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页岩气评价指标与方法

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2018-11-16
简介
本文阐述了页岩气评价指标与方法,其中介绍页岩气远景区评价的一些主要指标以及页岩气储层评价的方法,分析了fort worth盆地barnett页岩的各项指标,并认为其成功的开发对我国页岩气资源的开发具有重要借鉴意义。详细内容,请阅读全文!

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非常规天然气收稿日期:2011-03-17;修回日期:2011-05-08.作者简介:张卫东(1968-),男,山东平阴人,副教授,博士后,主要从事石油天然气工程教学与研究.E-mail:[email protected]页岩气评价指标与方法张卫东1,2,郭 敏2,姜在兴1(1.中国地质大学(北京)能源学院,北京100083;2.中国石油大学(华东)石油工程学院,山东东营257061)摘要:目前全球范围的页岩气开发已经展开。页岩储层有其独特的属性,因此页岩气开发的第一步是了解页岩的特性,这需借助测井、岩心分析等手段对其进行评价,以便寻找有利的页岩气远景区。首先介绍页岩气远景区评价的一些主要指标,如页岩厚度、有机质丰度(TOC)、含氢指数、干酪根类型、热成熟度(RO)、页岩矿物组分和渗透率等。其次对页岩气储层评价的方法进行介绍,主要是测井法,归纳采用测井方式对岩性、裂缝等的识别和对岩石矿物成分、TOC、渗透率等的确定,并阐述实时LWD技术在页岩气储层特征识别方面的应用。最后,对Fort Worth盆地Barnett页岩的各项指标进行了分析,认为其成功的开发对我国页岩气资源的开发具有重要借鉴意义。关键词:页岩气;评价;测井;特征识别中图分类号:TE122   文献标识码:A   文章编号:1672-1926(2011)06-1093-07引用格式:张卫东,郭敏,姜在兴.页岩气评价指标与方法[J].天然气地球科学,2011,22(6):1093-1099.0 引言经过40a的发展,油气工业目标层位已从传统的天然气储层发展到致密气储层,最终到低基质渗透率的非常规页岩气储层,但从页岩储层获取商业性油气资源尤其困难。有利储层的基质渗透率已经从毫达西(常规气)降到微达西(致密气),再到毫微达西(页岩气)。因此,只有通过对页岩储层进行详细的勘探评价,充分了解页岩储层特征,找出有利的页岩气勘探开发区域,才能进行页岩气的商业性生产。1 页岩气远景区评价指标与评价方法1.1 评价指标1.1.1 页岩厚度页岩厚度对页岩气藏开发有重要意义,但有机质丰度(TOC)的垂直浓度是最重要的。在页岩气远景区,至少有一个区域有较高的TOC含量,且至少有45.72m的连续厚度。这将成为水力压裂垂直区域内的可行性目标。如果TOC含量垂向上超过152.4~304.8m或者更多[1],那么其水力压裂效应与低潜能岩石相比将会被分散。Barnett页岩最大厚度为91.44m,然而,在60.69m厚度处,垂向的有机组分占绝大比例,其产能较好的井也都在该处。具有高初始生产速率的Haynescille页岩气田,其高TOC含量区还不到45.72m。美国5大页岩气勘探开采区的页岩净厚度为9.14~91.44m,其中产气量较高的Barnett页岩和Lewis页岩的平均厚度在30.48m以上[2-3]。我国南方地区的下寒武统烃源岩平均厚度为139m,下志留统烃源岩厚为100~700m[3];华北—东北地区济阳坳陷页岩厚度在100m以上,鄂尔多斯盆地上三叠统延长组泥页岩厚度为300~600m;青藏地区中—古生界泥页岩地层厚度也较大,均为较好的页岩气开发区。1.1.2 有机质丰度(TOC)、含氢指数(IH)和干酪根类型有机质丰度(TOC)至少应为2%,它主要取决于沉积环境和热演化程度。沉积之初,温度、盐度、第22卷第6期2011年12月天然气地球科学NATURAL GAS GEOSCIENCEVol.22No.6Dec. 2011水体深度适宜的古地理环境,水生生物发育相对繁盛,有机质生产效率高;还原、缺氧条件有利于有机质保存;陆源碎屑供应量增多,有机质遭到稀释,含量相对减少。有机物进入成岩作用、深成热解作用及后成作用,成熟度加深,生产大量油气[4]。研究表明,多数盆地的页岩中有机碳含量(TOC)与页岩产气率之间都有良好的线性关系。北美页岩气勘探目标绝大多数选择TOC含量大于2%,甚至4%以上的地区。美国五大页岩气系统页岩总有机碳含量较高,分布范围大,为0.5%~25%,可分为2类:Antrim页岩和New Albany页岩的TOC含量较高,一般分布于0.3%~25%之间;而Ohio页岩、Barnett页岩和Lewis页岩的TOC含量在0.45%~4.7%之间[3]。我国四川盆地下寒武统筇竹寺组的有机碳含量为1.0%~11.07%,普遍大于1%;龙马溪组的有机碳含量一般分布在0.51%~4.88%之间,最高可达9%左右[5],含气量较高。干酪根类型也影响着页岩气的产生,其类型有Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。Ⅰ型干酪根(油亲干酪根)是一种好的气体来源,Ⅰ型干酪根和Ⅲ型干酪根具有较高的IH值。干酪根与成熟度也有很大关系,只有达到一定成熟度才能生烃。如果RO>1.4%,确保石油已经被裂解为湿气;如果RO>2.0%,确保凝析气已被裂解为干气。图1展示了Woodford页岩干酪根岩心的显微图片。图1a中页岩TOC含量有35.5%。图1b中的燧石TOC含量有6.4%,两者都有较高的TOC含量[1]。我国济阳坳陷古近系沙河街组泥页岩较发育,其TOC含量高,可达10%以上,有机质类型以腐泥型—混合型为主,有机质成熟度处于未熟—高成熟阶段,具备形成页岩气藏的物质基础。1.1.3 热成熟度(RO)在热成因页岩储层中,当页岩中TOC达到一定指标后,有机质的成熟度则成为页岩气源岩生烃潜力的重要预测指标,含气页岩的成熟度越高表明页岩生气量越大[6]。镜质体反射率,即热成熟具有1.0%3.0%是油气破坏的起始点。一般RO值处于1.2%~1.4%之间适宜,如Fort Worth盆地Barnett页岩气开发区位于RO>1.1%的生气窗[4],该地区无定型有机质占95%~100%,有机质丰富。图2阐述了干酪根类型、RO、最高温度(Tmax)和油气产生的关系。在我国南方地区,四川盆地西南部的筇竹寺组页岩和龙马溪组页岩处于过度成熟阶段,前者RO值在1.83%~3.23%之间,后者超过3.0%,而在我国华北—东北地区的济阳坳陷页岩成熟度大多低于2%。因此,相比较来看,后者可能产生的页岩气流量要低于前者。图1 Woodford页岩和燧石有机物显微特征[1]图2 RO、干酪根类型和最高温度的关系[1]1.1.4 页岩矿物组分含气页岩实际上是粒径尺寸的泥岩,范围从粘土(<5μm),到粉砂岩(5~63μm),到砂岩(>63μm)[1]。通常它们都含有较高的石英含量,石英含量的增加能提高岩石的脆性。充足的黄铁矿是无生物扰动的缺氧深水沉积的良好指标。页岩中如粘土、石英等矿物类型对页岩储层有一定影响。一般而言,铁镁质岩石类型的蒙脱石粘土和火山起源的粘土在钻井和水力压裂时都存在粘土膨胀问题,气体采收率差。高岭石和花岗岩类的伊利石对钻井和清水压裂液的负面影响最小。通过X-射线衍射和电缆测井能够轻易的辨别出这些成分。有时也可在压裂液中添加2%~4%的KCL来最大程度的减少 1094天 然 气 地 球 科 学Vol.22 粘土膨胀效应。通过对四川盆地其筇竹寺组页岩和龙马溪组页岩X-射线衍射分析发现,其石英、长石和黄铁矿的平均含量为30%~64%,且石英及方解石等脆性矿物含量均超过40%;粘土矿物主要为伊利石,含量平均在31%~51%之间,不含蒙脱石,其中筇竹寺组的伊利石含量平均值为83.5%,比龙马溪组高[5]。1.1.5 渗透率(K)含气页岩渗透率很低,在(0.001~0.000 01)×10-3μm2之间。致密砂岩层的渗透率为(0.1~0.001)×10-3μm2。将含气页岩的渗透率与致密砂岩层的渗透率进行比较,图3展示了含气页岩的渗透率测量。根据含气页岩岩心的数据绘出的渗透率—孔隙度曲线表明,致密含气砂岩和更加致密的含气页岩之间有不同的渗透率。页岩与致密砂岩储层有相近的孔隙度,但是页岩的渗透率不足砂岩的1×105[1]。由于储层孔隙度与渗透率有一定关系,因此,页岩中的粉砂岩是高初始流速的主要原因。目前,含气页岩的采收率在8%~15%之间,并会随着井距的减小和压裂设计与效率的提高而不断升高。水力压裂后,会产生垂直方向和水平方向的渗透率。高TOC值也会增加原…
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