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摘要：页岩气是指以吸附或游离状态赋存于低孔、低渗、富有机质暗色泥页岩或高碳泥页岩中的天然气，是一种新型能源资源，是目前国内外油气资源勘探开发新的重要领域。由于页岩气的特殊性，其评价参数与常规天然气明显不同。利用地球物理的方法预测和评价页岩气储层，尚处于探索阶段。本文以地球物理测井及岩心分析测试为基础，从测井解释评价、岩石物理建模出发，计算页岩气储层关键评价参数，并建立起评价参数与地球物理参数的表征关系，通过叠前、叠后反演技术反演对页岩气关键评价参数进行预测，为后期开发井的部署及井轨迹的设计提供可靠依据。
关键词：有机碳含量成熟度测井解释与评价岩石物理建模叠前弹性参数反演脆性矿物
涪陵区块位于四川盆地东部，川东高陡褶皱带内，黄泥塘-云安场和大池干高陡构造带所夹持的拔山寺复向斜中部。区内发育晚震旦世至侏罗纪地层。侏罗纪地层总体以泥页岩为主，其中早侏罗世中晚期发育灰黑色页岩为主，富含有机质，特别是下侏罗统自流井组大安寨段页岩油气评价区（一、二期三维区矿权内）面积820平方公里。区域沉积相研究表明：涪陵北部地区区域构造相对平缓，呈西北高、东南低的基本面貌，大安寨段为浅湖-半深湖相沉积，主要岩性以暗色泥页岩为主夹介壳灰岩。主要目的层大安寨二亚段形成于浅湖—半深湖环境，为黑色、深灰色页岩夹薄层介壳灰岩沉积，埋深约2200米，厚度大于30米，属于低孔特低渗地层，页岩孔隙度小于5%，渗透率平均0.737MD，裂缝相对较发育。
2012年3月兴隆101井下侏罗统自流井组大安寨段大一亚段2117～2127m测试获得11×104m3/d天然气和54m3/d油（折算），2012年5月涪页HF-1井在大二亚段水平段酸压日产气1.78×104m3/d。岩样统计表明大安寨泥页岩段TOC最大3.06%，最小0.69%，平均1.33%，表明大二亚段具有良好的页岩气地质条件。大二段泥页岩中脆性矿物含量最小31.8%，最大70%，平均值47.2%（以石英为主，占23.7%，其次是方解石17.5%，斜长石4%）；粘土矿物含量最小30%，最大68.2%，平均值52.8%（粘土矿物以伊蒙混层为主，占61.5%，其次为伊利石29.4%）。表明大二段为页岩且具有很好的脆性岩石组分，易于压裂。
综合以上分析，大安寨大二段烃源岩发育，储集层厚度较大，岩性脆，裂缝较发育，且埋深适中，是页岩气勘探、开发和产能建设的有利层系。
1 测井解释与岩石物理分析
测井解释与岩石物理分析是利用地球物理方法预测和评价页岩气的基礎。页岩气与常规气有所不同，具有极低孔特低渗、非均质性强及各向异性的特点，需要建立新的测井解释和评价标准，以及更适合的岩石物理模型。因此从页岩的矿物组分和结构、粘土含量及类型、总有机碳含量等页岩气储层评价的关键参数出发，通过最优化测井解释方法计算TOC含量、储层参数以及矿物相对体积含量，为页岩气定性评价与岩石物理建模提供可靠的体积模型。同时在测井解释得到的各矿物含量、孔隙度、饱和度基础上，建立地震弹性参数与页岩气储层评价的主要参数间的表征关系。
图1 脆性矿物体积与杨氏模量及泊松比交交会图
岩石脆性是页岩气储层评价的关键参数之一，对于脆性的判断主要决定于岩石中的矿物成分和体积含量，脆性的表达可采用脆性指数或者脆性矿物体积，本区大安寨段脆性等价于石英、方解石与白云石的含量之和。地层的脆性与泊松比、杨氏模量有较好的相关性，脆性越大杨氏模量越高，泊松比越低，相反脆性越小，杨氏模量越低，泊松比越高，通过测井计算建立了脆性矿物体积与杨氏模量及泊松比的相关关系（图1），其公式如下：
脆性矿物体积 VBRIT = 0.452 -0.614*POISM + 0.010*YMOD
TOC含量是页岩气评价的主要参数之一，大二段有机碳含量较高，测井解释有机碳含量在0.8-2.0%间。通过分析，有机碳含量与弹性参数单相关关系较差，考虑脆性矿物的影响，采用波阻抗与脆性指数来计算TOC含量（图2），公式如下：TOC = 0.038 + 0.069*Brittle_index -4.580e-006*PIMP
图2 TOC与波阻抗及弹性参数交交会图
2 叠前弹性参数反演及TOC、脆性预测
本区大二段为浅湖-半深湖沉积相，地层厚度40米左右，页岩厚度一般＞30米，大一段及大三段均为高速的灰岩沉积，在地震剖面上大安寨段为三套强反射，常规波阻抗反演就能较好地识别大二段顶底，计算出地层厚度，利用岩石物理统计结果将页岩段的厚度预测出来。而大二段页岩气层的预测以及有机碳含量、脆性的预测要依赖于叠前弹性参数反演。
采用JASON叠前同时反演模块，开展该区的叠前弹性参数反演工作。叠前同步反演是利用多个部分角度叠加数据来反演纵波速度、横波速度和密度这三个基本参数，利用这三个基本参数，得到多个弹性参数，如纵波阻抗、横波阻抗、纵横波速度比、泊松比等。综合利用这些弹性参数，进行储层预测和流体检测。
在叠前同步反演中，针对不同的部分角度叠加数据体，从测井曲线的纵波速度、横波速度和密度出发，利用 Zoeppritz 方程，分别求取其对应角度的测井反射系数，根据测井曲线的反射系数计算的合成记录与地震记录的相关系数最大原则，来优化地震子波的参数，提取其对应的地震子波。
由于地震资料是带限的，得到的带限反演结果缺少低频信息以及高频信息，通过频带补偿使其既含有与地震频带相当的带限成分，又含有丰富的低频信息，能够更好地反映地层的属性信息。建立初始参数模型受两个因素的影响：一是根据构造解释层位建立的地质模型；二是测井资料。在地质建模中充分考虑构造、地层、沉积、成岩模型，对反演过程进行宏观约束，使反演结果更趋符合宏观地质规律。
利用叠前同时反演技术流程，实现了弹性参数反演。反演得到纵波阻抗、横波阻抗、纵横波速度比、密度、泊松比等弹性参数，其反演结果连井剖面（图3），可以看出反演结果与井一致性好，为后续的储层预测研究提供了可靠的弹性参数体。