一种页岩气藏建产有利区的综合判别方法

摘要

本发明提供一种页岩气藏建产有利区的综合判别方法，包括步骤1)收集工区内用于建产有利区判别所需的指标数据；2)结合有机碳总含量、有机质成熟度和页岩含气量三项指标，绘制工区的生烃有利区平面图；3)将杨氏模量和泊松比结合，计算压裂指数Fi，然后结合压裂指数、地层压力系数和埋藏深度三项指标，筛选出地质开发有利区；4)有机碳总含量、压裂指数、地层系数、优质页岩厚度的乘积定义为试气指数，然后利用试气指数筛选工区储层的开发效果，并绘制工区的试气有利区平面图；5)最终得到工区的建产有利区平面图。本发明提出的方法，筛选出用于优选页岩气建产核心区所必需的重要指标，最终综合判别出既有利于生烃也有利于开发的有利区块。

说明书

技术领域

本发明属于矿产开采领域，具体涉及一种页岩类矿产综合判别方 法。

背景技术

页岩气藏作为一种非常规天然气藏，具有非常规气藏的典型特 征，其中诸如含气量、TOC、成熟度、裂缝、孔隙度、渗透率、深度、 厚度、矿物组成等参数变化较大。中国页岩气勘探尚处在初期阶段， 目前选区评价指标主要包括:有机地球化学参数、储层厚度及埋深、 储集空间及物性、岩石矿物成分及力学性质、吸附特征和聚气机理、 储层流体温压特征及现今区域应力场等。现有技术针对页岩气矿藏有 利区的判断通常结合岩层厚度、总有机碳、镜煤反射率、埋深等指标 (陆相页岩气突破和建产的有利目标，石油勘探地质，2012年5月 (34)：246-252)。因为页岩气藏影响因素很多，现有的判别方法不 足以反映页岩气藏复杂的储藏情况。

页岩气开发核心区的优选要综合考虑地质条件、经济效益、环境 影响等多方面的因素,而且评价指标很多,关系错综复杂,对核心区的 影响程度也不相同(基于模糊优化分析法的页岩气开发选区模型，煤 炭学报，2013年2月(38)：264-270)。页岩气成藏控制因素可以分为 内部因素(主要包括有机质类型及含量、成熟度、裂缝、孔隙度和渗 透率、矿物组成、厚度、湿度等)和外部影响因素(主要包括深度、 温度与压力等)，且各种控制因素间具有良好匹配关系(桂中坳陷泥 盆系页岩气成藏条件与有利区带评价，石油与天然气地质，2012年6 月(33)：353-363)。例如，总有机碳、成熟度、厚度、吸附气所占 比例和天然气地质储量等特征控制了美国5大产页岩气盆地中页岩气 藏的总体特征(R.J.Hill,et al.，Modeling of gas generation from the  Barnett Shale,Fort Worth Basin,AAPG Bulletin 2007(4)501-521)。而 生烃潜力大、有利开发地质条件和实际试气结果较好的叠合区域，方 可定义为页岩气藏建产有利区。

页岩气区块评价的最终目标是寻找建产区块。对于矿产研究开发 领域，对页岩气藏建产有利区的综合评价，应当综合考虑生烃和开发 有利区的分布，最终确定产建有利区，为页岩气高效开发奠定物质基 础。

发明内容

本发明针对现有技术的不足之处，提出一种页岩气藏建产有利区 的综合判别方法。

实现本发明目的的技术方案为：

一种页岩气藏建产有利区的综合判别方法，包括步骤：

1)收集工区内用于建产有利区判别所需的指标数据，所述指标 数据为有机碳总含量(TOC)、有机质成熟度(Ro)、页岩含气量、页 岩厚度(H)、地层压力系数、杨氏模量、泊松比、埋藏深度；

2)结合有机碳总含量(TOC)、有机质成熟度(Ro)和页岩含气 量三项指标，对工区储层的地质成藏条件进行筛选，绘制工区的生烃 有利区平面图；

3)将杨氏模量和泊松比两个岩石力学参数结合，其比值定义为 评价地层压裂难易程度的压裂指数Fi，然后结合压裂指数、地层压力 系数和埋藏深度三项指标，对工区储层的地质开发条件进行评价，筛 选出地质开发有利区，并绘制工区的地质开发有利区平面图；

4)有机碳总含量、压裂指数、地层压力系数、页岩厚度(H) 的乘积为试气指数，然后利用试气指数筛选工区储层的开发效果，并 绘制工区的试气有利区平面图；

5)将工区的生烃有利区平面图、地质开发有利区平面图和试气 有利区平面图进行叠合，最终得到工区的建产有利区平面图。

有机碳含量是页岩气聚集成藏最重要的控制因素之一，不仅控制 着页岩的物理化学性质，包括颜色、密度、抗风化能力、放射性和硫 含量,也在一定程度上控制着页岩裂缝的发育程度,更重要的是控制着 页岩的含气量，有机碳含量和气体含量(包括总气体含量和吸附气含 量)具有正相关性。根据页岩气开发的经验来看，五大含气页岩系统 的有机碳含量主要分布在0.5％～25.0％，有机碳含量的下限为0.5％。

理论上在有机质生烃的整个过程中都有页岩气的生成,只是在不 同的阶段,生气量的大小不同。当有机质进入“生气窗”(Ro>1.3％) 后,生气量剧增,有利于形成商业性页岩气藏，不同类型的有机质其“生 气窗”不同。针对中国海相页岩的高热演化背景，Ro介于1.3％～4.0％ 为热成因型页岩气藏的有利区。

所述步骤1)中所需的指标数据均可通过现有的技术手段测定而 得。其中，所述页岩含气量为游离气含量和吸附气含量之和，所述游 离气含量由实验法或测井解释方法获得；所述吸附气含量由现场解 吸、等温吸附实验、测井解释和地质类比方法中的一种获得；所述有 机碳总含量采用仪器测定法或干烧重量法测定；所述有机质成熟度采 用有机显微组分法、延时热解法、埋藏史和热史分析法、有机地球化 学法中的一种测得。压力系数的测量方法可通过钻井检测、钻后检测 方法确定地层压力值，然后根据压力系数的定义计算得到，其中钻井 检测包括钻井参数法、钻井液参数法、页岩岩屑法等，钻后检测包括 测井法和地层测试法。

进一步地，所述步骤2)中，有机碳总含量(TOC)≥3％、有机 质成熟度≥2.0％、页岩含气量大于等于3g/cc定义为I类生烃有利区， 有机碳总含量(TOC)为2-3％、有机质成熟度＜2.0％、页岩含气量 为2-3g/cc定义为II类生烃有利区，将有机碳总含量(TOC)、有机质 成熟度和页岩含气量三项指标叠合筛选。

页岩气的产出依赖各种先进的压裂技术,通过压裂能使页岩储层 形成复杂的裂缝网络系统,将原先孤立的和被充填的裂缝打开和连通, 而岩石的力学性质决定了天然裂缝在开启时的应力变化以及是否能 够形成缝网。岩石力学性质可通过泊松比、杨氏模量等参数测定,通 常低泊松比、高弹性模量的脆性页岩容易在外力作用下形成诱导裂缝, 有利于天然气的渗流。因此，本发明通过计算归一化杨氏模量和泊松 比的平均值来得到压裂指数，应用压裂指数评价岩石脆性。

所述步骤3)中，将杨氏模量和泊松比两个岩石力学参数归一化 后，按下式计算压裂指数Fi

$\mathrm{Fi}=\frac{\mathrm{YMC}}{\mathrm{PRC}}---\left(1\right).$

其中，所述步骤3)中，地层压力系数≥1.4、压裂指数≥0.42、 且埋藏深度＜4000m定义为I类地质开发有利区，地层压力系数为 1.0-1.4、压裂指数为0.33-0.42、且埋藏深度＜4000m定义为II类地质 开发有利区。

其中用于建产有利区判别的指标数据还包括试气产量，在步骤4) 中，将试气产量与另外七项指标：有机碳总含量、有机质成熟度、页 岩含气量、压裂指数Fi、地层压力系数α、埋藏深度和页岩厚度结合， 进行相关性分析，评价试气产量与所述七项指标的相关程度，确定试 气指数的因子。

其中，所述步骤4)中，有机碳总含量、压裂指数、地层系数、 优质页岩厚度的乘积为试气指数，定义试气系数大于95为试气I类 区，95～60为试气II类区，60～50为试气III类区。

现有技术中将页岩厚度≥9m的值确定为优质页岩厚度。本发明 的技术没有局限于优质页岩厚度的判定，对工区实际地质特性进行更 全面的判别。

试气有利区是根据已有的实际试气产量数据对工区地层生产能 力进行评价并划分出产量较高的范围。因此，用来划定试气有利区的 标准只有试气产量。但对于某些没有试气数据的工区，如果要划定试 气有利区，则根据本发明提出的和试气产量相关的四个指标，结合这 些指标以定义一个和试气产量相关的指标。

对于有试气数据的工区，优选对试气产量与试气指数进行相关性 分析，判别试气产量与试气指数的相关程度。

其中，所述步骤5)中，定义同时为生烃I类、开发I类、试气 I类的工区为建产I类有利区；定义同时为生烃I类、开发II类、试 气II类的工区为建产II类有利区；定义同时为生烃II类、开发I或 II类、生产III类的工区为建产III类有利区。

本发明具有如下有益效果：

本发明提出的方法，筛选出9项用于优选页岩气建产核心区所必 需的重要指标，不仅从总有机碳含量、页岩厚度等生烃潜力方面评价 有利区，同时也从岩石学、岩石力学、压力系数等开发地质角度评价 开发有利区，最终判别出既有利于生烃也有利于开发的有利区块。其 中有机碳含量(TOC)、成熟度(Ro)、含气量和有效厚度4项指标主 要用来评价页岩气的储量规模，压力系数、杨氏模量和泊松比3项指 标则主要评价页岩储层是否易于改造和页岩气被开采的难易程度，埋 深主要考虑页岩气被开发利用的经济效益，试气产量则主要分析在综 合地质条件下实际开发效果。

通过对有机地球化学参数、储层厚度及埋深、储集空间及物性、 岩石矿物成分及力学性质、吸附特征和聚气机理、储层流体温压特征 及矿藏区域应力场的组合考虑评估，对建产有利区的判别更接近实际 矿藏情况。

附图说明

图1为TOC与含气量的关系图。

图2为压裂指数与试气产量的关系图。

图3压力系数与试气产量(Q)的关系图。

图4为试气系数与试气产量的关系图。

图5为页岩气藏建产有利区的综合判别方法的技术路线图。

图6为页岩气藏建产有利区的综合判别方法的流程图。

图7为威远示范区龙马溪组生烃有利区平面图。

图8为威远示范区龙马溪组地质开发有利区平面图。

图9为威远示范区龙马溪组试气有利区平面图。

图10为威远示范区龙马溪组建产有利区平面图。

具体实施方式

现以下列最佳实施例来说明本发明，但不用来限制本发明的范 围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟 知的常规手段。

实施例1试气产量、含气量与各指标的相关性分析

工区位于四川盆地南部长宁—威远页岩气国家示范区，层位为富 含有机质泥页岩的龙马溪组，试气产量的确定依据石油天然气行业标 准(SY/T6125-2006)-气井试气、采气及动态监测工艺规程测得；页 岩含气量为游离气含量和吸附气含量之和，其中游离气含量由实验法 获得；所述吸附气含量由现场解吸方法测得。

本实施例对试气产量与另外七项指标：有机碳总含量、有机质成 熟度、页岩含气量、压裂指数Fi、地层压力系数α、埋藏深度和页岩 厚度进行相关性分析，从中提炼出有机碳总含量(TOC)、压裂指数、 地层系数、页岩厚度的结合。

由图1～图4的相关关系可以看出，TOC、含气量、压裂指数及 压力系数几个参数分为明显的两个区域，工业气层和低产气层的分界 明显。

应用试气系数的四个影响因素(优质页岩净厚度、TOC、压裂指 数、压力系数)的平面网格相乘，便可得到四个影响因素控制下的龙 马溪组试气系数平面分布图，用其作为评价优质页岩段生产能力的参 数。筛选标准如表1所示。

表1试气有利区筛选标准

类别 试气系数 I类 >95 II类 95～60 III类 60～50

经过交汇和划分，将蜀南地区龙马溪组工业气流井作为I类生烃 区及I类开发区，可见工业气层的TOC含量大于3％、总含气量大于 3cm3/g、压裂指数FI大于0.42、压力系数α大于1.4、日产气量大于 1万方/天。将TOC大于2的相对优质的低产气层划分为II类生烃区， 同时总含气量大于2cm³/g。开发II类定为日产气4千方以上，压裂 指数FI大于0.36、压力系数α大于1.0。同时可见，优质页岩厚度、 TOC、压裂指数及压力系数4个因素乘积所代表的试气系数与试气产 量先关关系好，应用试气产量将其划分为三类，定义试气系数大于 95为生产I类区，95～60为试气II类区，60～50为试气三类区。

实施例2

工区位于四川盆地南部长宁—威远页岩气国家示范区，层位为富 含有机质泥页岩的龙马溪组，其累积开发面积共计7936.7平方公里。 目前截止2013年7月，在研究区当中共有26口井，其中长宁区块有 6口，威远区块20口。

技术路线和步骤参见图5和图6。具体过程为:

1)收集工区内用于建产有利区判别所需的指标数据，所述指标 数据为有机碳总含量(TOC)、有机质成熟度(Ro)、页岩含气量、页 岩厚度(H)、地层压力系数、杨氏模量、泊松比、埋藏深度。以上指 标通过常规技术手段测得。

2)结合有机碳总含量(TOC)、有机质成熟度(Ro)和页岩含气 量三项指标，根据表2进行筛选，绘制工区的生烃有利区平面图(图 7。图7中包含有威远在内的一圈为一类区，一类区向外、包含有内 江的为二类区，二类区向外、包含有镇101的为三类区)。

表2生烃有利区筛选标准

类别 TOC(％) 总含气量(g/cc) Ro(％) I类 ≥3 ≥3 ≥2.0 II类 2～3 2～3 ＜2.0

3)将杨氏模量和泊松比两个岩石力学参数归一化，按式(1)计 算压裂指数Fi，然后结合压裂指数、地层压力系数和埋藏深度三项指 标，按照表3标准，筛选出地质开发有利区，并绘制工区的地质开发 有利区平面图(图8。图8中包含有威远在内的一圈为一类区，一类 区向外的为二类区，二类区向外、包含有自贡的为三类区)。

页岩的埋深决定了页岩气的开采成本，过深则开采技术成本过高， 不具有经济价值。现开发井井深大部分在2500～4500m，而且在1150 m以深，页岩气存在状态具有以游离气为主的趋势。过高的埋深会加 大勘探的难度和成本。埋深不是页岩气藏发育的决定因素，关键问题 是在该埋深下页岩气藏是否具有商业开发价值。因此本发明技术方案 从岩石力学、埋深和地层压力系数等角度制定开发地质有利区的筛选 标准，在压裂指数、压力系数、埋深和断层分布趋势图的基础上，筛 选出开发地质有利区。筛选标准如表3所示。

表3地质开发有利区筛选标准

4)将有机碳总含量、压裂指数、地层系数、页岩厚度(H)的 乘积为试气指数，然后利用试气指数筛选工区储层的开发效果，并绘 制工区的试气有利区平面图(图9。图9中包含有威远在内的一圈为 一类区，一类区向外、包含有威203的为二类区，二类区向外的为三 类区)。

5)将工区的生烃有利区平面图、地质开发有利区平面图和试气 有利区平面图进行叠合，依据表4的划分标准，最终得到工区的建产 有利区平面图(图10。图7-10中示范区边界连成一缺角的矩形；图 10中包含有威远在内的一圈为一类区，一类区向外依次为二类区和 三类区，三类区向外、包含有镇101的为远景区)。

表4建产有利区筛选标准

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领 域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以 做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。