刘全刚

（河北省煤田地质局 第四地质队，河北 宣化075100）

1 概 况

华北北部下花园组和下马岭组地层分布范围广、厚度大、盖层条件好，有机地化特征和物性特征有利于综合气的生产、储集。其中下花园组泥岩、砂岩和煤层交互沉积，赋存煤层气和砂岩气，具有较好的资源潜力。

通过对该地区钻孔测井资料的分析与研究，建立合理的解释计算模型，对其进行了储气层解释评价。测井结果显示，该钻孔没有发现良好的页岩气储存，主要对其煤层气与砂岩气进行了评价。

2 建立模型

2.1 岩石体积模型

此次模型建立利用了邯郸力时力拓公司的CLogProV2.0煤层气测井处理程序中的频率交会图技术功能和岩石物理分析程序，针对非煤系与煤系地层段，并剔除其中的火成岩层，分地层单元确定各自的岩性三角形，求取岩石骨架、泥质、孔隙水对应体积密度、声波时差、补偿中子的测井响应值。

将岩石体积分成岩石骨架、泥质、孔隙（饱和含水）3部分，作为对测井响应的贡献之和。相关计算公式为：

式中：ρ、I分别为岩石对密度、自然伽玛的测井响应值；ρma、ρsh、ρw分别为岩石骨架、泥质、孔隙水对密度测井的响应参数；Ima、Ish、Iw分别为岩石骨架、泥质、孔隙水对自然伽玛测井的响应参数；Vma、Vsh、φ分别为岩石骨架、泥质、孔隙水的体积含量。

骨架参数由理论值并结合三孔隙度曲线交汇分析得到，见表1、表2。

表1 密度曲线频率交汇骨架参数Table 1 Parameters of density curve frequency intersection skeleton

表2 三孔隙度分析骨架参数Table 2 Skeleton parameters of tri-porosity analysis

2.2 煤层体积模型

煤储层体积分成纯煤（包括固定碳和挥发分）、灰分（包括泥质和其它矿物）、水分（孔隙中充满水）3部分。针对不同煤号煤储层，分别计算煤层体积中的纯煤、湿灰、水分体积百分比含量。本区煤层组份骨架参数见表3。

表3 煤层组份骨架参数Table 3 Coal seam component skeleton parameters

2.3 估算吸附气含量

利用岩心测试所得到的解析气含量值与补偿密度测井值建立区域含气量计算经验模型。吸附气与补偿密度具有一定相关关系，连续地估算气含量。计算经验公式为：

式中：Gs为含气量；ρ为补偿密度；a、b、c为经验系数，本次取值a=-6.847 445、b=0.844 815、c=11.824 427。

2.4 估算含水饱和度

含水饱和度利用西门杜公式计算得出：

式中：SW为含水饱和度，以百分数表示；φe为地层孔隙度，以百分数表示；m为胶结指数，通常取2；n为饱和度指数，通常取2；a为常数，通常取1；Rw为地层水电阻率，Ω·m；Rt为原状地层电阻率，Ω·m；Rsh为泥岩电阻率，Ω·m。

2.5 含气饱和度计算

含气饱和度计算采用阿尔奇公式：

式中：m、a、n、b分别为岩石胶结指数和比例系数、饱和度和系数。测井计算的含气饱和度与地层水电阻率Rw、岩石胶结指数m、饱和度指数n值的选取有重要关系，此次测井基础参数的选取参照华北地区实验结果地区参数，基础参数为a=1.406，b=1.019 7，m=1.364 3，n=1.530 9。

2.6 估算渗透率

利用岩心试验获取渗透率与孔隙度参数值分析，并进行泥质含量校正，建立经验模型：

式中：K为渗透率；φ为孔隙度；Vsh为泥质含量；K3、K4为经验系数，取值为K3=0.000 407 7，K4=-1.630 8。

2.7 成熟度指数（LOM）计算

实践证明，利用测井资料也可以预测页岩气层的成熟度。LOM是一个利用测井资料进行统计计算出来的成熟度指标，其真实物理意义是反映页岩储层中的含气饱和度及气体平均分子量，该参数与密度曲线、中子曲线、电阻率曲线有关。LOM在5.0～6.0产湿气和油，对应的是中—高成熟阶段；在6.0～7.0产湿气和少量的凝析油，对应高成熟阶段；LOM大于7.0一般主要产干气，对应过成熟阶段。LOM值的计算公式如下：

式中：N为取样深度处密度孔隙度≥9%、含水饱和度≤75%的数据样本总数；φn9i为每个取样深度的密度孔隙度都≥9%时的中子孔隙度；SW75i为每个取样深度的密度孔隙度都≥9%、含水饱和度≤75%时的含水饱和度。

2.8 估算有机碳含量

有机碳含量通过电阻率与声波时差重叠法计算得出：

式中：R为计算点的电阻率值，Ω·m；Rbase为普通泥岩电阻率值，Ω·m；k为声波时差与电阻率曲线在泥岩段重合时的校正系数；Δt为计算点的声波时差值，μs/m；Δtbase为普通泥岩的声波时差值，μs/m；TOC为总有机碳含量，以百分数表示；LOM为成熟度等级指示，取值根据分析结果或者地区资料确定；C为大于1的乘法因子，取值根据地区TOC分析资料或者地区资料确定。有机质成熟度指标和背景值，LOM取平均值为9，C取值为1.1。

3 实例分析

3.1 解释依据和划分标准

与常规天然气藏相比，华北区北部页岩气藏成因复杂、影响因素众多。此次评价工作是在充分借鉴了石油测井基础上，综合考虑了施工区砂岩、煤层和泥页岩层的组合结构特点、由构造裂隙引起的压力场变化及本地区以往煤层气测井处理解释成果，最后提出钻孔含气层评价方案。

在气层的评价中，首先依据三孔隙度（密度、声波、中子测井）、侧向电阻率、自然电位、自然伽玛等测井响应识别岩性、划分储层。在确定为储层的前提下，以处理测井资料处理计算获取的有效孔隙度、体积密度、有机碳含量、总烃含量、含气饱和度等参数为依据，充分考虑了气测录井、取芯、化验等资料，综合分析识别气层。

此次测井含气层各评价参数值分别为：①有效孔隙度≤10%；②声波时差值≥390 μs/m，但砂岩气井段＞220 μs/m；③体积密度在1.30～2.60 g/cm3；④补偿中子反映岩层氢含量大小，基本在20%以上变化；⑤有机碳含量介于10%～35%，有煤层赋存井段有机碳含量可达到60%以上；⑥有机碳含量反映高值的井段，气测总烃值均以相对高幅值出现，总烃含量5%～15%；⑦气水同层或含气水层段，有机碳含量依然维持较高值，但气测总烃含量呈现相对较小值，仅在3%～10%。

3.2 单层综合分析

本井解释的储气层主要位于下花园组，共解释含气储层24层，对其主要的气层、差气层含气水层进行分析。

3.2.1 气层分析

表4 为气层各测井参数，从测井资料上反映，6、7、8、11、13、17号层这6层均为煤层；10、22号层这两层岩性均为炭质泥岩。曲线特征表现为自然电位负异常储层物性好，孔隙度高，三孔隙度曲线呈比较明显的含气特征，气测全烃峰值分别为42.89%、8.21%、35.94%、23.05%、5.30%、10.64%、9.48%、12.93%。综合上述资料，将这8层解释为气层。图1为6、7、8层测井解释成果图。

表4 气层主要参数Table 4 Main parameters of gas layer

图1 6、7、8层储气层综合测井解释成果Fig.1 Comprehensive logging interpretation results of reservoirs 6,7 and 8

3.2.2 弱气层分析

表5 为差气层各测井参数，测井资料上反映，3、4号层这两层岩性均为中砂岩；5、21号层这两层均为煤层；15号层岩性为炭质泥岩；16号层岩性为细砂岩；18号层岩性为炭质泥岩，也含有薄煤层；20号层岩性为炭质泥岩，其中夹有煤层；23号层为薄煤层，其中夹有粉砂岩。曲线特征表现为自然电位负异常，储层物性略差，孔隙度偏低，三孔隙度曲线呈一定的含气特征，气测全烃峰值分别为8.21%、11.45%、3.91%、16.00%、1.50%、12.64%、20.09%、3.13%、5.47%。综合上述资料，将这9层解释为弱气层。图2为3、4、5层测井解释成果图。

图2 3、4、5层储气层综合测井解释成果Fig.2 Comprehensive logging interpretation results of reservoirs 3,4 and 5

表5 弱气层主要参数Table 5 Main parameters of weak gas layer

续表

3.2.3 含气水层分析

14、24号层深度分别为11 32.60～1 136.75 m、1 249.25～1 255.40 m，层厚分别为4.15 m、6.15 m，自然伽马数值分别为18.18 API、23.6 7API，深侧向电阻率值分别为100 Ω·m、101 Ω·m，体积密度数值分别为1.99 g/cm3、1.96 g/cm3，补偿中子数值分别为25.68%、35.11%，声波时差数值分别为290.41 μs/m、302.25 μs/m，计算孔隙度值分别为7.34%、6.93%。

从测井资料上反映，14号层岩性为中细砂岩，其中夹有炭质泥岩；24号层岩性为砂质泥岩。曲线特征表现为自然电位负异常，电阻率降低有含水特征，储层物性较好，孔隙度增大，三孔隙度曲线含气特征，气测全烃峰值分别为16.00%、12.20%。综合上述资料，将这2层解释为含气水层。曲线反映如图3、图4所示。

图4 24层储气层综合测井解释成果图Fig.4 Comprehensive logging interpretation results of No.24 gas reservoirs

4 试气建议

全井解释地层层段为第四系、髫髻山组、九龙山组、下花园组、南大岭组、下马岭组、铁岭组（其中重点储层段下花园组3、4、5、6、8号层）。通过综合分析本井的各项测井资料，结合本地区储层低孔隙度低渗透率的特性，为进一步探明地层的含气范围，落实地质储量，针对实际情况，根据解释层段以及压裂施工的需要，建议试气1次，见表6。

表6 试气建议Table 6 Suggestions for gas test

5 结 论

（1）钻孔井径完整与否，对测井仪器响应值存在较大影响，井径过大会使得测井数据存在误差。为此，在测井曲线数据处理中，会对井径影响进行校正，但此次校正效果不理想，致使地层孔隙度计算值过大。今后应寻求更加精准的校正算法。

（2）此次使用的测井解释软件是针对煤田勘探测井设计开发的，对页岩气测井，部分参数计算在软件内不能实现，只能在软件外完成计算后，再次导入软件中，造成效率较低，精度也会存在偏差的风险，需要计算，特别是曲线校正功能更精确的解释软件。

（3）此次评价应用实例视单井，没有规模效应，数据模型评价方法有待后续工作验证。