劉尉　張凱

摘 要：頁巖井測(cè)井參數(shù)可以對(duì)地層流體孔隙壓力進(jìn)行預(yù)測(cè)，如何確定根據(jù)測(cè)井參數(shù)預(yù)測(cè)孔隙壓力的模型成為預(yù)防鉆井事故與預(yù)測(cè)含氣量等的關(guān)鍵問題。而工程上以聲波時(shí)差測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)預(yù)測(cè)儲(chǔ)層壓力模型方法較為成熟。以湖南X1井為研究對(duì)象，通過研究中子測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)與孔隙度間的關(guān)系，推導(dǎo)出密度孔隙壓力模型，與常用的聲波時(shí)差孔隙壓力模型分別求得頁巖儲(chǔ)層孔隙壓力，并針對(duì)背離正常壓實(shí)趨勢(shì)的超壓層段進(jìn)行計(jì)算。選取X1井620～693 m井段，將新型中子參數(shù)孔隙壓力模型結(jié)果與常用聲波時(shí)差孔隙壓力模型結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明：新型中子參數(shù)孔隙壓力模型能夠較好地預(yù)測(cè)目標(biāo)段頁巖儲(chǔ)層孔隙壓力。

關(guān)鍵詞：頁巖氣儲(chǔ)層 中子測(cè)井 孔隙壓力 超壓 預(yù)測(cè)模型

中圖分類號(hào)：P631.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）11（b）-0038-03

頁巖氣是由泥頁巖（作為烴源巖）連續(xù)生成的生物化學(xué)成因氣、熱成因氣或兩者的混合，在作為儲(chǔ)集巖的頁巖系統(tǒng)中以吸附、游離或溶解方式賦存的天然氣[1]。地層壓力與泥頁巖儲(chǔ)層中頁巖氣含量有著非常密切的關(guān)系，在一定的壓力范圍內(nèi)，隨著地層壓力的增大，儲(chǔ)層中游離態(tài)的氣體會(huì)增加，同時(shí)以吸附態(tài)存在的頁巖氣也會(huì)增加。伴隨著巖層垂向深度的增大，泥頁巖孔隙度逐漸減小，影響著儲(chǔ)層油氣的賦存[2-4]。大量實(shí)際勘探表明，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定深度時(shí)，泥頁巖儲(chǔ)層孔隙壓力會(huì)發(fā)生異常，偏離靜水壓力值，產(chǎn)生異常高壓或者異常低壓[5]。在異常高壓情況下，孔隙度增大，會(huì)有利于頁巖氣的富集，實(shí)際測(cè)井技術(shù)也表明異常高壓區(qū)的頁巖儲(chǔ)層TOC含量（有機(jī)碳含量）呈高值[6-7]。

有效地預(yù)測(cè)泥頁巖儲(chǔ)層孔隙壓力會(huì)給頁巖氣開發(fā)帶來很多方便，如“甜點(diǎn)區(qū)”的確定、鉆井穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。近年來，許多國內(nèi)外學(xué)者致力于預(yù)測(cè)泥頁巖儲(chǔ)層孔隙壓力，利用測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)預(yù)測(cè)孔隙壓力是最常用的方式之一。Eaton利用聲波時(shí)差數(shù)據(jù)提出了預(yù)測(cè)孔隙壓力的經(jīng)驗(yàn)公式，Bowers提出了利用縱波波速預(yù)測(cè)孔隙壓力，而后Bowers、樊洪海等又分別提出了考慮加卸載的有效應(yīng)力法。Holbrook等人提出根據(jù)與孔隙度相關(guān)的有效應(yīng)力預(yù)測(cè)孔隙壓力。Heppard等人使用類似Eaton聲波時(shí)差法的實(shí)證孔隙度方程與頁巖孔隙度數(shù)據(jù)來預(yù)測(cè)孔隙壓力。Flemings和Schneider等人也依據(jù)孔隙度與壓力的關(guān)系預(yù)測(cè)頁巖超壓。

以湘中坳陷漣源凹陷橋頭河向斜中部的X1井為例，取620～693 m間的巖層段進(jìn)行測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集，將聲波時(shí)差、中子數(shù)據(jù)分別代入預(yù)測(cè)模型。結(jié)果表明，密度測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)在新型孔隙壓力模型計(jì)算下，與常用聲波時(shí)差數(shù)據(jù)方法得到的結(jié)果相近度高，能夠達(dá)到良好的預(yù)測(cè)效果。

1 新型孔隙壓力預(yù)測(cè)模型

1.1 孔隙度與孔隙壓力關(guān)系模型

1.2 中子測(cè)井預(yù)測(cè)孔隙壓力模型

中子測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)也經(jīng)常被應(yīng)用于頁巖儲(chǔ)層孔隙壓力預(yù)測(cè)，釋放中子源，高能量中子與物質(zhì)的原子核相互作用而減速，擴(kuò)散和被吸收其能量不斷損失或減弱，記錄中子被俘獲之前的熱中子和超熱中子的量的方法叫做中子測(cè)井。中子測(cè)井可以估算地層的孔隙度。

將中子測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)與孔隙度間的關(guān)系代入孔隙度與孔隙壓力間的關(guān)系，可以建立新型中子數(shù)據(jù)—孔隙壓力及孔隙壓力梯度間的預(yù)測(cè)模型。

2 應(yīng)用實(shí)例分析

2.1 X1井研究背景

X1井是位于湖南境內(nèi)的一口頁巖氣勘探重點(diǎn)井，頁巖層段氣測(cè)顯示良好，孔隙度和滲透率低，需要大規(guī)模壓裂釋放頁巖氣。根據(jù)巖石特征研究，X1井頁巖脆性礦物含量高、主應(yīng)力差異小、天然裂縫發(fā)育，體積壓裂適應(yīng)性強(qiáng)。地層鉆井至晚二疊世晚期大隆組及晚二疊世早期龍?zhí)督M。

2.2 計(jì)算參數(shù)

根據(jù)X1井地層環(huán)境，上覆巖石應(yīng)力梯度由中子測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算，選取以下數(shù)據(jù)為孔隙壓力模型參數(shù)，如表1所示。

（MPa/m）

2.3 模型處理

在探究X1井地層環(huán)境，確定地層參數(shù)之后，將實(shí)測(cè)測(cè)井參數(shù)（聲波時(shí)差、中子）分別代入孔隙壓力預(yù)測(cè)模型，其中聲波時(shí)差數(shù)據(jù)代入修正的孔隙壓力經(jīng)驗(yàn)公式。計(jì)算結(jié)果如圖1所示。

2.4 預(yù)測(cè)結(jié)果分析

在正常情況下，沉積壓實(shí)過程中，孔隙流體排出的同時(shí)伴隨著孔隙度的降低。在埋藏過程中，上覆巖石壓力的增大是流體排出的主要原因。如果沉積速率足夠緩慢，那么便會(huì)正常壓實(shí)，也就是說，增加的覆蓋層與壓實(shí)造成的孔隙流體排出的體積保持平衡。

（1）X1井聲波時(shí)差隨深度增加有略微的減小，在670～693 m出現(xiàn)異常增大的現(xiàn)象。由于異常地層高壓的出現(xiàn)，導(dǎo)致巖層孔隙度增大，聲波在孔隙中傳播速度減小，聲波時(shí)差增大。

（2）補(bǔ)償中子測(cè)井的測(cè)井值是地層的含氫指數(shù)。X1井中子測(cè)井值隨深度增加有略微的減小，在675～693 m間出現(xiàn)異常增大現(xiàn)象。異常高壓導(dǎo)致的大孔隙度使得孔隙流體聚集增多，孔隙流體的高中子值使得巖層整體測(cè)井值偏大。

經(jīng)過由兩種測(cè)井參數(shù)計(jì)算得到的孔隙壓力值得對(duì)比，趨近程度高，670 m深度左右出現(xiàn)超壓現(xiàn)象。

對(duì)比分析兩條孔隙壓力曲線，呈螺旋式變化，趨近度高，根據(jù)中子測(cè)井參數(shù)孔隙壓力模型測(cè)得的孔隙壓力值分散性好，特征點(diǎn)明顯。

3 結(jié)語

（1）中子測(cè)井對(duì)地層孔隙壓力預(yù)測(cè)有著不錯(cuò)的輔助作用，地層含氫指數(shù)直接地反映了儲(chǔ)層孔隙流體量，進(jìn)而間接地揭示了地層孔隙度。天然氣的存在使得中子測(cè)井值偏低，但作為孔隙壓力預(yù)測(cè)模型的參考起著良好的效果。

（2）在異常超壓或低壓區(qū)儲(chǔ)層，孔隙壓力的變化直接反映在孔隙度的變化，而新型中子測(cè)井參數(shù)孔隙壓力模型是以孔隙度為中間變量，通過對(duì)孔隙度的換算進(jìn)而推導(dǎo)孔隙壓力值，無需實(shí)際計(jì)算孔隙度。

參考文獻(xiàn)

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