总结了页岩气开发中国内外常用的测井识别页岩气储层和利用测井資料进行总有机含碳量的估算的方法以及页岩气储层岩性的判定方法。预期了测井资料实现地球化学分析在页岩气开发中的作用。
关 键 词：页岩气；元素含量；有机碳含量；测井评价；岩性
中图分类号：TQ 013 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2017）05-0880-03
Abstract： The shale gas revolution caused by horizontal well technology and large-scale water fracturing has changed the pattern of world energy supply. Developing shale gas has an important role in China as a big energy consuming country. Compared with conventional natural gas development， some different evaluation methods need be used because of the particularity of shale gas development. Especially the development of ECS logging provides a new idea for the development of shale gas. The geochemical parameters can be measured by logging method to identify and evaluate shale gas reservoirs. In this paper， common identifying shale gas reservoir technologies with logging method in shale gas development at home and abroad were summarized as well as estimating method of total organic carbon content by using logging data， the judgment method of lithology of shale gas reservoirs. The role of geochemical analysis in the development of shale gas was predicted.
Key words： shale gas； elemental content； organic carbon content； logging evaluation； lithology
页岩气，是近几年来新兴的能源产业，已经成为了化石能源的重要一部分。随着我国天然气需求的日益增大，国内常规天然气的产能已经不能满足需求，开发页岩气无疑具有重要的意义。经过初步的勘探和开发，我国的页岩气储量也十分可观（如图1），预计可采储量达到11.5万亿m3，且以海相为主。国土资源部公布2015年全国页岩气勘查新增探明地质储量为4 373.79亿m3，新增探明技术可采储量达1 093.45亿m3。至2015年底，全国页岩气剩余技术可采储量达1 303.38亿m3。目前，我国的页岩气已经初步形成产能。2015年，中国页岩气总产量为44.71亿m3，同比增长258.5%。数据显示，我国今年1-7月份已经生产页岩气50.1亿m3。不过，尽管国内页岩气产量增长趋势明显，但总产量依旧不高发，和美国、加拿大这样的页岩气大国相比还有十分的的差距，发展潜力还很大。
1 页岩气储层特点
1.1页岩气储层的岩性物性特征
页岩气一般指存于暗色泥页岩及其夹层中的以吸附及游离状态为主要存在状态的天然气[1]。成因是以生物作用或热成熟作用或两者结合作用产生的天然气[2]，在烃源岩层内聚集。所以页岩气储层本身既是烃源岩又是储集层，其中富含大量的有机物。储层中除泥岩外也包括发育的粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩以及白云岩、灰岩等。从矿物组成上看，除高岭石、蒙脱石、伊利石等黏土矿物外，还混杂着石英、长石、云母、方解石碎屑以及其它矿物。在物理特性上呈现低孔、特低渗，孔隙度一般在4%～6%，渗透率一般不足0.001 mD[3]。
1.2 页岩气储层的地球化学特征
由于页岩气储层特殊的自储自生的特点， 且天然气形成后在有利区域富集才能形成气藏，通过测量其易储集地层或易产生地层的化学特性，就可以有效的识别页岩气的储层，并对其进行相应的评估。综合国内外页岩气开发的经验，页岩气储层长具有一下化学地球化学特征（表1）。
通过直接或者间接的测量这些化学特征，就可一定性的识别页岩气的储层，对于相关性好的特征，还可以定量的分析页岩气的产量等信息。
2 测井地球化学测量在页岩气中开发的应用
2.1 利用铀含量识别页岩气储层
研究表明有机质在生烃过程中，会产生大量的有机酸和腐殖酸[4]，腐殖酸可以把铀离子还原为不溶于水的铀；有机质自身还可以吸附铀元还原含铀氧化物或者与铀元素产生配位作用而产生含铀的有机化合物；此外有机质段形成的微孔隙对铀元素具有吸附作用。以上多种因素共同作用，使得铀元素的含量与有机质的含量具有了很高的相关性。伽马能谱测井能有效的记录自然伽马值，并能有效的分别记录钍、铀、钾含量。自然伽马值与无铀伽马的差值暨铀含量的值就成为了识别页岩气储层的有效手段。如图2[5]，在自然伽马和无铀伽马曲线之间有明显的不重叠区域。不重合区域即为含铀量.
2.2 总有机含碳量计算
总有机含碳量TOC是页岩气储层的重要地球化学参数，因为页岩气储层“储源一体”的特有性质，因此烃源岩的评价反应了储层的特性[6]。TOC就是评价烃源岩的一个重要参数。测定TOC有很多种办法，除了直接测量之外，也可以通过间接测量的办法获得TOC值.。尤其是利用测井获得的数据直接计算TOC，不仅方便而且经济。
研究表明，TOC与很多测井值有良好的线性关系，在充分考虑对测井值有影响的因素，并排除或校正影响以后，可以利用这些线性关系得到TOC值。
比如，利用声波曲线和地层电阻率；利用自然伽马能谱；利用ECS测井和干酪根转换因子；利用密度和核磁共振测井；利用脉冲中子和自然伽马能谱；利用电阻率、中子、密度和声波测井资料与模糊逻辑技术建立神经网络等多种方法都可以计算TOC。由于ECS测井成本很高，国内尚未普及。考虑测井中应用的普遍性，适用于测井计算TOC的有ΔlgR法及其改进方法；铀含量法，密度度法，多参数法四大类（表2）。
其中，Kt、Kd、Kn分别为相对互溶刻度的比例系数；R基线为不含有机质的泥岩电阻率值； Δt基线、DEN基线、CNL基线。基线为不含有机质的泥岩声波时差值、密度测井值、补偿中子值。系数Kt、Kd、Kn在不同有机质成熟度的地层，其取值值不同。一般都需要经过岩心分析进行标定，也可根据实际情况利用经验值。LOM为有机物成熟度的指数。
DEN为密度测井值，单位g/m³。A、B、C，X，Y，α，β为模型参数。利用测井数据和已知TOC求取。在使用ΔlgR法时，在此需要特别注意的是，由于页岩气往往井眼条件不是很好，容易发生扩径等现象，对中子测井和密度测井影响较大，所以往往采用声波时差计算。在其它使用密度测井的方法中，也要考虑井径的影响。
2.3 利用元素含量确定页岩气储层岩性
岩石的岩性是地层能否成为储层的重要因素，确定岩性对于识别页岩气储层，确定页岩气的储层参数，具有重要的意义，通过实验室手段和多种测井手段都可以确定地層的岩性，其中ECS元素俘获测井具有很好的效果。
ECS测井是一种放射测井方法，利用放射源发出快中子，由快中子与地层中不同原子的非弹性散射反应，并减速被俘获产生伽马射线，利用不同元素产生的特征伽马射线不同，从而估算各种元素的含量。而不同岩性的岩石所含元素具有很大的差异，由此就可以估算地层的岩性参数。岩性与地层化学元素的关系如表3。
可以发现，一种元素可能与多种岩性具有相关性，这就需要在建立方程的时候适当的结合实际情况，对方程做一定的优化。使得模型在准确性与实用性间达到平衡。利用ECS测定岩性的效果如图3[7]。
2.4 其它作用
在页岩气的储层参数测井评价中，还可以利用测井结合地球化学测量进行热成熟度指数、干酪根类型等多种参数的分析，在产量预测、沉积环境研究、页岩气形成机理研究等方面也有广阔的前景。
3 结 论
过对测井方法识别和评价页岩气储层的现有技术的调研并结合目前随钻测井的现状，指出了运用伽马能谱、识别页岩气储层的可行性。以及使用测井进行储层评价的前景。从现有的技术来看，使用测井方法结合地球化学进行页岩气储层识别和储层评价前景是十分广阔的。但是要做到准确识别和精确解释还需要更多的理论研究和现场实验。国内页岩气开发的规模还十分有限，认识也还有很多不足。在页岩气测井解释方面还有很多知识需要完善。目前的测井解释模型大多数没有考虑到页岩气储层的特殊性，建立一套符合页岩气储集特点的测井解释理论并使之科学化标准化，才能使页岩气开发中的测井应用发挥更大的作用。
参考文献：
[1]张晋言， 孙建孟.利用测井资料评价泥页岩油气“五性”指标[J]. 测井技术. 2012， 36（2）： 146-153.
[2] 张金川.薛会. 页岩气及其成藏机理和分布[J]. 天然气工业，2004，24（7）：15-18.
[3]孙超.朱筱敏. 页岩气与深盆气成藏的相似与相关性[J]. 油气地质与采收率，2007，14（1）：26-31.
[4] 吴伟，房忱琛.页岩气地球化学异常与气源识别[J].石油学报，2015，36（11）：1332-1340.
[5]李军，路菁，杨涛.页岩气储层“四孔隙”模型建立及测井定量表示方法[J].石油与天然气地质，2014，35（2）：266-271.
[6]孙腾蛟， 罗小平. 地球化学在页岩气勘探开发评价中的应用[J].四川文理学院学报，2013，23（9）：49-53.
[7]龚劲松，杨鸣宇. ECS元素测井技术在非常规储层评价中的应用[J]. 油气藏评价与开发，2014，4（2）：76-80.