頁巖氣層多參數定量評價范文

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《錄井工程雜志》2015年第一期

1多參數定量類比評價方法

進行頁巖氣多參數定量類比評價的關鍵是：首先選擇同一地區或不同地區已有試油氣結論的典型頁巖氣層作為參照層，而后將確定為符合頁巖氣特征的地層與參照層進行參數的對比，以此為基礎，通過系列參數運算與相關參數的交會分析，分別求得類比評價指數和相關系數的平方，進而應用類比評價指數與相關系數的平方評價頁巖氣層。解釋評價流程如圖1所示。

1.1評價參數同一地區主要以能反映頁巖氣層特征的錄井、測井獲得的總有機碳含量（Cto）、孔隙度（）、全烴（Tg）或甲烷含量（C1）、總含氣量（Gt）、含氣飽和度（Sg）、脆性礦物含量（Bt）、頁巖層厚度（H）7個參數為基礎，不同地區應適當增加鉆時（t）和地層壓力梯度（Gp）兩項參數，進行待評價層與參照層的對比與相關分析，分別求得類比評價指數和相關系數平方。頁巖氣層與常規儲集層評價的主要不同之處是增加了總含氣量和脆性礦物含量兩項參數。頁巖總含氣量通常指頁巖游離氣含量與吸附氣含量之和，其大小直接影響頁巖氣井產能、累計產量和氣井壽命，是頁巖氣勘探選區和儲集層評價的一項重要指標。頁巖總含氣量（Gt）為地層條件下每噸巖石中所含天然氣折算到地面標準溫度（25℃）和壓力（0．1013MPa）條件下的天然氣總量，包括甲烷和其他烴類與非烴類氣體，計量單位通常為m3／t。頁巖總含氣量與游離氣和吸附氣含量的關系式及其相關計算公式如下。脆性礦物含量增加有利于后期頁巖氣層改造，富含石英或者碳酸鹽巖等脆性物質的有利于在外力作用下形成天然裂縫和復雜網絡裂縫，因此反映礦物脆性物質的含量，即脆性礦物含量，可作為頁巖氣評價的一項重要指標。

1.1.1類比評價指數（1）計算類比評價值類比評價值為待評價層參數與參照層對應參數的比值。同一地區，在確定具有典型頁巖氣層地質特征的參照層之后，可選取該參照層的7個評價參數與該地區的待評價層進行對比；而在某一地區的待評價井屬于先導探井而無合適的參照層可選的情況下，可選擇不同地區的具有相同地質特征的典型頁巖氣層作為參照層，進行層間相應對比，除進行7個評價參數對比外，還需增加鉆時和地層壓力梯度兩項參數的對比。以同一地區待評價層與參照層參數對比為例，基礎評價7個參數分別為總有機碳含量、孔隙度、全烴含量、總含氣量、含氣飽和度、脆性礦物含量和頁巖厚度，根據對應的基礎評價參數可分別求取其類比評價值。若將待評價層的參數歸為第2類、參照層為第1類、某項參數的類比評價值用I表示。針對同一地區，分別以上述參照層和待評價層的7個基礎參數（不同地區增加鉆時和地層壓力梯度參數）為橫坐標、其值大小為縱坐標，為了便于比較，可分別將數據偏小的、Cto、Tg、Gt參數放大10倍（圖2）。據此，通過目測觀察對比可看出兩層的相似性及差異性，初步直觀定性評價待評價層的含氣性。（2）計算類比評價指數類比評價指數（Ia）選用幾何平均數表示（即n個變量值連乘積的n次方根），適用于計量單位不統一的各類值的平均值。選用7個參數變量時n＝7（適用于同一地區），不同地區則為9個參數。

1.1.2相關系數的平方以參照層7個解釋參數值為橫軸，待評價層解釋參數值為縱軸，均選用線性刻度，繪制多參數相關性判別圖板（圖3），通過線性回歸分析，得出線性相關方程及相關系數的平方（r2）。

1.2頁巖氣層解釋評價

1.2.1參照層與待評價層選擇（1）同一地區參照層與待評價層選擇對于四川盆地建南地區頁巖氣層評價而言，參照井選為該盆地石柱復向斜建南構造頁巖氣標準井J11井，該井區是中石化首個實現頁巖氣商業開發的區塊，將該井經試氣證實具有頁巖氣工業產能的侏羅系東岳廟段作為參照層，待評價層選擇該區經試氣證實的頁巖氣層分別為2口井各2層氣層和1口井3層含氣層。對于四川盆地涪陵地區頁巖氣層評價而言，參照井選擇該盆地涪陵頁巖氣田焦石壩構造JY1井，該井在涪陵頁巖氣田焦石壩區塊的頁巖氣勘探獲重大突破，將該井經試氣證實具有頁巖氣高產工業價值的志留系龍馬溪組－奧陶系五峰組作為參照層，待評價層選擇該區經試氣證實的13口井13層氣層。（2）不同地區參照層與待評價層選擇對于四川盆地涪陵焦石壩地區頁巖氣層評價而言，參照層選擇建南構造J11井侏羅系東岳廟段頁巖氣層，待評價層選擇焦石壩構造經試氣證實的6口井6層氣層。對于湘鄂西地區頁巖氣層評價而言，參照層分別選擇建南地區J11井和涪陵地區JY1井頁巖氣層，待評價層選擇湘鄂西地區經試氣證實的志留系龍馬溪組－奧陶系五峰組的2口井各2層含氣層。

1.2.2建立圖板通過對上述24口井30層試氣結論分別為氣層和含氣層的類比評價值、評價指數和相關系數平方的計算與分析，形成了類比評價指數（Ia）與相關系數平方（r2）的交會圖板（圖4）。據此，統計分析得出的評價標準為：交會點落在Ⅰ區為氣層，相關系數平方≥0．5，類比評價指數≥0．8，試氣能獲得工業氣流；落在Ⅱ區為含氣層，試氣不能獲得工業氣流，相關系數平方＜0．5，或類比評價指數＜0．8。

2應用分析

多參數定量類比評價方法在四川盆地涪陵頁巖氣田及周緣地區20多口井進行了生產應用，評價結果為氣層的經試氣均獲得了工業氣流，符合率達到90％以上，解釋精度得到大幅度提高，表明該方法可以作為一種有效的頁巖氣層錄井、測井多參數定量評價方法。

2.1焦石壩區塊JY2井JY2井是中揚子地區四川盆地涪陵頁巖氣田焦石壩地區頁巖氣預探井。該井導眼井井段志留系龍馬溪組下部－奧陶系五峰組2477．0～2575．0m井段，厚98．0m，巖性主要為頁巖、碳質頁巖，全烴由基值0．10％上升到4．30％，該井段總有機碳含量平均2．23％。依據氣測顯示、鉆時和測井自然伽馬、密度曲線等將該層劃分為頁巖氣層。選擇該區具有代表性且經試氣證實的JY1井志留系龍馬溪組下部－奧陶系五峰組2326．0～2415．0m井段為參照層，該井為側鉆水平井，水平段長1008m，分15段壓裂試氣，產天然氣21．3×104m3／d。解釋參數分別為孔隙度5．2％、總有機碳含量2．52％、全烴2．03％、總含氣量2．99m3／t、含氣飽和度80．0％、脆性礦物含量60．0％、頁巖厚度89．0m。待評價JY2井該頁巖異常顯示井段解釋參數分別為孔隙度5．7％、總有機碳含量2．23％、全烴4．30％、總含氣量2．99m3／t、含氣飽和度82．0％、脆性礦物含量60．0％、頁巖厚度98．0m。以JY1井2326．0～2415．0m井段為參照層、JY2井2477．0～2575．0m井段為待評價層，分別根據兩層的基礎參數作多參數類比評價直方圖（圖5）。可以看出，待評價層孔隙度、全烴、含氣飽和度、厚度與參照層相比略高，而總有機碳含量與參照層相比略低，脆性礦物含量、總含氣量與參照層數據一致。據此，初步認為待評價層為氣層的可能性較大。根據類比評價值計算方法，首先計算該評價層與參照層對比的類比評價值；然后依據類比評價指數計算公式，得出該值（Ia）為1．13；最后將評價層與參照層的各基礎分析參數值分別對應點繪到交會（圖6）中進行相關性分析，得出相關系數平方（r2）為0．90。據此，再分別將類比評價指數和相關系數平方分別點繪到定量類比指數與相關系數平方的交會圖板（圖4）上，該解釋點落在氣層區Ⅰ區，解釋為氣層。針對該井段的中下部2550．0～2568．0m井段進行了水平井側鉆，水平段長1500．0m，分20段壓裂試氣，產天然氣35．0×104m3／d，解釋結論與試氣結果相符。

2.2湘鄂西區塊利川復向斜LY1井LY1井是中揚子湘鄂西褶皺帶利川復向斜的頁巖氣預探井，在志留系龍馬溪組－五峰組2782．0～2822．5m井段，厚40．5m，巖性主要為頁巖、泥巖，全烴由基值0．01％上升到0．10％，該井段總有機碳含量平均2．70％。依據氣測顯示、總有機碳含量和測井自然伽馬、密度曲線等將該層劃分為頁巖氣層。同樣選擇上述JY1井為參照層，雖然JY1井和LY1井不屬同一地區，但兩井頁巖氣層具有相似的地質特征，在此條件下未考慮增加鉆時和地層壓力梯度基礎參數進行類比。參照層解釋參數分別為孔隙度5．2％、總有機碳含量2．52％、全烴2．03％、總含氣量2．99m3／t、含氣飽和度80．0％、脆性礦物含量60．0％、頁巖厚度89．0m。待評價井LY1井該頁巖異常顯示井段解釋參數分別為：孔隙度3．00％、總有機碳含量2．70％、全烴0．08％、總含氣量0．50m3／t、含氣飽和度10．0％、脆性礦物含量60．0％、頁巖厚度40．5m。以JY1井2326．0～2415．0m井段為參照層、LY1井2782．0～2822．5m井段為待評價層，分別根據兩層基礎參數作多參數類比評價直方圖（圖7）。可以看出，待評價層總有機碳含量稍高于參照層，脆性礦物含量與參照層幾乎相等，其余解釋參數值均低于參照層。據此，初步認為待評價層為氣層的可能性較小。根據類比評價值計算方法，首先計算該評價層與參照層對比的類比評價值；然后依據類比評價指數計算公式，得出該值（Ia）為0．32；最后將評價層與參照層的各基礎分析參數值分別對應點繪到交會圖（圖8）中進行相關性分析，得出相關系數平方（r2）為0．24。據此，再分別將類比評價指數和相關系數平方繪到定量類比評價指數與相關系數平方的交會圖板（圖4）上，該解釋點落到含氣層區（Ⅱ區）解釋為含氣層。完井后對該井段進行大型壓裂試氣，結果無產能。解釋結論與試氣結果相符。

3結論

①針對目前頁巖氣錄井、測井解釋方法和手段相對單一，解釋結果存在多解性、甚至相互矛盾的現狀，本文引入了多參數定量類比評價概念。在此基礎上，明確了類比評價值、評價指數與類比評價相關系數平方的求取方法。②以類比評價相關系數平方為橫坐標、類比評價指數為縱坐標，通過涪陵頁巖氣田多口頁巖氣層的統計分析，結合試油氣結果，建立了多參數錄井、測井定量類比評價方法，為頁巖氣層與含氣層的解釋評價提供了一種全新的定量化方法。應用實踐表明，該方法適用范圍廣、效果好，可有效解決頁巖氣層解釋評價困難的問題。

作者：趙紅燕葉應貴石元會陳曦單位：中石化江漢石油工程有限公司測錄井公司