针对当前世界范围内研究热点之一的页岩气资源,对储层总有机碳质量分数(w(TOC))测井评价方法进行了初步总结和探讨。对w(TOC)测井评价方法进行了实际资料的处理,并对处理结果进行了验证和对比分析。通过分析结果可知,对于没有放射性矿物干扰的地层,利用自然伽马能谱法评价w(TOC)的准确度最高,应优先选择;对于没有自然伽马测井数据却有岩心试验数据的地区,可根据试验数据优选回归曲线获得最符合该地区的回归公式;对于仅含有常规测井曲线的地区,则可选择ΔlogR法。 The study of shale gas was one of the hotspots for research on the shale-gas resources worldwide currently. The evaluation methods of Total Organic Carbon w(TOC) well logging were preliminarily summarized and analyzed. The actual data were processed for w(TOC) well logging, the calculation results were verified and compared with core data. The analysis results show that spectral gamma-ray log method is the most suitable for the formations without radioactive minerals and it should be the first choice. For the application of the areas without spectral gamma-ray logging data but with core data, the regression curve method should be selected for obtaining the regression logging formula being the most suitable for using in the area based on experimental results. For the areas where only conventional logging curves are acquired, ΔlogR method is an available option.
聂昕1,2,万宇1,邹长春3,张儒4
1油气资源与勘探技术教育部重点实验室(长江大学),湖北 武汉
2非常规油气湖北省协同创新中心(长江大学),湖北 武汉
3地下信息探测技术与仪器教育部重点实验室(中国地质大学(北京)),北京
4中石化华北石油工程有限公司测井分公司,河南 新乡
作者简介:聂昕(1987-),男,博士,讲师,主要从事非常规资源测井解释及数字岩石物理方面的研究工作。
收稿日期:2015年12月2日;录用日期:2016年3月23日;发布日期:2016年6月15日
针对当前世界范围内研究热点之一的页岩气资源,对储层总有机碳质量分数(w(TOC))测井评价方法进行了初步总结和探讨。对w(TOC)测井评价方法进行了实际资料的处理,并对处理结果进行了验证和对比分析。通过分析结果可知,对于没有放射性矿物干扰的地层,利用自然伽马能谱法评价w(TOC)的准确度最高,应优先选择;对于没有自然伽马测井数据却有岩心试验数据的地区,可根据试验数据优选回归曲线获得最符合该地区的回归公式;对于仅含有常规测井曲线的地区,则可选择ΔlogR法。
关键词 :测井评价,w(TOC),页岩气,回归法,ΔlogR法
作为一种非常规的天然气资源,页岩气的勘探开发越来越得到人们的重视。2005年以来,随着能源需求的急剧增加和国外页岩气资源的成功开发利用,国家层面已经充分认识到页岩气资源的重要性,中石油、中石化及国土资源部加强了我国页岩气资源的调查 [
目前,已经有许多学者针对页岩气储层的w(TOC)评价方法进行了研究。Schmoker (1979) [
该次研究选取了四川盆地某页岩气储层的X井 [
由于测井曲线对w(TOC)的敏感性,可建立测井参数与w(TOC)的拟合关系,常用的有体积密度法、自然伽马指示法。
利用X井的测井数据与岩心分析的w(TOC)(w(TOC)core)进行交会,由单变量线性回归结果(图1)可以看出,自然伽马(qAPI)、密度(ρ)、声波时差(Δt)与w(TOC)core呈线性关系,qAPI与w(TOC)core的相关性最高,Δt与w(TOC)core的相关性最低。其回归公式分别为:
式中:
图1. X井w(TOC)core与常规测井曲线交会图
利用相关性较好的qAPI与ρ来计算w(TOC),计算结果如图2所示。可以看出,在XX25~XX82m井段
如果存在2个或多个与应变量密切相关的自变量,且它们自身不相关,则多元回归效果优于单一变量回归的结果。
图2. X井单一参数回归法计算的w(TOC)与岩心分析w(TOC)对比图
谢灏辰等(2013) [
应用该模型计算得到的w(TOC)与实测值的平均误差为5.35%,说明该模型的可靠性。
李延钧等(2013) [
应用式(5)计算得到w(TOC)与地球化学分析实测数据值对比,R2 = 0.667,符合程度较高。
DlogR法是埃克森(Exxon)和埃索(Esso)公司于1979年开发研究的。该方法主要是利用一种专门刻度孔隙度的测井曲线与一条电阻率曲线叠加,由于井眼条件会影响到密度曲线和中子孔隙度曲线,所以大多数情况下使用Δt与ρt叠加。在不含有机质的页岩段,2条测井曲线相互重合或平行,在富含有机质的页岩段,2条曲线产生明显的幅度差。计算方法为:
式中:Dlgρt为电阻率曲线和孔隙度曲线叠合的幅度差;ρt,m、ρt,b分别为实测电阻率和基线处的电阻率,Ω∙m;Δtm、Δtb分别为实测声波时差和基线处的声波时差,μs/ft。
若没有合适的声波时差曲线时,也常使用密度曲线或中子孔隙度曲线:
式中:fn,m、fn,b分别为实测中子孔隙度和基线处的中子孔隙度,1;ρm、ρb分别为实测密度和基线处的密度,g/cm3。
w(TOC)与Δlgρt的经验方程为:
式中:LOM为含气页岩的成熟度,1。
分别利用式(6)~(8)得到的Dlgρt计算w(TOC),结果如图3所示。由图3可以看出,在XX25~XX 40m 范围内,DlogR法计算的3条曲线都偏大,都有较大误差;在XX40~XX82m范围内,
放射性元素铀与有机质之间有着密切的关系,有机质越富集的地方,能谱曲线中所显示的铀的质量浓度(ρ(U))越高 [
图3. X井DlogR法计算w(TOC)与岩心试验数据对比图
自然伽马曲线与无铀伽马曲线的差值(ΔqAPI)与ρ(U)呈正相关,据该差值可估算w(TOC) [
式中:A、B为线性回归系数。
利用X井的ΔqAPI与w(TOC)core建立交会图,相关性较好(见图4),拟合得到的回归公式为:
式中:
利用自然伽马能谱法计算X井的w(TOC),结果如图5所示。由图5可以看出,除在XX70~XX 80m 范围内 , 计算结果略微偏小之外,利用该方法得到的w(TOC)与w(TOC)core具有较好的一致性。
将上述几种方法的计算结果进行对比,如图6所示。对于X井来说,利用自然伽马能谱法效果最好,且方法简单,但对于某些放射性物质导致ρ(U)异常高的地层,该方法的准确性会降低;单一参数回归法(根据自然伽马和密度计算的w(TOC))可以较好地反映地层w(TOC)的趋势;DlogR法计算的3条曲线受电阻率曲线影响较大,并且需要人为确定基线,因此误差较大,此外,LOM的选取也会影响w(TOC)的计算结果。
图4. X井w(TOC)core与ΔqAPI关系图
图5. X井自然伽马能谱法计算w(TOC)与岩心试验数据对比图
图6. X井w(TOC)计算方法对比
从方法上来说,自然伽马能谱法、单一参数回归法需建立在岩心试验数据的基础上,根据岩心试验数据得到回归系数,不同地区的页岩气储层所得的回归系数不同,对于有岩心试验数据的地区,利用上述方法可以得到较好的结果;从对测井数据的需求上来说,自然伽马能谱法需要进行自然伽马能谱测井,而其他几种方法只需要常规测井曲线就可以进行计算。
笔者对目前常用的w(TOC)计算方法进行了实际数据的处理和结果分析,获得了对各个方法适用性的初步认识。对于不含放射性矿物的地区,利用自然伽马能谱法求取的w(TOC)准确性最高;对于有岩心试验数据且进行了自然伽马能谱测井的地区,优先选择自然伽马能谱法进行计算;对于没有自然伽马能谱测井数据,仅有岩心试验数据的地区,可优选测井曲线进行回归,选择最符合该地区的计算方法;对于仅有常规测井资料的地区,可选用DlogR法进行w(TOC)的计算。
国家自然科学基金项目(41274185, 41504094);油气资源与勘探技术教育部重点实验室(长江大学)开放基金项目(K2015-06)。
聂 昕,万 宇,邹长春,张 儒. 页岩气储层w(TOC)测井评价方法对比研究Comparative Study of w(TOC) Logging in Shale-Gas Reservoirs[J]. 石油天然气学报, 2016, 38(02): 19-27. http://dx.doi.org/10.12677/JOGT.2016.382011