页岩气地球物理测井评价综述

页岩气是指生成、储集和封盖均发生于页岩体系中,或游离于基质孔隙和天然裂缝中,或吸附于有机质和粘土矿物表面,或溶解于沥青和水中,在一定地质条件下聚集成藏并具有商业价值的生物成因和/或热解成因的天然气.在页岩气勘探开发中,地球物理测井是识别、评价页岩气储层并为后期完井提供指导参数的重要手段.页岩气属于极低孔极低渗的范畴,且具有很强的非均质性和各向异性,常规油气藏测井解释评价方法已不再适用,必须建立新的页岩气测井解释评价体系才能够对页岩气藏做出准确评价.评价页岩气藏的潜力涉及对多种因素正反面影响的权衡,包括页岩矿物组分和结构、粘土含量及类型、干酪根类型及成熟度、流体饱和度、吸附气和游离气存储机制、埋藏深度、温度和孔隙压力等.其中,孔隙度、总有机碳含量和含气量等对于确定页岩储层是否具有进一步开发价值非常重要.本文针对国外尤其是美国近期页岩气勘探开发的现状进行了广泛的文献调研,综述当前国外页岩气地球物理测井技术的发展现状,针对勘探开发的不同阶段介绍常用的含气页岩的测井系列,然后总结页岩气测井响应特征,并详细论述了页岩气储层评价方法及储层评价的重要参数,包括有机碳含量、岩石矿物组分及含量、孔隙度、含气量及岩石力学参数,最后提出我国页岩气地球物理测井研究存在的问题和发展趋势.     

页岩气藏评价中的岩石物理方法

岩石物理在页岩气勘探开发中非常重要,而文献中至今缺少足够的重视.本文分别从页岩气藏的地质特征、评价参数、岩心分析工作流程及测井工作流程等4个方面探讨页岩气储层的固有特征及岩石物理所起的关键作用.从生烃潜力、储存性能、流动特性和力学性质讨论相关评价参数的岩石物理方法,重点讨论吸附气含量的计算、力学性质及基质渗透率的测量.在页岩气储层测井评价方面,重点探讨有机质含量的测井评价方法、页岩气层孔隙度的评价方法、随钻测井用于水平井的地质导向、及测井评价在制定压裂方案中的应用.     

页岩气储层地球物理测井研究进展

页岩气是储存在页岩中以游离态和吸附态存在的天然气,是一种非常规油气资源.地球物理测井技术具有方法多、纵向分辨率高、信息量大、连续、方便、灵敏等优势,能够获得沿井眼剖面的岩石物理参数,是常规油气资源和非常规油气储层评价的重要手段.文章综述了页岩气储层的地质特点,总结了国内外页岩气测井系列和页岩气的测井响应特征.针对测井信息的处理,给出了基于测井有机碳含量(TOC)计算和成熟度指数(MI)的研究进展,讨论了页岩岩性识别、矿物计算和裂缝的评价方法,并对美国页岩气测井评价实例做了介绍.最后,指出目前页岩气测井技术存在的问题和未来的突破方向和思路,对指导页岩气勘探和经济评价具有重要指导意义.     

基于页岩线性岩石物理模型的TOC反演方法研究

总有机碳含量(TOC)是评价页岩有机质丰度和生烃能力的重要指标.常规TOC预测方法是通过对弹性参数体(例如密度反演体)进行线性拟合得到的,该方法具有地区经验性,并且缺乏有效的理论支撑.针对此问题,本文以岩石物理驱动的物性参数反演作为技术手段,首先对典型页岩的矿物组分以及孔隙流体特征进行分析,得出影响页岩弹性参数变化的四个主要因素分别是等效脆性矿物体积分数、黏土体积分数、TOC以及总孔隙度,进而可有效减少待反演参数个数,提高物性参数反演算法的可行性.在此基础上,将Grana提出的线性化岩石物理模型推广至页岩,建立线性化页岩岩石物理模型,并在贝叶斯理论框架下建立页岩物性参数反演,实现从弹性参数反演体直接提取TOC、总孔隙度以及等效脆性矿物体积分数等多个页岩物性参数,为后续的页岩气甜点(最佳的页岩气勘探与开发的区域或层位)评价提供可靠的数据支撑.模型数据和实际数据测试验证了该反演算法的有效性.     

页岩气勘探开发中地球物理技术的应用

本文基于页岩气勘探开发新形势,对地球物理技术在我国页岩气勘探开发中的应用现状、问题和面临的挑战进行了分析.在页岩气的勘探开发过程中,地球物理技术发挥着在常规油气勘探开发中完全不同的作用,地球物理技术可为优化页岩气钻井及储层压裂改造部署提供重要技术支撑.本文还介绍了国外利用封闭应力指导水平井钻探、综合运用杨氏模量和水平应力差比进行页岩气工程"甜点"预测、运用得到的岩石力学属性进行相关分析指导压裂的一些成功范例;但是,在页岩气勘探开发中,地球物理技术还面临着各向异性、含气丰度预测、工程"甜点"预测等难点的挑战,针对这些难点,本文提出了发展适用于我国页岩气开发的特色地球物理技术的建议.     

基于时频电磁法的富有机质页岩层系勘探研究

我国地质条件复杂、多样,能否充分发挥出非地震勘探技术成本低、效率高的技术优势,检验电法勘探技术在页岩气勘探中的有效性,是当前在页岩气勘探起步阶段亟待解决的重要问题之一.本文介绍了在研究和总结含气页岩密度、极化率、电阻率等岩石物理特征基础上,在四川盆地南部筠连地区开展的物性调查、时频电磁法勘探试验工作.勘探研究结果表明,本地区分布的富有机质页岩层系-志留系龙马溪组(S1l)具备开展电法勘探工作的物性条件,时频电磁法具有勘探富有机质页岩层系的能力.     

龙马溪—五峰组富有机质页岩三维岩石物理模板分析及"甜点"预测

为识别四川盆地丁山区龙马溪—五峰组目的层富含页岩气的"甜点区",本文对页岩的有机碳含量、脆性、孔隙度及微裂隙等核心指标进行分析研究.对页岩展开岩石物性特征和岩石物理分析,结果显示"甜点区"具有TOC含量高、高孔隙度、低密度、脆性高(石英含量高)的特点,此外储层的拉梅常数和密度的乘积λρ分布范围是18～30 GPa·g·cm-3,泊松比v范围是0.18～0.22,剪切模量μ范围是13～18 GPa.根据储层的岩石物理特征,同时考虑孔隙度、裂隙纵横比和矿物组分对优质页岩敏感弹性参数的影响,采用等效嵌入体应力平均(EIAS)理论模型构建适合页岩气储层的三维岩石物理模板,进而预测储层的孔隙度、裂隙纵横比和石英矿物含量.基于测井数据,对构建的三维岩石物理模板进行校正,将校正后的模板应用到研究工区,选取过三口井的二维测线和三维区块,进行孔隙度、裂隙纵横比和石英矿物含量的定量预测.对比实际资料分析得出的优质页岩储层孔隙度预测范围与测井结果吻合较好,过三口井的目的层产气情况与预测结果一致性良好,目的层页岩具有高孔隙度、低裂隙纵横比和高石英含量的特征,可有效地指示优质页岩储层分布.     

地球物理技术在页岩储层裂缝研究中的应用

近年来北美等国外页岩气勘探的巨大成功和我国在南方海相页岩(包括涪陵焦石坝、长宁-威远及昭通等)中获得的重大突破表明,泥页岩裂缝的研究尤为重要.裂缝的发育程度是决定泥页岩气藏品质的重要因素,一般来说,裂缝越发育,气藏的富集程度越高.地球物理方法和技术贯穿于页岩气勘探开发的始终,也是识别泥页岩裂缝的重要手段.在对国内外大量页岩储层测试数据和研究成果全面系统调研和深入分析总结的基础上,总结了常规测井技术识别裂缝的特点以及测井新技术裂缝识别的原理和方法.现今有关泥页岩裂缝识别的地震研究工作主要存在下面三种思路和方法:基于对裂缝敏感的属性直接分析、基于施工过程中的裂缝响应特征分析以及基于学科综合的定量化分析预测和识别裂缝.根据以上思路,全面系统分析了泥页岩裂缝识别的各种地震方法.综合测井和地震的地球物理方法准确确定裂缝产状、裂缝长度及空间展布特征等参数,对寻找页岩气富集"甜点区"有着重要意义.     

页岩吸附模型及吸附气含气量计算方法进展

随着北美页岩气勘探开发的成功,页岩气资源越来越受到重视.我国页岩气层评价从勘探和开发等多个方面也得到了迅猛发展.页岩储层较为致密,以较小的纳米级微孔隙微裂缝作为主要储集空间,具有与常规储层不同的储集空间特征,因此决定了油气储集的特殊性.天然气在页岩中多以游离态和吸附态两种赋存状态为主,并且吸附气占主要组成部分.因此研究天然气在页岩中的吸附机理,建立吸附模型,对于页岩气储层含气性评价具有至关重要的作用.本文对页岩气储层特点进行简要介绍,提出现有页岩吸附模型的局限性,简要介绍并总结了近几年常用的页岩亚临界吸附模型和超临界吸附模型的基本思路,对页岩气的勘探开发具有一定参考作用和指导意义.     

泥页岩可压性评价方法及其在焦石坝地区的应用

泥页岩一般具有低孔、低渗的特性,北美页岩气勘探开发经验表明此类页岩储层需经过大规模的压裂改造才能够获得商业产能,因此页岩可压性是评价页岩是否能作为"甜点"的关键指标之一.本文以焦石坝地区志留系龙马溪组-奥陶系五峰组页岩为例,从岩石脆性、地应力特征以及裂缝发育程度三方面评价焦石坝地区的可压性.其中,利用Rickman公式结合叠前地震反演预测证实焦石坝页岩脆性指数较高,构造主体部位脆性指数大于50%,反映页岩易于破裂;页岩岩心实验室测试数据则表明焦石坝地区页岩水平应力差较小(小于0.14),反映页岩在进行工程压裂时易于形成裂缝网络;同时焦石坝地区页岩岩心可见的大量微裂缝,裂缝预测结果也表明构造主体部位网状裂缝发育,更加有利于页岩储层的压裂改造.综合三方面条件来看,焦石坝地区页岩较好的可压性是本区页岩获得商业开发的关键.     

龙马溪组页岩微观结构、地震岩石物理特征与建模

龙马溪组页岩是目前国内页岩气勘探的主要层位之一.由于岩石物理实验结果具有区域性,龙马溪组页岩的岩石特征与其地震弹性性质的响应规律需要开展相关的实验和理论研究工作予以明确.本研究基于系统的微观结构观察(扫描电镜和CT成像技术)和岩石物理实验来分析龙马溪组页岩样品地震弹性性质的变化规律,并依据微观结构特征建立相应的地震岩石物理表征模型.研究结果表明,石英含量对龙马溪组页岩的孔隙度以及有机碳(TOC)含量具有一定的控制作用,TOC和黄铁矿主要赋存于孔隙中;岩石骨架组成亦受控于石英或粘土含量,在石英含量大于40%(对应粘土含量小于30%)时,以石英、粘土共同作为岩石骨架,而粘土含量大于30%时,则以粘土作为岩石的骨架.因此,岩石骨架组成矿物、TOC含量、孔隙度共同制约龙马溪组页岩的地震弹性性质,富有机质储层岩石通常表现出低泊松比、低阻抗和低杨氏模量的特征,但由于支撑矿物的转换,某些富有机质页岩亦可表现为高阻抗特征.粘土矿物的定向排列仍然是造成页岩样品表现出各向异性的主要原因,各向异性参数与粘土含量具有指数关系.基于龙马溪组页岩的岩性特征及微观结构特征,可以利用自洽模型(SCA)、微分等效模量模型(DEM)和Backus平均模型的有效组合较为准确地建立龙马溪组页岩的地震岩石物理模型,实验结果和测井数据验证了模型的准确性.研究结果可为龙马溪组页岩气储层的测井解释和地震"甜点"预测提供依据.     

渝东南黔江地区龙马溪组页岩气储层测井解释评价研究

渝东南黔江地区地质构造复杂,广泛发育海相沉积的黑色页岩.区内龙马溪组页岩气储层地球物理响应具有高伽马、低密度、低孔隙度、低渗透率的特征.综合岩心分析、常规测井和特殊测井资料建立了测井解释模型,对研究区龙马溪组页岩气储层的有机碳含量(TOC)、储层物性、裂缝特征等进行了解释评价.研究表明,该区龙马溪组共发育3套优质页岩储层,总厚度达74.8m.孔隙类型以基质孔隙为主,脆性矿物含量达58%～66%,TOC含量较高,顶部发育微裂缝,具有较好的开发潜力.     

基于测井数据体的页岩油储层可压裂性评价研究

为评价页岩油储层可压裂性,以鄂尔多斯盆地长7页岩油储层为例,利用研究区部分已压裂井测井数据,计算得出脆性指数和断裂韧性指数,绘制了可压裂性剖面图,结合脆性指数和断裂韧性指数建立了一种新的页岩油储层可压裂性评价模型,为压裂选层、选井提供前期指导,为页岩油工程甜点的筛选以及压后产能预测提供依据.利用本文模型对研究区L70井、L58井和L295井进行了工程应用,结合可压裂性剖面图和压裂前后正交偶极各向异性成果图对各井裂缝展布情况和压裂效果进行了评价,并与各井实际压裂效果进行了对比分析.评价结果表明:脆性是储层可压裂性重要的影响因素之一,但是脆性较强的储层段可压裂性不一定很好,结合脆性和断裂韧性更能准确、有效的评价页岩油储层可压裂性,长7页岩油储层段与邻层砂岩段相比普遍存在天然裂缝发育程度较低、地应力较高、脆性较差的问题,工程甜点区应选在地应力较低、脆性较强、断裂韧性较小、可压裂性系数较大的页岩油储层段.     

页岩气储层渗透率测井评价方法研究

页岩渗透率与页岩气产能关系密切,是测井储层评价的重要参数之一.页岩储层岩性复杂致密,孔隙组分多样,导致传统渗透率评价方法受到限制.基于页岩渗透率主控因素,从孔隙结构出发,通过液氮吸附-高压压汞资料及核磁共振实验分析数据,提取控制页岩渗透率的孔隙结构参数,建立页岩渗透率评价模型;利用核磁T2谱构建出伪毛管压力曲线,获得二者之间的定量转换关系,并提取孔隙结构参数;最后利用核磁测井刻度常规测井曲线,并结合页岩岩石相分析,实现了页岩渗透率的较高精度评价.研究成果及应用对于国内页岩气产能建设及高效开发具有重要意义.     

火山岩储层测井评价技术现状及发展趋势

近些年来,火山岩油气藏已成为国内外研究和开发热点之一,我国已先后在多个盆地的火山岩油气藏勘探中取得重大突破.测井资料在各种类型油气藏评价中一直发挥着不可替代的重要作用,但由于火山岩储层岩性及储集空间等方面的复杂性,其测井评价难度更大、更具挑战性.本文主要针对近些年来测井技术在火山岩油气藏岩性评价、有效储层识别与物性参数评价、储层流体性质评价等方面的应用进行系统的归纳和总结,并结合已有研究成果及生产实践对火山岩储层测井评价的基本发展趋势进行分析展望,以期为火山岩油气藏的进一步勘探开发提供技术支持.     

页岩储层可压裂性地震预测方法新进展

利用地震勘探技术预测页岩储层的可压裂性,是目前页岩气勘探开发领域亟须解决的关键问题之一.本文介绍了近年国内外页岩储层可压裂性地震预测方法相关新进展,主要包括页岩可压裂性岩石物理分析、页岩储层裂缝、脆性和地应力地震预测方法等方面.通过调研可知利用叠前地震资料基于方位各向异性预测裂缝和地应力是目前主要技术,未来,解释人员可综合利用标准的反射成像和绕射成像进行裂缝解释.利用地震资料预测页岩岩石脆性的主要方法有以叠前弹性参数同时反演为核心的地震预测技术、地震属性Eρ预测岩石脆性和λρ-μρ模板预测脆性,根据研究区地震资料的偏移距选择恰当的方法进行岩石脆性预测.最终,本文探讨了页岩可压裂性地震预测进一步发展建议.     

页岩岩相测井表征方法——以准噶尔盆地玛湖凹陷风城组为例

页岩油气藏作为重要的非常规油气藏，富含巨大的油气资源潜力，且常形成于深湖-半深湖沉积体系.页岩中复杂的矿物成分以及沉积组构类型对于页岩储层物性、含油性和可动性具有重要的影响，因此“矿物成分+沉积组构”的岩相划分与识别是页岩储层油气勘探开发的关键所在.但由于目前常规测井纵向分辨率有限导致无法实现页岩中毫米尺度的沉积组构精细描述，在页岩“矿物成分+沉积组构”岩相的识别方面尚未形成完整的方法理论体系.本文由此将利用岩心刻度测井的方法，通过岩性扫描测井与微电阻率成像测井相结合的方法，对玛湖凹陷风城组页岩层段的矿物成分和沉积组构类型进行连续识别，实现单井页岩段“矿物成分+沉积组构”岩相类型划分.通过岩相划分结果与现场试油试采资料相对照，发现薄层状与厚层状长石-石英质泥页岩相叠置发育的岩相组合产能最佳，因此可作为风城组页岩层段的优势岩相组合进行深入研究，为后续勘探开发提供参考．     

“进源找油”:论四川盆地页岩油气

四川盆地页岩油气资源丰富,具有国内其他页岩层系不可比拟的优越地质条件,是全面开启中国陆上未来页岩油气"进源找油"征程的理想对象.文章整体分析了美国和中国页岩油气的资源特点,提出成熟度对页岩油气构成有重要控制作用,美国页岩油气中轻烃和湿气比重很高,中国海相、海陆过渡相页岩气主要为干气,陆相页岩油油质一般较重.重点对四川盆地页岩油气开展了地质综合研究,取得了3点主要认识:(1)盆地发育三种类型多套富有机质页岩地层,寒武系筇竹寺组、奥陶系五峰组-志留系龙马溪组海相、二叠系龙潭组海陆过渡相、三叠系须家河组湖泊-沼泽相、侏罗系湖相等页岩是盆地富有机质页岩的典型代表,海相页岩气富集主要受深水陆棚相、适中热演化、富钙富硅岩石组合和封闭顶底板"四要素"控制;(2)"甜点段"一般TOC值高、含气量高、孔隙度大、脆性矿物含量多、地层压力高、页/层理及天然微裂缝发育等,"甜点区"一般富有机质页岩厚度大、热演化适中、保存条件好、埋藏深度浅等,重点例举了五峰组-龙马溪组、龙潭组和自流井组大安寨段页岩油气;(3)四川盆地海相、海陆过渡相、陆相页岩油气资源分别约占全国同类页岩油气地质资源量的50%、25%和30%,资源潜力很大,有望成为中国页岩油气工业革命的摇篮,继东部松辽盆地大庆油田"常规石油大庆"和西部鄂尔多斯盆地长庆油田"西部油气大庆"之后,推动建立四川盆地西南油气田"川渝天然气大庆"生产基地.     

基于伽马能谱的元素测井发展历程及技术展望

随着对油气勘探开发的不断深入,勘探对象复杂,给测井解释评价带来极大的挑战.基于伽马能谱的元素测井是通过测量地层元素自发产生或中子源激发的次生伽马能谱,利用谱解析方法获得地层元素含量,为复杂储层测井评价提供一种有效手段.本文全面归纳总结了伽马元素能谱测井的发展历程,认为其可分为四个大的阶段:自然伽马能谱测井、地球化学测井、元素俘获能谱测井和基于脉冲中子源的元素能谱测井;并对其测井技术进行展望,认为基于伽马能谱的元素测井应遵循"三多"发展趋势,即:多功能仪器设计、多参数成果解释和多方位近钻头测量.     

陆相页岩油关键甜点要素地球物理表征技术

针对陆相页岩油关键甜点要素的地球物理响应机理规律不清,敏感属性参数厘定困难,甜点预测的预测的准确性、可靠性、精细度和精确度差等问题,开展地震预测与评价方法研究．基于岩石物理实验测试分析,构建各向异性岩石物理模型,明确陆相页岩油甜点岩石物理特征;针对陆相页岩油层薄、非均质及各向异性等特征,以岩石物理、测井评价及地震成像为基础,以高分辨率、高精度地震反演为核心,研发形成黏土矿物、纹层发育、薄夹层、裂缝、可压裂性等关键甜点要素预测方法,建立陆相页岩甜点地震识别与预测技术系列与综合评价方法．在济阳、泌阳和潜江等凹陷等陆相页岩油区进行甜点识别评价与综合预测应用,取得较好的应用效果．