川南下志留統(tǒng)龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁巖識別與評價

周維娜 胡華偉 熊亮 康保平 何顯莉 付曉寧

摘 要：川南地區(qū)龍馬溪組頁巖氣勘探開發(fā)潛力大，但頁巖儲層的低孔、特低滲性導(dǎo)致其測井響應(yīng)變化較弱。在川南地區(qū)龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁巖的測井響應(yīng)特征上，建立了直觀、有效、快速識別優(yōu)質(zhì)頁巖的方法：曲線重疊法、雷達(dá)圖法、聚類分析法，建立了礦物組分、TOC、孔隙度、脆性等頁巖參數(shù)的測井計算模型，對川南頁巖氣儲層進(jìn)行了綜合分類評價，應(yīng)用效果良好。

關(guān)鍵詞：川南地區(qū)；龍馬溪組；優(yōu)質(zhì)頁巖；快速識別；綜合分類評價

四川盆地是國內(nèi)頁巖氣資源最豐富的地區(qū)[ 1 ]。近年來川南油氣勘探也展示了巨大的勘探開發(fā)潛力，但頁巖氣儲層含氣測井響應(yīng)變化較弱，為此，建立一套快速、有效識別和評價優(yōu)質(zhì)頁巖氣儲層的測井方法。

1 識別優(yōu)質(zhì)頁巖儲層的方法

1.1 優(yōu)質(zhì)頁巖測井相應(yīng)特征

川南龍馬溪組下部巖性為灰黑色、黑色碳質(zhì)頁巖，向上顏色逐漸變淺為深灰色、灰色頁巖。勘探實踐表明：優(yōu)質(zhì)頁巖具有“三高兩低（高伽馬、高聲波、高電阻、低密度、較低中子）”的測井響應(yīng)特征（圖1）。據(jù)川南優(yōu)質(zhì)頁巖測井相應(yīng)特征及地化等資料，采用了曲線疊合法、雷達(dá)圖法和聚類分析法。

1.2 識別優(yōu)質(zhì)頁巖儲層的測井方法

1.2.1曲線重疊法

曲線重疊法是將伽馬、密度、中子三條曲線重疊來判別優(yōu)質(zhì)頁巖發(fā)育段，疊合面積越大，含氣指示性越好（圖1）。此法簡單快速，效果直觀，適合于定性-半定量判別優(yōu)質(zhì)頁巖層段。

1.2.2雷達(dá)圖法

該法較為直觀地確定井剖面地層巖性，識別儲層流體，適用于對更多屬性特征進(jìn)行表征。優(yōu)質(zhì)頁巖為典型的“五角星”形，普通頁巖由于有機質(zhì)豐度低，有機孔相對不發(fā)育，含氣量低，“挖掘效應(yīng)”不明顯，造成其為“倉”形，二者形狀和面積差異較大，容易區(qū)分（圖2），適合于半定量判別優(yōu)質(zhì)頁巖層段。

1.2.3聚類分析法

聚類分析法是研究“物以類聚”的一種數(shù)理統(tǒng)計的方法[ 2 ]。K-means聚類是基于距離的聚類算法。為了提高計算速度及客觀反映地層差異，本文結(jié)合了K-means聚類法和層次聚類法，既能快速識別，還能定性、定量判別優(yōu)質(zhì)頁巖儲層。井段3565～3587.5m為優(yōu)質(zhì)頁巖段，與巖心實測及測井參數(shù)計算結(jié)果一致（圖3）。

3 評價優(yōu)質(zhì)頁巖儲層的測井方法

在識別優(yōu)質(zhì)頁巖氣儲層的基礎(chǔ)上，利用儲層的總有機碳含量、含氣量、物性和可壓裂性來綜合評價優(yōu)質(zhì)儲層。

3.1 有機碳含量

有機碳含量反映頁巖的生烴能力，是頁巖評價中的重要指標(biāo)。結(jié)合川南地區(qū)多口取心井巖心數(shù)據(jù)，采用了兩種方法：1）密度法；2）多元線性回歸法來計算TOC。密度法計算結(jié)果相關(guān)系數(shù)為0.65（圖3）。伽馬及三孔隙度曲線進(jìn)行多元線性回歸，相關(guān)系數(shù)為0.73（圖3）。

3.2 孔隙度

頁巖總孔隙由束縛水孔隙與可動流體孔隙組成，可動流體孔隙由有機孔隙和碎屑孔縫組成。

川南頁巖儲層采用了兩種方法計算孔隙度：

1）最優(yōu)化多礦物模型，有ECS測井資料的井利用最優(yōu)化技術(shù)將各種測井響應(yīng)方程聯(lián)立求解并尋優(yōu)，得到頁巖礦物組分、流體體積及孔隙度[ 3 ]。

2）基于常規(guī)測井資料的多元線性回歸法。與巖心實測較為吻合，相關(guān)系數(shù)為0.65（圖3）。

3.3 含氣量

頁巖氣包含游離氣和吸附氣。游離氣含氣量即指在孔隙度和裂縫中天然氣。采用通用計算公式為：

吸附氣主要取決于地層壓力、地層溫度，計算采用蘭格繆爾方程。必要時還需對頁巖儲層中TOC含量、地層壓力、成熟度進(jìn)行校正。

游離氣和吸附氣的和即為總含氣量。測井計算的含氣量結(jié)果表明含氣層段為4.05 m3/t（圖3右起第4列）。

3.4 巖石礦物組分

川南龍馬溪組頁巖礦物成分復(fù)雜，含有粘土礦物、石英、長石、方解石、白云石、黃鐵礦等。

通過剝譜分析得到Si、Ca、Fe、S、Ti、Gd等元素含量，利用氧化物閉合模型確定巖石中礦物的含量，獲得包括總粘土、總碳酸巖、黃鐵礦、石膏以及石英、長石等物質(zhì)成分的精確評估（圖3）。

3.5 巖石脆性指數(shù)

巖石脆性指數(shù)是影響頁巖可壓裂性最重要的因素，脆性指數(shù)可表示壓裂的難易程度[ 3 ]。采用了兩種方法來計算巖石脆性指數(shù)，一種是利用偶極橫波提取出縱橫波速度計算出泊松比（反映巖石破裂的能力）和楊氏模量（反映壓裂后保持裂縫的能力）。泊松比越低，楊氏模量越高，巖石脆性指數(shù)越高，計算公式如下。值得注意的是，需要通過巖心分析資料將測井計算的動態(tài)彈性模量轉(zhuǎn)換成巖石靜態(tài)彈性模量。

第二種是用巖石脆性礦物組分來評價脆性指數(shù)。有ECS測井資料的情況下，運用ELANPLUS模塊進(jìn)行定量計算能夠得到脆性礦物成分。

結(jié)果表明川南龍馬溪組頁巖在優(yōu)質(zhì)頁巖段具有高的脆性，易壓裂（如圖3）。

4 綜合評價及應(yīng)用效果

4.1 綜合評價

在優(yōu)質(zhì)頁巖氣儲層識別的基礎(chǔ)上，應(yīng)用總有機碳含量、含氣量、物性和可壓裂性綜合評價頁巖儲層。

對川南地區(qū)VX1井龍馬溪組優(yōu)質(zhì)儲層進(jìn)行了評價，結(jié)果表明： VX1井龍馬溪組下部連續(xù)26.5m頁巖層具有高TOC、高孔隙度、高含氣量、高脆性、低粘土等特點，測井評價均達(dá)到Ⅱ類及以上，為頁巖氣開采的有利層段（表1）。

4.2 應(yīng)用效果

VX1井龍馬溪組下部頁巖氣開采的有利層段完井后測試獲產(chǎn)近18萬方，佐證了該套優(yōu)質(zhì)頁巖儲層識別和評價技術(shù)有效性和實用性。

5 結(jié)論與認(rèn)識

1）在川南龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁巖“三高兩低”的測井響應(yīng)特征基礎(chǔ)上，建立了一套利用曲線疊合法、雷達(dá)圖法、聚類分析法快速、直觀、有效地識別川南頁巖氣優(yōu)質(zhì)頁巖儲層的測井技術(shù)方法。

2）應(yīng)用頁巖有機碳含量、孔隙度、含氣量、礦物組分、脆性指數(shù)等建立了一套綜合評價川南地區(qū)龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁巖儲層的測井技術(shù)方法，在川南海相龍馬溪組頁巖應(yīng)用效果良好。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李建忠，董大忠等.中國頁巖氣資源前景與戰(zhàn)略地位[J].天然氣工業(yè)，2009，29（5）：11-16.

[2] 葉海軍.模糊聚類分析技術(shù)及其應(yīng)用研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2006：26-45.

[3] 李慶輝，陳勉等.頁巖氣儲層巖石力學(xué)特性及脆性評價[J].石油鉆探技術(shù)，2012，40（4）：17-22.