川东鄂西页岩气层位优选研究

何志祥 （中石化江汉油田分公司天然气新区项目部，重庆404120）

赵 旭 （中国地质大学（北京）地球科学与资源学院，北京100083）

刘乔平 （中石化江汉油田分公司天然气新区项目部，重庆404120）

黄 强 （中石化江汉石油管理局测录井工程公司，湖北潜江433123）

川东鄂西页岩气层位优选研究

何志祥 （中石化江汉油田分公司天然气新区项目部，重庆404120）

赵 旭 （中国地质大学（北京）地球科学与资源学院，北京100083）

刘乔平 （中石化江汉油田分公司天然气新区项目部，重庆404120）

黄 强 （中石化江汉石油管理局测录井工程公司，湖北潜江433123）

四川盆地东部川东鄂西区常规天然气和非常规天然气资源丰富，随着勘探工作的深入，在该区已有多口井在不同地层中钻遇良好的页岩气显示，并获得工业气流。利用雷达图和云模型理论技术，对川东鄂西区具有不同层位页岩气显示的5口井关键数据进行分析，优选出了最有利的页岩气成藏层——侏罗系自流井组进行测试，获得了较高的工业气流。

川东鄂西；地层；页岩气；雷达图和云模型；评价；优选

1 川东鄂西区页岩气概述

川东鄂西区是指从四川盆地东部到湘鄂西一带，构造从方斗山复背斜以东，包括石柱复向斜、齐岳山复背斜、利川复向斜和中央复背斜以及花果坪复向斜，行政区划位于重庆市的万州区、梁平县、石柱土家族自治县、以及湖北省恩施州境内。与四川盆地腹地相比，沉积地层齐全、层序完全可对比，近年来中石化在区内陆续上钻了一批井，在侏罗系、二叠系、志留系、寒武系都发现页岩气显示，展现出良好的勘探前景。

四川盆地及周缘页岩沉积发育，主要包括6套页岩层系，自下而上分别是古生界的下寒武统、上奥陶统、下志留统、下二叠统及中生界的上三叠统和中下侏罗统。其中中侏罗统自流井组泥页岩以Ⅱ型干酪根为主，区内埋深较浅；而上三叠统泥页岩主要分布于四川盆地中、西部，在盆地东部不发育；下二叠统吴家坪组（龙潭组）页岩分布稳定，区域埋深和成熟度适中；下寒武统、上奥陶统、下志留统页岩厚度大，是传统意义上的页岩气勘探主要目标，但这3套老地层在盆地东部特别是川东鄂西区普遍埋深较深，烃源岩成熟度偏高，目前还没有工业气流井，其勘探开发价值有待研究。

页岩气是主体上以吸附相和游离相同时赋存于泥岩及页岩地层中的天然气。前人研究认为，出于开发成本角度考虑，埋藏深度小于3500m、有机碳含量高、含气量大的页岩分布区是有利的勘探目标区带。页岩气的勘探开发价值取决于其中游离和吸附相天然气的含量，而页岩中天然气含量的高低又与页岩地层孔隙发育程度和岩石吸附气量密切相关。也有学者认为，页岩气勘探目标应是有机质和硅质含量高、裂缝发育的脆性优质烃源岩［1～5］。

由于国内对页岩气的认识尚未统一，页岩气的选层评价还处于探索阶段。笔者利用川东鄂西区部分页岩气井的地质信息，尝试引用雷达图和云模型理论，对不同地质时期沉积的页岩气层多个实钻关键信息进行定量分析评价，从而实现页岩气层位优选。

2 雷达图和云模型理论

雷达图和云模型是一种多元数据的图表示和图分析的重要方法，该方法主要通过雷达图的数学表达和云模型的定量评价来展示有用信息，可以较准确反映页岩气层的多元数据特征。雷达图是将多变量映射到单位圆上的射线（数轴）表示，用图形的面积作为研究对象的表征函数，图像的形状表征研究对象的细节特征。

云是针对对象的期望值（Ex）、熵（En）、超熵（He）等3个参数，来整体表达一种定量信息。云模型方程表示为YM＝（Ex，En，He）。云模型的数字特征值把评价对象的模糊性和随机性集中到一起，构成定性和定量相互间的映射，反映了对象定性概念和定量特性。

雷达图和云模型理论已广泛应用于质量分析、统计学等不同领域［6～8］。

3 页岩气层雷达图和云模型评价优选

3.1 评价参数选择

正确地评价页岩气层，必须优选出最能体现页岩气特点的关键参数。笔者通过研究确定了页岩气层有效厚度、气测全烃值、后效显示、气层埋深、气层孔隙度、页岩总有机碳含量（TOC）、岩石脆度、页岩吸附气量8个关键参数，其中气层的有效厚度、气层气测全烃值、气层后效显示和页岩气层埋深是实钻过程中综合录井仪测量得到；气层孔隙度通过核磁测井或录井测定得到；页岩有机碳含量通过地化录井仪测定气层岩样得到；岩石脆度通过XRF录井仪测定气层岩样中的Si含量得到；页岩吸附气含量通过岩心或岩屑样实验室测定。将此8个参数做为页岩气层优选评价的关键基础参数。

3.2 参数归一化处理

由于关键参数中的各项指标有不同量纲，易造成各项指标之间在数值上存在差异，不利于绘制可供对比的标准雷达图。需要对关键参数进行标准化处理，将优选的8个关键参数转换为均值0、方差1的量。通过参数归一化后参数的量纲范围是1～4，转化标准见表1。这其中后效显示的气泡含量是指钻井泥浆槽面中气泡所占的面积百分比。岩石脆度是指岩石的脆性，用岩石样品中Si含量做为定量依据。

表1 川东鄂西地区页岩气层评价关键参数及标准化转换表

3.3 雷达图和云模型制作评价

将以上8个参数作为分类（X）轴标志，刻度为线性，刻度范围0～4；用直径为1.5、2.5的评价圆，将雷达图由里到外分A、B、C共3个区，分别对应差、中、好3个等级，将解释目标层归一化后数据按照顺时针方向依次映射到雷达图上，X轴上的点连接起来，在雷达图版上构成一个封闭的多边形，该多边形区域所封闭的面积值即是解释层的雷达覆盖指数，在云模型评价中即为被评价对象的期望值Ex，雷达图多边形的面积越大，发育越饱满，即可定性判断页岩层含气性越好。

用云模型YM＝（Ex，En，He）表示，期望值Ex、熵En、超熵He等3个参数特征来表征云模型，其计算公式为：

式中，Bmax和Bmin分别为研究解释目标层对应的雷达覆盖指数最大值和最小值。He一般取0.1。

利用雷达覆盖指数（期望值Ex）－隶属度σ绘制成云模型图，隶属度是指被评价对象Ex出现的模糊概率，云模型图横轴为雷达覆盖指数Ex，纵轴为隶属度σ，云模型图被2个标准云分割为A区（差）、B区（中等）、C区（好）3个区域，第1标准云是指半径为1.5的雷达图标准圆在云模型图版上所反映的云界限，第2标准云是指半径为2.5的雷达图标准圆在云模型图版上所反映的云界限。

将待评价目标层的云模型方程YM＝（Ex，En，He）按正态分布函数形式置于云模型图上，确定所在的区域即可定量评价页岩气层。

图1 页岩评价雷达图

3.4 雷达图和云模型评价实例

川东鄂西XL井，页岩气层位于侏罗系自流井组大安寨段，评价雷达图形态饱满，发育对称（图1（a）），雷达图覆盖指数为19.25，云模型YM＝（19.25，1.1，0.1），待评测云模型位于第2标准云界限右侧，但云模型与第2标准云有部分重合（图2），综合评价侏罗系自流井组大安寨段页岩段为好页岩气层。2012年3月对该井大安寨段2117～2127m进行试气，获3.05× 104m3／d工业气流。

川东鄂西J井，页岩气层位于侏罗系自流井组东岳庙段，该段页岩层评价雷达图形态饱满（图1（b）），发育对称，雷达图覆盖指数为21.35，云模型YM＝（21.35，1.2，0.1），待评测云模型位于第2标准云界限右侧（图2），综合评价J井侏罗系自流井组东岳庙段为好页岩气层。2011年9月，对该井东岳庙段799.00～818.00m试气，获2570m3／d工业气流。

川东鄂西HY井，页岩气层位于志留系龙马溪组，评价雷达图形态不饱满（图1（c）），发育不对称，雷达图覆盖指数为6.35，云模型YM＝（6.35，1.1，0.1），待评测云模型位于第2标准云界限左侧（图2），综合评价志留系龙马溪组页岩气层为差页岩气层，含气性远差于侏罗系自流井组。2010年10月对该井上奥陶统五峰组－下志留统龙马溪组2139.4～2164.8m井段试气为干层。

根据目前对川东鄂西区部分井所作雷达图和云模型评价，含气性最好的页岩层是侏罗系自流井组，其次为二叠系吴家坪组，志留系龙马溪组和寒武系石牌－水井沱组相对较差。J井和XL井完井后均获工业气流，证实了雷达图和云模型评价结论的正确性。

图2 典型井云模型识别解释图

4 结 语

雷达图可以形象直观地展示出页岩层关键参数之间的关系，云模型则量化了页岩层优选评价指标和不确定度。通过应用雷达图和云模型选层评价新方法，优选出目前川东鄂西区侏罗系自流井组是页岩气最有利的勘探层位。随着钻探井数据的丰富，通过优化参数，还能进一步提高页岩气选层的可靠性，对页岩气层以及其他具有多属性的非常规油气层选层具有重要的指导意义。

［1］李新景，胡素云，程克明.北美裂缝性页岩气勘探开发的启示［J］.石油勘探与开发，2007，34（4）：392～400.

［2］张金川，汪宗余，聂海宽，等.页岩气及其勘探研究意义［J］.现代地质，2008，22（4）：89～93.

［3］黄强，石元会，叶应贵，等.鄂西渝东地区吴家坪组页岩气实钻特征及潜力分析［J］.石油天然气学报，2011，33（2）：108～111.

［4］张金川，聂海宽，徐波，等.四川盆地页岩气成藏地质条件［J］.天然气工业，2008，28（2）：151～156.

［5］张金川，汪宗余，聂海宽，等.页岩气及其勘探研究意义［J］.现代地质，2008，22（4）：154～160.

［6］郑惠莉，刘陈，翟丹妮.基于雷达图的综合评价方法［J］.南京邮电学院学报（自然科版），2001，21（2）：75～79.

［7］李德毅，孟海军，史雪梅.隶属云和隶属云发生器［J］.计算机研究与发展，1995，32（6）：16～21.

［8］李伟明.多元描述统计方法［M］.上海：华东师范大学出版社，2001.16～58.

［编辑］宋换新

53 Shale Gas Horizon Optimization in the Eastern Sichuan and Western Hubei Area

HE Zhi－xiang，ZHAO Xu，LIU Qiao－ping，HUANG Qiang

（First Authors Address：The New Construction Project Department for Nature Gas of Jianghan Oilfield，Wanzhou 404020，Chongqing，China）

There were rich natural gas and unconventional natural gas resources in the east of Sichuan and west of Hubei of Sichuan Basin.With the deepening of oilfield development，good shale gas encountered in many wells in different strata of the region，and the industrial gas flow was obtained.By using radar map and cloud model theory and technology，key data of five Wells with shale gas in different strata in the east of Sichuan and west of Hubei are analyzed，and the most favorable shale gas accumulation layers are selected，Jurassic artesian well group is tested，high industrial gas flow is obtained.

eastern Sichuan and western Hubei；formation；shale gas；radar map and cloud model；evaluation；optimization

book=261,ebook=261

TE132.2

A

1000－9752（2012）06－0053－04

2012－04－27

中国石油化工集团公司科研项目（ZKC0410001）。

何志祥（1964－），男，1985年江汉石油学院毕业，高级工程师，现主要从事天然气开发工作。