页岩气点评价体系及应用

页岩气点评价体系及应用

1页岩气“甜点”评价的基本内容岩气是指天然气的主要存在于黑色粘土或高碳粘土中，主要存在于附件或疏远状态中。天然气也存在于夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、甚至砂岩地层中,表现为典型的“原地”成藏模式;在成藏机理上既具有吸附、游离、水溶等多重特征,又具有自生、自储、自保、储层致密的特点,为一种典型的连续性大规模、低丰度、非常规的天然气聚集。页岩气已然成为非常规天然气全球油气资源勘探开发的新亮点。初步研究表明,我国南方中上扬子地区的下古生界、华北地区的石炭—二叠系、鄂尔多斯盆地的三叠系、西北地区的侏罗系是页岩气勘探的有利层位,具有广阔的勘探开发前景。2009年四川盆地建南地区建35-2井在侏罗系自流井组珍珠冲段中途测试获得7724m3/d工业气流后,部署实施了建111井,在下侏罗统自流井组东岳庙段采用水力压裂测试获得了3661m3/d工业气流,实现了鄂西渝东地区侏罗系页岩气勘探的重大突破。非常规油气藏是非常规油气地质研究的核心,非常规油气藏中的“藏”不同于传统意义圈闭形成的藏,其地质特征、评价方法等与常规油气藏有明显的不同,不能用常规的思路指导非常规油气勘探开发,页岩气勘探和开发需要非常规的方法和手段。本文结合北美页岩气勘探开发实践,建立了页岩气“甜点”评价体系,分析页岩气“甜点”评价需要的基本资料,提出了页岩气“甜点”评价思路和关键步骤,提出了关键参数评价法。并以建南侏罗系为例,应用该方法,研究建南页岩气储层“甜点”基本地质特征,预测“甜点”分布规律,依此部署了建南页岩气勘探评价井建页HF-1井井位,并取得了良好的效果。2页岩气藏勘探方向和评价方法页岩气“甜点”是指最佳的页岩气勘探与开发的区域或层位。其典型特征为:页岩厚度大(大于30m)、处于“生气窗”,有机质含量高,石英等脆性矿物含量高(可压性强)、蒙脱石含量低,超压、气测异常,与常规油气藏相邻、地表条件良好等。低泊松比、高弹性模量、富含有机质的脆性页岩是页岩气的首选勘探目标。典型页岩气藏评价所需的资料可归纳为表1。由表1可见,必须采用地质—工程一体化评价方法,综合集成地质、地球化学、石油工程、岩石力学和油层物理等多学科的研究成果,开展页岩气“甜点”评价与预测。页岩气“甜点”预测和评价思路是:从页岩气富集的地质要素出发,充分利用地质、地球物理、地球化学、地质力学、测井、岩心分析化验等资料,利用“甜点”评价核心参数标准,充分考虑钻井、压裂、地表等设计要素,优选出最佳勘探开发区域和层位。2.1岩心层序特征收集整理评价区露头、钻井、盆地研究成果,充分利用已有的测井、岩心、岩屑和各类井资料、地震资料解释成果,对页岩发育的构造背景和沉积环境进行分析,对岩心的层序和沉积特征进行精细描述,重点描述页岩段的岩相特征。认识构造、断层、天然裂缝特征(密度、方位、原地状况等)和井壁稳定性等。2.2岩心环境地质性质研究利用地球化学分析技术,开展页岩生烃潜力研究,分析有机碳含量、有机质类型、有机质热演化程度,开展页岩岩心实验和评价,进行岩心地球化学性质研究,分析自由气、吸附气含量,分析岩相和流体关系,间接识别储层流体性质和有利目的层段。2.3地质性质分析开展岩心和地应力等地质力学分析,研究地应力场(包括最大水平主应力、最小水平主应力、地应力方位、地应力剖面),研究岩石力学性质(包括杨氏模量、泊松比、岩石硬度),确定脆性指数,开展可压性评价,优化压裂液体系、确定支撑剂性能,有利于识别有利层段。杨氏模量和泊松比是岩石力学性质最重要的2个参数,可以用来确定页岩属于脆性还是塑性地层。2.4岩物学特征通过岩心实验、流体性质分析,开展油藏特征研究,分析压力梯度、储层温度、深度。分析页岩层物性特征(孔隙度、渗透率、流体饱和度等),岩性特征,包括全岩矿物成分与含量、脆性矿物成分与含量、粘土矿物成分与含量、脆性指数。开展酸溶性实验、流体敏感性实验,孔隙压力、三轴应力分析,有利于识别有利层段,标定测井,优化完井和压裂设计。2.5声波测井和地层元素测井相结合技术测井技术主要用于对页岩气层、裂缝、岩性的定性与定量识别。页岩气层在测井曲线上显示为高电阻、高声波时差、低体积密度、低补偿中子、低光电效应等特征。成像测井可以识别出裂缝和断层,并能对页岩进行分层。声波测井可以识别裂缝方向和最大主应力方向。地层元素测井通过对该技术测量的图谱进行分析,可以确定岩石中矿物的含量,确定地层中粘土、石英、碳酸盐、黄铁矿等含量,可准确判断岩性,进而识别储层特征。应用声波扫描、中子密度、成像测井来综合计算岩石力学参数,有利于确定有利层段,优选射孔位置、合理设计压裂工艺。此外,通过岩心与测井对比建立解释模型,还可获取含气饱和度、含水饱和度、含油饱和度、孔隙度、有机质丰度、岩石类型等参数。页岩气“甜点”预测与评价流程的关键步骤见表2。2.6核心参数分析:“核心参数分析法”确定的基础为了部署勘探评价井,评价落实页岩气藏有利目标区,获取资料,测试产能,一种最直接的评价与优选方法是“核心参数分析法”。通过分析北美主要页岩气盆地的关键参数变化,结合我国实际地质特点提出了10项核心参数指标的判别标准(表3)。3例子3.1地层以灰泥岩为原料,岩和泥灰岩中灰岩或灰岩建南地区侏罗系自流井组东岳庙段为滨浅湖相沉积,为页岩气成藏提供了丰富的物质基础。岩性顶部以灰色泥岩沉积为主,夹薄层介壳灰岩或泥灰岩,中部以深灰色含灰泥岩和灰黑色页岩沉积为主,底部以深灰色—灰黑色泥页岩夹介壳灰岩,暗色泥岩主要是底部这套灰黑色泥页岩。地层厚度区内分布稳定,厚度一般为130~200m,从东向西、从南向北地层厚度逐渐增厚。东岳庙段平均地层压力5.61MPa,压力系数平均0.98;含气页岩层段厚570~646m,平均地层压力5.65MPa,压力系数平均0.95。3.2岩石学和热成熟度东岳庙段上部泥岩有机碳含量为0.76%~1.85%,平均1.1%;中部含灰泥岩最差,一般为0.18%~0.66%,平均小于0.5%;下部含量最高,一般为0.5%~3.22%,平均1.37%。区域分布趋势与泥页岩沉积厚度具有相同的趋势,自东向西、自南向北有机碳含量逐渐升高。含气页岩的热成熟度越高,表明页岩生气量越大,页岩中赋存的天然气也越多,同时干酪根的成熟度也影响页岩中能够被吸附在有机物质表面的天然气量。随着演化程度的增高,由于烃类气体生成引起的地层压力增大也可以提高页岩对气体的吸附能力,在压力升高到一定的程度时,在地层中产生的微裂缝也是页岩气赋存的良好储集空间。区内有机质成熟度呈南东向北西方向逐渐增加的趋势,建南三维工区Ro一般为1.0%~1.4%。干酪根的化学组成和结构特征的不同,在不同阶段产气率会有较大的变化。建南东岳庙段57块样品,其中Ⅱ型干酪根共39块,Ⅰ型14块,而Ⅲ型仅4块,干酪根类型以Ⅱ型为主,有利于大量生气。3.3储层主导地位及发育模式东岳庙段泥页岩孔隙度一般为1%~4%,渗透率一般为(0.01~0.5)×10-3μm2,储层物性较好。据岩心观察和薄片鉴定及扫描电镜分析,东岳庙段孔隙发育,以粒间孔和溶孔为主,部分层段孔隙空间十分发育,孔洞内见晶形发育完好的方解石晶体(图1)。页岩中极低的基岩渗透率,开启的、相互垂直的或多套天然裂缝能增加页岩气储层的产量。岩心观察可见部分层段高角度裂缝发育,最长缝可达1.5~2m,在泥岩及含介壳泥质灰岩中常见裂缝发育,但裂缝多被方解石半充填或全充填。3.4粘土及土矿物岩石脆性矿物以石英和碳酸盐岩为主,平均含量分别为54.01%和18.33%;粘土平均含量为27.66%。粘土矿物以伊利石、伊—蒙间层为主,平均含量分别为28.92%和37.33%。比较北美主要页岩储层,建南陆相页岩的矿物特征与Barnett页岩十分接近(图2)。3.5储集空间和裂缝发育页岩储层中的裂缝多以微裂缝形式存在,可利用测井和地震技术来识别(图3,4)。页岩基质孔隙度很低,因而裂缝是页岩中游离气的主要储集空间。此外,裂缝还为页岩吸附气的持续解吸产出提供通道。寻找和识别泥页岩中的天然裂缝非常关键。三维地震技术有助于准确认识复杂构造、储层非均质性和裂缝发育带,可以提高探井的成功率。通常,裂缝的存在会引起地震反射特征的改变,应用高分辨率三维地震及相关处理技术,可以依据反射特征的差异识别和预测裂缝。建南浅层裂缝的地震响应特征为杂乱、弱反射(图4)。3.6“甜点”区面积比较采用核心参数分析法,依据表3页岩气“甜点”核心参数判别标准,建南地区侏罗系页岩气“甜点”一、二、三类区的总分值分别为68,56,42(表4)。综合评价一类“甜点”区面积176km2,二类有利区面积641km2。图5是考虑泥岩厚度、有机碳含量、镜质体反射率、埋深等多因素叠加综合评价结果。结合井场、管网、水源等地表条件,综合评价并部署一类“甜点”区页岩气重点勘探评价井———建页HF-1井,设计导眼垂深660m,水平井设计井深1746m,主探自流井组东岳庙段。3.7井-井-ro建页HF-1井2011年6月完钻井深668.0m,完钻层位下侏罗统自流井组珍珠冲段;岩心浸水含气实验见丰富串珠状气泡溢出,录井解释含气页岩58.45m;测井解释页岩含气层51.0m/5层,页岩微含气层7.0m/1层。样品有机碳含量为0.44%~3.22%,平均为1.1%。ω(TOC)为1.16%~2.87%,平均1.80%;Ro为1.16%~1.36%,平均1.29%;同时脆性矿物含量大于50%。7月完成水平段钻井,钻井深1777.77m,完钻层位为东岳庙段,水平段长1022.52m。水平段录井发现显示942.27m/4层,其中850~1162m(312m)水平段全烃0.17%↑4.81%,甲烷0.048%↑4.162%。后效有3次显示好,点火成功,火焰高3~7m,持续时间10~41min。2011年9月完成大型分段压裂,放喷点火,火焰高4~8m,初期日产1.2×104m3。4页岩气“甜点”预测与评价的必要性1)采用地质—工程一体化评价方法,综合集成地质、地球化学、石油工程、岩石力学和油层物理等多学科的研究成果,能更好地指导页岩气“甜点”识别和评价。