页岩储层有效性识别及物性参数定量评价方法

1、第38卷第3期2014年6月测井技术WELL JOGGING TECHNOLOGYVol. 38 No. 3Jun 2014文章编号：1004-1338(2014)03-0297-07页岩储层有效性识别及物性参数定量评价方法丁娱娇I，郭保华2,燕兴荣】，李健I,卢琦I(1.中国石油渤海钻探工程有限公司测井分公司，天津300280；2.中国石油长城钻探工程有限公司漢I井公司国际业务项目部，北京100101)摘要：页岩储层储集空间由孔隙和裂缝共同构成，基质孔隙非常低，只有大鼠发育微裂缝时才能形成有效储集层。 裂缝是页岩储层产能的主控因素之一,还是运移通道、储集空间.由于裂建的存在，使得页岩储层有效

2、性评价和渗 透率定呈计貨变得极为龔杂.在综合分析实验室岩心测值的核磁共撮、孔隙度、澳透率、裂縫饱和度等资料的基础 上，建立了-套利用核磁共振测井标准Tz谱进行页岩储层储集空间类型识别、有效储层评价和物性参数定輦评价 的方法.该方法应用到生产中取得了良好的应用效果.关词：鴻井评价；核磁共振测井；页岩；储集空间；有效性；渗透率；裂缝；饱和度中图分类号：P631. 83文献标识码：ADoi： 10. 3969/j. issa 1004-133& 2014. 03. 009On Identification Shale Reservoirs Validity and Physical Para

3、meters Quantitative Evaluation MethodDING Yujiao1, GUO Baohua2, YAN Xingrong*, LI Jian1, LU Qi*(1. Logging Branch of CNPC Bohai Drilling Engineering CO. LTD. Tianjin 300280 China*2. International Division, Logging Company, GWDC, Beijing 100101» China)Abstract： Shale reservoir space is composed

4、of the pores and cracks with very low matrix porosity> only when there are a large number of developed microcrackst it is able to form an effective reservoir. Fracture is one of the key factors of shale reservoirs production capacity, and also migration pathways and reservoir space. Since the pre

5、sence of cracks> the evaluation of the effectiveness and permeability of shale reservoirs quantitative calculation becomes extremely complex. Based on the comprehensive analysis of NMR laboratory core measurements, porosity, permeability, fracture saturation, a NMR standard T2 is used for shale r

6、eservoirs space type identification, effective reservoir evaluation and physical parameters of quantitative evaluation methods. The method has been used in practical log interpretation and gotten good effect.Key words： log evaluation» nuclear magnetic resonance loggings shale, reservoir space,

7、validity, permeability crack, saturation0引言页岩油气藏油气成藏特征与储集特征明显不同 于常规油气藏。页岩既是源岩又是储集层,具有典 型的自生自储成藏特征，这种油气藏是在油气生成 之后在源岩内部或附近就近聚集的结果凶。页岩 油气藏的储集空间复杂，同时存在原生孔隙、次生孔 隙和微裂缝;页岩的基质孔隙度和渗透率非常低，大 量夭然裂缝的存在可有效改善页岩油气藏的储集性作者简介：丁娱娇，女，1974年生，高级工程师，从專测井解释和方法研究工作,能。运用常规油气藏的测井评价方法难以满足页岩 油气藏的综合评价。页岩油气藏测井评价主要围绕 页岩的生绘能力、储集性能和可

8、压性等3个方面开 展。前人在生婭能力评价方面做了大量的工作，但 是在储集性能评价方面还处于定性识别阶段3】。 本文在分析大量页岩岩样岩石物理实验的基础上, 建立了一套利用核磁共振测井资料进行页岩储层类 型评价与物性参数定量计算的储层有效性评价方 法，并在实际应用中取得了良好的效果。第38卷第3期丁娱娇,等:页岩储层有效性识别及物性参数定就评价方法2991页岩储层储集空间及有效性评价方法邹才能等通过对页岩样品进行氮离子抛光、 高分辨率场发射扫描电镜等实验分析在页岩中发现 了有机质演化孔、粒间孔、粒内孔等纳米级孔隙，孔 隙形状呈圆形、椭圆形、不规则形等，孔隙直径一般 100 nm左右。钟太贤通过观

9、察描述和物理测试 2类方法指出，纳米级孔隙是致密储层连通性储集 空间的主体，以干酪根纳米孔、颗粒间纳米孔、矿物 晶间纳米孔、溶蚀纳米孔为主，喉道呈席状、弯曲片 状,孔隙直径介于10-1 000 nm,主体范围为30 100 nm；按孔径大小,将页岩储集空间分为5种类 型：裂隙（孔径大于10 000 nm）.大孔（孔径介于 1 00010 000 nm）、中孑L（孔径介于 1001 000 nm）、 过渡孔（孔径介于10100 nm）、微孔（孔径小于 10 nm）。焦淑静等3通过对某地区50余块页岩岩 样电镜扫描分析发现，测量页岩岩样结构致密，少就 微孔小于1 /xm,大量微孔在12 pm之间,

10、少量微 孔在36卩m之间,裂缝宽12卩m,长十几到几十 微米。页岩储层孔隙尺寸非常小,以纳米级为主，最 大孔径尺寸也在10卩m以内，裂缝的孔喉尺寸明显 大于基质孔隙，只有大量发育微裂缝时才能够形成 有效的储集层。图1为页岩储层2块岩样的电镜扫 描照片对比,2块岩样的孔隙度差别不大，岩样a的 孔隙度为5. 16%,岩样b的孔隙度为4.5%,但是 二者的渗透率差异高达近40倍，岩样a的渗透率为 0. 012 mET ,岩样b的渗透率为0. 475 mD；从岩样图1页岩岩样不同放大倍数电镜扫描图放大200倍电镜扫描照片可见2块岩样全貌，他们 均为结构致密储层,基质孔隙非常低,稍微存在差异 之处是岩样

11、b可见微裂缝存在;从岩样放大2 400倍 电镜扫描照片可见2块岩样内部结构还是存在较大 差异，岩样a发育15 微孔隙，其中12 Mm微 孔隙居多，少量25 微孔隙;岩样b常见的微 孔隙多在12闪n,少量23卩m,同时还发育微裂 缝，缝宽12 pm,缝长十几到几十微米不等。可 见，裂缝是页岩储层产能的主控因素之一，还是运移 通道、储集空间。因此,页岩储层储集空间类型识别 对渗透率及储层有效性评价至关重要"1.1页岩储层储集空间类型识别方法核磁共振测井可以有效反映孔隙孔径尺寸分 布，大孔径在核磁共振T2谱时间刻度上靠右，小孔 径在核磁共振丁2谱时间刻度上靠左。由页岩储 层储集空间特征可知

12、，页岩储层基质孔隙以纳米级 为主，存在少量微米级基质孔隙，且裂缝的孔喉尺寸 明显大于孔隙的孔径尺寸，在核磁共振T2谱上显 示，短t2谱分布应该代表孔隙的信息，长t2谱分 布应该代表裂缝的信息。通过分析某地区70余块 页岩岩样的实验室核磁共振测量、裂缝饱和度测量 和束缚水饱和度测量结果发现，核磁共振T2谱形 态与上述假设吻合性非常好，据此提岀了基于T2 谱形态特征的储集空间类型识别方法。图2（a）至图2（e）为不同裂缝饱和度岩样的核 磁共振7；谱形杰分布图.当裂缝饱和度为0时. T2谱为典型的正态单峰分布，且位置非常靠左，显 示储集空间类型为小孔径基质孔隙；当储层出现裂 缝时（裂缝饱和度大于0）

13、,兀谱形态为典型的双峰 或多峰分布，且第2峰分布范围均在10 ms之后，且 随着裂缝饱和度增加，第2、第3峰包络面积增大， 呈现正相关关系。所以可以利用T2谱形态特征和 第2、第3峰包络面积识别储层是否发育裂缝以及 裂缝发育程度。具体方法是首先判别乙谱形态为 单峰分布还是多峰分布，如果是单峰分布，且峰值在 10 ms之内则为孔隙型储层;如果为多峰分布且在 10 ms之后存在1个或多个峰值则显示储层可能存 在裂缝;然后计算10 ms之后的波谷拐点之后的T2 谱包络面积与总T2谱包络面积之比值，该值可有 效描述裂缝发育程度，与实验室测国得到的裂缝饱 和度基本一致。图2（f）为实验室测址的裂缝饱和

14、度和束缚水饱和度关系图。可见当裂缝饱和度小于5%时，束缚水饱和度与裂缝饱和度关系不明显，说 明此时裂缝对储层性能影响不明显；当裂缝饱和度 大于5%时,随着裂缝饱和度增加，束缚水饱和度迅 速递减，说明裂缝此时已经对储层性能起到改善作 用。结合Tz谱形态和裂缝饱和度将页岩储层储集 空间分为2类:孔隙型，储集空间以基质孔隙为 主,偶见微鈕微裂缝，耳谱为单峰分布或第2、第3 峰幅度非常低的多峰分布,峰值在10 ms之内，裂缝 饱和度低于5%;孔隙-裂缝型，储集空间为孔隙、 微裂缝同时发育，£谱为典型的双峰或多峰分布, 第2峰位置在10 ms之后，裂缝饱和度大于5%,束 缚水饱和度小于90%。

15、第38卷第3期丁娱娇,等:页岩储层有效性识别及物性参数定就评价方法#第38卷第3期丁娱娇,等:页岩储层有效性识别及物性参数定就评价方法#和度：19.63 %1000 100007；葩ft时何/ms «0匚弛ft时何/ms160r140120100806040200.1SWfttWllFff: 29.98A1000图2不同裂线饱和度岩样T2谱及束缚水饱和度分布图gwt时何/rm (b)ms (e)0第38卷第3期丁娱娇,等:页岩储层有效性识别及物性参数定就评价方法3011.2页岩储层分类及有效性评价方法通过页岩岩样的渗透率与孔隙度、微裂缝饱和 度以及饱和水核磁共振标准T2谱的相关性研究

16、发 现，页岩储层渗透性与T2谱位置、形态特征、孔隙 度、裂缝饱和度关系密切。耳谱位置越靠左其渗透 性越差;孔隙度越大,渗透性越好;微裂缝不发育，以 基质孔隙为主时,渗透性非常差，渗透率最高不超过 0.1 mD;微裂缝发育时，渗透性明显增加，裂缝越发 育,渗透率增加越明显。根据70余块页岩岩样统计 结果,可以将页岩储层分为3类:第I类,孔隙裂 缝型,G谱形态为典型的双峰或多峰分布，第1峰 （左峰）位置一般在2 ms界限的左侧，幅度相对较 高，第2、第3嘩幅度相对较低,耳谱形态相对于第 1峰变缓，该类储层渗透率一般大于0. 000 1 mD,孔 隙、微裂缝均发育，为页岩油气藏最佳储集空间组 合，为

17、优质有效储层;第n类，孔隙型,匚谱形态 为典型单峰分布，谱峰位置在2 ms右侧，渗透率在 0. 000 10. 1 mD,该类储层以孔隙为主，裂缝不发 育,该类储层储集性能明显不如I类储层，为相对较 缝的信息，且核磁共振测量的总孔隙度不受岩性和 有机碳含最的影响。利用核磁共振测量可以同时考 差储层;第HI类，孔隙型,E形态同II类一样为单 峰分布，但其t2谱峰位置相对于n类明显靠左，在 2 ms界限左侧，渗透率在0. 000 1 mD以下,微裂缝 不发育，为典型的非有效储层（见图3）。参考中石 油有效储层分类标准，将渗透率0. 1 mD作为本文 有效储层下限标准，有效储层均发育在I类储层 之中

18、。2页岩储层物性参数定量评价方法页岩储集空间由基质孔隙和微裂缝共同构成。 在其物性参数定量评价方面应该同时考虑到基质孔 隙和裂缝的影响。在以往生产应用中，页岩储层物 性定量评价仅仅是利用密度、声波、中子三孔隙度测 井资料进行基质孔隙度的计算，未考虑到裂缝的影 响;而且由于有机碳和复杂矿物成分的影响,使得三 孔隙度测井资料的骨架参数非常难以准确确定，计 算得到的孔隙度测井资料难以满足生产的需求。由 前文分析可知，核磁共振乙谱能够有效反映微裂 虑基质孔隙度和裂缝影响，准确进行页岩储层物性 参数定量评价。I类映谢竹馭II类倔轴层图3不同类型页岩储层岩石物理响应特征裂妣和度/ % IllLWWgK2.

19、1基于核磁共振测的页岩储层孔隙度、束缚水 饱和度定评价CMR、MREx、MRIL-P等核磁共振测井仪器均 能够记录到黏土束缚流体信息,提供总孔隙度信息。 核磁共振测量的对象是孔隙流体中氢核的信息，避 开了岩性和有机碳的影响，可以有效测量各类储层 的总孔隙度。当岩样饱和单相流体时,核磁共 振T2谱与毛细管压力微分曲线存在较好的对应性 (见图4),因此,通过一定的界限值在T2谱上可以 有效区分黏土束缚流体、毛细管束缚流体和可动流 体，从而得到有效孔隙度和束缚水饱和度等信息。 利用核磁共振准确确定有效孔隙度、总束缚水饱和 度的关键是魏土束缚流体T2截止值和毛细管束缚 流体丁2截止值的确定。对于毛细管

20、束缚流体匚图4核磁共振H谱确定各种孔隙度截止值的确定前人做了大量的工作，提出了各种 方法，对于黏土束缚流体T2截止值的确定却基本 没有开展什么研究工作，一直沿用经验数值4 ms。 图5显示了由实验室得到的部分页岩岩样毛细管束 缚流体耳截止值。图5(a)为34块岩样毛细管束 缚流体匚截止值统计图。34块岩样毛细管束缚流 体T2截止值分布范围在1. 8910. 71 ms变化，部 分岩样毛细管束缚流体Tz截止值小于3 ms,平均 毛细管束缚流体T2截止值为3. 88 ms,由此可知利 用4 ms的黏土束缚流体T2截止值计算页岩储层 有效孔隙度将使得储层有效孔隙度严重偏低，该结 论已经在实际测井应用

21、中得到证实。为准确获得页 岩储层有效孔隙度，其关键参数是必须准确确定黏 土束缚流体T2截止值。目前通过实验方法很难直接测量得到黏土束缚 流体T2截止值。本文提出了一种利用岩心刻度测 井获得有效黏土束缚流体T2截止值的间接方法, 具体实现思路:由于实验室所用岩心是将岩心进行 各种预处理，烘干后再饱和水测量得到孔隙度，提供 的孔隙度为有效孔隙度；而核磁共振测井提供的是 总孔隙度,二者之间的差异即为黏土束缚流体体积; 利用等面积原理，将核磁共振测井T2谱从右到左 累积，当累积孔隙度等于有效孔隙度时，其对应的 匚谱时间刻度即为黏土束缚流体丁2截止值。通过 大量岩心与测井对比分析发现，页岩储层黏土束缚

22、流体T2载止值大约在1. 5 ms左右，应用该截止值第38卷第3期丁娱娇,等:页岩储层有效性识别及物性参数定就评价方法#第38卷第3期丁娱娇,等:页岩储层有效性识别及物性参数定就评价方法303第38卷第3期丁娱娇,等:页岩储层有效性识别及物性参数定就评价方法#30252015小和水她7；鮭饷23瞪-400辭心后岩样4ft10 100 1000 10000£勒t时间/ms第38卷第3期丁娱娇,等:页岩储层有效性识别及物性参数定就评价方法#图5毛细管束缚流体耳截止值分布特征图第38卷第3期丁娱娇,等:页岩储层有效性识别及物性参数定就评价方法#第38卷第3期丁娱娇,等:页岩储层有效性识别及

23、物性参数定就评价方法#可有效进行页岩储层有效孔隙度计算。图5(b)至 图5(d)为部分典型岩样的T2截止值与T2谱形态 特征的关系，可见不同岩样毛细管束缚流体T2截 止值不同，毛细管束缚流体T2截止值位置与饱和 水岩样乙谱形态特征存在良好的对应关系，故可 以利用T2谱形态特征有效确定毛细管束缚流体T2 截止值，从而进行准确的束缚水饱和度评价。2.2页岩储层渗透率定评价页岩储层微裂缝发育，准确的渗透率计算一直 是页岩储层评价面临的一大难题。图3可见，随着 裂缝饱和度增加,岩样渗透率迅速增加,储层渗透率 受孔隙度和裂缝饱和度双重控制。裂缝对储层渗透 性的影响主要是通过增加可动流体部分改善储层渗 透

24、性。从图2(f)可见随着裂缝饱和度的增加，束缚 水饱和度迅速降低,反映可动流体体积明显增加，故 在微裂缝发育的储层渗透率关键控制因素中可以利 用束缚水饱和度来表征裂缝的发育程度。页岩储层渗透率主要受孔隙度和束缚水饱和度 双重控制，利用实验室岩心测量数据建立了渗透率 与孔隙度、束缚水饱和度关系图(见图6)。图6(a) 为渗透率与孔隙度关系图，其中裂缝饱和度小于 5%的数据点代表孔隙型储层，裂缝饱和度大于5% 的数据点代表孔隙-裂缝型储层。可见，不同类型储 层孔隙度与渗透率关系明显不同。利用孔隙度建立 渗透率计算模型时应分储层类型进行建模。图6 (b)为渗透率与束缚水饱和度关系图，无论是孔隙 型储

25、层还是裂缝型储层,随着束缚水饱和度增加,渗 透率呈现整体下降的趋势。在渗透率计算建模时必 须考虑束缚水饱和度的影响。利用图6中岩心分析数据分储层类型建立了页 岩储层渗透率计算方法。孔隙型储层第38卷第3期丁娱娇,等:页岩储层有效性识别及物性参数定就评价方法#第38卷第3期丁娱娇,等:页岩储层有效性识别及物性参数定就评价方法#0.(00012、*««0.000008(a)0.0000150708090100啊水饱和«/%(b)第38卷第3期丁娱娇,等:页岩储层有效性识别及物性参数定就评价方法#第38卷第3期丁娱娇,等:页岩储层有效性识别及物性参数定就评价方法#图6潅

26、透率与孔隙度、束缚水饱和度关系图 305 测井技术2014 年裂缝型储层（10；-Sm ）2.95R2=Q. 925紂仔厂心88 (1)式中,K为渗透率,mD沖为孔隙度，；Sm为束缚 水饱和度，。图7为本文计算方法与岩心分析渗透率对比 图。可见无论是孔隙型储层还是裂缝型储层，本文 方法计算得到的渗透率与岩心分析测量结果对比均 均匀分布在45 °对角线两侧,且误差范围在同一数 量级以内，说明该方法计算精度较高，可满足实际生 产需求C图7计算港透率与岩心分析渗透率对比图3应用实例图8为利用核磁共振测井进行有效储层识别和 物性参数定量评价与岩心测量结果对比实例。图8 中第6道为利用核磁共振

27、测井计算孔隙度与岩心分 析孔隙度对比;第7道为核磁共振测井计算裂缝饱 和度与岩心分析裂缝饱和度对比;第8道为计算渗 透率与岩心分析渗透率对比;第9道为储层分类及 有效性评价结果。从图8中测井计算孔隙度、裂缝 饱和度、渗透率与岩心分析对比结果来看，计算结果 与岩心分析结果一致性非常好，说明本文方法计算 结果可靠。图9为页岩储层综合评价成果图。从常规测井 曲线上很难将储层与非储层区分开来，更不用说识 别有效储层，但是通过核磁共振标准Tz谱分布形 态可以明显看出，3 399. 53 400. 9 m、3 404 3 425 m储层空间类型为孔隙-裂缝型，从裂缝饱和 度计算结果来看，这2个段的裂缝饱和

28、度均达到 20%,束缚水饱和度小于70%,应该发育优质储层, 结合渗透率定量评价结果，解释6个油层。对3 404 3 425 m井段常规测试，射孔平均液面1 488 m, 折合日产液10. 7 t,洗井出油7.45 m3,出水4. 04 m3。 一般页岩储层均需要压裂改造才能获得产能，而该 井常规试油即获得了工业产能，说明该页岩储层渗 透性应该非常好，与计算渗透率在120 mD之间 比较吻合，说明该方法能够有效应用于页岩储层的 物性参数定量评价和储层有效性评价，并能够获得 比较准确的评价结果。 # 测井技术2014 年 # 测井技术2014 年岩性曲线电BI华曲线 一孔障度曲线 悯|炫标谱|孔

29、B帔对比饱和度对比流体体枳««中子必孔分析如mDf 囱 fll 屮 API*:映拥p 顷對Q爲+束瞬体体枳 可做体胸：川 * / 2m心分析迹户/ '.峥n調吋曲悭便n&还百API2XX 0-XXO2XX SXX图X页岩储层测井计算与岩心分析结果对比图第38卷第3期丁娱娇，等:页岩储层有效性识别及物性参数定址评价方法 307 °自然fl吗API攻6枷on冋 m一购5©m)lc IO<lft60mtQ m)1 lft30m(Q - mf*1 IftZOintQ m)，<Wtoo 0330ahr丫卅曲线电阳率曲线 二度曲线林准&#

30、163;谱分布1M协旳厌沁你浄透率流体体第38卷第3期丁娱娇，等:页岩储层有效性识别及物性参数定址评价方法 # 第38卷第3期丁娱娇，等:页岩储层有效性识别及物性参数定址评价方法 # 图9页岩储层综合评价成果图第38卷第3期丁娱娇，等:页岩储层有效性识别及物性参数定址评价方法 # 第38卷第3期丁娱娇，等:页岩储层有效性识别及物性参数定址评价方法 # 4结论(1) 页岩油气藏作为一种非常规油气藏其油气 成藏特征与储集特征明显不同于常规油气藏。(2) 页岩油气藏的储集空间复杂，同时存在原 生孔隙、次生孔隙和微裂缝;页岩的基质孔隙度和渗 透率非常低，大量大然裂缝的存在可有效改善页岩 油气藏的储集性

31、能。(3) 由于裂缝的存在，使得页岩储层有效性评 价和渗透率定量计算变得极为复杂。进行储层有效 性评价和物性参数定量评价必须考虑裂缝对储层的 影响。(4) 综合分析实验室岩心测量的核磁共振、孔 隙度、渗透率、裂缝饱和度等资料，建立了一套利用 核磁共振测井标准T2谱进行页岩储层储集空间类 型识别、有效储层评价和分储层类型的渗透率定量 评价方法，在生产应用中取得了良好的应用效果。参考文献：叮 张金川，金之钧，袁明生.页岩气成藏机理和分布JJ.天然气工业，2004, 24(7)： 15-18.2 张金川，薛会，卞昌蓉，等.常规夭然气勘探雏议1 天然气工业，2006, 26(12)： 53-56.3

32、莫修文，李舟波，潘保芝.页岩气测井地层评价的方法与进展.地质通报，2011, 30(23)： 401-405.4 潘仁芳，赵明清，伍媛，尊.页岩气测井技术的应用 .中国科技信息，2010(7).5 吴庆红，李晓波，刘洪林.页岩气测井解释和岩心测 试技术.石油学报，2011, 32(3)： 484-488.6 刘双莲，陆黄生.页岩气测井评价技术特点及评价方 法探讨J.测井技术 2011, 35(2)： 112-116.7 齐宝权，杨小兵，张树东.应用测井资料评价四川盆 地南部页岩气储层J.天然气工业，2011, 31(4)： 44-47.8 邹才能，杨智.陶士振，等.纳米油气与源储共生型 油气聚集J1石油勘探与开发，2012, 39(1)： 13-25.9 钟太贤.中国南方海相页岩孔隙结构待征J.天然 气工业，2012, 32(9)： 1-4.10 焦淑静，韩辉，翁庆萍，等.页岩孔隙结构扫描电镜 分析方法研究J.电子显微学报，2012, 31(5)： 432- 436.11 邵维志，丁娱娇，刘亚，等.核磁共振测井在储层孔 隙结构评价中的应用J.测井技术，2009