基于新“七性”关系的煤层气、页岩气测井评价

第３７卷第５期　２０１３年１Ｏ月　测井技术　ＷＥＬＬ　Ｌ０ＧＧＩＮＧ　ＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＹ　Ｖｏ１．３７　Ｎｏ．５　Ｏｃｔ　２０１３　

文章编号：１００４—１３３８（２０１３）０５　０４５７—０９　

［编者按］煤层气和页岩气是重要的非常规资源。尽管煤层气和页岩气在成因和赋存机理等方面有所不同，但是　在成藏特征、开发技术和测井评价方面存在相当的共性。本期特邀中国石油大学孙建孟教授通过对煤层气和页岩　气对称性分析，从勘探开发一体化、地质与工程一体化的角度梳理出新“七性”关系非常规储层测井评价方法，提出　

一些重要认识，以期引起读者的争鸣。　

基于新“七性＂关系的煤层气、页岩气测井评价　

孙建孟　

（中国石油大学地球科学与技术学院，山东青岛２６６５５５）　

摘要：通过对煤层气和页岩气的对称性思考，分析了煤层气与页岩气的沉积与成藏差异；总结出岩相与矿物组分　特性、物性与孔隙结构特性、地化特性、含气与产气特性、地层压力与流体特性、射孔与压裂优化完井特性、测井属　性等新“七性”关系测井评价方法。指出应从生、储、盖、运、圈、保的６大地质要素以及水平井地质导向、压裂检测、　井筒质量检测、注入与产出监测等４大工程要素进行系统思考指导测井评价，提出以生气、排气、含气、产气的４要　素测井评价目标，形成认识指导测井评价。煤层气以吸附气为主，负向构造是更有利的聚集场所。　吸附气能否达　到饱和、现场解吸气分析赋存机制，对认识煤层气和页岩气层以指导测井含气量评价至关重要。建议加速高精度　和大尺度测井方法研究以及在现有技术条件下加强测井属性分析研究。　关键词：测井评价；煤层气；页岩气；含气量；产气量；测井属性　中图分类号：Ｐ６３１．８４　文献标识码：Ａ　

Ｃｏａｌｂｅｄ　Ｍｅｔｈａｎｅ　ａｎｄ　Ｓｈａｌｅ　Ｇａｓ　Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｎｅｗ　Ｓｅｖｅｎ　Ｒｅｌａｔｅｄ　Ｌｏｇｇｉｎｇ　Ｇｏａｌｓ　

ＳＵＮ　Ｊｉａｎｍｅｎｇ　（Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ（Ｅａｓｔ　Ｃｈｉｎａ），Ｑｉｎｇｄａｏ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ　２６６５５５，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ　ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｃｏａｌｂｅｄ　ｍｅｔｈａｎｅ　ａｎｄ　ｓｈａｌｅ　ｇａｓ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　

ｆｉｒｓｔ　ｃｏｎｔｒａｓｔ　ｔｈｅ　ｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙ　ａｎｄ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｔｗｏ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ，ｔｈｅｎ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｎｅｗ　ｓｅｖｅｎ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｌｏｇｇｉｎｇ　ｇｏａｌｓ　ｏｎ　ｒｏｃｋ　ｆａｃｉｅｓ　ａｎｄ　ｍｉｎｅｒａｌ　

ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｇｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，ｐｏｒｏ—ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｇａｓ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ａｎｄ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｒａｔｅ，ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ａｎｄ　ｆｌｕｉｄ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｐｅｒｆｏｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｌｏｇｇｉｎｇ　ａｔｔｒｉｂｕｔｅｓ，ｅｔｃ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｓｕｇｇｅｓｔ　ａ　ｌｏｇ　ａｎａｌｙｓｔ　ｓｈｏｕｌｄ　ｈａｖｅ　ａｎ　ｏｖｅｒａｌｌ　ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ　

ａｂｏｕｔ　ｌｏｇｇｉｎｇ　ｊｏｂ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｓｉｘ　ｐｏｉｎｔｓ　ｉ．ｅ．ｓｏｕｒｃｅ，ｒｅｓｅｒｖｅ，ｃａｐ，ｍｉｇｒａｔｉｏｎ，ｔｒａｐ，ｓａｖｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｆｏｕｒ　ｐｏｉｎｔｓ，ｅ．ｇ．，ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｗｅｌｌ　ｇｅｏｓｔｅｅｒｉｎｇ，ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ，ｃａｓｅｄ　ｈｏｌｅ　

ｑｕａｌｉｔｙ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ｉｎｊ　ｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｄｅｔａｉｌｓ　ｔｈｅ　ｌｏｇｇｉｎｇ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｇｏａｌ　ａｓ　ｇａｓ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｇａｓ　ｍｉｇｒａｔｉｏｎ，ｇａｓ　ｃｏｎｔｅｎｔ，ｇａｓ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．ＣｏＭｂｌｅｄ　ｍｅｔｈａｎｅ　

ｍａｉｎｌｙ　ｅｘｉｓｔｓ　ｉｎ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｆｏｒｍ　ａｎｄ　ｎｅｇａｔｉｖｅ　ｔｒａｐ　ｉｓ　ｍｏｒｅ　ｆａｖｏｒａｂｌｅ．Ｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇ　ａｂｓｏｒｐｔｉｖｅ　ｇａｓ　ｗｈｅｔｈｅｒ　ｔｏ　ｉｔｓ　ｍａｘｉｍｕｍ　Ｌａｎ’Ｓ　ｖａｌｕｅ　ａｎｄ　ｕｓｉｎｇ　ｆｉｅｌｄ　ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｇａｓ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｔｏ　ｄｅｄｕｃｅ　ｇａｓ　

ｆｏｒｍｉｎｇ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｉｓ　ｅｓｓｅｎｔｉａｌ　ｔｏ　ｅｖａｌｕａｔｅ　ｇａｓ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ａｎｄ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ．Ｌａｓｔ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｓｕｇｇｅｓｔ　ｔｏ　ｄｅｖｅｌｏｐ　ｎｅｗ　ｈｉｇｈ　ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｇｒｅａｔ　ｓｃａｌｅ　ｌｏｇｇｉｎｇ　ｔｏｏｌｓ，ａｎｄ　ｔｏ　ｓｔｕｄｙ　ｌｏｇｇｉｎｇ　

ａｔｔｒｉｂｕｔｅｓ　ｆｏｒ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ｌｏｇｇｉｎｇ　ｔｏｏｌｓ．　

基金项目：　

作者简介　国家油气重大专项精细勘探关键技术攻关与系统配套研究（２０１１ＺＸ０５００６—００２）；国家自然科学基金数字井筒构建　与声电物理属．　模拟研究（Ｎｏ．４１３７４１２４）　孙建孟，男，１９６４年生，教授，博士生导师，从事测井数据处理与解释的教学和研究工作。

　测井技术　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｌｏｇ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ，ｃｏａｌｂｅｄ　ｍｅｔｈａｎｅ，ｓｈａｌｅ　ｇａｓ，ｇａｓ　ｃｏｎｔｅｎｔ，ｇａｓ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｒａｔｅ，ｌｏｇ　

ｇｉｎｇ　ａｔｔｒｉｂｕｔｅｓ　

０　引　舌　

我国煤层气开发经过２０多年的积累已进人商　业化阶段。潘伟尔Ⅲ１］指出，我国煤年产量超过３０×　

１０　ｔ，而每年浪费煤层气约２００×１０　ｍ。，同时还造　成了大量的安全事故。煤层埋深比页岩浅，硬度小，　

易于压裂开采。因此，煤层气开发更具紧迫性和现　

实性。我国相关政府部门和企业一直高度重视页岩　气的勘探开发，截至２０１１年年底，我国已设立威远　

等５个页岩气先导试验区，完钻页岩气井５Ｏ余口，获　气１５口，其中９口井初期Ｅｔ产气量超过１×１０　ｒｎ３。　

美国煤层气主要产出在３个层位ｌ２］：宾夕法尼　

亚系、白垩系和三叠系，美国最早的实验区是在黑勇　士盆地和圣胡安盆地。１９９５年９０　以上的煤层气　产自黑勇士盆地的宾夕法尼亚系地层和科罗拉多与　

新墨西哥圣胡安盆地的白垩系地层。目前，美国１７　个盆地都有煤层气产出，但主要产量来自圣胡安盆　

地、粉河盆地和黑勇士盆地。截至２００６年，三者煤　层气历史累计产量约占８７　。２０００年，美国煤层气　

的产量３９０．５　ｘ　１０。ｍ。，占美国天然气当年产量的　

９．２　；２００８年，美国煤层气产量５５６．７×１０　ｍ。。　

美国在１８２１年就成功进行了页岩气的商业性开发。　

进入２１世纪，随着水平井钻探和分段压裂技术日臻　成熟，美国页岩气勘探开发取得突破性进展。２００５　

年美国页岩气产量突破２００×１０　ｍ。，２００８年突破　

６００×１０　ｍ。，２００９年美国超过俄罗斯成为世界第　

一大天然气生产国。２０１０年页岩气产量达到１　３７８　×１０　ｍ。，约占美国天然气总产量的２３　。由此引　

发了全球页岩气革命＿３］。李建忠等［３　曾对美国和　

我国的页岩气作了对比。　

美国页岩气大多为单一的海相热成因型，产气　页岩平面上呈“Ｕ”型大面积连续分布在３条古生　代——中生代逆冲褶皱带前缘及周边的前陆和克拉　

通盆地中，剖面上主要分布在上古生界泥盆一石炭　

系，其次为中生界侏罗一白垩系地层，勘探开发主体　

深度为１　５００￣３　５００　ｍ。我国页岩总体呈现为一深　二杂三多的特点，具体表现为埋藏较深，地表条件与　

页岩热演化史复杂，页岩类型、分布层位和构造运动　

多，海相热演化程度高（Ｒ。＞２　），陆相热演化程度　

偏低（Ｒ。＜１．３　）；而美国页岩构造简单、热演化程　

度中等（Ｒ。在１　～２　为主）。我国海相页岩勘探　前景最好，其中四川盆地及其周缘地区最为现实；海　陆过渡相与煤系页岩难以形成规模区块，勘探潜力　

有待落实；湖相页岩在主要含油气盆地凹陷中心区　已进人生气阶段，可望实现规模开发。　

从测井评价的角度看，煤层和页岩（烃源岩）都　

是特殊地层，测井响应特征明显，但测井对层内所含　的吸附气和部分游离气却反映不敏感，由此造成了　

一系列测井评价困难。本文通过对煤层气和页岩气　

对比分析，总结出“七性”关系测井评价方法。　

１　煤层气与页岩气地质特征对比　

１．１沉积环境差异　煤层气主要以吸附态储存于煤层中，煤层既是　烃源岩又是储层，其沉积背景主要为滨海或湖泊沿　

岸、三角洲平原、冲积平原、冲积扇前缘等［４］，如　角　

洲海岸沉积体系通常发育障壁岛一下ｊ角洲平原　

上三角洲平原冲积平原的聚煤模式，其煤层厚度、　

煤体空间分布及煤岩类型主要受构造条件控制下的　沉积背景及泥炭沼泽的空间配置、水介质条件、植被　

类型和泥炭堆积持续时间的影响。　页岩气相当一部分以吸附态赋存于泥岩、高碳　

泥岩、页岩及粉砂质岩类夹层中。页岩除了是烃源　

岩和储层，还是保存天然气的盖层。有机质含量高　的黑色页岩、高碳泥岩为页岩气的生成创造了良好　

的条件，因此快速沉积且封闭性较好的还原环境有　

利于页岩的生成ｌ４］，如海相沉积体系中的大陆斜坡、　

台地凹陷，陆相湖盆沉积体系中富有机质页岩发育　的深湖、半深湖以及部分浅湖。　

构造对煤层气与页岩气的控气作用差异明显。　

对于以吸附气体为主的高煤级煤层气，向斜核部具　有较高的地层压力而使煤层气富集；对于低煤级煤　

层气，由于游离气的存在使其除了受压力控制，游离　气部分还具有常规天然气的富集规律。页岩气成藏　

受构造活动限制不明显。　Ｉ．２成藏机理差异　煤层气主要通过吸附作用将甲烷聚集起来，为　典型的吸附成藏机理，煤的储气能力与煤的变质程　

度、温度和压力有关。因此，煤层气存在方式、成藏　

特征与常规圈闭气藏有较大差别＿４　］。由于煤层气　

主要以吸附作用为主，游离气和溶解气比例很小，因　

此，可以不需要通常的圈闭存在。煤层气聚集于常