頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)井儲(chǔ)層物性參數(shù)研究

頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)井儲(chǔ)層物性參數(shù)研究

1頁(yè)巖測(cè)井關(guān)鍵技術(shù)斯倫巴謝于2004年開始解釋磺酸根氣田。通過(guò)對(duì)美國(guó)12個(gè)磺酸根氣田的比較，我們建立了一系列測(cè)量巖石氣井，包括加馬、中性、密度、阻力、聲波掃描、分辨率成像（mi）、加馬能譜（hngs）和元素征服能譜儀（ecs）。其中，聲波掃描、分辨率成像和元素提取能譜儀是巖石勘探的中心技術(shù)。2儲(chǔ)層地質(zhì)參數(shù)巖石實(shí)驗(yàn)技術(shù)的核心工作主要包括:①頁(yè)巖有利儲(chǔ)層段劃分;②硅質(zhì)、脆性礦物、黃鐵礦等含量的確定;③含氣量和總有機(jī)碳(TOC)的測(cè)定。測(cè)井所測(cè)得的參數(shù)屬于儲(chǔ)層的間接資料,通過(guò)解釋模型反演可得到儲(chǔ)層地質(zhì)參數(shù)。由于測(cè)井技術(shù)上的限制、反演中的多解性以及油氣藏地質(zhì)條件的多變性,用測(cè)井資料反演儲(chǔ)層地質(zhì)參數(shù)時(shí),其解釋方法和解釋模型經(jīng)常具有區(qū)域性,必須通過(guò)巖心資料進(jìn)行刻度或檢驗(yàn),成像測(cè)井技術(shù)可直接通過(guò)測(cè)井獲取井筒的部分地質(zhì)現(xiàn)象,測(cè)井獲得的信息已不再完全屬于間接資料。但目前測(cè)井技術(shù)還不能對(duì)頁(yè)巖地層的孔隙度、滲透率、飽和度、TOC、硅質(zhì)含量、游離氣、吸附氣體積等進(jìn)行直接采集,仍然須借助巖心資料進(jìn)行驗(yàn)證或校正。2.1儲(chǔ)巖環(huán)境特征斯倫貝謝公司在四川盆地志留系和寒武系頁(yè)巖氣儲(chǔ)層進(jìn)行了專項(xiàng)測(cè)井。從圖1可以看出,四川盆地北部志留系龍馬溪組頁(yè)巖氣藏特征非常明顯,從測(cè)井處理成果看,第①道的GR(自然伽馬測(cè)井)值在100～300API之間,說(shuō)明放射性元素含量高,是典型的泥巖特征;第②道是電阻率曲線,電阻率在頁(yè)巖氣層明顯升高;第③道是TNPH(熱中子孔隙度)和PEX曲線(指中子、密度、電阻率);第④道是FMI(成像測(cè)井)曲線;第⑥道是鈾、釷、鉀含量,鈾含量增高是海相地層發(fā)育的標(biāo)志;第⑦道是ECS(元素俘獲能譜測(cè)井)巖性,包含黃鐵礦含量、碳酸鹽含量、硅質(zhì)含量、泥質(zhì)含量等。從FMI成像測(cè)井成果可看出,該層段部分裂縫發(fā)育,且發(fā)育一套頁(yè)巖氣藏,氣層段為1503.6～1543.3m,頁(yè)巖氣藏內(nèi)裂縫不發(fā)育,主要以基質(zhì)孔隙為主。2.2巖石礦物組成斯倫貝謝公司測(cè)井解釋認(rèn)為,龍馬溪組巖性為灰黑色、黑灰色、黑色頁(yè)巖,硅質(zhì)含量高達(dá)20%～30%,灰?guī)r含量也較高。硅質(zhì)含量是頁(yè)巖氣選區(qū)重要指標(biāo)之一,美國(guó)選區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)中認(rèn)為巖石脆性好,硅質(zhì)含量大于35%,頁(yè)巖的脆性礦物(石英、方解石、白云石)含量、變質(zhì)程度、敏感性甚至巖層組合都影響頁(yè)巖的被改造能力,壓裂成功與否關(guān)系到能否大幅度地提高頁(yè)巖氣單井產(chǎn)量。硅質(zhì)含量需要用巖心實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行全巖X-衍射分析報(bào)告數(shù)據(jù)校正,同時(shí)測(cè)定出黏土礦物相對(duì)含量。四川盆地龍馬溪組評(píng)價(jià)井進(jìn)行了22塊樣品的X-衍射分析(圖2),礦物組成中石英含量最高,平均為36.7%,黏土含量為36.5%,脆性礦物石英和方解石及白云石總量為55.7%。這表明該套頁(yè)巖具有很好的脆性巖石組分,易于壓裂,也進(jìn)一步證實(shí)測(cè)井解釋硅質(zhì)含量高達(dá)20%～30%,不需要校正。2.3地層礦物元素斯倫貝謝公司在四川盆地寒武系地層進(jìn)行評(píng)價(jià)井進(jìn)行了核磁共振測(cè)井。通過(guò)分析比較認(rèn)為,寒武系地層發(fā)育淺海陸棚相沉積,水平層理發(fā)育。從ECS和FMI圖像來(lái)看,黃鐵礦(圖3中黑色斑點(diǎn))含量為3%左右。為了校對(duì)黃鐵礦含量,對(duì)四川盆地寒武系27塊巖心樣品進(jìn)行了黃鐵礦礦物含量測(cè)定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,黃鐵礦含量占總?cè)珟r總量的3.06%,驗(yàn)證了斯倫貝謝公司測(cè)井解釋結(jié)果,不需要重新對(duì)黃鐵礦含量進(jìn)行校正。2.4toc含量的測(cè)定常規(guī)頁(yè)巖裂縫性氣藏中的天然氣主要以游離狀態(tài)賦存于頁(yè)巖裂縫中,頁(yè)巖氣在儲(chǔ)層中主要以吸附狀態(tài)存在。頁(yè)巖的吸附能力通常與頁(yè)巖的總有機(jī)碳含量、有機(jī)質(zhì)熱演化程度、儲(chǔ)層溫度、地層壓力、頁(yè)巖原始含水量和天然氣組分等因素相關(guān),其中有機(jī)碳含量和地層壓力是最主要的影響因素。吸附氣量與有機(jī)碳含量和地層壓力成正比:壓力越大,含氣量越大,選區(qū)條件越優(yōu)越。溫度也是重要的影響因素:溫度越高,游離氣越多,吸附氣越少。斯倫貝謝公司吸附氣量測(cè)井方法是根據(jù)地區(qū)的等溫吸附曲線和測(cè)井得到地層溫度、壓力計(jì)算地層的吸附氣含量。等溫吸附曲線是在特定的溫度和壓力下得到的,因此確定地層條件下的吸附氣含量,須經(jīng)過(guò)一系列的校正。在精確得到黏土礦物含量及其類型和地層孔隙度的基礎(chǔ)上,利用雙水模型,采用ELANplus優(yōu)化解釋程序,得到游離氣飽和度。通過(guò)ECS和常規(guī)測(cè)井解釋,可以計(jì)算得到TOC含量。頁(yè)巖氣主要包括游離氣和吸附氣,TOC和吸附氣相關(guān),通過(guò)朗格繆爾氣體體積和TOC關(guān)系,轉(zhuǎn)換為一定溫度、壓力下的吸附氣體積。圖4是斯倫貝謝公司處理的龍馬溪組頁(yè)巖層段實(shí)例。中間道給出了TOC含量(測(cè)試平均值為2.45%),最后一道得出吸附氣、游離氣和總氣體量。美國(guó)富氣頁(yè)巖TOC一般大于2%,Barnett頁(yè)巖TOC為4.5。選取了龍馬溪組頁(yè)巖有利層段15塊樣品,深度范圍為1400～2800m。分析結(jié)果表明,TOC值位于2%～2.5%之間的區(qū)間頻率最高,其次是TOC小于2%的區(qū)間(圖5)。實(shí)驗(yàn)室測(cè)定龍馬溪組TOC平均含量為2.68%,SLB測(cè)井計(jì)算結(jié)果TOC為2.45%,比對(duì)證實(shí)TOC測(cè)井測(cè)試稍微偏小,須要適當(dāng)校正。由于壓力在頁(yè)巖氣吸附中的作用要遠(yuǎn)大于溫度的影響,因此,可利用頁(yè)巖地面樣品的等溫壓力吸附實(shí)驗(yàn)?zāi)M不同壓力階段頁(yè)巖的吸附氣量。對(duì)頁(yè)巖層段龍馬溪組5塊頁(yè)巖巖心做了等溫吸附實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)分析的目的是測(cè)定頁(yè)巖總含氣量,以確定區(qū)塊內(nèi)TOC、壓力和吸附量氣量之間的內(nèi)在關(guān)系。巖心的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量方法是根據(jù)langmuir回歸方程:p/V=p/VL+pL/VLp/V=p/VL+pL/VL式中:p為氣體壓力,MPa;V為壓力p條件下吸附量,cm3/g;VL為最大吸附容量,cm3/g;pL為L(zhǎng)angmuir壓力,MPa。理論上,最大吸附氣體儲(chǔ)量由特定產(chǎn)氣頁(yè)巖的朗繆爾體積VL決定。美國(guó)Marcellus頁(yè)巖的朗格繆爾體積VL和TOC之間線性正相關(guān)關(guān)系(圖6)。擬合結(jié)果表明,龍馬溪組TOC與朗格繆爾體積之間也有類似線性正相關(guān)性(圖7)。擬合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn),頁(yè)巖中吸附氣含量、壓力和有機(jī)碳含量呈正相關(guān)性。測(cè)試結(jié)果區(qū)間值為0.249～2.33m3/t,平均吸附氣量為1.26m3/t。美國(guó)五大盆地地質(zhì)評(píng)價(jià)參數(shù)與四川盆地志留系龍馬溪組頁(yè)巖層段對(duì)比結(jié)果表明(表1),深度基本相當(dāng),厚度可觀,TOC含量稍低,鏡質(zhì)體反射率(Ro)處在生氣階段。石英硅質(zhì)含量適當(dāng),含氣量?jī)H次于Barnett,儲(chǔ)量豐度與資源量無(wú)法精確界定,隨著勘探程度的深入,落實(shí)二維、三維地震,可進(jìn)一步評(píng)價(jià)。四川盆地龍馬溪組頁(yè)巖層段前景可觀,具有良好的勘探前景。3研究地層中回采后的巖石成分和巖石組成(1)斯倫貝謝Elanplus解釋有利頁(yè)巖氣儲(chǔ)層深度為1503.6～1543.3m,裂縫較為發(fā)育。(2)對(duì)四川盆地龍馬溪組22塊樣品利用X-衍射方法分析得到脆性礦物石英和方解石及白云石總量為55.7%。這表明該套頁(yè)巖具有很好的脆性巖石組分,易于壓裂,并進(jìn)一步證實(shí)硅質(zhì)含量高達(dá)20%～30%的測(cè)井解釋結(jié)果。根據(jù)27塊樣品的黃鐵礦礦物含量測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果,黃鐵礦含量占總?cè)珟r總量的3.06%,驗(yàn)證了斯倫貝謝公司的測(cè)井解釋結(jié)果,黃鐵礦的出現(xiàn)也被認(rèn)為是地層發(fā)育淺海陸棚相沉積的標(biāo)志。水平層理發(fā)育,也表明地層處于水動(dòng)力活動(dòng)弱的還原環(huán)境。(4)選取了龍馬溪組頁(yè)巖有利層段15塊樣品,實(shí)驗(yàn)分析表明,龍馬溪組TOC含量平均2.68%。斯倫貝謝