川南下志留统龙马溪组优质页岩识别与评价

摘 要：川南地区龙马溪组页岩气勘探开发潜力大，但页岩储层的低孔、特低渗性导致其测井响应变化较弱。在川南地区龙马溪组优质页岩的测井响应特征上，建立了直观、有效、快速识别优质页岩的方法：曲线重叠法、雷达图法、聚类分析法，建立了矿物组分、TOC、孔隙度、脆性等页岩参数的测井计算模型，对川南页岩气储层进行了综合分类评价，应用效果良好。

关键词：川南地区；龙马溪组；优质页岩；快速识别；综合分类评价

四川盆地是国内页岩气资源最丰富的地区[ 1 ]。近年来川南油气勘探也展示了巨大的勘探开发潜力，但页岩气储层含气测井响应变化较弱，为此，建立一套快速、有效识别和评价优质页岩气储层的测井方法。

1 识别优质页岩储层的方法

1.1 优质页岩测井相应特征

川南龙马溪组下部岩性为灰黑色、黑色碳质页岩，向上颜色逐渐变浅为深灰色、灰色页岩。勘探实践表明：优质页岩具有“三高两低（高伽马、高声波、高电阻、低密度、较低中子）”的测井响应特征（图1）。据川南优质页岩测井相应特征及地化等资料，采用了曲线叠合法、雷达图法和聚类分析法。

1.2 识别优质页岩储层的测井方法

1.2.1曲线重叠法

曲线重叠法是将伽马、密度、中子三条曲线重叠来判别优质页岩发育段，叠合面积越大，含气指示性越好（图1）。此法简单快速，效果直观，适合于定性-半定量判别优质页岩层段。

1.2.2雷达图法

该法较为直观地确定井剖面地层岩性，识别储层流体，适用于对更多属性特征进行表征。优质页岩为典型的“五角星”形，普通页岩由于有机质丰度低，有机孔相对不发育，含气量低，“挖掘效应”不明显，造成其为“仓”形，二者形状和面积差异较大，容易区分（图2），适合于半定量判别优质页岩层段。

1.2.3聚类分析法

聚类分析法是研究“物以类聚”的一种数理统计的方法[ 2 ]。K-means聚类是基于距离的聚类算法。为了提高计算速度及客观反映地层差异，本文结合了K-means聚类法和层次聚类法，既能快速识别，还能定性、定量判别优质页岩储层。井段3565～3587.5m为优质页岩段，与岩心实测及测井参数计算结果一致（图3）。

3 评价优质页岩储层的测井方法

在识别优质页岩气储层的基础上，利用储层的总有机碳含量、含气量、物性和可压裂性来综合评价优质储层。

3.1 有机碳含量

有机碳含量反映页岩的生烃能力，是页岩评价中的重要指标。结合川南地区多口取心井岩心数据，采用了两种方法：1）密度法；2）多元线性回归法来计算TOC。密度法计算结果相关系数为0.65（图3）。伽马及三孔隙度曲线进行多元线性回归，相关系数为0.73（图3）。

3.2 孔隙度

页岩总孔隙由束缚水孔隙与可动流体孔隙组成，可动流体孔隙由有机孔隙和碎屑孔缝组成。

川南页岩储层采用了两种方法计算孔隙度：

1）最优化多矿物模型，有ECS测井资料的井利用最优化技术将各种测井响应方程联立求解并寻优，得到页岩矿物组分、流体体积及孔隙度[ 3 ]。

2）基于常规测井资料的多元线性回归法。与岩心实测较为吻合，相关系数为0.65（图3）。

3.3 含气量

页岩气包含游离气和吸附气。游离气含气量即指在孔隙度和裂缝中天然气。采用通用计算公式为：

吸附气主要取决于地层压力、地层温度，计算采用兰格缪尔方程。必要时还需对页岩储层中TOC含量、地层压力、成熟度进行校正。

游离气和吸附气的和即为总含气量。测井计算的含气量结果表明含气层段为4.05 m3/t（图3右起第4列）。

3.4 岩石矿物组分

川南龙马溪组页岩矿物成分复杂，含有粘土矿物、石英、长石、方解石、白云石、黄铁矿等。

通过剥谱分析得到Si、Ca、Fe、S、Ti、Gd等元素含量，利用氧化物闭合模型确定岩石中矿物的含量，获得包括总粘土、总碳酸岩、黄铁矿、石膏以及石英、长石等物质成分的精确评估（图3）。

3.5 岩石脆性指数

岩石脆性指数是影响页岩可压裂性最重要的因素，脆性指数可表示压裂的难易程度[ 3 ]。采用了两种方法来计算岩石脆性指数，一种是利用偶极横波提取出纵横波速度计算出泊松比（反映岩石破裂的能力）和杨氏模量（反映压裂后保持裂缝的能力）。泊松比越低，杨氏模量越高，岩石脆性指数越高，计算公式如下。值得注意的是，需要通过岩心分析资料将测井计算的动态弹性模量转换成岩石静态弹性模量。

第二种是用岩石脆性矿物组分来评价脆性指数。有ECS测井资料的情况下，运用ELANPLUS模块进行定量计算能够得到脆性矿物成分。

结果表明川南龙马溪组页岩在优质页岩段具有高的脆性，易压裂（如图3）。

4 综合评价及应用效果

4.1 综合评价

在优质页岩气储层识别的基础上，应用总有机碳含量、含气量、物性和可压裂性综合评价页岩储层。

对川南地区VX1井龙马溪组优质储层进行了评价，结果表明： VX1井龙马溪组下部连续26.5m页岩层具有高TOC、高孔隙度、高含气量、高脆性、低粘土等特点，测井评价均达到Ⅱ类及以上，为页岩气开采的有利层段（表1）。

4.2 应用效果

VX1井龙马溪组下部页岩气开采的有利层段完井后测试获产近18万方，佐证了该套优质页岩储层识别和评价技术有效性和实用性。

5 结论与认识

1）在川南龙马溪组优质页岩“三高两低”的测井响应特征基础上，建立了一套利用曲线叠合法、雷达图法、聚类分析法快速、直观、有效地识别川南页岩气优质页岩储层的测井技术方法。

2）应用页岩有机碳含量、孔隙度、含气量、矿物组分、脆性指数等建立了一套综合评价川南地区龙马溪组优质页岩储层的测井技术方法，在川南海相龙马溪组页岩应用效果良好。

参考文献：

[1] 李建忠，董大忠等.中国页岩气资源前景与战略地位[J].天然气工业，2009，29（5）：11-16.

[2] 叶海军.模糊聚类分析技术及其应用研究[D].合肥工业大学，2006：26-45.

[3] 李庆辉，陈勉等.页岩气储层岩石力学特性及脆性评价[J].石油钻探技术，2012，40（4）：17-22.