石耀軍

摘 要：地球化學(xué)指標(biāo)是頁(yè)巖氣勘探、評(píng)價(jià)的研究基礎(chǔ)及重點(diǎn)，是影響頁(yè)巖氣資源評(píng)價(jià)及甜點(diǎn)優(yōu)選的重要因素。文章在廣泛調(diào)研頁(yè)巖氣測(cè)井評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)分析當(dāng)前頁(yè)巖氣地球化學(xué)指標(biāo)測(cè)井評(píng)價(jià)技術(shù)，闡述了總有機(jī)碳含量及成熟度指標(biāo)國(guó)內(nèi)外主要測(cè)井解釋方法等。

關(guān)鍵詞：頁(yè)巖氣；地球化學(xué)；測(cè)井評(píng)價(jià)

引言

頁(yè)巖氣是指主體位于暗色泥頁(yè)巖或高碳泥頁(yè)巖中，以游離氣或吸附氣為主要存在方式的天然氣聚集，表現(xiàn)為典型的原地成藏模式[1]。不同于常規(guī)油氣的測(cè)井評(píng)價(jià)以“四性關(guān)系”為主，頁(yè)巖氣測(cè)井評(píng)價(jià)主要圍繞生烴條件、儲(chǔ)集條件、保存條件評(píng)價(jià)及其巖石力學(xué)參數(shù)計(jì)算等方面展開(kāi)，具體包括有機(jī)質(zhì)含量、熱成熟度等地化指標(biāo)、富氣泥頁(yè)巖層劃分和儲(chǔ)集參數(shù)評(píng)價(jià)、礦物組分分析、巖石力學(xué)參數(shù)、地層壓力及裂縫發(fā)育指標(biāo)評(píng)價(jià)等。其中總有機(jī)碳含量、成熟度等地球化學(xué)參數(shù)是評(píng)價(jià)泥頁(yè)巖生烴潛力的重要指標(biāo)，也是影響頁(yè)巖氣賦存及吸附氣含量的重要參數(shù)。

常規(guī)測(cè)井技術(shù)能較有效地進(jìn)行巖性識(shí)別、富含頁(yè)巖氣層劃分、TOC計(jì)算等，而在礦物組分分析、巖石力學(xué)分析、裂縫識(shí)別等參數(shù)評(píng)價(jià)方面存在較大缺陷。文章在調(diào)研頁(yè)巖氣地質(zhì)特征、評(píng)價(jià)要素、測(cè)井響應(yīng)特征等的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)開(kāi)展泥頁(yè)巖地球化學(xué)指標(biāo)測(cè)井評(píng)價(jià)方法研究，包括總有機(jī)質(zhì)碳含量及熱成熟度指標(biāo)國(guó)內(nèi)外主要測(cè)井評(píng)價(jià)方法等。

1 總有機(jī)碳含量（TOC）

總有機(jī)質(zhì)含量是影響泥頁(yè)巖含氣量的重要因素，并與干酪根含量密切相關(guān)，它反映了地層的生烴能力，同時(shí)頁(yè)巖比表面隨有機(jī)碳含量的增加而增大，使得有機(jī)碳含量成為影響泥頁(yè)巖吸附氣的重要因素。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外總有機(jī)碳含量計(jì)算廣泛采用的是電阻率與孔隙度重疊法即△logR重疊法[2]，常采用聲波時(shí)差與電阻率曲線重疊進(jìn)行。該方法是將聲波時(shí)差曲線按照一定比例刻度疊加在電阻率曲線上，通過(guò)電阻率曲線刻度為2個(gè)數(shù)量級(jí)對(duì)數(shù)刻度對(duì)應(yīng)聲波時(shí)差為328μs/m間隔，兩條曲線在一定深度范圍內(nèi)基本或完全重疊即為基線，兩條曲線的間距即為△logR，并由此計(jì)算TOC[3]

式中：LOM為成熟度；ΔTOC為基線段有機(jī)碳含量，%

在有較多樣品測(cè)試數(shù)據(jù)的前提下，也可根據(jù)ΔlogR與實(shí)測(cè)有機(jī)碳含量TOC，擬合出它們之間的關(guān)系式計(jì)算TOC值[3]。同時(shí)也可以通過(guò)中子孔隙度與電阻率曲線重疊或者密度與電阻率曲線重疊進(jìn)行計(jì)算ΔlogR。

由于上述方法需要先確定成熟度參數(shù)，并且操作及計(jì)算過(guò)程復(fù)雜，為剔除有機(jī)質(zhì)成熟度不確定因素，張培先（2012）在△logR原理的基礎(chǔ)上，根據(jù)多元統(tǒng)計(jì)原理，選取樣品實(shí)測(cè)TOC值與樣品對(duì)應(yīng)深度的聲波時(shí)差測(cè)井與電阻率測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，回歸公式并建立了有機(jī)質(zhì)含量解釋模型[4]：

式中：TOC 為總有機(jī)碳含量，%；Rt為電阻率，Ω·m；x、y、z 為研究工區(qū)擬合出系數(shù)；

張佳佳等（2012）利用波阻抗和常規(guī)測(cè)井響應(yīng)特征實(shí)現(xiàn)△logR重疊法，計(jì)算TOC值效果較好[3]。此外，常用的TOC測(cè)井解釋方法還有自然伽馬差值法以及密度法。由于干酪根多形成于放射性元素 U 含量比較高的還原環(huán)境中，使得自然伽馬曲線高值，可用總伽馬與無(wú)鈾伽馬曲線的差值與TOC進(jìn)行相關(guān)性分析建立TOC解釋模型，而由于干酪根的密度較低，從而降低地層體積密度，可用密度曲線值與TOC回歸分析，建立相應(yīng)關(guān)系式。

2 有機(jī)質(zhì)成熟度

有機(jī)質(zhì)成熟度也是頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)，當(dāng)泥頁(yè)巖中TOC達(dá)到一定值以后，成熟度越高表明泥頁(yè)巖生烴潛力越大。表征巖樣成熟度的指標(biāo)有很多種，主要包括牙形石色變指數(shù)（CAI）、孢子顏色熱變指數(shù)（TAI）、熱解溫度和鏡質(zhì)體反射率 Ro等，鏡質(zhì)體反射率 Ro值與其他指數(shù)通常具有一定的相關(guān)性。

2.1 鏡質(zhì)體反射率 Ro的估算

Ro在實(shí)驗(yàn)室是通過(guò)顯微鏡下測(cè)量并刻度的。由于Ro隨埋藏深度增加而增加，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)取樣深度建立回歸方程。國(guó)外學(xué)者對(duì)比了泥頁(yè)巖層不同Ro條件下測(cè)井響應(yīng)特征，并提出不同鏡質(zhì)反射率Ro下的測(cè)井曲線響應(yīng)特征：當(dāng)Ro>4.5時(shí)，密度高值，中子和密度曲線分開(kāi)，地層電阻率較小（小于1Ω·m）；當(dāng)Ro在1.8～2.0之間時(shí)，密度低值，中子和密度曲線重疊，地層電阻率高值達(dá)到100Ω·m，據(jù)此可以區(qū)分Ro高值或低值段[5]。

2.2 熱成熟度指數(shù)MI

Hank Zhao等使用電阻率、中子和密度等測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)定義了一個(gè)熱成熟度指數(shù)MI，作為評(píng)價(jià)成熟度的指標(biāo)而被廣泛使用，MI計(jì)算公式如下：

上述式中：N為樣品對(duì)應(yīng)深度的孔隙度大于或等于9%、含水飽和度小于或等于75%的數(shù)據(jù)樣本總數(shù)；Φn9i為符合上述條件時(shí)的中子孔隙度；Sw75i為符合上述條件時(shí)的含水飽和度；Swi為含水飽和度；Rw為地層水電阻率；m為膠結(jié)系數(shù)；Ri為數(shù)據(jù)點(diǎn)的深電阻率讀數(shù)；Φd9i為密度孔隙度中不低于9%的各點(diǎn)讀數(shù)；Φd為密度孔隙度。

需要注意的是，用上述方法求的成熟度指數(shù)是綜合有效層井眼測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算出來(lái)的一個(gè)平均值，所取數(shù)據(jù)來(lái)自取樣深度含水飽和度小于或等于75%、密度孔隙度值大于或等于9%時(shí)的測(cè)井資料。

3 結(jié)束語(yǔ)

頁(yè)巖氣地球化學(xué)評(píng)價(jià)是頁(yè)巖氣資源評(píng)價(jià)與甜點(diǎn)優(yōu)選的基礎(chǔ)與重點(diǎn)，主要內(nèi)容包括有機(jī)碳含量（TOC）及成熟度等指標(biāo)的評(píng)價(jià)。目前，國(guó)內(nèi)外利用測(cè)井資料計(jì)算TOC的主要方法為△logR法及其在此基礎(chǔ)上改進(jìn)的方法，其它應(yīng)用較多的還有自然伽馬差值法以及密度法等。成熟度指標(biāo)測(cè)井評(píng)價(jià)主要有電阻率法和中子-密度重組合法以及熱成熟度指數(shù)計(jì)算法等。

參考文獻(xiàn)

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[3]張佳佳，李宏兵，姚逢昌.油頁(yè)巖的地球物理識(shí)別和評(píng)價(jià)方法[J].石油學(xué)報(bào)，2012，33（4）：625-632.

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[5]萬(wàn)金彬，李慶華，白松濤.頁(yè)巖氣儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)及進(jìn)展[J]測(cè)井技術(shù)，2012，36（5）：441-447.