中上扬子区页岩总有机碳含量与复电阻率的关系模型实验研究

Electrical response characteristics is an important technical target in the total organic content(TOC) evaluation of shale gas reservoir, but resistivity is the only electrical parameter available to evaluation models of TOC, which can't meet the needs of reservoir evaluation. The method of complex resistivity is a new way. The research will use experimental analysis and theoretical modeling methods, completes complex resistivity experiments and model study based on the shale samples from different regions and formations in Middle and Upper Yangtze region, combining with the test results of shale mineral component and TOC to solve petrophysical model problem, and then extracts induced polarization(IP) parameters. This research illustrates the influence of clay and pyrite on the TOC and IP parameters, reveals the internal relations and regularities between shale organic matter enrichment and complex resistivity response, and explores electrically sensitive parameters for reservoir evaluation. This topic is mainly based on electrical parameter testing and aims to form a set of method and technology for petrophysical test and analysis of shale reservoir, which has important theoretical significance for high resolution imaging of complex resistivity parameters and TOC evaluation using controlled source electromagnetic exploration method in shale gas reservoir.

页岩的电性响应特征是评价页岩气储层总有机碳含量（TOC）的重要技术指标，但现有的TOC评价模型仅利用电阻率一个电性参数，不能满足储层评价的需要，复电阻率为此提供了新途径。本课题拟采用实验分析和理论建模两种方法，以中上扬子区页岩为研究对象，通过不同地区、不同地层页岩的复电阻率实验与模型研究，结合矿物组分和TOC的测试结果，解决页岩的岩石物理模型问题，提取激发极化（IP）参数，阐明矿物组分中粘土矿和黄铁矿对TOC与IP参数的影响，揭示页岩有机质富集与复电阻率响应的内在联系及规律，发掘有利于储层评价的电性敏感参数。形成一套以电性参数测试为主的页岩储层岩石物性测试与分析的方法和技术，对利用可控源电磁勘探方法进行页岩气储层的复电阻率参数高分辨率成像和TOC评价具有重要的理论意义。

通过本项目的研究，完成了研究内容和目标要求。首先，项目设计了一套完整的页岩复电阻率实验方法和技术，在页岩复电阻率特性的实验室测试环节，基于不同电极材料及装置进行纯电阻和RC并联电路的复电阻率实验，完成测量仪器和测量装置系统的标定工作，解决了非岩石激发极化效应的影响，确保测量数据的准确性，为后期研究奠定了重要基础。在实验室条件下，对不同地区和不同地层的南方海相页岩样品进行复电阻率测量，获取0.01Hz-10000Hz频率范围内的复电阻率幅值和相位，研究岩石复电阻率模型，优选出拟合效果最佳的复合形式双Cole-Cole模型对复电阻率数据进行反演，提取零频电阻率ρ0、极化率m1、时间常数τ1和频率相关系数c1四个激发极化（IP）参数，证实页岩具有相对低阻高极化的电性特征。基于以上研究成果及其页岩储层的评价要素，重点研究矿物组分中黄铁矿和脆性矿物对IP参数的影响及规律，探讨富有机质页岩的电性响应特征及其内在联系，提出了利用IP参数对富有机质页岩储层进行评价的新思路，为应用电磁方法进行页岩气勘探提供物性基础和电性敏感参数。根据矿物组分和TOC实验结果，建立了页岩黄铁矿含量与电阻率、极化率参数的关系模型、建立了TOC与电阻率、极化率参数的关系模型、建立了脆性指数与电阻率、极化率参数的关系模型，提出了页岩气储层评价的电性敏感参数及指标，并直接应用于页岩气储层参数TOC预测，效果显著。本项目的研究成果在南方海相页岩发育地区得到应用，尤其是综合电阻率和极化率参数对页岩气储层进行评价，得到了应用单位的认可，为应用可控源电磁法进行页岩气勘探提供了理论基础和技术保障。