基于多元回归分析法预测总有机碳含量

张林光 谭静

摘 要：在页岩气储层的研究中，总有机碳含量（TOC）是一个重要的指标，它能够反映页岩气储层的生烃潜力、储集能力，进而决定页岩气储层的含油量。准确获取页岩气储层的TOC含量对于页岩气的开发具有重要意义。利用测井资料对TOC含量进行拟合与预测，能够弥补页岩气储层取心少、实测样品分布不连续的不足。利用多元回归分析法对总有机碳含量进行模拟和预测，增加了可用测井参数的种类，即通过综合考虑多种测井参数后优选出最能够反映有机碳含量变化的测井参数，从而增强了计算结果的客观性和可靠性。

关键词：页岩气；测井评价；总有机碳；多元回归分析

页岩气是指主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩及其间所夹砂质、粉砂质泥岩地层中，以吸附态或游离态为主要存在方式的天然气聚集。页岩气潜力评价主要包括生气能力、储集气能力及易开采性3个方面[1-3]，页岩中的有机质是烃类形成的物质基础，同时为页岩气的吸附提供重要载体[4-5]。此外在有机质转化为烃类的过程中，形成的有机孔和微裂隙也是页岩气赋存的重要场所。通常成熟页岩中残余有机质丰度与含气量表现出正相关性，故有机质丰度在页岩气评价中具有重要意义。在以往的地质研究中，总有机碳含量（TOC）主要依靠地球化学分析测试方法获得，该方法周期较长，受钻井取心和实验分析费用的限制，一般不可能获得连续的TOC参数，因此常以有限样品的均值来代表整套泥页岩层的有机碳含量。而实际地质条件下，页岩通常呈分散的薄层，单纯采用离散TOC实验室分析值的几何平均来评价较厚页岩层的生烃潜力显然是不合理的[6-7]。通过分析页岩气储层的测井响应特征，建立不同类型测井曲线与有机碳之间的定量关系，就可以在一定程度上弥补这些不足。此外，在对只有测井曲线数据而无其它地球化学数据的老井进行评价时，可以应用邻近的已建立的有机碳单井测井解释模型对其进行预测。本文主要介绍如何利用多元回归法对总有机碳含量进行模拟与预测，建立多元回归方程，以期定量计算页岩气储层的总有机碳含量，从而为页岩气测井评价奠定基础。

1 页岩的测井响应特征

含有机质的页岩是由形成于静水环境下的泥岩经各种成岩作用演变而来的，其组成成分复杂多样，主要为有机质、石英、长石、方解石、白云石、伊利石、绿泥石、蒙皂石、黄铁矿、磷灰石等。页岩不仅成分复杂，而且其孔、渗性较常规储层而言极差，因此页岩气储层的测井响应特征与常规储层相比有着明显的差别。

不同类型的测井曲线对于页岩气储层有着不同的响应机理、特征。例如，自然伽马测井曲線的响应与页岩的沉积过程相对应，是页岩有机质组分最为直接的响应。电阻率测井曲线则反映了页岩气储层中有机质含量的高低。声波时差测井曲线、密度测井曲线和中子测井曲线反映了页岩的孔隙性，而页岩孔隙性主要受控于有机质含量的高低，因此这三种测井曲线都能在一定程度上反映出有机质含量的高低。在中子孔隙度测井中，由于热中子既可以与固态有机质中的氢原子进行核反应，也可以与天然气中的氢原子进行核反应，因此对单纯评价有机质不利，一般不用于有机质含量的评价。

利用测井曲线形态和测井曲线相对大小可以快速而直观地识别页岩气储集层。所需的常规测井曲线主要包括：自然伽马、井径、中子密度、岩性密度、体积密度、声波时差及电阻率等测井曲线。有机质一般具有特殊的物理性质，在测井曲线上主要表现为“三高一低”的响应特征，即高自然伽马和能谱测井、低密度、高声波时差、相对高电阻率异常等；井径曲线表现为扩径。与普通页岩相比，含气页岩具有自然伽马强度高、电阻率大、地层体积密度和光电效应低等特征。

2 多元回归分析法

有机碳含量不仅在电阻率和声波时差测井曲线上有所反映，同时还对自然伽马、中子、密度等其他测井响应有明显的影响。自然伽马测井是测量岩石总的自然伽马射线强度，主要与岩石吸附钍、铀等放射性物质有关。普通泥页岩的铀含量约3×10-6，占总自然伽马放射性的20%-30%，而富有机质泥页岩的铀含量通常为20×10-6-40×10-6或更大，占总自然伽马放射性的70%-80%，因此有机碳含量与自然伽马具有较强相关性；中子测井本质上是测量含氢指数，由于有机质的含氢指数大于黏土矿物的含氢指数，因此有机碳含量高的泥页岩呈现较大的中子测井值；地层密度测井主要测量岩石骨架密度和流体密度，地层中流体越多意味着孔隙度越大。压实程度、岩石骨架和流体密度均相似的泥页岩，其含水饱和度大致相当，且有机质与水的密度相似（约1.0g/cm3），小于围岩基质的密度（黏土骨架密度为2.30-3.10 g/cm3），因而使富有机质泥页岩的密度测井值降低。有机碳含量与上述测井曲线存在密切响应关系，使得通过多元回归分析建立有机碳含量与多个测井参数之间的统计关系成为可能。

在实际使用多元回归分析法对总有机碳含量进行预测与模拟时，首先将取心段样品的TOC数据与测井曲线数据进行深度上的校正，在两者深度一一对应的基础上，利用数据分析软件对TOC数值与各种测井曲线数值的相关性进行分析，得到与TOC数值相关性最高的一种或几种测井曲线类型及其相关系数，即为最能反映有机碳含量变化的参数。此时可以建立一个以测井曲线数值为自变量、TOC数值为应变量的多元回归方程，再将目的层段的测井曲线数据代入方程后，就可以预测出目的层段任意深度的TOC数值，完成对页岩气储层的评价。建立这一具有良好相关性的经验公式后，还可以在工区内邻近的老井进行解释与评价。

3 结论

利用测井数据对页岩气储层的总有机碳含量进行评价，能够克服室内岩心分析时的误差，评价结果比较可靠，能够经济、快速地实现连续性评价。利用多元回归分析法时需考虑因素多，参数选择合理、有效，能够在一定程度上避免井径对单一测井方法的影响。

参考文献

[1][杨振恒，李志明，沈宝剑，等.页岩气成藏条件及我国黔南坳陷页岩气勘探前景浅析[J].中国石油勘探，2009，（3）：24-28.]

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[4][李新景，吕宗刚，董大忠，等.北美页岩气资源形成的地质条件[J].天然气工业，2009，29（5）：27-32.]

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

[6][许晓宏，黄海平，卢松年.测井资料与烃源岩有机碳含量的定量关系研究[J].江汉石油学院学报，1998，20（3）：8-12.]

[7][王鹏，唐成磊，王飞.ΔLogR技术在烃源岩评价中的应用[J].断块油气田，2009，16（2）：52-54.

作者简介

张林光 （1992-），男，硕士，长江大学研究方向，页岩气成藏地质学。