页岩气地球物理勘探技术的现状及发展

摘要：地震勘探、地球物理勘探测井一直在常规油气勘探中起着至关重要的作用。页岩气作为一种油气资源，虽然其成藏模式有别于常规油气藏，但地球物理勘探仍能够在页岩气勘探中发挥作用。目前，我国对页岩气的研究多集中在基础理论上，利用地球物理资料研究对页岩气进行研究正处于探索阶段。本文将对页岩气地球物理勘探技术的现状及发展进行探讨。

关键词：页岩气 地球物理 勘探技术

中图分类号： P3文献标识码： A

引言

页岩气是一种非常规天然气资源，也是近几年国内外研究的新兴热点领域。经典的生油理论一直把页岩当成烃源岩或油气藏的盖层，但页岩气的勘探实践表明：页岩气是一种自生自储油气藏。页岩气的成藏模式打破了经典的烃源岩生油理论。世界各地页岩气资源丰富，尤其是美国页岩气勘探开发技术的进步，使页岩气实现了工业生产，其研究引起世界各国的注意。以往页岩气的研究内容主要集中在对页岩气的成藏模式、页岩气特点方面，很少有专门研究页岩气的地球物理勘探方法，甚至有人认为页岩气勘探可通过直接钻井而不需要地球物理勘探方法。

1.地球物理技术在页岩气勘探开发中能解决的问题

页岩气勘探评价的主控因素有：有机质丰度、成熟度、优质页岩厚度、埋深、裂缝带发育、物性等，其中通过地球物理技术可以解决页岩层埋深、优质页岩厚度、储层物性参数、断裂发育情况等。地球物理技术在页岩气勘探和开发的不同阶段都能够起到非常重要的作用。

1.1页岩气勘探阶段

利用三维地震及地球物理测井资料能确定页岩气埋深、厚度、空间分布、物性参数等，用于更好地勘探和评估页岩气。

a. 确定页岩的埋深。求取埋深最为简单的方法为：埋深=时深转换深度−(基准面-地震测量高程)。时深转换深度由声波测井可知，基准面，地震测量高程均为可测量数。在时深转换中，地震子波的选取，层位标定，合成记录的制作都属于地震勘探技术范畴。因此，地球物理技术在确定页岩层埋深时具有重要意义。

b. 确定优质页岩厚度。优质页岩厚度是资源评价最重要的因素，通过地震反演以及多种地震信息融合可以预测优质页岩厚度分布情况。优质页岩与普通泥页岩的差别主要表现在自然伽马曲线上，虽然优质页岩速度并不一定比普通页岩层低，但是它的自然伽马数值要比普通泥页岩高。利用此特征，通过拟声波曲线重构(重构的曲线具有低频声波及高频自然伽马信息)，能够对优质页岩层进行很好的预测。

c. 提供储层物性参数。储层物性参数主要指孔隙度、渗透率、饱和度。可利用地球物理测井资料获取相关信息，如孔隙度测井求取储层孔隙度，再根据拟合公式求取渗透率、饱和度等参数，这些都是页岩气资源评价的重要参数。

d. 查明页岩层的构造、断裂分布、岩性变化。高精度三维地震勘探能够查明地下地质构造，避开对页岩气勘探影响较大的复杂断层区，提高钻井成功率。地震相干属性，曲率属性对断层非常敏感，可用来识别断裂带。同时，成像测井技术也能识别储层裂缝。页岩气具有高伽马、高电阻率、高声波时差、高中子孔隙度、低密度、低光电效应，可利用页岩气的测井响应来分析地层岩性变化。利用三维地震成像技术查明岩层构造，通过相干分析技术、地震属性分析、层间切片等预测页岩裂缝以提高探井(或开发井)成功率，将有利于页岩气的勘探和开发。

e. 提高裂缝方位和密度识别的效果。应用 3DVSP 等井间地震技术，可提高裂缝方位、裂缝密度识别效果。

f. 确定烃源岩空间分布。三维地震资料不仅能确定页岩气烃源岩厚度、埋深，而且还能确定烃源岩横向延伸范围等。利用地球物理边缘检波技术可以确定烃源岩分布范围。

1.2页岩气开发阶段

根据国外页岩气勘探开发的经验，水平井钻井和多级压裂是页岩气勘探开发中提高产量的关键技术；而地球物理方法则是优化页岩气钻井及储层压裂改造部署的技术支撑。

a. 微地震监测技术为页岩气的分段压裂提供依据。页岩气属于超低渗透油气藏，在页岩气开采中必须对储层进行改造。国外普遍采用压裂技术对页岩进行改造，以提高其渗透率。目前，微地震是最有效的压裂监测技术。利用常规或特殊地震检波器在井中或地面接收来自压裂裂缝产生的微地震信号，通过实时处理，提供裂缝位置、裂缝方位、裂缝大小(长、宽、高)等，指导后续页岩气的开发，保证页岩气顺利开采。

b. 岩石物理测试分析为岩石脆性评价提供依据。水平压裂是页岩气开采的一项关键技术。在压裂过程中，岩石的破裂与岩石的抗压强度有关，此时页岩的杨氏模量、泊松比等力学参数、声学参数和储层参数都将发生变化。研究页岩的岩石物理参数将更好地用于控制页岩气压裂缝网规模。

c. 页岩气测井评价可以提供页岩层总有机碳(TOC)、热成熟度(Ro)等参数。通过含气页岩孔隙度、孔隙压力和渗透率等储层参数计算，结合岩石物理可建立页岩岩石力学参数计算方法。

2.地球物理技术在四川盆地页岩气勘探开发中的应用

我国页岩气资源丰富，在初步完成页岩气的普查工作之后，开始以四川盆地为试验基地，主要依靠引进的国外先进页岩气勘探开发技术，积极探讨适合中国页岩气勘探的方法与技术。目前，在页岩气地震资料采集处理、解释及页岩的测井评价技术方面取得了一定成效。

2.1页岩气岩石物理参数评价

页岩气属于低渗透油气藏，在页岩气开发过程中，压裂是保证页岩气能够顺利开采的关键因素。压裂过程中，页岩的破裂与页岩的岩石物理参数有关，岩石力学性质与缝网的形成也有一定的关系。国外有人专门研究过页岩力学性质与缝网形态关系，表明岩石的脆性和岩心敏感性是进行页岩气评价的重要参数。

我国页岩气还处在探索阶段，页岩岩心物理参数主要是和国外公司进行合作，旨在探索出一条适合我国页岩气岩石物理参数评价技术。页岩气储层有别于常规储层，由于其渗透率低，页岩在压裂过程只有产生裂缝才能高产气。压裂过程中不断产生裂缝网格，而裂缝网格的形成不仅与地应力有关，而且与岩石脆性有关，脆性特征同时也决定了在页岩压裂设计中压裂液体系的选择。页岩储层的超低渗透性，要求在水力压裂中形成大规模网状裂缝，形成一定规模的可解析渗流区域。形成缝网的外因是地应力，内因是岩石的脆性。脆性越大，越容易形成网状裂缝，而脆性越小，意味着更好的塑性特征，从而形成网状裂缝的可能性越小，且在一定程度上阻碍了网状裂缝的扩展。

在压裂缝网设计中，页岩的脆性特征以及脆性剖面的实验评价有助于更好地选择射孔段，认识裂缝高度的延伸，提高压裂缝网波及体积，提高单井产量。页岩与常规油气储集层岩石相比，所具有的极端致密的特征使得常规的液体伤害和敏感性分析不能完全指导压裂设计。页岩的天然裂缝和层理伤害与评价以及页岩的敏感性评价有助于认识裂缝的渗透性能和筛选液体，为缝网压裂优化设计提供参考依据。通过自吸实验可以区分不同层系页岩的敏感性, 为进一步有针对性地优化压裂液体系提供有效评价手段。

2.2微地震技术

微地震是指在产油生产活动或进行水力压裂过程中引起地下应力场的变化，导致岩层破裂或错断所产生的地震波。通过在井中或地面布设检波器可以检测到这些裂缝，并对其成像，此称为微地震裂缝监测技术。页岩气开发的核心技术是水平钻井技术和水力压裂技术。通过微地震数据处理可以实时提供压裂施工过程中所产生的裂缝位置、方位、大小(长度、宽度和高度)、复杂程度，评价增产方案的有效性，并优化页岩气藏多级压裂改造方案。目前，微地震监测在页岩气的压裂评价中已取得了一定效果

3.结语

页岩气作为一种非常规油气资源，其成藏机理、储层物性和弹性参数都与常规油气勘探有很大区别。无论是从数据采集处理和解释而言，常规地震采集与处理解释流程不适用于页岩气的勘探开发，因此发展页岩气的地球物理方法显得非常重要。

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