頁巖氣層多參數(shù)定量評(píng)價(jià)范文

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《錄井工程雜志》2015年第一期

1多參數(shù)定量類比評(píng)價(jià)方法

進(jìn)行頁巖氣多參數(shù)定量類比評(píng)價(jià)的關(guān)鍵是：首先選擇同一地區(qū)或不同地區(qū)已有試油氣結(jié)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(jìn)行參數(shù)的對(duì)比，以此為基礎(chǔ)，通過系列參數(shù)運(yùn)算與相關(guān)參數(shù)的交會(huì)分析，分別求得類比評(píng)價(jià)指數(shù)和相關(guān)系數(shù)的平方，進(jìn)而應(yīng)用類比評(píng)價(jià)指數(shù)與相關(guān)系數(shù)的平方評(píng)價(jià)頁巖氣層。解釋評(píng)價(jià)流程如圖1所示。

1.1評(píng)價(jià)參數(shù)同一地區(qū)主要以能反映頁巖氣層特征的錄井、測(cè)井獲得的總有機(jī)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(gè)參數(shù)為基礎(chǔ)，不同地區(qū)應(yīng)適當(dāng)增加鉆時(shí)（t）和地層壓力梯度（Gp）兩項(xiàng)參數(shù)，進(jìn)行待評(píng)價(jià)層與參照層的對(duì)比與相關(guān)分析，分別求得類比評(píng)價(jià)指數(shù)和相關(guān)系數(shù)平方。頁巖氣層與常規(guī)儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)的主要不同之處是增加了總含氣量和脆性礦物含量?jī)身?xiàng)參數(shù)。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(chǎn)能、累計(jì)產(chǎn)量和氣井壽命，是頁巖氣勘探選區(qū)和儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。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(biāo)準(zhǔn)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(jì)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(guān)系式及其相關(guān)計(jì)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(zhì)的有利于在外力作用下形成天然裂縫和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)裂縫，因此反映礦物脆性物質(zhì)的含量，即脆性礦物含量，可作為頁巖氣評(píng)價(jià)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

1.1.1類比評(píng)價(jià)指數(shù)（1）計(jì)算類比評(píng)價(jià)值類比評(píng)價(jià)值為待評(píng)價(jià)層參數(shù)與參照層對(duì)應(yīng)參數(shù)的比值。同一地區(qū)，在確定具有典型頁巖氣層地質(zhì)特征的參照層之后，可選取該參照層的7個(gè)評(píng)價(jià)參數(shù)與該地區(qū)的待評(píng)價(jià)層進(jìn)行對(duì)比；而在某一地區(qū)的待評(píng)價(jià)井屬于先導(dǎo)探井而無合適的參照層可選的情況下，可選擇不同地區(qū)的具有相同地質(zhì)特征的典型頁巖氣層作為參照層，進(jìn)行層間相應(yīng)對(duì)比，除進(jìn)行7個(gè)評(píng)價(jià)參數(shù)對(duì)比外，還需增加鉆時(shí)和地層壓力梯度兩項(xiàng)參數(shù)的對(duì)比。以同一地區(qū)待評(píng)價(jià)層與參照層參數(shù)對(duì)比為例，基礎(chǔ)評(píng)價(jià)7個(gè)參數(shù)分別為總有機(jī)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(jù)對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)評(píng)價(jià)參數(shù)可分別求取其類比評(píng)價(jià)值。若將待評(píng)價(jià)層的參數(shù)歸為第2類、參照層為第1類、某項(xiàng)參數(shù)的類比評(píng)價(jià)值用I表示。針對(duì)同一地區(qū)，分別以上述參照層和待評(píng)價(jià)層的7個(gè)基礎(chǔ)參數(shù)（不同地區(qū)增加鉆時(shí)和地層壓力梯度參數(shù)）為橫坐標(biāo)、其值大小為縱坐標(biāo)，為了便于比較，可分別將數(shù)據(jù)偏小的、Cto、Tg、Gt參數(shù)放大10倍（圖2）。據(jù)此，通過目測(cè)觀察對(duì)比可看出兩層的相似性及差異性，初步直觀定性評(píng)價(jià)待評(píng)價(jià)層的含氣性。（2）計(jì)算類比評(píng)價(jià)指數(shù)類比評(píng)價(jià)指數(shù)（Ia）選用幾何平均數(shù)表示（即n個(gè)變量值連乘積的n次方根），適用于計(jì)量單位不統(tǒng)一的各類值的平均值。選用7個(gè)參數(shù)變量時(shí)n＝7（適用于同一地區(qū)），不同地區(qū)則為9個(gè)參數(shù)。

1.1.2相關(guān)系數(shù)的平方以參照層7個(gè)解釋參數(shù)值為橫軸，待評(píng)價(jià)層解釋參數(shù)值為縱軸，均選用線性刻度，繪制多參數(shù)相關(guān)性判別圖板（圖3），通過線性回歸分析，得出線性相關(guān)方程及相關(guān)系數(shù)的平方（r2）。

1.2頁巖氣層解釋評(píng)價(jià)

1.2.1參照層與待評(píng)價(jià)層選擇（1）同一地區(qū)參照層與待評(píng)價(jià)層選擇對(duì)于四川盆地建南地區(qū)頁巖氣層評(píng)價(jià)而言，參照井選為該盆地石柱復(fù)向斜建南構(gòu)造頁巖氣標(biāo)準(zhǔn)井J11井，該井區(qū)是中石化首個(gè)實(shí)現(xiàn)頁巖氣商業(yè)開發(fā)的區(qū)塊，將該井經(jīng)試氣證實(shí)具有頁巖氣工業(yè)產(chǎn)能的侏羅系東岳廟段作為參照層，待評(píng)價(jià)層選擇該區(qū)經(jīng)試氣證實(shí)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(duì)于四川盆地涪陵地區(qū)頁巖氣層評(píng)價(jià)而言，參照井選擇該盆地涪陵頁巖氣田焦石壩構(gòu)造JY1井，該井在涪陵頁巖氣田焦石壩區(qū)塊的頁巖氣勘探獲重大突破，將該井經(jīng)試氣證實(shí)具有頁巖氣高產(chǎn)工業(yè)價(jià)值的志留系龍馬溪組－奧陶系五峰組作為參照層，待評(píng)價(jià)層選擇該區(qū)經(jīng)試氣證實(shí)的13口井13層氣層。（2）不同地區(qū)參照層與待評(píng)價(jià)層選擇對(duì)于四川盆地涪陵焦石壩地區(qū)頁巖氣層評(píng)價(jià)而言，參照層選擇建南構(gòu)造J11井侏羅系東岳廟段頁巖氣層，待評(píng)價(jià)層選擇焦石壩構(gòu)造經(jīng)試氣證實(shí)的6口井6層氣層。對(duì)于湘鄂西地區(qū)頁巖氣層評(píng)價(jià)而言，參照層分別選擇建南地區(qū)J11井和涪陵地區(qū)JY1井頁巖氣層，待評(píng)價(jià)層選擇湘鄂西地區(qū)經(jīng)試氣證實(shí)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(duì)上述24口井30層試氣結(jié)論分別為氣層和含氣層的類比評(píng)價(jià)值、評(píng)價(jià)指數(shù)和相關(guān)系數(shù)平方的計(jì)算與分析，形成了類比評(píng)價(jià)指數(shù)（Ia）與相關(guān)系數(shù)平方（r2）的交會(huì)圖板（圖4）。據(jù)此，統(tǒng)計(jì)分析得出的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為：交會(huì)點(diǎn)落在Ⅰ區(qū)為氣層，相關(guān)系數(shù)平方≥0．5，類比評(píng)價(jià)指數(shù)≥0．8，試氣能獲得工業(yè)氣流；落在Ⅱ區(qū)為含氣層，試氣不能獲得工業(yè)氣流，相關(guān)系數(shù)平方＜0．5，或類比評(píng)價(jià)指數(shù)＜0．8。

2應(yīng)用分析

多參數(shù)定量類比評(píng)價(jià)方法在四川盆地涪陵頁巖氣田及周緣地區(qū)20多口井進(jìn)行了生產(chǎn)應(yīng)用，評(píng)價(jià)結(jié)果為氣層的經(jīng)試氣均獲得了工業(yè)氣流，符合率達(dá)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(cè)井多參數(shù)定量評(píng)價(jià)方法。

2.1焦石壩區(qū)塊JY2井JY2井是中揚(yáng)子地區(qū)四川盆地涪陵頁巖氣田焦石壩地區(qū)頁巖氣預(yù)探井。該井導(dǎo)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(zhì)頁巖，全烴由基值0．10％上升到4．30％，該井段總有機(jī)碳含量平均2．23％。依據(jù)氣測(cè)顯示、鉆時(shí)和測(cè)井自然伽馬、密度曲線等將該層劃分為頁巖氣層。選擇該區(qū)具有代表性且經(jīng)試氣證實(shí)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(cè)鉆水平井，水平段長(zhǎng)1008m，分15段壓裂試氣，產(chǎn)天然氣21．3×104m3／d。解釋參數(shù)分別為孔隙度5．2％、總有機(jī)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(píng)價(jià)JY2井該頁巖異常顯示井段解釋參數(shù)分別為孔隙度5．7％、總有機(jī)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(píng)價(jià)層，分別根據(jù)兩層的基礎(chǔ)參數(shù)作多參數(shù)類比評(píng)價(jià)直方圖（圖5）。可以看出，待評(píng)價(jià)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(jī)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(shù)據(jù)一致。據(jù)此，初步認(rèn)為待評(píng)價(jià)層為氣層的可能性較大。根據(jù)類比評(píng)價(jià)值計(jì)算方法，首先計(jì)算該評(píng)價(jià)層與參照層對(duì)比的類比評(píng)價(jià)值；然后依據(jù)類比評(píng)價(jià)指數(shù)計(jì)算公式，得出該值（Ia）為1．13；最后將評(píng)價(jià)層與參照層的各基礎(chǔ)分析參數(shù)值分別對(duì)應(yīng)點(diǎn)繪到交會(huì)（圖6）中進(jìn)行相關(guān)性分析，得出相關(guān)系數(shù)平方（r2）為0．90。據(jù)此，再分別將類比評(píng)價(jià)指數(shù)和相關(guān)系數(shù)平方分別點(diǎn)繪到定量類比指數(shù)與相關(guān)系數(shù)平方的交會(huì)圖板（圖4）上，該解釋點(diǎn)落在氣層區(qū)Ⅰ區(qū)，解釋為氣層。針對(duì)該井段的中下部2550．0～2568．0m井段進(jìn)行了水平井側(cè)鉆，水平段長(zhǎng)1500．0m，分20段壓裂試氣，產(chǎn)天然氣35．0×104m3／d，解釋結(jié)論與試氣結(jié)果相符。

2.2湘鄂西區(qū)塊利川復(fù)向斜LY1井LY1井是中揚(yáng)子湘鄂西褶皺帶利川復(fù)向斜的頁巖氣預(yù)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(jī)碳含量平均2．70％。依據(jù)氣測(cè)顯示、總有機(jī)碳含量和測(cè)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(qū)，但兩井頁巖氣層具有相似的地質(zhì)特征，在此條件下未考慮增加鉆時(shí)和地層壓力梯度基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行類比。參照層解釋參數(shù)分別為孔隙度5．2％、總有機(jī)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(píng)價(jià)井LY1井該頁巖異常顯示井段解釋參數(shù)分別為：孔隙度3．00％、總有機(jī)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(píng)價(jià)層，分別根據(jù)兩層基礎(chǔ)參數(shù)作多參數(shù)類比評(píng)價(jià)直方圖（圖7）。可以看出，待評(píng)價(jià)層總有機(jī)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(shù)值均低于參照層。據(jù)此，初步認(rèn)為待評(píng)價(jià)層為氣層的可能性較小。根據(jù)類比評(píng)價(jià)值計(jì)算方法，首先計(jì)算該評(píng)價(jià)層與參照層對(duì)比的類比評(píng)價(jià)值；然后依據(jù)類比評(píng)價(jià)指數(shù)計(jì)算公式，得出該值（Ia）為0．32；最后將評(píng)價(jià)層與參照層的各基礎(chǔ)分析參數(shù)值分別對(duì)應(yīng)點(diǎn)繪到交會(huì)圖（圖8）中進(jìn)行相關(guān)性分析，得出相關(guān)系數(shù)平方（r2）為0．24。據(jù)此，再分別將類比評(píng)價(jià)指數(shù)和相關(guān)系數(shù)平方繪到定量類比評(píng)價(jià)指數(shù)與相關(guān)系數(shù)平方的交會(huì)圖板（圖4）上，該解釋點(diǎn)落到含氣層區(qū)（Ⅱ區(qū)）解釋為含氣層。完井后對(duì)該井段進(jìn)行大型壓裂試氣，結(jié)果無產(chǎn)能。解釋結(jié)論與試氣結(jié)果相符。

3結(jié)論

①針對(duì)目前頁巖氣錄井、測(cè)井解釋方法和手段相對(duì)單一，解釋結(jié)果存在多解性、甚至相互矛盾的現(xiàn)狀，本文引入了多參數(shù)定量類比評(píng)價(jià)概念。在此基礎(chǔ)上，明確了類比評(píng)價(jià)值、評(píng)價(jià)指數(shù)與類比評(píng)價(jià)相關(guān)系數(shù)平方的求取方法。②以類比評(píng)價(jià)相關(guān)系數(shù)平方為橫坐標(biāo)、類比評(píng)價(jià)指數(shù)為縱坐標(biāo)，通過涪陵頁巖氣田多口頁巖氣層的統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合試油氣結(jié)果，建立了多參數(shù)錄井、測(cè)井定量類比評(píng)價(jià)方法，為頁巖氣層與含氣層的解釋評(píng)價(jià)提供了一種全新的定量化方法。應(yīng)用實(shí)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(píng)價(jià)困難的問題。

作者：趙紅燕葉應(yīng)貴石元會(huì)陳曦單位：中石化江漢石油工程有限公司測(cè)錄井公司