页岩气测井评价技术简介

1、页岩气测井评价技术简介页岩气测井评价技术简介p 页岩气简介页岩气简介常规资源与非常规资源常规资源与非常规资源重油、油砂、页岩油、页重油、油砂、页岩油、页岩气、致密砂岩气、盆地岩气、致密砂岩气、盆地中心气等中心气等天然气水化物与其他更低品位资源天然气水化物与其他更低品位资源易开发、只占小部分易开发、只占小部分大部分储量开发较困难大部分储量开发较困难 页岩气页岩气是继致密砂岩气和是继致密砂岩气和煤层甲烷气之后第三种重煤层甲烷气之后第三种重要的非常规油气资源，具要的非常规油气资源，具有含气面积广泛、资源量有含气面积广泛、资源量大、生产寿命长、产量稳大、生产寿命长、产量稳定等特点定等特点 页岩气页岩气

2、是指主要以是指主要以吸附吸附或或游离游离状态赋存于暗色泥岩、状态赋存于暗色泥岩、页岩的天然气。页岩的天然气。u页岩气定义页岩气定义p 页岩气简介页岩气简介 页岩气是一种特殊的非常规天然气。具有页岩气是一种特殊的非常规天然气。具有自生自生自储、无气水界面、大面积连续成藏、低孔、低渗自储、无气水界面、大面积连续成藏、低孔、低渗等特征等特征，一般无自然产能或低产，需要大型水力压，一般无自然产能或低产，需要大型水力压裂和水平井技术才能进行经济开采，单井生产周期裂和水平井技术才能进行经济开采，单井生产周期长。长。u页岩气特点页岩气特点p 页岩气简介页岩气简介 全球页岩气资源量很丰富，预计达全球页岩气资源

3、量很丰富，预计达456.24456.2410101212m m3 3，相当，相当于常规天然气的于常规天然气的1.41.4倍，主要分布在倍，主要分布在北美、中亚、中国、中东、北美、中亚、中国、中东、北非和前苏联北非和前苏联。 u页岩气资源量页岩气资源量p 页岩气简介页岩气简介n国内页岩发育在国内页岩发育在古生界海相古生界海相、中新生界陆相中新生界陆相盆地盆地n据类比法预测，我国页岩气资源前景约据类比法预测，我国页岩气资源前景约3030万亿方万亿方u国内页岩气资源分布国内页岩气资源分布 三大海相页岩分布区三大海相页岩分布区l南方古生界海相页岩南方古生界海相页岩l华北地区下古生界海相页岩华北地区下古

4、生界海相页岩l塔里木盆地寒武塔里木盆地寒武- -奥陶系海相页岩奥陶系海相页岩 五大陆相页岩分布区五大陆相页岩分布区l松辽盆地白至系湖相页岩松辽盆地白至系湖相页岩l准噶尔盆地中一下侏罗统湖相页岩准噶尔盆地中一下侏罗统湖相页岩l鄂尔多斯盆地上三叠统湖相页岩鄂尔多斯盆地上三叠统湖相页岩l吐哈盆地中一下侏罗统湖相页岩吐哈盆地中一下侏罗统湖相页岩l渤海湾下第三系湖相页岩渤海湾下第三系湖相页岩p 页岩气简介页岩气简介1 1、在四川、鄂尔多斯、中下扬子地区、华北盆地页岩地质条件最好。、在四川、鄂尔多斯、中下扬子地区、华北盆地页岩地质条件最好。2 2、准噶尔、松辽、吐哈等盆地页岩气基本地质条件较好。、准噶尔、

5、松辽、吐哈等盆地页岩气基本地质条件较好。3 3、柴达木、辽河等盆地页岩气地质条件较差。、柴达木、辽河等盆地页岩气地质条件较差。u页岩气资源潜力排序页岩气资源潜力排序p 页岩气简介页岩气简介u页岩气储层岩性特征页岩气储层岩性特征 页岩的矿物成分比较复杂页岩的矿物成分比较复杂, ,除除伊利石、蒙脱石、高岭石伊利石、蒙脱石、高岭石等等粘土矿物以外粘土矿物以外, ,常含有常含有石英、方解石、长石、云母等碎屑石英、方解石、长石、云母等碎屑矿物和自生矿物；矿物和自生矿物； 矿物成分的变化影响了页岩对气体的吸附能力矿物成分的变化影响了页岩对气体的吸附能力 ，页岩中，页岩中的吸附态甲烷主要分布在的吸附态甲烷主

6、要分布在伊利石伊利石表面表面, ,其次吸附于干酪根其次吸附于干酪根之中；之中； 石英石英、碳酸盐碳酸盐矿物含量增加矿物含量增加, ,岩石的脆性提高岩石的脆性提高 ，在外力，在外力作用下，易形成裂缝作用下，易形成裂缝。p 页岩气简介页岩气简介u页岩气储层储集空间特征页岩气储层储集空间特征次生孔隙次生孔隙原生孔隙原生孔隙构造裂缝构造裂缝 成岩成岩- -构造裂缝构造裂缝 成岩裂缝成岩裂缝 孔隙孔隙裂缝裂缝 页岩储层的储渗空间可分为页岩储层的储渗空间可分为基质孔隙基质孔隙和和裂缝裂缝； 基质孔隙有基质孔隙有残余原生孔隙残余原生孔隙、有机质生烃形成的微孔隙、黏土矿物伊、有机质生烃形成的微孔隙、黏土矿物伊

7、利石化形成的微裂利石化形成的微裂( (孔孔) )隙；隙； 不稳定矿物不稳定矿物( (如长石、方解石如长石、方解石) )溶蚀形成的溶蚀孔等。溶蚀形成的溶蚀孔等。p 页岩气简介页岩气简介l页岩微孔隙特征页岩微孔隙特征微米纳米级，微米纳米级，基质微孔隙基质微孔隙溶蚀孔隙溶蚀孔隙有机孔隙有机孔隙岩孔、金沙剖面，岩孔、金沙剖面， 1q1q，黑色，黑色页岩中生烃残留孔（？）页岩中生烃残留孔（？） 有机质生烃体积缩小形成有机质生烃体积缩小形成的微孔隙的微孔隙 威远威远 龙马溪组龙马溪组 贵州金沙县岩孔剖面贵州金沙县岩孔剖面 筇竹寺组筇竹寺组威威106106井井 筇竹寺组筇竹寺组重庆城口石溪河剖面重庆城口石溪

8、河剖面 五峰组五峰组贵州金沙县岩孔剖面贵州金沙县岩孔剖面 筇竹寺组筇竹寺组有机质中蜂窝状微孔有机质中蜂窝状微孔( (直径直径0.1-1m)0.1-1m)p 页岩气简介页岩气简介宁宁201 S201 S1 1l 2504.36-2504.65ml 2504.36-2504.65m威威201201井井 1q 2801.391q 2801.392802.40m 2802.40m 威威201201井井 1q 2789.751q 2789.752792.07m 2792.07m 宁宁201 S201 S1 1l 2516.88-2518.89ml 2516.88-2518.89ml页岩中发育层间缝、节理

9、缝及各类构造缝页岩中发育层间缝、节理缝及各类构造缝p 页岩气简介页岩气简介u页岩气藏储层特征页岩气藏储层特征l页岩气藏一般呈现低孔、低渗的物性特征页岩气藏一般呈现低孔、低渗的物性特征孔隙度孔隙度100100）；）；l总自然伽马和无铀伽马的差异幅度反映了地层中有机质含总自然伽马和无铀伽马的差异幅度反映了地层中有机质含量的多少量的多少 。井径测井井径测井：l砂岩显示缩径；砂岩显示缩径；l泥页岩一般为扩径。泥页岩一般为扩径。u常规测井识别常规测井识别声波时差测井声波时差测井：页岩气储层声波时差值显示：页岩气储层声波时差值显示高值高值。l页岩比泥岩致密，孔隙度小，声波时差介于泥岩和砂岩之间。页岩比泥岩

10、致密，孔隙度小，声波时差介于泥岩和砂岩之间。l遇到裂缝气层有遇到裂缝气层有周波跳跃周波跳跃反应，或者曲线突然拔高。反应，或者曲线突然拔高。l页岩有机质含量增加时，其声波时差增大；页岩有机质含量增加时，其声波时差增大；l声波值偏小，则反映了有机质丰度低。声波值偏小，则反映了有机质丰度低。常规测井常规测井p 页岩气储层测井识别页岩气储层测井识别u常规测井识别常规测井识别中子测井中子测井：页岩气储集层中子测井值为高值。：页岩气储集层中子测井值为高值。l中子测井值反映的是岩层中的含氢量；中子测井值反映的是岩层中的含氢量；l地层中含气使得中子值减小，而束缚水则使中子值偏大。地层中含气使得中子值减小，而束

11、缚水则使中子值偏大。l束缚水饱和度较高，束缚水对于中子测井值的影响较大束缚水饱和度较高，束缚水对于中子测井值的影响较大l有机质中的氢含量也会对中子测井产生影响使孔隙度偏大。有机质中的氢含量也会对中子测井产生影响使孔隙度偏大。l在页岩储集层段，中子孔隙度值显示低值，这代表高的含气量、在页岩储集层段，中子孔隙度值显示低值，这代表高的含气量、短链碳氢化合物。短链碳氢化合物。p 页岩气储层测井识别页岩气储层测井识别u常规测井识别常规测井识别地层密度测井地层密度测井：地层密度为低值。：地层密度为低值。l地层密度值实际上测量的是地层的电子密度，而电子密度相当地层密度值实际上测量的是地层的电子密度，而电子密

12、度相当于地层体积密度；于地层体积密度；l页岩密度为低值，比砂岩和碳酸岩地层密度测井值低；页岩密度为低值，比砂岩和碳酸岩地层密度测井值低；l但是比煤层密度值高出很多；但是比煤层密度值高出很多；l随着有机质和烃类气体含量增加将会使地层密度值更低；随着有机质和烃类气体含量增加将会使地层密度值更低；l存在裂缝，也会使地层密度测井值降低。存在裂缝，也会使地层密度测井值降低。p 页岩气储层测井识别页岩气储层测井识别u常规测井识别常规测井识别电阻率测井电阻率测井：页岩深浅探测电阻率均显示低值。：页岩深浅探测电阻率均显示低值。l页岩气的电阻率影响因素复杂，主要是：页岩气的电阻率影响因素复杂，主要是：l页岩泥岩

13、含量高，束缚水饱和度高，而这两者的电阻率都很页岩泥岩含量高，束缚水饱和度高，而这两者的电阻率都很低；低；l页岩气储集层低孔低渗，使得泥浆滤液侵入范围很小，侵入页岩气储集层低孔低渗，使得泥浆滤液侵入范围很小，侵入带影响很小，深浅曲线值非常相近，这反映了页岩气储集层带影响很小，深浅曲线值非常相近，这反映了页岩气储集层的渗透率值低；的渗透率值低；l有机质电阻率高，干酪根的电阻率为无限大；有机质电阻率高，干酪根的电阻率为无限大；l在有机质丰度高的地层中，电阻率测井值为相对高值。在有机质丰度高的地层中，电阻率测井值为相对高值。p 页岩气储层测井识别页岩气储层测井识别u常规测井识别常规测井识别常规测井常规

14、测井p 页岩气储层测井识别页岩气储层测井识别元素俘获能谱测井元素俘获能谱测井(ECS)(ECS) l通过谱分析图观测页岩的矿物含量；通过谱分析图观测页岩的矿物含量；l能够识别泥页岩中黏土、石英、长石、碳酸盐岩、黄铁能够识别泥页岩中黏土、石英、长石、碳酸盐岩、黄铁矿等成分的含量。矿等成分的含量。 微电阻率扫描成像测井微电阻率扫描成像测井(FMI)(FMI) l识别真假裂缝和各种非均质构造；识别真假裂缝和各种非均质构造；l识别小的断层，对页岩进行分层。识别小的断层，对页岩进行分层。 u特殊测井识别特殊测井识别p 页岩气储层测井识别页岩气储层测井识别交叉偶极声波（交叉偶极声波（DSIDSI）l提取质

15、量可靠的纵波、横波、斯通利波时差，判别储层提取质量可靠的纵波、横波、斯通利波时差，判别储层的有效性；的有效性；l计算岩石力学参数；计算岩石力学参数；l用于地层各向异性分析用于地层各向异性分析; ; 核磁共振测井（核磁共振测井（CMR)CMR)l分析泥页岩孔隙结构，求取有效孔隙度分析泥页岩孔隙结构，求取有效孔隙度; ;l计算泥页岩的束缚水饱和度；计算泥页岩的束缚水饱和度；l计算泥页岩的渗透率计算泥页岩的渗透率 u特殊测井识别特殊测井识别p 页岩气储层测井识别页岩气储层测井识别四、页岩气测井评价技术简介四、页岩气测井评价技术简介p 页岩气测井解释建模方法页岩气测井解释建模方法 应用岩心分析资料结合

16、测井资料建立各种参数的解应用岩心分析资料结合测井资料建立各种参数的解释模型。释模型。u 岩性组份和含量岩性组份和含量u 有机质丰度有机质丰度u 孔隙度孔隙度u 含气量含气量u 岩石力学参数岩石力学参数u 有机质成熟度有机质成熟度u 裂缝参数裂缝参数u 岩性组份和含量建模岩性组份和含量建模 有岩心分析资料和元素俘获测井数据时：有岩心分析资料和元素俘获测井数据时：岩心刻度元素俘获岩心刻度元素俘获测井建立的钙质岩类、硅质岩类、粘土、长石、黄铁矿等参测井建立的钙质岩类、硅质岩类、粘土、长石、黄铁矿等参数的解释模型数的解释模型； 有岩心分析资料，无元素俘获测井数据时：有岩心分析资料，无元素俘获测井数据时

17、：岩心刻度常规测岩心刻度常规测井，采用多元统计回归、最小二乘法等方法建立的钙质岩类、井，采用多元统计回归、最小二乘法等方法建立的钙质岩类、硅质岩类、粘土、长石、黄铁矿等参数的解释模型；硅质岩类、粘土、长石、黄铁矿等参数的解释模型； 无岩心分析资料时，有元素俘获测井数据时：无岩心分析资料时，有元素俘获测井数据时：用元素测井经用元素测井经验模型进行计算钙质岩类、硅质岩类、粘土、长石、黄铁矿验模型进行计算钙质岩类、硅质岩类、粘土、长石、黄铁矿等参数；等参数； 无岩心分析资料时，无元素俘获测井数据时：无岩心分析资料时，无元素俘获测井数据时：用去铀伽马、用去铀伽马、中子中子-密度交会等方法计算各种矿物成

18、份与含量密度交会等方法计算各种矿物成份与含量 。p 页岩气测井解释建模方法页岩气测井解释建模方法u有机碳丰度（有机碳丰度（TOCTOC）测井计算模型）测井计算模型 1、线性回归法：、线性回归法：岩心分析数据刻度自然伽马能谱、体积岩心分析数据刻度自然伽马能谱、体积密度、声波时差密度、声波时差TOC。2、电阻率与声波时差重叠法：、电阻率与声波时差重叠法：3、体积模型法：、体积模型法：利用声波时差（或岩性密度、补偿密度、利用声波时差（或岩性密度、补偿密度、补偿中子）和电阻率测井的参数对，通过三角形方式补偿中子）和电阻率测井的参数对，通过三角形方式计算计算TOC。LogR=log(R/R)+0.02

19、( tt) 基线基线(2.207-0.1688LOM)TOC= LogR 10*Cp 页岩气测井解释建模方法页岩气测井解释建模方法u孔隙度计算模型孔隙度计算模型 fmaTOCTOCTOCmabmaTWW )1(密度孔隙度：密度孔隙度：1、岩心刻度测井、岩心刻度测井（密度、中子、声波）（密度、中子、声波）建立的孔隙度建立的孔隙度模型计算。模型计算。2、核磁实验、核磁实验T2截止值刻度测井截止值刻度测井算总孔隙度、有效孔隙算总孔隙度、有效孔隙度等度等;3、常规孔隙度测井资料、常规孔隙度测井资料直接计算地层孔隙度直接计算地层孔隙度:p 页岩气测井解释建模方法页岩气测井解释建模方法u含气量计算含气量计

20、算 1、吸附气含量估算方法、吸附气含量估算方法 线性回归法：线性回归法：利用实验得到的解析气含量与补偿密度测利用实验得到的解析气含量与补偿密度测井值建立的区域含气量经验模型计算井值建立的区域含气量经验模型计算； 等温吸附线法：等温吸附线法：按朗格缪尔方程估算：按朗格缪尔方程估算：pppvGlls 2 2、游离气含量估算方法、游离气含量估算方法 直接估算法：直接估算法：游离气含量游离气含量=吸附气含量吸附气含量； 经验模型估算：经验模型估算：bweffscfmSBG )1(13 3、总气含量估算方法、总气含量估算方法总含气量总含气量= =游离气含量游离气含量+ +吸附气含量吸附气含量 p 页岩气

21、测井解释建模方法页岩气测井解释建模方法u岩石力学参数计算岩石力学参数计算 岩石力学试验资料刻度多极子阵列声波测井岩石力学试验资料刻度多极子阵列声波测井建立提取建立提取地层的纵横波时差及比值地层的纵横波时差及比值计算泊松比、杨氏模量、切变模计算泊松比、杨氏模量、切变模量、体积压缩系数、地层破裂压力梯度等岩石力学参数量、体积压缩系数、地层破裂压力梯度等岩石力学参数计计算水力压裂裂缝高度。算水力压裂裂缝高度。u有机质成熟度指数计算有机质成熟度指数计算 孔隙度测井孔隙度测井+ +岩心分析岩心分析经验模型。经验模型。 u裂缝参数计算裂缝参数计算 岩心刻度成像测井岩心刻度成像测井页岩储层裂缝宽度、长度、密

22、度等页岩储层裂缝宽度、长度、密度等参数，并描述裂缝的产状、岩性等参数，并描述裂缝的产状、岩性等 p 页岩气测井解释建模方法页岩气测井解释建模方法四、页岩气测井评价技术简介四、页岩气测井评价技术简介p 测井测井综合解释测井测井综合解释2 2、有利储集段评价、有利储集段评价u有利储层段评价标准有利储层段评价标准：泥质含量：泥质含量4040 脆性矿物含量脆性矿物含量55%55% TOC2% TOC2%u储层分类标准储层分类标准：类：孔隙度类：孔隙度5%5%、TOC5%TOC5% 类：类：3%3%孔隙度孔隙度5%5%、3%TOC3%TOC5%5% III III类：类：1%1%孔隙度孔隙度3%3%、2

23、%TOC2%TOC3% 3% 1 1、有利储集段划分、有利储集段划分 测井、地质、气测等资料结合定性划分页岩气有利储集段。测井、地质、气测等资料结合定性划分页岩气有利储集段。 3 3、可压裂性分析与评价、可压裂性分析与评价 脆性矿物含量、泊松比、杨氏模量、切变模量、体积压缩脆性矿物含量、泊松比、杨氏模量、切变模量、体积压缩系数系数； 地层破裂压力梯度、地应力、水力压裂裂缝高度地层破裂压力梯度、地应力、水力压裂裂缝高度; 判断岩层的可压裂性，推荐易于压裂的井段和布井方向。判断岩层的可压裂性，推荐易于压裂的井段和布井方向。p 测井测井综合解释测井测井综合解释四、页岩气测井评价技术简介四、页岩气测井

24、评价技术简介l Named Soroush Named Soroush等指出，在页岩气储等指出，在页岩气储层测井为了防止井眼垮塌，通常采用层测井为了防止井眼垮塌，通常采用油油基泥浆基泥浆钻井；钻井；l为了评价裂缝，通常采用为了评价裂缝，通常采用油基泥浆电油基泥浆电阻率成像测井阻率成像测井(OBMI)(OBMI)和和超声成像测井超声成像测井(UBI)(UBI)；u成像测井评价裂缝成像测井评价裂缝l右图右图为为BarnettBarnett层的层的OBMIOBMI与与UBIUBI的比的比较。较。l左图左图为成像测井在水平井中识别为成像测井在水平井中识别页岩气储层层理和裂缝实例。页岩气储层层理和裂缝实

25、例。p 应用实例应用实例l上部含气页岩上部含气页岩为为OklahomaOklahoma州 泥 盆 一 密 西 西 比 系州 泥 盆 一 密 西 西 比 系WoodfordWoodford页岩页岩l表现为伽马、电阻率高值表现为伽马、电阻率高值; ;lPePe低值低值; ;l密度、中子孔隙度高值密度、中子孔隙度高值l下部为下部为SylvanSylvan地层，不含地层，不含气，测井曲线（与页岩气气，测井曲线（与页岩气层相比）差异明显。层相比）差异明显。u判断含气页岩判断含气页岩p 应用实例应用实例含气页岩的典型测井曲线图含气页岩的典型测井曲线图u计算孔隙度、渗透率、饱和度、有机碳含量计算孔隙度、渗透

26、率、饱和度、有机碳含量p 应用实例应用实例l有研究表明，页岩气有研究表明，页岩气储层的含气量主要取决储层的含气量主要取决于其总有机碳含量于其总有机碳含量u确定总有机碳含量确定总有机碳含量(TOC)l 根据根据自然伽马自然伽马测井资测井资料计算料计算TOCTOC。 SchmokerSchmoker于于 1 9 8 11 9 8 1 年 对 美 国年 对 美 国IllinoisIllinois州州New AlbanyNew Albany页岩岩心进行研究，发页岩岩心进行研究，发现现自然伽马测井值与自然伽马测井值与TOCTOC呈线性关系呈线性关系。p 应用实例应用实例lSchmokerSchmoker

27、于于19791979年对美国年对美国IllinoisIllinois的的New AlbanyNew Albany页岩岩页岩岩心进行研究，发现心进行研究，发现TOCTOC与密度测与密度测井值之间具有良好的相关性，井值之间具有良好的相关性，因此利用因此利用密度测井密度测井资料计算总资料计算总有机碳含量。有机碳含量。u根据密度测井资料计算根据密度测井资料计算TOC。p 应用实例应用实例l电阻率电阻率- -孔隙度曲线叠孔隙度曲线叠合图也可以用于确定合图也可以用于确定TOCTOC，这种方法也称为这种方法也称为lgRlgRt t法；法；lPasseyPassey等等(1990)(1990)给出了给出了利用

28、声波时差和地层电利用声波时差和地层电阻率计算阻率计算TOCTOC的数学表达的数学表达式式: :ulgRt法求取法求取TOCp 应用实例应用实例 在压裂中必须进行优化设计，在压裂中必须进行优化设计，为此必须进行演示物理参数的计算为此必须进行演示物理参数的计算包括脆性、闭合压力、压裂宽度、包括脆性、闭合压力、压裂宽度、杨氏模量、泊松比等计算方法。杨氏模量、泊松比等计算方法。 u计算储层岩石力学参数计算储层岩石力学参数p 应用实例应用实例p 应用实例应用实例l 国内第一口页岩气井国内第一口页岩气井 气产量为：气产量为：1.081.0810104 4m m3 3/d/d四、页岩气测井评价技术简介四、页岩气测井评价技术简介测井类别测井类别测井项目测井项目备备 注注必测项目必测项目综合测井综合测井双感应双感应- -八侧向八侧向补偿中子补偿中子岩性密度岩性密度长源距声波或补偿声波长源距声波或补偿声波自然伽马能谱自然伽马能谱自然伽马自然伽马自然电位自然电位井井 径径采用盐水钻井液时，用采用盐水钻井液时，用双侧向双侧向- -微球型聚焦测井微