页岩气储层岩石物理学特性的实验研究

Shale gas is an unconventional gas resource of great potential, and it draws more and more attention all over the world. Therefore, the research of shale gas has become a hot spot. As the basic of seismics, well logging and other hydrocarbon exploration techniques, petrophysics is the key in the research of shale gas.In this project, samples and well logging data of shale gas drilling explorations in the Southwest China will be collected, and the samples of shale gas reservoirs will be the main research object. The petrophysical experiments including acoustical properties, electrical properties, Nuclear Magnetic Resonance (NMR), Natural Gamma-ray Spectral (NGS) will be developed, through which we can obtain the parameters such as P/S wave velocities, density, resistivity, Caion Exchange Capacity (CEC), NMR, NGS. Additional experimental results including porosity and permeability, casting thin section, X-diffraction will be obtained. All the experimental results will be used to invesigate the petrophysical properties' law of shale, and the influence of lithology, porosity and permeability. How the variations of reservoirs' physical properties effect the P/S wave velocities and wave impedance will be analyzed to provide evidences for seismic identifications of shale gas reservoirs. The study on the characters of electrical properties, NMR and NGS will be developed to provide evidences for well logging evaluation of shale gas reservoirs. This project will not only satisfy the actual demands of shale gas potential investigation in China, but also promote the development of the petrophysical application.

页岩气是一种潜力巨大的非常规油气资源，受到世界各国越来越多的关注，页岩气研究成为热点课题。岩石物理学作为地震、测井等油气勘探手段的基础，在页岩气研究中必然起到非常关键的作用。本项目拟收集中国西南地区页岩气钻探的岩样、测井等资料，以页岩气储层岩样为主要研究对象，开展声学性质、电性、核磁共振和自然伽马能谱等岩石物理实验测量，获取页岩纵横波速度、密度、电阻率、阳离子交换容量、核磁共振、伽马能谱等各种参数，辅以孔渗、铸体薄片、X-衍射等实验结果，考察储层岩性及其所含流体性质与各种岩石物理性质的关系，探索含气页岩储层的岩石物理特性规律；基于岩石弹性理论和介质模型，研究储层参数与地震属性参数的关系，为页岩气储层地震识别提供依据；开展页岩导电机理研究、核磁共振和伽马能谱特征研究，为页岩气储层测井解释模型的建立奠定基础。本项研究既能满足目前中国页岩气潜力调查的实际需要，也能促进岩石物理学应用领域的发展。

本项目主要以我国西南地区海相页岩为研究对象，收集了志留系龙马溪组、奥陶系五峰组和寒武系筇竹寺组典型的页岩样品，开展了页岩样品的声学实验测量及声学性质研究、电学实验测量及电学性质研究、核磁共振实验及储层物性研究、自然伽马能谱实验及应用研究、岩石微观结构与组分观察及分析等研究工作。在页岩声波速度实验基础上，以页岩的岩石组构为基础，将自相容近似（SCA）理论、微分等效介质模型（DEM）和Gassmann 方程组合起来构建了适用于研究区页岩的地震岩石物理等效模型，并提出了获取关键参数“等效孔隙纵横比”的一种简化方法。在页岩导电性实验基础上，建立了页岩气储层微米级三维数字岩心模型，实现了页岩气储层岩石导电特性数值模拟，探讨了各种微观因素对页岩气储层导电特性的影响规律。通过页岩样品的核磁共振实验，研究了页岩样品NMR实验参数与实验结果的关系，获得了实验结果随参数改变的变化规律。在重庆及其相邻地区选定了五个出露剖面开展了伽马能谱测量，结果显示黑色页岩与灰色页岩的K、Th 含量相近，但其U 含量远高于其他页岩；评价了各个剖面的TOC含量情况，指出了该地区页岩气勘探潜力层。上述研究成果对于页岩气储层评价具有重要意义，为建立地震和测井资料解释奠定了较好的理论基础。经过4年的研究，项目组发表了17 篇学术论文，其中 国际SCI 检索论文7 篇、国内SCI 检索论文2 篇；培养了博士生 2 名，硕士生 6 名，页岩气储层岩石物理及测井学术团队和研究基地具有了一定的影响力。