頁巖油氣資源評價的關(guān)鍵參數(shù)及方法

1、頁巖油氣資源評價的關(guān)鍵參數(shù)及方法摘要：近幾年來，隨著國內(nèi)水平鉆井技術(shù)和壓裂技術(shù)的不斷發(fā)展，頁巖油氣資源勘探開發(fā)持續(xù)快速升溫，因此，建立實(shí)際有效的頁巖油氣資源的評價標(biāo)準(zhǔn)是勘探開發(fā)的前提和基礎(chǔ)。根據(jù)頁巖油氣發(fā)育條件及富集機(jī)理，結(jié)合油氣資源評價方法的基本原則，建立把測井資料與地化分析相結(jié)合的頁巖油氣資源的評價體系。關(guān)鍵字：頁巖油氣資源 LgR模型 頁巖有效厚度 氯仿瀝青“A”法0 引言中國沉積盆地中富有有機(jī)質(zhì)的泥頁巖廣泛分布，從震旦系到古近系均有分布；頁巖厚度大，有機(jī)質(zhì)成熟度高，生烴能力強(qiáng)，具有較好的頁巖油氣資源成藏的基本條件，勘探前景非常廣闊。如何估算這些油氣資源，對于我國的頁巖油氣資源的勘探開發(fā)

2、具有重要的意義。國內(nèi)外各大石油公司在頁巖候選區(qū)評價中所采用的關(guān)鍵參數(shù)大致有2類，即地質(zhì)條件與工程技術(shù)條件參數(shù)，地質(zhì)類參數(shù)控制著頁巖油氣資源的生成與富集，包括頁巖面積、厚度、有機(jī)質(zhì)豐度、類型、有機(jī)質(zhì)成熟度及油氣顯示等方面；工程技術(shù)條件參數(shù)包括埋深、地貌條件等，控制著開發(fā)成本。本文主要研究頁巖油氣資源的地質(zhì)條件，把測井資料等地物手段與地化實(shí)驗(yàn)分析相結(jié)合，通過對頁巖有效厚度、TOC含量的分析，來預(yù)測頁巖油氣資源的含量1。1 頁巖油的特征頁巖油是指儲存于富有機(jī)質(zhì)，納米級孔徑為主頁巖地層中的石油，一般只經(jīng)過一次運(yùn)移或進(jìn)行了極短暫得到二次運(yùn)移過程，在泥頁巖層析中自生自儲，以吸附態(tài)或游離態(tài)的形式賦存于泥頁巖

3、的納米級孔隙或裂縫系統(tǒng)中。頁巖油氣資源的生成受到頁巖中有機(jī)質(zhì)的演化階段影響，只有在有機(jī)質(zhì)進(jìn)入生油窗后，才可能生成油氣資源，有機(jī)質(zhì)演化程度過高，則會轉(zhuǎn)化形成頁巖氣。頁巖油主要包括游離油和吸附油，但在目前的開采水平階段，吸附油很難開采出來，所以現(xiàn)今頁巖油一般都指頁巖油中的游離油；頁巖氣則同樣包括游離氣和吸附氣。2利用測井資料計算頁巖有機(jī)碳含量2.1 頁巖測井響應(yīng)特征理論假設(shè)烴源巖有巖石骨架，固體有機(jī)質(zhì)和充填孔隙的流體組成；而非烴源巖僅由巖石骨架和充填孔隙流體組成；成熟烴源巖則由巖石骨架，固體有機(jī)質(zhì)和充填孔隙流體（水和生成的烴類）組成。測井曲線對著3種情況表現(xiàn)出不同響應(yīng)。利用測井曲線形態(tài)和測井曲線相

4、對大小可以快速而直觀的識別頁巖氣儲層。所需的常規(guī)測井曲線主要包括：自然伽馬，井徑，中子密度，巖性密度，體積密度，聲波時差及電阻率等測井曲線。有機(jī)質(zhì)一般具有特殊的物理性質(zhì)，在測井曲線上主要表現(xiàn)為“三高一低”響應(yīng)特征，即高自然伽馬和能譜測井，低密度，高聲波時差，相對高電阻率異常等。井徑曲線表現(xiàn)為擴(kuò)徑。與普通頁巖相比，含氣頁巖具有自然伽馬強(qiáng)度高，電阻率大，地層體積密度和光電效應(yīng)低等特征2。2.2頁巖有機(jī)碳測井評價模型TOC是頁巖儲層評價的重要參數(shù)，目前，學(xué)者對于頁巖儲層TOC測井計算研究方法較多，但大致可以分為2類：（1）通過實(shí)測TOC與測井參數(shù)應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計的線性回歸法計算TOC，如使用聲波時差和電

5、阻率曲線建立LgR模型計算TOC；（2）使用核磁共振、脈沖中子等特殊測井方法計算TOC。通過實(shí)測TOC與測井參數(shù)線性回歸法計算TOC操作簡單，容易滿足勘探地區(qū)的計算精度要求。建立LgR模型計算TOC的方法在進(jìn)行不斷的研究改進(jìn)后，大大提高了模型的便捷性、客觀性以及適用性。而使用特殊測井方法，成本高，不易于推廣3。2.2.1 LgR模型LgR方法的基本原理是非滲透性巖層中的高聲波時差往往是由于高含量的低速有機(jī)質(zhì)產(chǎn)生的，而如果相對應(yīng)的電阻率高則可能只是頁巖開始成熟并生成烴類流體，故通常將聲波時差反相疊加在電阻率曲線上，并且每一個電阻率單位對應(yīng)164sm（或50sft）。在貧有機(jī)質(zhì)層段，聲波與電阻率曲

6、線相互重合或平行；在富含有機(jī)質(zhì)的頁巖段，電阻率和聲波時差曲線則會分離，聲波時差曲線產(chǎn)生的差異是低密度和低速度（高聲波時差）的干酪根的響應(yīng)造成的。在未成熟的富含有機(jī)質(zhì)的巖石中還沒有烴類的生成，觀察到的2個曲線之間的差異僅僅是由聲波時差曲線響應(yīng)造成的；在成熟的烴源巖中，除了聲波時差曲線響應(yīng)之外，由于有烴類的生成，地層中的電阻率會增加，使得2條曲線分離的間距更大。圖1 LgR疊合圖上各種特征的解釋示意圖LgR模型由EXXON/ESSO石油公司推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)得出并成功應(yīng)用到世界各地。該技術(shù)以預(yù)先給定的疊合系數(shù)將算術(shù)坐標(biāo)下的聲波時差和算術(shù)對坐標(biāo)小電阻率曲線疊合，通過確定基線位置，求取LgR分布，進(jìn)而建立有機(jī)

7、碳含量定量解釋關(guān)系。其計算公式為：LgRLg（RR基線）K（tt基線） （1）式（1中）LgR為聲波時差和電阻率兩條曲線之間的距離；R為實(shí)測電阻率（m）；R基線為基線對應(yīng)的電阻率（m）；t為實(shí)測的聲波時差（sft）；K=0.02，為聲波時差和電阻率間的疊合系數(shù)。LgR與有機(jī)碳呈線性相關(guān)，并且與成熟度有關(guān)，由LgR計算有機(jī)碳的模型公式為：TOC=LgR10（2.2970.1688LOM）TOC （2）式（2）中TOC為有機(jī)碳的含量（%）；LOM表示有機(jī)質(zhì)的成熟度; TOC為有機(jī)碳含量的背景值，需要人為確定。式（1）、（2）中需要人為確定巖性基線，并且每口井存在多個巖性基線，而且還要得到有機(jī)質(zhì)成熟

8、度的數(shù)據(jù)。可能存在較大誤差，也不方便操作，比較繁瑣。因此，將式（2）進(jìn)一步推導(dǎo)，得到式（3）TOC=ALgRBtC （3）式中A、B、C為擬合公式系數(shù)，這樣得出的公式只與聲波時差和電阻率參數(shù)與關(guān)系，不需要確定巖性基線等，提高了模型的便捷性、客觀性4, 5。3頁巖有效厚度的確定在頁巖有效厚度研究的過程中，陳新軍、包書景等提出了“含氣泥頁巖系統(tǒng)”，即縱向上劃分出一個或多個含氣泥頁巖系統(tǒng)進(jìn)行評價。含氣泥頁巖系統(tǒng)劃分的依據(jù)是：以傳統(tǒng)的地層單元為界，含氣層段連續(xù)厚度大于30 m，以富含有機(jī)質(zhì)泥頁巖為主，內(nèi)部可以有砂巖、碳酸鹽巖夾層；泥頁巖 TOC 值大于 0.5%、Ro值大于 0.5%，型干酪根，累計厚

9、度一般大于 20 m且占含氣泥頁巖系統(tǒng)厚度的 60%以上；頂、底板為致密巖層，內(nèi)部無明顯水層；有明顯的氣測異常；伽馬、電阻率、聲波時差、密度等測井曲線具有含氣泥頁巖的測井響應(yīng)特征；處于同一個壓力系統(tǒng)內(nèi)6。在勘探程度較高的地區(qū)，可以結(jié)合測井曲線，氣測數(shù)據(jù)，有機(jī)碳數(shù)據(jù)等確定含氣泥頁巖系統(tǒng)厚度，分別按TOC小于0.5% 、0.5%到1.0% 、1.0%到2.0%、大于2.0%來統(tǒng)計每口井中含氣泥頁巖層段的厚度；在勘探程度較低的地方，可以根據(jù)野外地質(zhì)剖面、地震剖面特征或沉積特征并結(jié)合地球化學(xué)資料來確定厚度。4 頁巖油的評價方法4.1體積法體積法的研究思路就是通過研究單位體積的頁巖中油氣資源的含量，在進(jìn)

10、行估算總的區(qū)域的頁巖油氣資源儲量。在進(jìn)行單位體積的頁巖油氣資源計算時一般的方法有氯仿瀝青“A”法、熱解S1法和含油飽和度法。以氯仿瀝青“A”法為例7：氯仿瀝青“”法就是指應(yīng)用氯仿瀝青“”作為頁巖中頁巖油含量指標(biāo)來進(jìn)行單位體積含量研究，其計算公式為：Qa油 =V（AKaTOCK吸）（4）式中油指得是頁巖油含量；表示不同級別頁巖的體積；為泥頁巖的密度；為不同級別頁巖單位巖石中氯仿瀝青“”的含量，；為氯仿瀝青“”的輕烴補(bǔ)償系數(shù)，與有機(jī)質(zhì)的熱演化成都有關(guān)；為總有機(jī)碳含量，；吸為吸附系數(shù)。由于氯仿瀝青“”的組成與原油相近，能較好地衡量頁巖中油的含量。氯仿瀝青“”分析樣品用量較大，能較好地消除頁巖非均質(zhì)性

11、問題。氯仿瀝青“”也存在較嚴(yán)重的輕烴損失，同時，由于是采用溶劑抽提的方法，氯仿瀝青“”中包含了部分吸附烴量。在應(yīng)用氯仿瀝青“”進(jìn)行資源量計算過程中，輕烴補(bǔ)償系數(shù)和吸附系數(shù)是其關(guān)鍵的兩個參數(shù)。一般認(rèn)為，氯仿瀝青“”主要是C15+的成分，是氯仿抽提物輕烴組分散失后的殘余部分，應(yīng)用其評價頁巖中的含油量時，必須進(jìn)行輕烴恢復(fù)。頁巖油作為殘留于泥頁巖中的游離烴，在組成和性質(zhì)上與排出的液態(tài)烴相似，自生自儲巖性油氣藏作為僅經(jīng)過極短距離聚集成藏的烴類，其輕烴所占比例與頁巖中殘留烴類相似，因此，應(yīng)用自生自儲巖性油氣藏中原油的烴類組成特征對其周邊頁巖的氯仿瀝青“”分析過程中的散失輕烴進(jìn)行恢復(fù)具有可行性和易操作的特點(diǎn)

12、。應(yīng)用這種方法，就可以獲取氯仿抽提過程中輕烴的恢復(fù)系數(shù)。對于頁巖油中伴生氣，主要采用氣油比的方法進(jìn)行計算，根據(jù)油氣中頁巖油量和氣油比來確定頁巖油中氣態(tài)烴的含量，計算公式為： V氣Q油r （5）其中V氣為伴生氣體積；Q油為頁巖油量；r為氣油比。4.類比法在缺乏鉆井?dāng)?shù)據(jù)的情況下，從區(qū)域地質(zhì)、儲集層、地球化學(xué)特征等多方面，將低勘探程度探區(qū)的頁巖與北美典型頁巖或高勘探程度探區(qū)的頁巖進(jìn)行比較，粗略估算其資源量（董大忠, 程克明, 王世謙, 等. 頁巖氣資源評價方法及其在四川盆地的應(yīng)用）。雖然這種方法估算的結(jié)果精度不高，但也能為初期勘探提供一些指導(dǎo)。類比法的適用條件是：預(yù)測區(qū)的油氣成藏地質(zhì)條件基本清楚；類

13、比標(biāo)準(zhǔn)區(qū)已進(jìn)行了系統(tǒng)的頁巖油氣資源評價研究，且已發(fā)現(xiàn)油氣田或油氣藏。預(yù)測區(qū)和標(biāo)準(zhǔn)區(qū)的油氣成藏地質(zhì)條件類似。根據(jù)具體操作方法的不同，類比法又可分為面積類比法和含氣量類比法，前者以資源豐度作為主要的類比參數(shù)，后者以含氣量作為主要的類比資源參數(shù)8。5結(jié)論（1）頁巖油氣藏作為非常規(guī)油氣藏，其油氣資源以吸附態(tài)和游離態(tài)存在于基質(zhì)孔隙和裂縫這2種存儲空間。頁巖油氣資源的資源量的計算機(jī)評價方法有別于常規(guī)油氣，在常規(guī)油氣方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合頁巖油氣發(fā)育條件及富集機(jī)理，可以采用體積法、類比法等綜合分析方法來進(jìn)行系統(tǒng)的頁巖油氣資源的評價。（2）建立LgR模型，通過對測井資料的運(yùn)用得出TOC含量，與頁巖有效厚度相結(jié)合，

14、準(zhǔn)確描述在不同層段頁巖油氣資源含量。參考文獻(xiàn)1.鄒才能, et al., 非常規(guī)油氣概念、特征、潛力及技術(shù)兼論非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué). 石油勘探與開發(fā), 2013(04): p. 385-399+454.2.張晉言, 頁巖油測井評價方法及其應(yīng)用. 地球物理學(xué)進(jìn)展, 2012. 03期(3): p. 1154-1162.3.李延鈞, et al., 頁巖有機(jī)碳含量測井評價方法及其應(yīng)用. 天然氣地球科學(xué), 2014. 01期(1): p. 169-175.4.胡慧婷, et al., 測井資料計算源巖有機(jī)碳含量模型對比及分析. 沉積學(xué)報, 2011. 第6期: p. 1199-1205.5.唐穎, 李樂忠, and 蔣