测井资料评价页岩气生烃条件原理综述

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摘 要：通过收集整理前人的研究成果和查阅大量的文献资料，建立用测井信息评价页岩气的烃源岩的有机质丰度、有机质类型、有机质成熟度的技术，可弥补地化实验资料缺乏的不足，而且简单易行、 经济实用，具有广泛的应用前景。

关键词：测井技术 有机质丰度 烃源岩评价

1. 概述

页岩气具有自生自储的特点，它实际上就是一种特殊的烃源岩。页岩气的评价需要从很多方面进行，如：有机质丰度、有机质成熟度、有机质类型、埋深和厚度等。本文仅针对页岩气的生烃物质基础进行评价，即对页岩有机质丰度、成熟度和类型进行评价。

测井资料用来评价页岩气的理论依据是页岩含有大量的有机物质，使其具有不同于其他岩石特征的地球物理属性。理论假设页岩气烃源岩由岩石骨架、固体有机质和充填孔隙的流体三部分组成，而非页岩气烃源岩仅由岩石骨架和充填孔隙的流体两部分组成，成熟页岩气烃源岩则由岩石骨架、固体有机质和充填孔隙的流体组成。测井曲线对这三种组成表现的不同响应是利用测井曲线识别和评价烃源岩的基础。

2. 测井资料评价页岩原理

具有生烃能力的页岩的测井响应特征和烃源岩的测井响应特征一致，根据其测井响应特征有以下几类。

2.1 密度测井响应特征

密度测井测量的是地层的体积密度，包括骨架密度和流体密度。地层含流体越多，孔隙性就越好。由于具有生烃能力的页岩（含有机质）的密度小于不含有机质的页岩密度，同时地层密度的变化对应于有机质丰度的变化，因此密度与有机质含量存在一定的函数关系。通常，泥质密度大于干酪根密度，因此干酪根含量引起页岩密度减小。

烃源岩密度测井响应特征是：

（1）

式中，、和（单位：）分别为烃源岩、泥质和干酪根的密度值。

但当重矿物富集时，密度测井就不可能是有机质的可靠指标。

2.2 岩性测井响应特征

岩性测井是探测井内岩石体积光电吸收指数的变化。

烃源岩岩性测井响应特征是：

U=Ush - Vk（Ush - Uk） （2）

式中，U、Ush和Uk（单位：）分别为烃源岩、泥质和干酪根的体积光电吸收指数。泥质体积光电吸收指数大于干酪根体积光电吸收指数，因此干酪根含量同样地引起烃源岩体积光电吸收指数减小。

2.3 中子测井响应特征

中子测井是探测井内岩石含氢指数的变化。

烃源岩中子测井响应特征是：

H=Hsh+Vk（Hk - Hsh） （3）

式中，H、Hsh和Hk（单位：%）分别为烃源岩、泥质和干酪根的含氢指数。泥质含氢指数小于干酪根含氢指数，因此干酪根含量引起烃源岩含氢指数增大。

2.4 声波测井响应特征

声波测井是探测井内岩石声波（纵波）时差的变化。

一般情况下，页岩的声波时差随其埋藏深度的增加而减小。但当地层中含有机质或油气时，由于干酪根（或油气）的声波时差大于岩石骨架声波时差，因此，就会造成地层声波时差增加。

在压实的泥岩层系中，烃源岩声波测井响应特征是：

t=tsh+Vk（tk - tsh） （4）

式中，t、tsh和tk（单位：μs・m-1）分别为烃源岩、泥质和干酪根的声波时差。

但由于声波时差受矿物成份、碳酸盐和粘土含量以及颗粒间压实程度的影响，所以不能单独用声波时差测井来估算烃源岩的有机质含量。

2.5 自然伽玛测井响应特征

自然伽玛测井是探测井内岩石天然放射性元素伽玛射线强度的变化。烃源岩在自然伽玛曲线上表现为高异常，原因是烃源岩层一般富含碳从而吸附较多的放射性元素，如吸附特殊元素 U，可利用自然伽玛曲线来识别烃源岩，但是轴的含量不仅与有机质丰度有关，还受裂缝分布的影响，因此如果单独使用自然伽玛曲线来识别烃源岩会降低精度。

烃源岩自然伽玛测井响应特征是：

GR=GRsh+Vk（GRk- GRsh） （5）

式中，GR、GRsh和GRk（单位：API）分别为烃源岩、泥质和干酪根的自然伽玛值。

2.6 自然伽玛能谱测井响应特征

自然伽玛能谱测井是探测井内岩石天然放射性元素――铀、钍、钾含量的变化。烃源岩自然伽玛能谱测井响应特征如下。

①铀测井响应特征

U=Ush+Vk （Uk -Ush） （6）

式中，U、Ush和Uk（单位：ppm）分别为烃源岩、泥质和干酪根的铀含量。

由于干酪根富集铀元素，泥质铀含量小于干酪根铀含量，因此干酪根含量引起烃源岩铀含量增大[5]。

②钍测井响应特征

Th=Thsh+Vk（Thk - Thsh） （7）

式中，Th、Thsh和Thk（单位：ppm）分别为烃源岩、泥质和干酪根的钍含量。

同样地，由于干酪根富集钍元素，泥质钍含量小于干酪根让含量，因此干酪根含量引起烃源岩钍含量增大。

③钾测井响应特征

K=Ksh±Vk （Kk-Ksh） （8）

式中，K、Ksh和Kk（单位：%）分别为烃源岩、泥质和干酪根的钾含量。

在一般情况下，泥质钾含量小于干酪根钾含量，因此干酪根含量引起烃源岩钾含量增大；然而，在特殊情况下，泥质钾含量大于干酪根钾含量，干酪根含量引起烃源岩钾含量减小。

2.7 电阻率测井响应特征

电阻率测井是探测井内岩石电阻率的变化。由于页岩层的导电性较好（岩石骨架及孔隙内地层水均导电），所以，在地层剖面上此类地层一般表现为低电阻率。但富含有机质的页岩层，由于导电性较差的干酪根和油气的出现，其电阻率总是比不含有机质的同样岩性的地层电阻率高。也就是说干酪根是非导电物质，电阻率为无限大；泥质是导电物质，电阻率很小。所以，干酪根含量引起烃源岩电阻率增大。因此可以利用电阻率作为成熟烃源岩的有机质丰度指标。

烃源岩电阻率测井响应特征是：

（9）

式中，Rt、Rsh（单位：Ω・m）分别为烃源岩和泥质电阻率；C为经验常数（无量纲）；d为泥质含量指数（无量纲）。

但泥浆侵入时可能导致电阻率的增大，因此也不能单独使用普通电阻率测井来估算烃源岩的有机质含量。

参考文献

[1] DANIEL J.K. ROSS，R. MARC BUSTIN. Shale gas potential of the Lower Jurassic Gordondale Member，northeastern British Columbia，Canada[J]. Bulletin Of Canadian Petroleum Geology，2007，55（1）

[2] 《页岩气地质与勘探开发实践丛书》编委会. 北美地区页岩气勘探开发新进展[M].北京：石油工业出版社，2009.