干热岩地热储层综合评价技术的建立与应用.pdf
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1、第 卷第 期中国地质调查 年 月 :引用格式:杜淑艳,孙鑫,秦仓林,等 干热岩地热储层综合评价技术的建立与应用 中国地质调查,():(,():)干热岩地热储层综合评价技术的建立与应用杜淑艳,孙 鑫,秦仓林,杜焕福,王春伟,刘桂华(中石化经纬公司地质测控技术研究院,山东 青岛 ;中石化经纬公司中原测控公司,河南 濮阳 )摘要:地热能具有清洁、低碳、环保、稳定的特点,干热岩作为地热能的一种,是一类新兴的环境友好型资源,能够有效推进构建能源结构利用的多元化。通过对研究区太古界干热岩地热储层综合评价技术的研究,参照岩性特征及储层发育特征,建立了利用多种测井信息进行岩性识别、储层划分和地层温度评价的方法
2、;在岩心和岩屑录井资料分析的基础上,利用不同岩性测井曲线特征差异性分析和交会图进行岩性的识别和划分;结合常规测井、成像测井和偶极阵列声波测井等多种测井信息,形成干热岩地热储层的识别方法,并建立储层类别划分标准;利用时间推移测量井温的方式进行地层温度的推算。实际应用已证明这一测井评价方法的适用性与有效性,可为干热岩的有效开发提供技术支撑。关键词:干热岩;地热能;储层评价;地层温度中图分类号:;文献标志码:文章编号:()收稿日期:;修订日期:。基金项目:中石化石油工程公司研发计划项目“测录定一体化技术应用平台研究(编号:)”资助。第一作者简介:杜淑艳(),女,高级工程师,主要从事测井综合解释及定测
3、录导一体化技术研究。:。引言随着社会经济的高速发展,能源和环境问题日益严峻 。煤炭、石油等不可再生化石能源能量转化过程伴生大量温室气体排放,加重了环保负担。因此,寻找可再生清洁能源,调整能源结构迫在眉睫。地热能作为一种空间分布广泛、运行稳定的清洁可再生能源,逐渐受到世界各国的关注 。地热能根据热介质可分为水热型和干热岩型两大类,其中干热岩储量巨大 。干热岩是指赋存于地下 ,内部不存在流体或者仅有少量流体,且埋藏深度合理、能用换热技术来提取内部热量的高温致密岩体 。干热岩体含有较多放射性元素,这些元素在衰变的过程中持续向外释放能量,可进一步增加热能的供应。干热岩热能提取通常采用注入井配合生产井的
4、多井采热模式,在注入井中将冷流体压入干热岩储层,通过热交换产生的热流体由生产井中排出用于供热、发电等 ,美国的干热岩试验电厂的发电量已经接近商业开发规模 。干热岩岩性一般为花岗岩、花岗闪长岩、闪长岩 花岗岩等,具有密度大、热传导率高、低孔隙度、低渗透率、存在裂缝孔隙等特征。干热岩所采用的注入井配合生产井的开采模式,主要依赖于干热岩岩体中存在的孔隙裂缝发育段在横向上形成的连通通道。但由于干热岩的岩石矿物成分复杂,储层发育的非均质性强,导致储层评价难度大、精度低,严重制约了对干热岩的准确认识及配套合理开发方案的制订。利用测井信息对干热岩的岩性、储层发育状况以及地层温度进行评价是干热岩储层开发利用的
5、关键 。本文针对以上问题,通过综合运用测井及录井数据,对干热岩储层的岩性、温度、力学各向异性等进行了准确识别,并形成了干热岩储层分类标准,进而建立了干热岩地热储层综合评价技术,为地热能研究和开发利用提供技术参考。中国地质调查 年 研究区概况研究区位于唐山市马头营凸起,区内具有京津冀地区埋藏最浅的干热岩储层 。马头营凸起位于华北断块东北部,黄骅坳陷的北部,是太古界潜山背斜上发育的第三系披覆构造 。凸起区地层主要为新生界、中生界沉积层,地势低平,西北高、东南低。研究区位于燕山褶皱带南缘,以马北断层为界,与乐亭凹陷相连;西部以柏各庄断层为界,与南堡凹陷相接;南部以红房子断层为界,与石臼坨凹陷相邻 (
6、图 ()。唐山马头营凸起 深处钻获了温度为 的适宜换热干热岩体。区块内主要钻遇地层为第四系(),新近系馆陶组()、新近系明化镇组()、太古界()(图 ()。太古界基岩在 以下钻获了高温干热岩体,具有较高的大地热流值。研究区干热岩地热储层为太古界变质花岗岩或变质岩系,结晶岩体主要包括角闪岩、闪长岩、花岗岩和花岗角闪岩等中酸性岩体。初步评估研究区干热岩远景资源量较大,折合成标准煤可达上百亿吨。()构造位置图()干热岩地质剖面 正断层;断块边界线;地名;井位;古水流方向;新近系;古近系;中生界;石炭系奥陶系;太古界;图 导航线;地温梯度,()图 研究区构造位置及地质剖面 太古界上部以变质角闪二长花岗
7、岩为主,局部发育不同厚度的斜长角闪岩、角闪石岩包裹体,还有少量的变质花岗闪长岩、变质英云闪长岩。局部地层较为破碎,破碎岩层以斜长角闪岩为主,随着深度的增加,节理发育逐渐减少,主要以块状特征为主。干热岩地热储层综合评价技术由于干热岩主要通过热交换供应热能,需要对干热岩中的储层发育状况进行评价,评价储层发育状况就需要对岩性进行识别。因此对于干热岩地热储层的评价主要从以下个方面进行:岩性的识别,通过录井岩屑的观察以及测井曲线特征的变化来识别岩性;根据岩性值特征值的变化判断储层的发育状况,以此来进行储集空间的判别以及储层的发育状况和储层参数的评价;根据测量的井温资料对地层温度进行推测,以此对地热井关键
8、的地层温度进行评价;进行地应力评价,为后期的开发注采等提供重要基础数据 。岩性识别研究区干热岩勘探主要分布在太古界,钻井取心(图)及录井岩屑资料显示,本区干热岩主要岩性为角闪岩和花岗岩两大类,还有少量变质花岗闪长岩以及混杂变质岩。其中,花岗岩以变质角闪二长花岗岩为主,颜色主要为浅青灰色和灰白色,成分以斜长石、钾长石为主,石英次之,角闪石少量,角闪石呈黑绿色,夹有乳白色钙质填充物;角闪岩成分以角闪石为主,斜长石次之或者极少;变质花岗闪长岩颜色为浅灰至灰绿色,成分以斜长石为主,角闪石次之,含少量石英;花岗岩和角闪岩均有变晶结构,个别岩石夹有白色钙质填充物,推断为裂缝内部充填物。不同岩性、矿物成分的
9、岩石物理特征值差异比较大,所以在进行岩性识别时,可根据不同岩性的主要岩石组成,各类岩石的主要矿物组分,再依据各矿物的岩石物理特征值的差异来进行测井特征综合分析,从而建立岩性判别模式 。例如角闪第 期杜淑艳,等:干热岩地热储层综合评价技术的建立与应用图 井岩心照片(角闪二长花岗岩)()岩类、和闪长岩类的岩石由于 、含量较低,自然伽马数值表现为低值,但当角闪岩中含有斜长石时,会使自然伽马数值升高。角闪石的岩石光电吸收截面指数(,)数值较高,为 ,同为斜长石类矿物的钠长石和钙长石 数值差异较大,分别为 和 ,而闪长岩和花岗岩的 数值较低,小于 ,所以各类岩石的物理特征差异与矿物含量的多少息息相关。角
10、闪岩的测井特征为自然伽马低值,多低于 ,密度数值较高,在 以上,中子数值多大于 ,大于 ;矿物成分相对单一的花岗岩自然伽马数值较高,在 以上,密度数值约为 ,中子数值多小于 ,约为 ,当长石含量增加时,花岗岩的各项物理特征会有所变化 。研究区内各种岩石的岩石物理特征统计见表 。表 研究区太古界非储集层岩石物理特征值 岩性自然伽马 中子 密度()光电吸收截面指数()声波()电阻率角闪岩 中等电阻率值变质角闪二长花岗岩 电阻率相对高值变质花岗闪长岩 高电阻率根据测井曲线特征、录井岩屑、钻井取心等资料综合分析识别,结合该区地层发育的主要岩性以及不同岩性特征值的差异,找出对岩性识别敏感的测井曲线,如自
11、然伽马、声波、补偿中子和岩性密度等,应用二维或者三维交会图确定岩性(图 )。从自然伽马 补偿中子交会图(图 ()、补偿中子 光电吸收截面指数交会图(图 ()、补偿中子 密度交会图(图()中可以看到,不同岩性分布在不同的区域,利用这些分布区域的差异能够很好区分岩性,准确地识别角闪岩、花岗岩、变质角闪二长花岗岩等。()自然伽马 补偿中子()补偿中子 光电吸收截面指数()补偿中子 密度图 岩性识别交会图 储层测井识别录井岩屑、钻井取心及薄片资料显示,研究区内干热岩储层岩性主要为角闪岩和变质花岗岩,块状构造,反映构造的层理或层界面相对较少。储层空间主要是裂缝和孔洞,有效裂缝主要是高导缝、不连续的(半)
12、充填缝和微裂缝,局部存在孔洞。根据储集空间的发育程度,参考孔隙发育大小和裂缝发育程度,将干热岩储层分为 类、类和 类(表)。中国地质调查 年表 研究区太古界储层分类标准 储层类别孔隙度 电阻率 电阻率相对值裂缝发育程度岩性类 发育角闪岩、花岗 角闪岩类(,),)比较发育角闪岩、角闪花岗岩类 ,不发育变质角闪二长花岗岩、花岗岩从测井解释评价结果可以看到,其中发育 类层、类层主要岩性为:角闪岩、花岗 角闪岩,少量变质角闪二长花岗岩、花岗岩;发育类层的主要岩性为:变质角闪二长花岗岩、少量花岗岩、角闪岩。研究区太古界井的储层按厚度统计结果显示:花岗 角闪岩类储层占 、角闪 花岗岩类储层占 、花岗岩占
13、、角闪岩占 。常规测井曲线识别储层不同岩性在测井曲线上反映的特征不同,研究区测井曲线在进入到太古界时整体自然伽马数值变化较大,角闪岩自然伽马值为低值,花岗岩自然伽马值为中高值,由于角闪石和长石含量的不同导致伽马数值变化较大。当干热岩储层孔隙度和裂缝不发育时,种孔隙度曲线特征表现为中子测井值、声波时差低值,密度高值,电阻率呈现明显的高值特征,自然电位曲线比较平直。在裂缝和孔洞发育段出现电阻率低值,孔隙度数值偏离骨架值,向孔隙度增大方向变化,电阻率相对于致密层会有明显的下降。()类层。受孔洞和裂缝发育的影响,储层被泥浆填充,显示为电阻率数值相对于围岩有明显下降,下降幅度较大,且存在明显的幅度差。种
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