(shù)進(jìn)行估算。 2.3.1 頁巖礦物組成測井分析 依據(jù)常規(guī)測井和元素俘獲能譜測井等特殊測井能夠測定巖石中硅、鈣、鐵、硫、氯、氫等礦物元素的含量，可以獲得準(zhǔn)確的地層成分結(jié)果，包括黏土、碳酸鹽、石膏、石英、長石和云母等31。 2.3.2 頁巖孔隙度評價 補(bǔ)償聲波測井、補(bǔ)償中子測井和補(bǔ)償密度測井是評價孔隙度的方法。微電阻率掃描成像測井和核磁共振測井對天然裂縫、誘導(dǎo)縫及斷層等都有著良好的分辨能力。 2.3.3 頁巖滲透率評價 自然電位、自然伽瑪能譜、微電極和核磁共振測井可以用于頁巖滲透率評價。 2.3.4 頁巖含氣飽和度估算 頁巖儲層含氣量越高，測得的地層電阻率越大，因而

25、可以采用阿爾奇公式來估算含氣飽和度。 2.3.5 頁巖巖石力學(xué)性質(zhì)評價 根據(jù)聲波測井、中子密度和成像測井等來綜合計算巖石彈性參數(shù)(如泊松比、楊氏模量、體積模量和剪切模量等)和巖石強(qiáng)度(抗壓強(qiáng)度、抗張強(qiáng)度和初始剪切強(qiáng)度等)，確定地層應(yīng)用和最大主應(yīng)力方位32。煤層氣儲層測井評價潘和平一、煤層氣儲層測井評價系列選擇煤層氣儲層(煤層)與圍巖在巖性物性上的差別,是煤層氣測井響應(yīng)的物理基礎(chǔ),是選擇測井系列的前提。合理選擇測井系列對評價煤層氣及其儲層至關(guān)重要。目前評價煤層氣的常規(guī)測井方法包括自然電位、雙側(cè)向(或感應(yīng))、微電極、補(bǔ)償密度、自然伽馬、聲波時差、聲波全波列、中子孔隙度以及井徑測井等。其應(yīng)用方法如表

26、14,5。二、煤層的劃分、巖性識別煤層氣井的測井資料解釋,首先是識別煤層氣層,然后才是煤層氣層上儲層參數(shù)的計算,因此,同樣在煤田測井資料的解釋中,需標(biāo)定煤層(氣層),劃分巖性。煤層相對于圍巖,物理性質(zhì)差異明顯,它具有密度低(密度孔隙度高)、聲波時差大(聲波孔隙度高)、含氫量高(中子孔隙度高)、自然伽馬低、自然電位有異常(由氧化還原作用產(chǎn)生的自然電位)、電阻率高(注:煙煤、褐煤電阻率高;無煙煤的電阻率低) 等特點(diǎn)6,7。通常可以采用人工解釋的方法劃分煤層、巖性識別、或采用模式識別方法自動劃分煤層、識別巖性。利用以上所述特點(diǎn),以及相應(yīng)的測井曲線組合用于劃分煤層以及確定煤層厚度、位置,巖性識別等,一

27、般都能得到較為滿意的結(jié)果8,9。 三、煤質(zhì)參數(shù)計算煤層煤質(zhì)參數(shù)通?？捎擅簶訉?shí)驗(yàn)室分析、測井體積模型法10以及概率模型法11,12來確定。測井體積模型法利用孔隙度測井(如密度、聲波等)建立響應(yīng)方程組,采用最優(yōu)化等方法來求解方程組13,14,所求煤質(zhì)參數(shù)可為煤層開采提供依據(jù)。但是,測井體積模型法所確定的煤質(zhì)參數(shù)不能直接與煤樣實(shí)驗(yàn)室分析得出的工業(yè)分析指標(biāo)相對照11。而煤樣實(shí)驗(yàn)室分析要花費(fèi)大量的人力、資金和時間10。如果以測井體積模型法為基礎(chǔ),結(jié)合概率模型法,配合一定量的煤樣實(shí)驗(yàn)室分析資料來建立確定煤質(zhì)參數(shù)的解釋模型,則這3種確定煤質(zhì)參數(shù)的方法之間可以優(yōu)勢互補(bǔ)。煤的組成成分比較復(fù)雜,但若忽略煤中相對體

28、積含量小于1%的成分,則可以近似地把煤看成由純煤(主要包含有固定碳和揮發(fā)分)、濕灰分(主要包含不可燃燒的固體礦物和這些礦物在燃燒過程中釋放出來的揮發(fā)分)和水分3部分組成。測井體積模型法正是依據(jù)這種煤的組成成分建立等效體積模型和相應(yīng)的測井響應(yīng)方程組,并通過求解方程組得到純煤、灰分和水分的相對體積含量。顯然,測井體積模型法得到的煤質(zhì)參數(shù)與煤樣實(shí)驗(yàn)室分析得到的煤質(zhì)參數(shù)(包括固定碳、灰分、揮發(fā)分以及水分)不能簡單等同。就灰分而言,測井體積模型法中所指的是煤在原生狀態(tài)下一些不可燃燒的部分,而在煤樣實(shí)驗(yàn)室分析法中所指的是煤樣經(jīng)過燃燒后得到的殘渣,二者在成分、數(shù)值上均不一樣。雖然測井體積模型法確定的煤質(zhì)參數(shù)

29、與煤樣實(shí)驗(yàn)室分析得到的煤質(zhì)參數(shù)之間不能直接對照,但二者之間往往具有區(qū)域性的規(guī)律。為了便于兩者之間的直接對照,設(shè)煤的組成成分由固定碳、灰分、揮發(fā)分和水分4部分組成,依據(jù)該模型可以容易地寫出密度、聲波、自然伽馬響應(yīng)方程式和物質(zhì)平衡方程式15,利用該思路,建立華北地區(qū)評價煤質(zhì)參數(shù)的解釋模型,并對華北7口井煤層井段進(jìn)行了解釋,實(shí)例解釋結(jié)果表明:模型估算的碳分含量與煤樣實(shí)驗(yàn)室分析的碳分含量之間的誤差非常小,其相對誤差小于5%;估算的灰分量與煤樣實(shí)驗(yàn)室分析的灰分含量的一致性較好,尤其是當(dāng)灰分含量小于30%時,兩者之間的誤差非常小,經(jīng)過計算,其相對誤差小于10%。四、裂縫孔隙度及裂縫滲透率煤巖中既有在沉積成

30、煤過程中形成的原生孔隙,又有成煤后受構(gòu)造破壞所形成的次生孔隙。其孔隙類型和連通程度變化很大,它們互相組合形成裂隙性多孔隙介質(zhì),為瓦斯的儲存和滲流提供了空間和通道。煤巖孔隙發(fā)育特征主要受煤的變質(zhì)程度、煤巖組分及成煤植物、后期構(gòu)造破壞程度等因素控制,其中,后期構(gòu)造破壞在煤層中形成大量割理和微裂隙,增大了煤巖的孔隙性其孔隙發(fā)育以微裂隙為主16,17。煤層的雙重孔隙中,裂縫孔隙度可采用深、淺側(cè)向測井曲線值計算,其計算方法如下3,18,19: f=1RLLS-1RLLD1Rmf-1Rw1mf式中:RLLS、RLLD分別為淺側(cè)向、深側(cè)向電阻率;Rmf、Rw分別為泥漿濾液電阻率和地層水電阻率;mf為裂縫孔隙

31、度指數(shù);為總孔隙度,=b+f;b為基質(zhì)孔隙度,可以采用孔隙度測井方法求得;f為裂縫孔隙度。煤層裂縫由層面裂和層間裂縫組成,其公式為:hf=C/ 4Cm式中:C= CLLS- CLLD;CLLS、CLLD、Cm分別為淺側(cè)向、深側(cè)向、泥漿電導(dǎo)率,(·m)- 1。估算裂縫空間由公式hm= hf/f計算。所以裂縫滲透率(K)為18,19:K= A× 8.33× 106× hf/ hm式中:A為比例因子。五、煤層氣含量煤層甲烷在煤儲層中的儲集及滲流與常規(guī)儲層中的天然氣大不相同,其影響因素多樣而復(fù)雜。影響煤層含氣量的主要因素是煤階、壓力(埋深)、煤層厚度、礦物質(zhì)含量

32、、煤層滲透率等因素有關(guān)。煤層含氣量隨著煤階的增加而增加,在同樣溫度和壓力(深度)條件下,高煤階吸附甲烷能力明顯高于低煤階的吸附能力。煤層含氣量隨著隨礦物質(zhì)含量的增加而減小,如隨灰分含量的增加而減小。煤層含氣量隨著煤層水分含量的增加而減小。煤層含氣量隨微孔隙和裂隙的增加而增加。20,21煤層甲烷呈3種狀態(tài)存在于煤中,雖然煤層中的基質(zhì)孔隙的作用于常規(guī)雙重孔隙儲集層中的基質(zhì)孔隙的作用相同,但它們之間存在兩點(diǎn)區(qū)別。第一點(diǎn)區(qū)別是:儲貯在常規(guī)雙重孔隙儲集層基質(zhì)孔隙中的氣是自由氣;而煤層中的氣主要吸附在基質(zhì)孔隙的內(nèi)表面,是吸附氣。在初始狀態(tài)下,煤層孔隙中的自由氣的含氣飽和度小于10%。第二點(diǎn)區(qū)別是:由于煤層

33、的基質(zhì)微孔直徑很小(一般小于2 mm),所以煤層中的氣體主要通過基質(zhì)孔隙來擴(kuò)散3。在較多情況下,煤層埋藏的深度足夠大時,煤在煤化過程中甲烷才不致于流失。因此煤層氣含量在一定程度上取決于煤層的埋深。另外既然煤層甲烷吸附在基質(zhì)孔隙的表面,那么微孔隙的數(shù)量與甲烷的總量密切相關(guān),而微孔隙的數(shù)量與固定碳和灰分校正量又密切相關(guān)。據(jù)上所述,可利用煤質(zhì)分析和解吸測定等資料,建立方程式來評估煤層含氣量。確定煤層含氣量的重要方法之一是基于氣體在固體表面吸附的特性,由Langmuir實(shí)驗(yàn)定律。煤對甲烷的吸附能力與溫度和壓力有關(guān):當(dāng)溫度一定時,隨壓力升高吸附量增大,當(dāng)達(dá)到一定高的壓力時,煤的吸附能力達(dá)到飽和,再增加壓

34、力,吸附量也不再增加。煤的上述吸附特征一般用方程描述,即22Q= VLpp/(pp+ pL)式中:Q為一定壓力下,煤吸附氣體的量,m3/t;pp表示壓力,MPa;VL表示Langmuir體積,m3/t;pL表示Langmuir壓力,MPa。另外,有一些作者利用非線性理論,預(yù)測煤層氣含氣量23 25。煤層氣儲層測井評價方法研究煤層氣儲層參數(shù)測井評價方法及相關(guān)問題探討煤層氣儲層測井評價方法主要有兩方面的內(nèi)容：一是定性識別煤層氣儲層的方法；二是定量解釋煤層氣儲層參數(shù)的方法3.1.1判斷含氣頁巖層美國的頁巖氣開發(fā)主要針對富含有機(jī)質(zhì)的硅質(zhì)頁巖。頁巖氣儲層的特點(diǎn)決定了其測井評價除了計算儲層有效厚度、孔隙度

35、、滲透率、含氣飽和度外，側(cè)重點(diǎn)更在于計算總有機(jī)碳與成熟度、確定頁巖礦物成分、識別裂縫，用聲波測井資料計算巖石力學(xué)參數(shù)滿足壓裂需求。頁巖氣具有不導(dǎo)電、密度小、含氫指數(shù)低、傳播速度慢等特點(diǎn)。通常，頁巖氣層的測井響應(yīng)特征不是很明顯。與普通頁巖相比，好的頁巖氣層具有自然伽馬強(qiáng)度高、電阻率大、低補(bǔ)償中子、低地層體積密度、高聲波時差和低光電效應(yīng)等測井響應(yīng)特征。利用測井曲線形態(tài)和測井曲線幅值相對大小可以快速直觀地識別頁巖氣儲層，現(xiàn)在，依據(jù)孔隙度差異識別氣層技術(shù)拓展到利用密度核磁共振孔隙度或者中子核磁共振孔隙度之間的幅度差異判別氣層。好氣層在微電阻率成像測井圖（靜態(tài)）上會出現(xiàn)氣斑或者白化現(xiàn)象，氣斑的多少與井筒

36、中的含氣量有關(guān)?？梢岳没蚺凶R氣層。好氣層在地層壓力梯度上也有顯示，可以用核磁共振測井的差譜、移譜判識氣層。用中子時間推移測井下套管后最佳時間測量的中子與固井后內(nèi)測量的中子曲線重疊，利用其差值識別氣層。Miller（2010年）10對比了頁巖層不同鏡質(zhì)體反射率的各種測井曲線響應(yīng)特征，認(rèn)為影響測井曲線的變化：當(dāng)在1.8-2.0范圍內(nèi)時，密度為低值，密度和中子曲線重疊，地層電阻率高值達(dá)到100·；當(dāng)4.5時，密度為高值，密度和中子曲線分開，地層電阻率非常小（小于·）（見圖3-）。圖3-1 頁巖層不同鏡質(zhì)體反射率的各種測井曲線響應(yīng)特征3.1.2識別黏土礦物等介紹了已用于現(xiàn)場的隨鉆

37、三中子孔隙度測量值間的幅度差說明黏土礦物的存在。在和頁巖地層，使用過一種隨鉆測井密度中子測井儀，它有近、中、遠(yuǎn)個不同源距的中子探頭。由近探頭與遠(yuǎn)探頭、中探頭與遠(yuǎn)探頭、近探頭與中探頭的計數(shù)率比值計算出三中子孔隙度，即近遠(yuǎn)、中遠(yuǎn)、近中中子孔隙度。對三中子孔隙度進(jìn)行環(huán)境校正。在頁巖和泥質(zhì)砂巖，三中子孔隙度始終以中遠(yuǎn)中子孔隙度最大、近中中子孔隙度最小的相同幅度分離。地層中黏土礦物含量越高，中子孔隙度越大。在地層孔隙度小于時，三中子孔隙度幅度差一般小，指示黏土?xí)写蟮牟▌?。對中子孔隙度需要進(jìn)行黏土校正。黏土對三中子孔隙度值的影響不同，用 模擬研究人造地層中黏土對中子孔隙度值的影響。該方法利用近中、近遠(yuǎn)中

38、子孔隙度之間的差異對近遠(yuǎn)中子孔隙度進(jìn)行黏土影響校正。校正后的中子孔隙度與密度孔隙度重疊能更好地指示頁巖氣。3.1.3識別裂縫層理斷層等人指出，為了防止頁巖地層井眼垮塌，通常采用油基泥漿鉆井。微電阻率成像測井是識別裂縫最好的工具，現(xiàn)已發(fā)展到能在油基泥漿水平井中用隨鉆電阻率成像識別裂縫甚至層理、斷層，其技術(shù)已經(jīng)成熟（見圖3-）。評價裂縫通常用油基泥漿電阻率成像測井（）和超聲成像測井（）。圖3-2 利用隨鉆成像測井識別天然裂縫和鉆井誘導(dǎo)裂縫3.2頁巖氣儲層定量評價3.1 頁巖氣儲層定性識別3.1.1 含氣頁巖測井方法識別頁巖地層有以下測井響應(yīng)：a. 一般表現(xiàn)為擴(kuò)徑；b. 自然伽瑪值高；c. 深淺測向

39、電阻率為中、低值，隨著粉砂質(zhì)含量的增大，電阻率增大；d. 三孔隙度(聲波、中子和密度)測井曲線呈高值。 含氣頁巖層段測井響應(yīng)特征為“四高兩低”特征，即高自然伽瑪值、高電阻率值、高聲波時差、高中子孔隙度、低密度、低光電效應(yīng)(圖3-1)。圖3-1 頁巖氣儲層測井曲線3.1.2頁巖生烴潛力測井評價 頁巖是否具有生烴潛力，與頁巖中所含的有機(jī)質(zhì)類型、豐度和熱成熟度有關(guān)。測井方法可以用于評價干酪根類型、有機(jī)質(zhì)豐度和熱成熟度。一、 總有機(jī)碳含量(TOC) 干酪根一般是在放射性元素鈾(U)含量比較高的還原環(huán)境中形成的，因而它使自然伽瑪測井曲線表現(xiàn)為高值。利用自然伽瑪測井和元素俘獲能譜測井(ECS)分析鈾(U)

40、、釷(Th)、鉀(K)等主要放射性元素的豐度，可以定量確定總有機(jī)碳含量。干酪根的密度較低，通常介于0.951.05 g/cm3之間，會降低地層的體積密度。 lgR方法可以用于頁巖有機(jī)碳含量的計算，它是使用補(bǔ)償聲波測井曲線疊合在一條電阻率曲線上。明顯的?lgR幅度差異反應(yīng)富含有機(jī)質(zhì)烴源巖地層、含烴儲集層段和巖性差異情況29。二、熱成熟度指標(biāo) 巖石熱成熟度指標(biāo)與鏡質(zhì)體反射率Ro有一定的相關(guān)性。在實(shí)驗(yàn)室，鏡質(zhì)體反射率是在顯微鏡下測量并進(jìn)行刻度后得到的。通過測井資料也可以對Ro進(jìn)行評估，常用中子密度重組合法進(jìn)行評價30(圖3-2)。圖3-2 中子密度測井組合方法指示Ro3.1.3含氣頁巖儲集參數(shù)測井評

41、價運(yùn)用相關(guān)測井評價方法，可以對頁巖的礦物成分、孔隙度(總孔隙度、有效孔隙度、含氣孔隙度、含水孔隙度)、含水飽和度、游離氣和吸附氣的含氣飽和度等儲集參數(shù)進(jìn)行估算。一、頁巖礦物組成測井分析依據(jù)常規(guī)測井和元素俘獲能譜測井等特殊測井能夠測定巖石中硅、鈣、鐵、硫、氯、氫等礦物元素的含量，可以獲得準(zhǔn)確的地層成分結(jié)果，包括黏土、碳酸鹽、石膏、石英、長石和云母等31。二、頁巖孔隙度評價補(bǔ)償聲波測井、補(bǔ)償中子測井和補(bǔ)償密度測井是評價孔隙度的方法。微電阻率掃描成像測井和核磁共振測井對天然裂縫、誘導(dǎo)縫及斷層等都有著良好的分辨能力。三、頁巖滲透率評價自然電位、自然伽瑪能譜、微電極和核磁共振測井可以用于頁巖滲透率評價。四、頁巖含氣飽和度估算頁巖儲層含氣量越高，測得的地層電阻率越大，因而可以采用阿爾奇公式來估算含氣飽和度。五、頁巖巖石力學(xué)性質(zhì)評價根據(jù)聲波測井、中子密度和成像測井等來綜合計算巖石彈性參數(shù)(如泊松比、楊氏模量、體積模量和剪切模量等)和巖石強(qiáng)度(抗壓強(qiáng)度、抗張強(qiáng)度和初始剪切強(qiáng)度等)，確定地層應(yīng)用和最大主應(yīng)