页岩气勘探地球化学指标测井评价方法研究

摘 要：地球化学指标是页岩气勘探、评价的研究基础及重点，是影响页岩气资源评价及甜点优选的重要因素。文章在广泛调研页岩气测井评价的基础上，系统分析当前页岩气地球化学指标测井评价技术，阐述了总有机碳含量及成熟度指标国内外主要测井解释方法等。

关键词：页岩气；地球化学；测井评价

引言

页岩气是指主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中，以游离气或吸附气为主要存在方式的天然气聚集，表现为典型的原地成藏模式[1]。不同于常规油气的测井评价以“四性关系”为主，页岩气测井评价主要围绕生烃条件、储集条件、保存条件评价及其岩石力学参数计算等方面展开，具体包括有机质含量、热成熟度等地化指标、富气泥页岩层划分和储集参数评价、矿物组分分析、岩石力学参数、地层压力及裂缝发育指标评价等。其中总有机碳含量、成熟度等地球化学参数是评价泥页岩生烃潜力的重要指标，也是影响页岩气赋存及吸附气含量的重要参数。

常规测井技术能较有效地进行岩性识别、富含页岩气层划分、TOC计算等，而在矿物组分分析、岩石力学分析、裂缝识别等参数评价方面存在较大缺陷。文章在调研页岩气地质特征、评价要素、测井响应特征等的基础上，系统开展泥页岩地球化学指标测井评价方法研究，包括总有机质碳含量及热成熟度指标国内外主要测井评价方法等。

1 总有机碳含量（TOC）

总有机质含量是影响泥页岩含气量的重要因素，并与干酪根含量密切相关，它反映了地层的生烃能力，同时页岩比表面随有机碳含量的增加而增大，使得有机碳含量成为影响泥页岩吸附气的重要因素。

当前国内外总有机碳含量计算广泛采用的是电阻率与孔隙度重叠法即△logR重叠法[2]，常采用声波时差与电阻率曲线重叠进行。该方法是将声波时差曲线按照一定比例刻度叠加在电阻率曲线上，通过电阻率曲线刻度为2个数量级对数刻度对应声波时差为328μs/m间隔，两条曲线在一定深度范围内基本或完全重叠即为基线，两条曲线的间距即为△logR，并由此计算TOC[3]

式中：LOM为成熟度；ΔTOC为基线段有机碳含量，%

在有较多样品测试数据的前提下，也可根据ΔlogR与实测有机碳含量TOC，拟合出它们之间的关系式计算TOC值[3]。同时也可以通过中子孔隙度与电阻率曲线重叠或者密度与电阻率曲线重叠进行计算ΔlogR。

由于上述方法需要先确定成熟度参数，并且操作及计算过程复杂，为剔除有机质成熟度不确定因素，张培先（2012）在△logR原理的基础上，根据多元统计原理，选取样品实测TOC值与样品对应深度的声波时差测井与电阻率测井数据，回归公式并建立了有机质含量解释模型[4]：

式中：TOC 为总有机碳含量，%；Rt为电阻率，Ω·m；x、y、z 为研究工区拟合出系数；

张佳佳等（2012）利用波阻抗和常规测井响应特征实现△logR重叠法，计算TOC值效果较好[3]。此外，常用的TOC测井解释方法还有自然伽马差值法以及密度法。由于干酪根多形成于放射性元素 U 含量比较高的还原环境中，使得自然伽马曲线高值，可用总伽马与无铀伽马曲线的差值与TOC进行相关性分析建立TOC解释模型，而由于干酪根的密度较低，从而降低地层体积密度，可用密度曲线值与TOC回归分析，建立相应关系式。

2 有机质成熟度

有机质成熟度也是页岩气评价的重要指标，当泥页岩中TOC达到一定值以后，成熟度越高表明泥页岩生烃潜力越大。表征岩样成熟度的指标有很多种，主要包括牙形石色变指数（CAI）、孢子颜色热变指数（TAI）、热解温度和镜质体反射率 Ro等，镜质体反射率 Ro值与其他指数通常具有一定的相关性。

2.1 镜质体反射率 Ro的估算

Ro在实验室是通过显微镜下测量并刻度的。由于Ro随埋藏深度增加而增加，可以通过实验分析数据与对应取样深度建立回归方程。国外学者对比了泥页岩层不同Ro条件下测井响应特征，并提出不同镜质反射率Ro下的测井曲线响应特征：当Ro>4.5时，密度高值，中子和密度曲线分开，地层电阻率较小（小于1Ω·m）；当Ro在1.8～2.0之间时，密度低值，中子和密度曲线重叠，地层电阻率高值达到100Ω·m，据此可以区分Ro高值或低值段[5]。

2.2 热成熟度指数MI

Hank Zhao等使用电阻率、中子和密度等测井数据定义了一个热成熟度指数MI，作为评价成熟度的指标而被广泛使用，MI计算公式如下：

上述式中：N为样品对应深度的孔隙度大于或等于9%、含水饱和度小于或等于75%的数据样本总数；Φn9i为符合上述条件时的中子孔隙度；Sw75i为符合上述条件时的含水饱和度；Swi为含水饱和度；Rw为地层水电阻率；m为胶结系数；Ri为数据点的深电阻率读数；Φd9i为密度孔隙度中不低于9%的各点读数；Φd为密度孔隙度。

需要注意的是，用上述方法求的成熟度指数是综合有效层井眼测试数据计算出来的一个平均值，所取数据来自取样深度含水饱和度小于或等于75%、密度孔隙度值大于或等于9%时的测井资料。

3 结束语

页岩气地球化学评价是页岩气资源评价与甜点优选的基础与重点，主要内容包括有机碳含量（TOC）及成熟度等指标的评价。目前，国内外利用测井资料计算TOC的主要方法为△logR法及其在此基础上改进的方法，其它应用较多的还有自然伽马差值法以及密度法等。成熟度指标测井评价主要有电阻率法和中子-密度重组合法以及热成熟度指数计算法等。

参考文献

[1]张金川，金之钧，袁明生.页岩气成藏机理和分布[J]天然气工业，2004，24（7）：15-18.

[2]Passey Q R，Creaney S，Kulla J B，et al. A practical model for organic richness from porosity and resistivity logs[J].AAPG Bulletin，1990，74（12）：1777-1794.

[3]张佳佳，李宏兵，姚逢昌.油页岩的地球物理识别和评价方法[J].石油学报，2012，33（4）：625-632.

[4]张培先.页岩气测井评价研究——以川东南海相地层为例[J].特种油气藏，2012，19（2）：12-15.

[5]万金彬，李庆华，白松涛.页岩气储层测井评价及进展[J]测井技术，2012，36（5）：441-447.