页岩油气资源评价的关键参数及方法

页岩油气资源评价的关键参数及方法摘要：近几年来，随着国内水平钻井技术和压裂技术的不断发展，页岩油气资源勘探开发持续快速升温，因此，建立实际有效的页岩油气资源的评价标准是勘探开发的前提和基础。根据页岩油气发育条件及富集机理，结合油气资源评价方法的基本原则，建立把测井资料与地化分析相结合的页岩油气资源的评价体系。关键字：页岩油气资源ΔLgR模型页岩有效厚度氯仿沥青“A”法0引言中国沉积盆地中富有有机质的泥页岩广泛分布，从震旦系到古近系均有分布；页岩厚度大，有机质成熟度高，生烃能力强，具有较好的页岩油气资源成藏的基本条件，勘探前景非常广阔。如何估算这些油气资源，对于我国的页岩油气资源的勘探开发具有重要的意义。国内外各大石油公司在页岩候选区评价中所采用的关键参数大致有2类，即地质条件与工程技术条件参数，地质类参数控制着页岩油气资源的生成与富集，包括页岩面积、厚度、有机质丰度、类型、有机质成熟度及油气显示等方面；工程技术条件参数包括埋深、地貌条件等，控制着开发成本。本文主要研究页岩油气资源的地质条件，把测井资料等地物手段与地化实验分析相结合，通过对页岩有效厚度、TOC含量的分析，来预测页岩油气资源的含量[1]。1页岩油的特征页岩油是指储存于富有机质，纳米级孔径为主页岩地层中的石油，一般只经过一次运移或进行了极短暂得到二次运移过程，在泥页岩层析中自生自储，以吸附态或游离态的形式赋存于泥页岩的纳米级孔隙或裂缝系统中。页岩油气资源的生成受到页岩中有机质的演化阶段影响，只有在有机质进入生油窗后，才可能生成油气资源，有机质演化程度过高，则会转化形成页岩气。页岩油主要包括游离油和吸附油，但在目前的开采水平阶段，吸附油很难开采出来，所以现今页岩油一般都指页岩油中的游离油；页岩气则同样包括游离气和吸附气。2利用测井资料计算页岩有机碳含量2.1页岩测井响应特征理论假设烃源岩有岩石骨架，固体有机质和充填孔隙的流体组成；而非烃源岩仅由岩石骨架和充填孔隙流体组成；成熟烃源岩则由岩石骨架，固体有机质和充填孔隙流体（水和生成的烃类）组成。测井曲线对着3种情况表现出不同响应。利用测井曲线形态和测井曲线相对大小可以快速而直观的识别页岩气储层。所需的常规测井曲线主要包括：自然伽马，井径，中子密度，岩性密度，体积密度，声波时差及电阻率等测井曲线。有机质一般具有特殊的物理性质，在测井曲线上主要表现为“三高一低”响应特征，即高自然伽马和能谱测井，低密度，高声波时差，相对高电阻率异常等。井径曲线表现为扩径。与普通页岩相比，含气页岩具有自然伽马强度高，电阻率大，地层体积密度和光电效应低等特征[2]。2.2页岩有机碳测井评价模型TOC是页岩储层评价的重要参数，目前，学者对于页岩储层TOC测井计算研究方法较多，但大致可以分为2类：（1）通过实测TOC与测井参数应用数理统计的线性回归法计算TOC，如使用声波时差和电阻率曲线建立△LgR模型计算TOC；（2）使用核磁共振、脉冲中子等特殊测井方法计算TOC。通过实测TOC与测井参数线性回归法计算TOC操作简单，容易满足勘探地区的计算精度要求。建立△LgR模型计算TOC的方法在进行不断的研究改进后，大大提高了模型的便捷性、客观性以及适用性。而使用特殊测井方法，成本高，不易于推广[3]。2.2.1ΔLgR模型ΔLgR方法的基本原理是非渗透性岩层中的高声波时差往往是由于高含量的低速有机质产生的，而如果相对应的电阻率高则可能只是页岩开始成熟并生成烃类流体，故通常将声波时差反相叠加在电阻率曲线上，并且每一个电阻率单位对应164µs／m（或50µs／ft）。在贫有机质层段，声波与电阻率曲线相互重合或平行；在富含有机质的页岩段，电阻率和声波时差曲线则会分离，声波时差曲线产生的差异是低密度和低速度（高声波时差）的干酪根的响应造成的。在未成熟的富含有机质的岩石中还没有烃类的生成，观察到的2个曲线之间的差异仅仅是由声波时差曲线响应造成的；在成熟的烃源岩中，除了声波时差曲线响应之外，由于有烃类的生成，地层中的电阻率会增加，使得2条曲线分离的间距更大。图1ΔLgR叠合图上各种特征的解释示意图ΔLgR模型由EXXON/ESSO石油公司推导和实验得出并成功应用到世界各地。该技术以预先给定的叠合系数将算术坐标下的声波时差和算术对坐标小电阻率曲线叠合，通过确定基线位置，求取ΔLgR分布，进而建立有机碳含量定量解释关系。其计算公式为：ΔLgR＝Lg（R／R基线）＋K（Δt－Δt基线）（1）式（1中）ΔLgR为声波时差和电阻率两条曲线之间的距离；R为实测电阻率（Ω·m）；R基线为基线对应的电阻率（Ω•m）；Δt为实测的声波时差（µs／ft）；K=0.02，为声波时差和电阻率间的叠合系数。△LgR与有机碳呈线性相关，并且与成熟度有关，由ΔLgR计算有机碳的模型公式为：TOC=ΔLgR×10（2.297－0.1688LOM）＋ΔTOC（2）式（2）中TOC为有机碳的含量（%）；LOM表示有机质的成熟度;ΔTOC为有机碳含量的背景值，需要人为确定。式（1）、（2）中需要人为确定岩性基线，并且每口井存在多个岩性基线，而且还要得到有机质成熟度的数据。可能存在较大误差，也不方便操作，比较繁琐。因此，将式（2）进一步推导，得到式（3）TOC=A×ΔLgR＋B×Δt＋C（3）式中A、B、C为拟合公式系数，这样得出的公式只与声波时差和电阻率参数与关系，不需要确定岩性基线等，提高了模型的便捷性、客观性[4,5]。3页岩有效厚度的确定在页岩有效厚度研究的过程中，陈新军、包书景等提出了“含气泥页岩系统”，即纵向上划分出一个或多个含气泥页岩系统进行评价。含气泥页岩系统划分的依据是：①以传统的地层单元为界，含气层段连续厚度大于30m，以富含有机质泥页岩为主，内部可以有砂岩、碳酸盐岩夹层；泥页岩TOC值大于0.5%、Ro值大于0.5%，Ⅲ型干酪根，累计厚度一般大于20m且占含气泥页岩系统厚度的60%以上；②顶、底板为致密岩层，内部无明显水层；③有明显的气测异常；④伽马、电阻率、声波时差、密度等测井曲线具有含气泥页岩的测井响应特征；⑤处于同一个压力系统内[6]。在勘探程度较高的地区，可以结合测井曲线，气测数据，有机碳数据等确定含气泥页岩系统厚度，分别按TOC小于0.5%、0.5%到1.0%、1.0%到2.0%、大于2.0%来统计每口井中含气泥页岩层段的厚度；在勘探程度较低的地方，可以根据野外地质剖面、地震剖面特征或沉积特征并结合地球化学资料来确定厚度。4页岩油的评价方法4.1体积法体积法的研究思路就是通过研究单位体积的页岩中油气资源的含量，在进行估算总的区域的页岩油气资源储量。在进行单位体积的页岩油气资源计算时一般的方法有氯仿沥青“A”法、热解S1法和含油饱和度法。以氯仿沥青“A”法为例[7]：氯仿沥青“Ａ”法就是指应用氯仿沥青“Ａ”作为页岩中页岩油含量指标来进行单位体积含量研究，其计算公式为：Qa油=V×ρ×（A×Ka－TOC×K吸）（4）式中Ｑａ油指得是页岩油含量；Ｖ表示不同级别页岩的体积；ρ为泥页岩的密度；Ａ为不同级别页岩单位岩石中氯仿沥青“Ａ”的含量，％；Ｋａ为氯仿沥青“Ａ”的轻烃补偿系数，与有机质的热演化成都有关；ＴＯＣ为总有机碳含量，％；Ｋ吸为吸附系数。由于氯仿沥青“Ａ”的组成与原油相近，能较好地衡量页岩中油的含量。氯仿沥青“Ａ”分析样品用量较大，能较好地消除页岩非均质性问题。氯仿沥青“Ａ”也存在较严重的轻烃损失，同时，由于是采用溶剂抽提的方法，氯仿沥青“Ａ”中包含了部分吸附烃量。在应用氯仿沥青“Ａ”进行资源量计算过程中，轻烃补偿系数和吸附系数是其关键的两个参数。一般认为，氯仿沥青“Ａ”主要是C15+的成分，是氯仿抽提物轻烃组分散失后的残余部分，应用其评价页岩中的含油量时，必须进行轻烃恢复。页岩油作为残留于泥页岩中的游离烃，在组成和性质上与排出的液态烃相似，自生自储岩性油气藏作为仅经过极短距离聚集成藏的烃类，其轻烃所占比例与页岩中残留烃类相似，因此，应用自生自储岩性油气藏中原油的烃类组成特征对其周边页岩的氯仿沥青“Ａ”分析过程中的散失轻烃进行恢复具有可行性和易操作的特点。应用这种方法，就可以获取氯仿抽提过程中轻烃的恢复系数。对于页岩油中伴生气，主要采用气油比的方法进行计算，根据油气中页岩油量和气油比来确定页岩油中气态烃的含量，计算公式为：V气＝Q油×r（5）其中V气为伴生气体积；Q油为页岩油量；r为气油比。4.２类比法在缺乏钻井数据的情况下，从区域地质、储集层、地球化学特征等多方面，将低勘探程度探区的页岩与北美典型页岩或高勘探程度探区的页岩进行比较，粗略估算其资源量（董大忠,程克明,王世谦,等.页岩气资源评价方法及其在四川盆地的应用）。虽然这种方法估算的结果精度不高，但也能为初期勘探提供一些指导。类比法的适用条件是：①预测区的油气成藏地质条件基本清楚；②类比标准区已进行了系统的页岩油气资源评价研究，且已发现油气田或油气藏。③预测区和标准区的油气成藏地质条件类似。根据具体操作方法的不同，类比法又可分为面积类比法和含气量类比法，前者以资源丰度作为主要的类比参数，后者以含气量作为主要的类比资源参数[8]。5结论（1）页岩油气藏作为非常规油气藏，其油气资源以吸附态和游离态存在于基质孔隙和裂缝这2种存储空间。页岩油气资源的资源量的计算机评价方法有别于常规油气，在常规油气方法的基础上，结合页岩油气发育条件及富集机理，可以采用体积法、类比法等综合分析方法来进行系统的页岩油气资源的评价。（2）建立ΔLgR模型，通过对测井资料的运用得出TOC含量，与页岩有效厚度相结合，准确描述在不同层段页岩油气资源含量。参考文献1.邹才能,etal.,非常规油气概念、特征、潜力及技术——兼论非常规油气地质学.石油勘探与开发,2013(04):p.385-399+454.2.张晋言,页岩油测井评价方法及其应用.地球物理学进展,2012.03期(3):p.1154-1162.3.李延钧,etal.,页岩有机碳含量测井评价方法及其应用.天然气地球科学,2014.01期(1):p.169-175.4.胡慧婷,etal.,测井资料计算源岩有机碳含量模型对比及分析.沉积学报,2011.第6期:p.1199-1205.5.唐颖,李乐忠,and蒋时馨,页岩储层含气量测井解释方法及其应用研究.天然气工业,2014.12期(12):p.46-54.6.陈新军,etal.,页岩气资源评价方法与关键参数探讨.石油勘探与开发,2012(05):p.566-571.7.宋国奇,etal.,页岩油资源评价技术方法及其应用.地学前缘,2013.04期.8.李艳丽,页岩气储量计算方法探讨.天然气地球科学,2009.03期(3):p.466-470.