页岩气井场快速识别评价技术

　[收稿日期]2011-05-25

　[作者简介]张新华(1971-),男,1994年大学毕业,博士(后),高级工程师,现主要从事录井资料处理、新技术应用、录井动态

跟踪与页岩气方面的研究工作。

页岩气井场快速识别评价技术

张新华,陆黄生,王志战　(中国石化石油工程技术研究院,北京100101)

[摘要]针对当前世界范围内研究热点之一的页岩气资源,对钻井过程中的页岩气快速评价方法进行了初

步探讨。首先对页岩气录井评价要素进行了分析;然后论述了页岩气录井评价手段。通过常规及特殊录

井技术的应用实例,说明了录井技术在获得页岩储层的有机质含量、成熟度、矿物组成、脆度、含气量

等评价要素方面的重要作用。建议尽快形成页岩气录井技术系列,以便对页岩气藏做出快速准确评价,

加快勘探开发节奏。

[关键词]页岩气;井场;快速识别;录井;技术系列

[中图分类号]T E132.2[文献标识码]A [文章编号]1000-9752(2011)10-0048-05

页岩气是烃源岩中未运移出去的以吸附、游离或者水溶方式存在的天然气[1～5]。美国是世界上最早对页岩气进行开采的国家[6]。美国页岩气的成功开发引起了世界范围内对该类资源的重视。目前,我国对页岩气的研究与勘探开发处于起步阶段。部分学者对泥页岩油气藏做过一些研究[7～9],但尚未对页岩气资源进行过全面估算。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。借鉴美国页岩气勘探开发经验及相关资料、文献,对美国页岩气成藏地质条件进行了剖析,总结了页岩气勘探开发技术;在此基础上对四川盆地海相页岩地层页岩气成藏地质条件进行了研究。据估算认为[7],四川盆地南部下寒武统筇竹寺组页岩气资源量为(7.14～14.6)×1012m 3

,而整个四川盆地现

有常规天然气资源量为7.2×1012m 3,说明我国页岩气资源量巨大。笔者拟在单井常规岩屑、岩心录井

基础上,针对页岩气评价重点,辅以其他手段,通过对页岩总有机碳、成熟度、矿物组成、含气量等方面的检测,来实现对页岩气的井场快速识别评价。1　页岩气录井评价要素

文献[10～12]表明,页岩气评价需要考虑诸多要素。结合井场钻进过程中的录井及试验项目,以下几个指标是页岩气井场快速识别评价时必须给出的。

1.1　有效厚度

目前为止,具有经济价值页岩气藏的页岩厚度下限并未明确。事实上,单独提页岩厚度没有意义,因为厚度下降可由有机碳含量的增大和成熟度的提高得到弥补,Barne tt 页岩最佳产气层厚300ft (91.44m )(有机碳含量为1%～4.5%),但100ft 的有效厚度在该区已被证明具有商业开采价值。一般认为,在有效厚度大于15m 、有机碳含量大于2%以及处于生气窗演化阶段等页岩气藏形成的基本条件的限定下,页岩厚度愈大,所含有机质就愈多,天然气生成量与滞留量也就愈大,页岩气藏的含气丰度愈高。显然,要形成一定规模的页岩气藏,页岩厚度一般应在有效排烃厚度之上。

1.2　有机质含量及成熟度

有机碳含量是页岩气成藏最重要控制因素之一,决定了页岩的含气量。美国页岩气生产实例表明,页岩气产量高的地方,对应有机碳含量也高,且气体含量和有机碳含量具备好的正相关性[10]。同时有 48 石油天然气学报(江汉石油学院学报)　2011年10月　第33卷　第10期

Journal of Oil and Gas Technology (J .JPI )　Oct .2011　Vol

.33　No .10

机质类型也影响气体含量及赋存方式,一般来说,生成等量的甲烷气体,成熟度适度时,Ⅰ型干酪根较Ⅱ、Ⅲ型产率要高[11]。文献[10～12]对形成页岩气藏的有机碳下限值多有论述,一般认为,获得商业价值的有机碳含量下限值约为2%。显然,它不是决定页岩产气能力的唯一指标,要综合考虑,有一点可以确定,随着开采技术的进步,下限值会降低。

成熟度是必须测量的另一个指标。据统计[11],有利于页岩气生成的镜质体反射率R o 值介于1.0%～3.0%。当R o <1.0%时,对于热成因页岩而言,仍处在生油窗,不利于页岩气生成;当R o >3.0%则可能产生非烃类气体。

1.3　岩性及矿物组成

岩性及矿物组成对于页岩质量影响很大。国外实践表明,页岩矿物组成变化很大,主要是粘土矿物、石英、碳酸盐矿物等。有利页岩的矿物组成其粘土含量小于40%,石英、方解石等脆性矿物含量要高。粘土矿物的类型也至关重要,蒙皂石易膨胀,钻井和水力压裂时会带来问题,伴随的是低采收率;而高岭石和伊利石对于钻井和水力压裂影响较小。

岩性及矿物组成评价的重要意义在于利用它可以对页岩脆度进行定性评价,当没有页岩力学测量数据时,它对于压裂选层是有参考价值的。如果页岩缺乏脆度,不但不易压裂,而且压裂后易塑性变形而闭合,这已为生产实践所证实。另外,如果脆性矿物多,也易产生天然裂缝。有资料表明,在相同的构造背景下,石英含量等是影响裂缝发育的重要因素

[13],此外,长石和白云石也是脆性组分。

1.4　含气性含气性页岩是有机质含量、有机质成熟度、矿物组成等的综合反映,含气性分析内容主要是:含气量测定、等温吸附试验、天然气组分与甲烷同位素分析,其中前两项是重点,值的大小决定了该地区有无页岩气或有无工业开采价值。

页岩气藏的复杂性决定了其评价是多方面的,以上4个方面只是结合现场录井手段和经济性的考虑,并且其结果能对后期页岩气藏改造起到辅助作用。

2　页岩气录井评价手段

录井在页岩气井场快速识别评价中的优势体现在:①岩屑、岩心及钻井液提供了实物评价基础;②录井技术的实时、在线可以为快速决策提供依据,加快了勘探开发节奏;③页岩气开发的经济适用性要求决定了技术性价比要高,录井在这方面有优势。以下对页岩气录井评价手段进行简要论述。

2.1　岩屑(心)录井

通过岩屑(心)录井可以初步判断页岩质量。重点在岩屑(心)颜色、成分及结构特征的描述。如果颜色是黑色且具油脂光泽,则一般是高有机碳含量;如果是灰色或棕色通常是低有机碳含量、低含气量。对有利页岩岩心,肉眼明显可见互层或夹层碎屑石英(粉砂甚至是更粗颗粒)、贝壳状断口、丰富的干酪根纹层及黄铁矿,浸入水中有明显气泡冒出。而如果是均质块状无碎屑夹层,一般含气量较低,储层改造意义不大。另外,通过岩心破裂程度观察可以定性确定裂缝发育情况。

出于保护页岩储层免受伤害及快速钻井的需要,钻井工艺中大量使用气体钻、PDC 钻头,井型主要是水平井,岩屑细小或呈粉末状,混杂,造成对岩性和矿物组成识别的困难。解决该问题,可以采用X 荧光元素录井技术,利用标准谱图等处理解释方法进行岩性判别。该技术的另外一个优点是,在获得岩屑元素含量后,选取能代表粘土、石英和碳酸盐的元素对岩石脆度进行计算,结合含气量数据,提出有利层段的改造建议。

2.2　气测录井

气测录井是井场及时发现油气显示的重要手段。尽管页岩气和常规储层油气在评价上有所不同,但气测资料仍然有较好的判识作用,体现在两方面:一是气测值是页岩含气量(游离气)的间接表达;二是根据气测出峰形态,可对裂缝发育进行判断。区带上在对老井资料进行复查时,对于同一层位页岩大范围的气测显示要给予重点研究。

49 第33卷第10期张新华等:页岩气井场快速识别评价技术