川東鄂西頁巖氣層位優(yōu)選研究

何志祥 （中石化江漢油田分公司天然氣新區(qū)項目部，重慶404120）

趙 旭 （中國地質大學（北京）地球科學與資源學院，北京100083）

劉喬平 （中石化江漢油田分公司天然氣新區(qū)項目部，重慶404120）

黃 強 （中石化江漢石油管理局測錄井工程公司，湖北潛江433123）

川東鄂西頁巖氣層位優(yōu)選研究

何志祥 （中石化江漢油田分公司天然氣新區(qū)項目部，重慶404120）

趙 旭 （中國地質大學（北京）地球科學與資源學院，北京100083）

劉喬平 （中石化江漢油田分公司天然氣新區(qū)項目部，重慶404120）

黃 強 （中石化江漢石油管理局測錄井工程公司，湖北潛江433123）

四川盆地東部川東鄂西區(qū)常規(guī)天然氣和非常規(guī)天然氣資源豐富，隨著勘探工作的深入，在該區(qū)已有多口井在不同地層中鉆遇良好的頁巖氣顯示，并獲得工業(yè)氣流。利用雷達圖和云模型理論技術，對川東鄂西區(qū)具有不同層位頁巖氣顯示的5口井關鍵數(shù)據(jù)進行分析，優(yōu)選出了最有利的頁巖氣成藏層——侏羅系自流井組進行測試，獲得了較高的工業(yè)氣流。

川東鄂西；地層；頁巖氣；雷達圖和云模型；評價；優(yōu)選

1 川東鄂西區(qū)頁巖氣概述

川東鄂西區(qū)是指從四川盆地東部到湘鄂西一帶，構造從方斗山復背斜以東，包括石柱復向斜、齊岳山復背斜、利川復向斜和中央復背斜以及花果坪復向斜，行政區(qū)劃位于重慶市的萬州區(qū)、梁平縣、石柱土家族自治縣、以及湖北省恩施州境內。與四川盆地腹地相比，沉積地層齊全、層序完全可對比，近年來中石化在區(qū)內陸續(xù)上鉆了一批井，在侏羅系、二疊系、志留系、寒武系都發(fā)現(xiàn)頁巖氣顯示，展現(xiàn)出良好的勘探前景。

四川盆地及周緣頁巖沉積發(fā)育，主要包括6套頁巖層系，自下而上分別是古生界的下寒武統(tǒng)、上奧陶統(tǒng)、下志留統(tǒng)、下二疊統(tǒng)及中生界的上三疊統(tǒng)和中下侏羅統(tǒng)。其中中侏羅統(tǒng)自流井組泥頁巖以Ⅱ型干酪根為主，區(qū)內埋深較淺；而上三疊統(tǒng)泥頁巖主要分布于四川盆地中、西部，在盆地東部不發(fā)育；下二疊統(tǒng)吳家坪組（龍?zhí)督M）頁巖分布穩(wěn)定，區(qū)域埋深和成熟度適中；下寒武統(tǒng)、上奧陶統(tǒng)、下志留統(tǒng)頁巖厚度大，是傳統(tǒng)意義上的頁巖氣勘探主要目標，但這3套老地層在盆地東部特別是川東鄂西區(qū)普遍埋深較深，烴源巖成熟度偏高，目前還沒有工業(yè)氣流井，其勘探開發(fā)價值有待研究。

頁巖氣是主體上以吸附相和游離相同時賦存于泥巖及頁巖地層中的天然氣。前人研究認為，出于開發(fā)成本角度考慮，埋藏深度小于3500m、有機碳含量高、含氣量大的頁巖分布區(qū)是有利的勘探目標區(qū)帶。頁巖氣的勘探開發(fā)價值取決于其中游離和吸附相天然氣的含量，而頁巖中天然氣含量的高低又與頁巖地層孔隙發(fā)育程度和巖石吸附氣量密切相關。也有學者認為，頁巖氣勘探目標應是有機質和硅質含量高、裂縫發(fā)育的脆性優(yōu)質烴源巖［1～5］。

由于國內對頁巖氣的認識尚未統(tǒng)一，頁巖氣的選層評價還處于探索階段。筆者利用川東鄂西區(qū)部分頁巖氣井的地質信息，嘗試引用雷達圖和云模型理論，對不同地質時期沉積的頁巖氣層多個實鉆關鍵信息進行定量分析評價，從而實現(xiàn)頁巖氣層位優(yōu)選。

2 雷達圖和云模型理論

雷達圖和云模型是一種多元數(shù)據(jù)的圖表示和圖分析的重要方法，該方法主要通過雷達圖的數(shù)學表達和云模型的定量評價來展示有用信息，可以較準確反映頁巖氣層的多元數(shù)據(jù)特征。雷達圖是將多變量映射到單位圓上的射線（數(shù)軸）表示，用圖形的面積作為研究對象的表征函數(shù)，圖像的形狀表征研究對象的細節(jié)特征。

云是針對對象的期望值（Ex）、熵（En）、超熵（He）等3個參數(shù)，來整體表達一種定量信息。云模型方程表示為YM＝（Ex，En，He）。云模型的數(shù)字特征值把評價對象的模糊性和隨機性集中到一起，構成定性和定量相互間的映射，反映了對象定性概念和定量特性。

雷達圖和云模型理論已廣泛應用于質量分析、統(tǒng)計學等不同領域［6～8］。

3 頁巖氣層雷達圖和云模型評價優(yōu)選

3.1 評價參數(shù)選擇

正確地評價頁巖氣層，必須優(yōu)選出最能體現(xiàn)頁巖氣特點的關鍵參數(shù)。筆者通過研究確定了頁巖氣層有效厚度、氣測全烴值、后效顯示、氣層埋深、氣層孔隙度、頁巖總有機碳含量（TOC）、巖石脆度、頁巖吸附氣量8個關鍵參數(shù)，其中氣層的有效厚度、氣層氣測全烴值、氣層后效顯示和頁巖氣層埋深是實鉆過程中綜合錄井儀測量得到；氣層孔隙度通過核磁測井或錄井測定得到；頁巖有機碳含量通過地化錄井儀測定氣層巖樣得到；巖石脆度通過XRF錄井儀測定氣層巖樣中的Si含量得到；頁巖吸附氣含量通過巖心或巖屑樣實驗室測定。將此8個參數(shù)做為頁巖氣層優(yōu)選評價的關鍵基礎參數(shù)。

3.2 參數(shù)歸一化處理

由于關鍵參數(shù)中的各項指標有不同量綱，易造成各項指標之間在數(shù)值上存在差異，不利于繪制可供對比的標準雷達圖。需要對關鍵參數(shù)進行標準化處理，將優(yōu)選的8個關鍵參數(shù)轉換為均值0、方差1的量。通過參數(shù)歸一化后參數(shù)的量綱范圍是1～4，轉化標準見表1。這其中后效顯示的氣泡含量是指鉆井泥漿槽面中氣泡所占的面積百分比。巖石脆度是指巖石的脆性，用巖石樣品中Si含量做為定量依據(jù)。

表1 川東鄂西地區(qū)頁巖氣層評價關鍵參數(shù)及標準化轉換表

3.3 雷達圖和云模型制作評價

將以上8個參數(shù)作為分類（X）軸標志，刻度為線性，刻度范圍0～4；用直徑為1.5、2.5的評價圓，將雷達圖由里到外分A、B、C共3個區(qū)，分別對應差、中、好3個等級，將解釋目標層歸一化后數(shù)據(jù)按照順時針方向依次映射到雷達圖上，X軸上的點連接起來，在雷達圖版上構成一個封閉的多邊形，該多邊形區(qū)域所封閉的面積值即是解釋層的雷達覆蓋指數(shù)，在云模型評價中即為被評價對象的期望值Ex，雷達圖多邊形的面積越大，發(fā)育越飽滿，即可定性判斷頁巖層含氣性越好。

用云模型YM＝（Ex，En，He）表示，期望值Ex、熵En、超熵He等3個參數(shù)特征來表征云模型，其計算公式為：

式中，Bmax和Bmin分別為研究解釋目標層對應的雷達覆蓋指數(shù)最大值和最小值。He一般取0.1。

利用雷達覆蓋指數(shù)（期望值Ex）－隸屬度σ繪制成云模型圖，隸屬度是指被評價對象Ex出現(xiàn)的模糊概率，云模型圖橫軸為雷達覆蓋指數(shù)Ex，縱軸為隸屬度σ，云模型圖被2個標準云分割為A區(qū)（差）、B區(qū)（中等）、C區(qū)（好）3個區(qū)域，第1標準云是指半徑為1.5的雷達圖標準圓在云模型圖版上所反映的云界限，第2標準云是指半徑為2.5的雷達圖標準圓在云模型圖版上所反映的云界限。

將待評價目標層的云模型方程YM＝（Ex，En，He）按正態(tài)分布函數(shù)形式置于云模型圖上，確定所在的區(qū)域即可定量評價頁巖氣層。

圖1 頁巖評價雷達圖

3.4 雷達圖和云模型評價實例

川東鄂西XL井，頁巖氣層位于侏羅系自流井組大安寨段，評價雷達圖形態(tài)飽滿，發(fā)育對稱（圖1（a）），雷達圖覆蓋指數(shù)為19.25，云模型YM＝（19.25，1.1，0.1），待評測云模型位于第2標準云界限右側，但云模型與第2標準云有部分重合（圖2），綜合評價侏羅系自流井組大安寨段頁巖段為好頁巖氣層。2012年3月對該井大安寨段2117～2127m進行試氣，獲3.05× 104m3／d工業(yè)氣流。

川東鄂西J井，頁巖氣層位于侏羅系自流井組東岳廟段，該段頁巖層評價雷達圖形態(tài)飽滿（圖1（b）），發(fā)育對稱，雷達圖覆蓋指數(shù)為21.35，云模型YM＝（21.35，1.2，0.1），待評測云模型位于第2標準云界限右側（圖2），綜合評價J井侏羅系自流井組東岳廟段為好頁巖氣層。2011年9月，對該井東岳廟段799.00～818.00m試氣，獲2570m3／d工業(yè)氣流。

川東鄂西HY井，頁巖氣層位于志留系龍馬溪組，評價雷達圖形態(tài)不飽滿（圖1（c）），發(fā)育不對稱，雷達圖覆蓋指數(shù)為6.35，云模型YM＝（6.35，1.1，0.1），待評測云模型位于第2標準云界限左側（圖2），綜合評價志留系龍馬溪組頁巖氣層為差頁巖氣層，含氣性遠差于侏羅系自流井組。2010年10月對該井上奧陶統(tǒng)五峰組－下志留統(tǒng)龍馬溪組2139.4～2164.8m井段試氣為干層。

根據(jù)目前對川東鄂西區(qū)部分井所作雷達圖和云模型評價，含氣性最好的頁巖層是侏羅系自流井組，其次為二疊系吳家坪組，志留系龍馬溪組和寒武系石牌－水井沱組相對較差。J井和XL井完井后均獲工業(yè)氣流，證實了雷達圖和云模型評價結論的正確性。

圖2 典型井云模型識別解釋圖

4 結 語

雷達圖可以形象直觀地展示出頁巖層關鍵參數(shù)之間的關系，云模型則量化了頁巖層優(yōu)選評價指標和不確定度。通過應用雷達圖和云模型選層評價新方法，優(yōu)選出目前川東鄂西區(qū)侏羅系自流井組是頁巖氣最有利的勘探層位。隨著鉆探井數(shù)據(jù)的豐富，通過優(yōu)化參數(shù)，還能進一步提高頁巖氣選層的可靠性，對頁巖氣層以及其他具有多屬性的非常規(guī)油氣層選層具有重要的指導意義。

［1］李新景，胡素云，程克明.北美裂縫性頁巖氣勘探開發(fā)的啟示［J］.石油勘探與開發(fā)，2007，34（4）：392～400.

［2］張金川，汪宗余，聶海寬，等.頁巖氣及其勘探研究意義［J］.現(xiàn)代地質，2008，22（4）：89～93.

［3］黃強，石元會，葉應貴，等.鄂西渝東地區(qū)吳家坪組頁巖氣實鉆特征及潛力分析［J］.石油天然氣學報，2011，33（2）：108～111.

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［5］張金川，汪宗余，聶海寬，等.頁巖氣及其勘探研究意義［J］.現(xiàn)代地質，2008，22（4）：154～160.

［6］鄭惠莉，劉陳，翟丹妮.基于雷達圖的綜合評價方法［J］.南京郵電學院學報（自然科版），2001，21（2）：75～79.

［7］李德毅，孟海軍，史雪梅.隸屬云和隸屬云發(fā)生器［J］.計算機研究與發(fā)展，1995，32（6）：16～21.

［8］李偉明.多元描述統(tǒng)計方法［M］.上海：華東師范大學出版社，2001.16～58.

［編輯］宋換新

53 Shale Gas Horizon Optimization in the Eastern Sichuan and Western Hubei Area

HE Zhi－xiang，ZHAO Xu，LIU Qiao－ping，HUANG Qiang

（First Authors Address：The New Construction Project Department for Nature Gas of Jianghan Oilfield，Wanzhou 404020，Chongqing，China）

There were rich natural gas and unconventional natural gas resources in the east of Sichuan and west of Hubei of Sichuan Basin.With the deepening of oilfield development，good shale gas encountered in many wells in different strata of the region，and the industrial gas flow was obtained.By using radar map and cloud model theory and technology，key data of five Wells with shale gas in different strata in the east of Sichuan and west of Hubei are analyzed，and the most favorable shale gas accumulation layers are selected，Jurassic artesian well group is tested，high industrial gas flow is obtained.

eastern Sichuan and western Hubei；formation；shale gas；radar map and cloud model；evaluation；optimization

book=261,ebook=261

TE132.2

A

1000－9752（2012）06－0053－04

2012－04－27

中國石油化工集團公司科研項目（ZKC0410001）。

何志祥（1964－），男，1985年江漢石油學院畢業(yè)，高級工程師，現(xiàn)主要從事天然氣開發(fā)工作。