低阻页岩气储层影响因素分析

谢小国，罗兵，尹亮先，梁红艺，李元雄



低阻页岩气储层影响因素分析

谢小国1,2，罗兵1，尹亮先3，梁红艺1，李元雄1

（1. 四川省煤田地质局物探公司，成都610072；2. 成都理工大学地球物理学院，成都 610059；3. 四川省煤田地质局一三七队，四川达州 635006）

为更好地评价低阻页岩储层地质特征，本文从贵州岑巩页岩气区块牛蹄塘组含气页岩储层的地质特点和电性特征出发，提出两种低阻页岩储层模式，分析了电阻率与有机碳和含气性的相关关系，并探讨了有机质过成熟、地层束缚水、黄铁矿、薄互层层理缝等因素导致页岩储层电阻率偏低的原因。

低阻页岩；牛蹄塘组；影响因素；测井

页岩是一种烃源岩，其生烃、排烃、运移、聚集和保存全部在烃源岩内部完成，页岩既是烃源岩、储层，也是盖层[1-2]。天然气可以储藏在页岩岩石颗粒之间的孔隙结构或裂缝中，也可以吸附在页岩的有机物的表面上；页岩往往具有极低的孔隙度和基质渗透率的特征[3]。页岩的判断，特别是含气页岩的判断基于干酪根的成熟度、有机质含量等，但这些参数往往需要基于大量的岩心实验，成本高，效率低。结合参数井岩心分析资料，利用测井资料对页岩储层进行评价是一种经济、有效的方法[4-5]。资料表明，与普通泥页岩相比，一般含气页岩的测井响应特征表现为高自然伽马、高铀含量、相对较高电阻率、低体积密度、低光电吸收截面指数和高声波时差、相对较高的中子孔隙度的特征[6-9]。

图1 贵州构造单元划分[16]

I.扬子准地台（Pt）；Ⅰ1.黔北台隆（Z-T32）；Ⅰ1A.遵义断拱（D-C）、Ⅰ1A1.毕节北东向构造变形区；Ⅰ1A2.凤岗北北东向构造变形区；Ⅰ1A3.贵阳复杂构造变形区；Ⅰ1B.六盘水断陷（D-C）；Ⅰ1B1.威宁北西向构造变形区；Ⅰ1B2.普安旋扭构造变形区；Ⅰ2.黔南台陷（D-T32）；Ⅰ21.贵定南北向构造变形区；Ⅰ22.望谟北西向构造变形区；Ⅰ3.四川台坳（T33-E2）；Ⅱ.华南褶皱带（Pz1）

但是大量的实际页岩气测井资料显示，无论是寒武系筇竹寺组还是志留系龙马溪组页岩储层，均发现较多的含气页岩储层表现为明显的低电阻率特征[10-11]，这给页岩气储层测井评价带来诸多困难。为更好地评价低阻页岩储层地质特性，本文在充分了解国内外含气页岩测井资料的基础上，结合贵州岑巩页岩气区块下寒武系牛蹄塘组页岩气测井资料，对低阻页岩储层的成因及影响因素进行分析，以期为低阻页岩储层测井评价方法研究提供指导。

1 工区概况

贵州岑巩页岩气区块主体位于贵州省岑巩县境内，以羊桥乡为中心，区域构造在半溪背斜和烂泥干背斜夹持的马鞍状构造之间，西侧倾末端以农场坪断层为界，和官寨向斜相邻；东侧以水尾断层为界紧靠长冲向斜[12-16]。工区主要地层自前震旦系至第四系均有发育，绝大部分属海相沉积，厚度巨大，其中下寒武统牛蹄塘组为本区有利的页岩气勘探层系。牛蹄塘组底部为黑色硅质岩及磷块岩夹黑色高炭质页岩；下部为灰黑色钙质页岩、深灰、灰色泥质粉砂岩、灰黑色泥岩与灰黑色页岩呈不等厚互层，见星点状黄铁矿分布；上部为灰色灰质泥岩，见方解石条带。

2 含气页岩储层识别

根据含气页岩储层的岩性、电性等特征，岑巩地区牛蹄塘组页岩发育层段的识别主要有以下三个方法：

1）依据岩心或岩屑描述

根据现场岩性描述，牛蹄塘组岩性主要为灰黑色粉砂质泥岩和灰黑色泥岩，目的层牛蹄塘组发育富铀泥页岩段。

图2 岑巩地区主要岩性测井交会图

2）依据能谱测量得到的铀元素和钍铀比来判定。

页岩的高自然伽马值被认为是与地层的干酪根相关的，通常情况下干酪根能形成一个使铀沉淀下来的还原环境，往往是由铀元素的存在使干酪根的自然伽马值增高，而其它两种放射性元素钍和钾与普通泥岩并没有明显的差异，甚至与普通泥岩比起来，钾、钍的含量更低[17]。因此通过对比普通泥岩段，这种铀含量明显增高的层段往往是良好页岩储集层。

3）依据常规测井曲线来确定页岩段。

利用交会图法建立岑巩地区岩性识别交会图版（图2），从图中可以看出利用测井曲线能较好区分页岩、泥岩、砂岩、灰岩等。工区页岩与泥岩相比特征为相对高伽马、相对高铀、相对低密度、相对低中子、低电阻率的特征。

3 低阻页岩储层成因分析

结合工区区域地质资料，对工区测井资料进行综合分析，探讨本地区低阻页岩储层的成因。

图3 岑地1井测井解释成果图（1450~1560m）

3.1 低阻页岩储层模式

以岑地1井为例，149 5.00~ 150 8.60m井段为泥页岩、硅质泥岩。自然伽马为350-660API，表现高值；去铀伽马与总自然伽马曲线数值差异大，显示为铀元素富集地层；电阻率值为38.8Ω·m，与上部典型泥岩对比，电阻率明显偏低；密度为2.51g/cm3，表现为相对低值。泥质含量为17.1%，显示地层脆性矿物含量较高；TOC为5.9%，孔隙度平均为4.1%，渗透率平均为0.13mD；含气性较好。

通过以上分析可以看出页岩储层含气性好坏不仅与TOC含量有关，还与储层的电阻率有极大联系，将页岩层段的进行统计对比分析并制作页岩泥岩电阻率比—密度交会图（图4），将储层模式分为二类：

图4 页岩泥岩电阻率比与密度交会图

模式一（图5）与邻近上部泥岩相比，页岩储集层电阻率随密度变小而变低，一般密度很低、TOC含量很高、电阻率数值特别低时含气性就很差。

模式二（图6）与邻近上部泥岩相比，页岩储集层电阻率随密度变小变化不大且数值与泥岩相近或略高，这类密度小、TOC含量高的页岩气层段一般具有较好的含气性。

3.2 低阻页岩储层成因分析

工区牛蹄塘组泥页岩储集段电阻率值相对较低，通过借鉴国内外分析成果资料，根据岑巩地区页岩气测井、试验等分析，得出以下四种可能导致页岩储层为低电阻率的影响因素：有机质过成熟影响、地层束缚水影响、黄铁矿影响、薄互层层理缝影响。

图5 页岩储层模式一

图6 页岩储层模式二

3.2.1 有机质过成熟影响

海相页岩储集段往往由于地层有机质过成熟，其化学成分发生变化，逐渐转变成低氢量的碳质化合物，最后变为石墨，导电能力强的石墨的存在使得地层电阻率低[18-19]。一般而言，有机质成熟度高对应TOC的含量高，通过多口井取心数据与测井曲线对比分析可知，TOC的含量与密度有良好的负相关性，图7中可以看出随着密度的变小，即TOC增加，成熟度变高，一部分井的低氢量的碳氢化合物变为石墨后导电能力增强，电阻率降低，对应含气性变的极差。

图7 E井与F井TOC与电阻率叠加综合曲线图

3.2.2 地层束缚水影响

地层流体的存在也会导致地层电阻率数值变小[20]。G井实验分析在55℃烘烤样本24小时，测得页岩骨架电阻率为5~30Ω·m，平均约17Ω·m，比测井双侧向测量值略高，在150℃下烘烤样本24小时，测得页岩电阻率为7~60Ω·m，平均约30Ω·m，电阻率明显增大，实验表明地层流体的存在降低了页岩电阻率（图8）。常规储层中低阻油层很多也都是由于地层束缚水含量高，导致油层电阻率低。

3.2.3 黄铁矿影响

海相有机质富集页岩层段一般含有黄铁矿，通常黄铁矿存在也能造成地层电阻率降低，但黄铁矿在地层中呈薄层状或分散状存在(图9)，其对电阻率的影响不会在厚达几十米的地层中均匀影响。

图8 G井电阻率实验

3.2.4 薄互层层理缝影响

通过对I井的目的层页岩段成像资料分析（图10），该段层理均很发育，电阻率曲线与下部围岩相比为明显的低值，分析认为薄互层层理缝会导致页岩层段表现为明显的低电阻。

结合工区类似低电阻率页岩气储层最新的分析成果，认为电阻率明显低值主要受有机质石墨化、含气性变差、含水饱和度高所致，这类页岩气储层往往有机孔相对不发育，核磁测井资料显示有效孔隙度较小。

4 结论

1）含气页岩储层不全为高阻层，大量的实测资料表明，海相页岩储层的电性特征同样存在低阻特征。

2）贵州岑巩页岩气区块牛蹄塘组含气页岩层表现为明显的低电阻率特征，其它测井响应特征表现为：高伽马、高铀、低密度、低中子、高声波时差。低阻页岩储层具有两种模式，其电阻率的高低与有机碳和含气性具有明显的相关关系。

图9 H井黄铁矿岩心和测井数据对比

3）工区低阻页岩储层的影响因素有四种，包括有机质过成熟影响、地层束缚水影响、黄铁矿影响、薄互层层理缝影响等。在海相页岩储层中，这几种影响因素单一或同时影响着页岩的电阻率高低。

图10 I井页岩段成像资料分析

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Influence Factors of Low Resistivity Shale Gas Reservoir

XIE Xiao-guo1,2LUO Bing1YIN Liang-xian3LIANG Hong-yi1LI Yuan-xiong1

(1-Geophysical Exploration Company, Sichuan Bureau of Coal Geology, Chengdu 610072; 2-Institute of Geophysics, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059; 3-No.137 Geological Team, Sichuan Bureau of Coal Geology, Dazhou, Sichuan 135006)

This paper establishes 2 low resistivity shale gas reservoir models based on geological features of shale gas reservoir of the Niutitang Formation in Cengong, Guizhou, makes an approach to relationship among resistivity, organic carbon and gassiness and such causes of low resistivity of the reservoir as organic matter too mature, connate water, pyrite and thin interbedding.

low resistivity shale; Niutitang Formation; influence factor; logging

P618.13

A

1006-0995（2017）03-0433-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2017.03.018

2016-08-12

谢小国（1992- ），男，汉族，四川成都人，工程师，研究方向为地球物理勘查与遥感