CN103114840B - 一种高-过高成熟页岩有机碳含量计算方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高-过高成熟页岩有机碳含量计算方法及装置，该方法包括：对高-过高成熟页岩划分层段；获取每一层段的有机碳含量化验分析值；获取每一层段的测井响应特征值；建立每一层段的有机碳含量化验分析值与测井响应特征值之间的对应关系；根据所有层段的所述对应关系，采用数学拟合方法确定高-过高成熟页岩层的有机碳含量与测井响应特征值之间的函数关系；利用所述确定的函数关系计算高-过高成熟页岩的有机碳含量。本发明对计算高-过高成熟页岩的有机碳含量具有准确度高、结果可靠的特点，为页岩气的勘探开发提供了有效的技术支持。

Description

一种高-过高成熟页岩有机碳含量计算方法及装置

技术领域

本发明涉及石油勘探开发中的页岩气测井评价技术领域，具体地，涉及一种高-过高成熟页岩有机碳含量计算方法及装置。

背景技术

有机碳是含气页岩层生产天然气的物质基础。自上世纪80年代以来，国内外学者针对烃源岩做了大量研究工作，通过研究地球化学参数与测井响应特征之间的关系，提出了多种利用测井信息评价有机碳含量的方法。

1990年，Passey等提出了经典的△lgR方法，该方法利用测井信息评价有机碳含量，既适用于碳酸盐岩烃源岩，也适用于碎屑岩烃源岩，该方法如下：通过对电阻率曲线和孔隙度曲线进行适当的刻度，将孔隙度曲线叠合于电阻率曲线上，使得在非烃源岩层段（贫有机质）两曲线重合，而在烃源岩层段（富有机质）两条曲线出现一定的幅度差，由于有机质具有低密度、高电阻率、高声波时差、高中子等测井响应特征，因此可以根据两曲线间幅度差的大小判断有机碳含量的多少，幅度差越大，有机碳含量越高；该方法具体可表现为如下公式：

ΔlgR=lg(R_t/R_基线)+0.02·(Δt-Δt_基线)

TOC=(ΔlgR)·10^{(2.297-0.1688LOM)}

式中，ΔlgR为电阻率和孔隙度曲线的幅度差；R_t为烃源岩地层测井电阻率值，单位为Ω·m；Δt为烃源岩地层测井声波时差值，单位为μs/ft；R_基线为非烃源岩层段的测井电阻率值，单位为Ω·m；Δt_基线为非烃源岩层段的测井声波时差值，单位为μs/ft；LOM为有机质成熟度指数；TOC为烃源岩中有机碳含量，单位为wt%。

ΔlgR方法是在烃源岩生烃的早期研究中提出的理论-经验公式，它存在一定的局限性：在烃源岩干酪根成熟度处于未成熟-高成熟阶段时，ΔlgR方法能够获得较准确的计算结果，然而在烃源岩干酪根成熟度处于高-过高成熟度阶段时，ΔlgR方法的计算结果存在一定的误差。ΔlgR方法的这种局限性在计算高-过高成熟页岩有机碳含量的过程中得到验证，由于排烃作用，实验室测得的现有总有机碳含量偏低，导致由实验分析得到的TOC与ΔlgR交会图确定的有机质成熟度指数LOM存在偏差，从而使得该方法计算有机碳含量不准确，致使页岩气储层评价结果可靠性差。

ΔlgR方法的另一种不足之处是：由于高-过高成熟度有机质往往与高黄铁矿相伴生，这会影响地层电阻率，使得测井电阻率值降低，从而导致使用ΔlgR方法计算的有机碳含量出现较大偏差。

除了ΔlgR方法之外，国外文献中也有利用伽玛能谱测井信息中的铀浓度计算有机碳含量的文章，计算方法大都利用有机碳含量与铀浓度呈线性关系变化的特点，但研究发现在较高含铀层段，有机质含量与铀浓度不是呈线性关系变化，而是呈非线性关系变化。因此，文献中利用铀浓度计算有机碳含量的方法在高含铀层段获得的结果存在一定误差。

综上所述，采用目前现有的页岩层有机碳含量计算方法计算高-过高成熟页岩的有机碳含量时，获得的结果存在精度偏低的问题。

发明内容

本发明实施例的主要目的在于提供一种高-过高成熟页岩有机碳含量计算方法及装置，以解决现有的页岩层有机碳含量计算方法在利用测井资料计算高-过高成熟页岩的有机碳含量时，获得的结果存在精度偏低的缺陷。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种高-过高成熟页岩有机碳含量计算方法，该方法包括：

对高-过高成熟页岩划分层段；

获取每一层段的有机碳含量化验分析值；

获取每一层段的测井响应特征值；

建立每一层段的有机碳含量化验分析值与测井响应特征值之间的对应关系；

根据所有层段的所述对应关系，采用数学拟合方法确定高-过高成熟页岩层的有机碳含量与测井响应特征值之间的函数关系；

利用所述确定的函数关系计算高-过高成熟页岩的有机碳含量。

优选的，所述测井响应特征值包括：自然伽玛测井值和伽玛能谱测井值；其中，所述伽玛能谱测井值包括铀浓度、钍浓度、钾浓度、无铀伽玛测井值。

优选的，所述确定的函数关系中有机碳含量与铀浓度具有非线性关系。

优选的，所述高-过高成熟页岩有机碳含量计算方法，对高-过高成熟页岩划分层段之前，还包括：

对目标井钻井取心，获得岩心；

获取所述岩心的测井曲线；

根据高-过高成熟页岩层的典型岩性特征以及所述岩心的测井曲线，识别出高-过高成熟页岩层。

优选的，所述测井曲线包括：自然伽玛曲线、声波曲线、中子曲线、密度曲线、电阻率曲线。

优选的，所述高-过高成熟页岩有机碳含量计算方法还包括：

利用目标井之外其他井的岩心资料，对所述确定的函数关系进行优化；所述其他井的岩心资料包括所述其他井中高-过高成熟页岩的有机碳含量化验分析值和测井应响特征值。

一种高-过高成熟页岩有机碳含量计算装置，该装置包括：

划分层段模块，用于对高-过高成熟页岩层划分层段；

化验分析模块，用于获取每一层段的有机碳含量化验分析值；

响应值获取模块，用于获取每一层段的测井响应特征值；

对应关系建立模块，用于建立每一层段的有机碳含量与测井响应特征值之间的对应关系；

函数拟合模块，用于根据所有层段的所述对应关系，采用数学拟合方法确定高-过高成熟页岩层的有机碳含量与测井响应特征值之间的函数关系；

计算模块，用于利用所述确定的函数关系计算高-过高成熟页岩的有机碳含量。

优选的，所述高-过高成熟页岩有机碳含量计算装置还包括：

岩心获取模块，用于对目标井钻井取心，获得岩心；

测井曲线模块，用于获取所述岩心的测井曲线；

岩层识别模块，用于根据高-过高成熟页岩层的典型岩性特征以及所述岩心的测井曲线，识别出高-过高成熟页岩层。

优选的，所述高-过高成熟页岩有机碳含量计算装置还包括：

函数优化模块，用于利用目标井之外其他井的岩心资料，对所述确定的函数关系进行优化；所述其他井的岩心资料包括所述其他井中高-过高成熟页岩的有机碳含量化验分析值和测井响应特征值。

借助于上述技术方案，本发明以一定地理区域中大量的高-过高成熟页岩层的测井资料和化验分析数据为基础，建立有机碳含量化验分析值与测井响应特征值的对应关系，分析有机碳含量化验分析值与测井响应特征值的内在联系，通过数学拟合方法确定高-过高成熟页岩层的有机碳含量化验分析值与测井响应特征值之间的函数关系，对计算高-过高成熟页岩的有机碳含量具有准确度高、结果可靠的特点，为页岩气的勘探开发提供了有效的技术支持。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的高-过高成熟页岩有机碳含量计算方法流程图；

图2是本发明实施例一提供的测井曲线示意图；

图3是本发明实施例一提供的高-过高成熟页岩有机碳含量化验分析值与铀浓度关系图；

图4是本发明实施例一提供的高-过高成熟页岩有机碳含量化验分析值与自然伽玛测井值关系图；

图5是本发明实施例二提供的高-过高成熟页岩有机碳含量计算装置结构示意图；

图6是本发明实施例二提供的另一种高-过高成熟页岩有机碳含量计算装置结构示意图；

图7是本发明实施例二提供的再一种高-过高成熟页岩有机碳含量计算装置结构示意图；

图8是本发明实施例提供的高-过高成熟页岩有机碳含量计算方法结果示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

鉴于现有的页岩层有机碳含量计算方法在计算高-过高成熟页岩有机碳含量方面存在精度偏低的缺陷，本发明实施例提供了一种高-过高成熟页岩有机碳含量计算方法及装置，用以实现高-过高成熟页岩有机碳含量的准确计算。以下结合附图对本发明进行详细说明。

需要说明的是：

1、由于不同地理区域页岩层的岩性特征有所差别，同一地理区域多个钻井中的页岩层具有大致相同的岩性特征，本发明实施例提供的高-过高成熟页岩有机碳含量计算方法是通过对大量测井资料和化验分析数据进行统计分析，并通过数学拟合方法确定有机碳含量与测井响应特征值之间的函数关系，因此，根据同一地理区域内一个或多个钻井的高-过高成熟页岩的测井资料和化验分析数据确定的函数关系只适用于该地理区域的高-过高成熟页岩有机碳含量计算，对其他地理区域的高-过高成熟页岩有机碳含量计算则需要重新确定函数关系。

2、本实施例以大量的测井资料和化验分析数据为基础，通过采用数理统计和数学拟合方法确定有机碳含量与测井响应特征值之间的函数关系，并利用该函数关系计算有机碳含量的方法，实验分析结果表明该方法不仅适用于高-过高成熟页岩，也适用于普通页岩层。

实施例一

本实施例提供一种高-过高成熟页岩有机碳含量计算方法，如图1所示，本方法包括：

步骤11，对高-过高成熟页岩划分层段；

步骤12，获取每一层段的有机碳含量化验分析值；

步骤13，获取每一层段的测井响应特征值；

步骤14，建立每一层段的有机碳含量化验分析值与测井响应特征值之间的对应关系；

步骤15，根据所有层段的所述对应关系，采用数学拟合方法确定高-过高成熟页岩层的有机碳含量与测井响应特征值之间的函数关系；

步骤16，利用所述确定的函数关系计算高-过高成熟页岩的有机碳含量。

本实施例以一定地理区域中大量的高-过高成熟页岩层的测井资料和化验分析数据为基础，建立有机碳含量化验分析值与测井响应特征值的对应关系，分析高-过高成熟页岩的有机碳含量与测井响应特征值的内在联系，通过数学拟合方法确定出有机碳含量与测井响应特征值之间的函数关系，对计算高-过高成熟页岩的有机碳含量具有准确度高、结果可靠的特点，为页岩气的勘探开发提供了有效的技术支持。

常规测井实验获得的测井资料通常以图2所示的测井曲线和表1所示的测井响应特征值表示，常见的测井响应特征值为以下几种参数：电阻率、声波、中子、密度、自然伽玛测井值、伽玛能谱测井值、自然伽玛组合指数；其中，所述伽玛能谱测井值包括铀浓度、钍浓度、钾浓度、无铀伽玛测井值；自然伽玛组合指数采用以下公式获得：

$R_{\mathrm{gr}}=\frac{\mathrm{GR}}{{\mathrm{GR}}_{\mathrm{sh}}}$

R_gr为自然伽玛组合指数，无单位；GR、GR_sh分别为目的页岩层、贫有机质页岩层的自然伽玛测井值，单位为API。

表1页岩层常规测井响应特征值

优选的，所述测井响应特征值包括：自然伽玛测井值和伽玛能谱测井值；其中，所述伽玛能谱测井值包括铀浓度、钍浓度、钾浓度、无铀伽玛测井值。

具体的，利用数理统计方法考查页岩层有机碳含量化验分析值与测井响应特征之间的关系发现：页岩层有机碳含量与自然伽玛测井值、伽玛能谱测井值、自然伽玛组合指数、电阻率、声波、中子、密度等参数之间都有一定的关系，但在高-过高成熟页岩中，有机碳含量与自然伽玛测井值、伽玛能谱测井值关系（尤其是铀浓度）最为密切，这种关系可通过图3所示的高-过高成熟页岩有机碳含量化验分析值与铀浓度关系图，以及图4所示的高-过高成熟页岩有机碳含量化验分析值与自然伽玛组合指数关系图得出结论；

基于这种发现，本实施例主要利用测井资料中的自然伽玛测井曲线（表示不同井深处的自然伽玛测井值）和伽玛能谱测井曲线（表示不同井深处的伽玛能谱测井值），结合实验室化验分析得到的有机碳含量化验分析值，确定一一对应的有机碳含量化验分析值与自然伽玛测井值、伽玛能谱测井值，分析其内在联系，并通过数学拟合方法确定有机碳含量与自然伽玛测井值和伽玛能谱测井值的函数关系式；

例如，以下公式为应用本实施例确定的一种函数关系式：

TOC=16.845·logR_gr-0.0947

其中，TOC为有机碳含量，单位为wt%；R_gr为自然伽玛组合指数；自然伽玛组合指数由以下公式得到：

$R_{\mathrm{gr}}=\frac{\mathrm{GR}}{{\mathrm{GR}}_{\mathrm{sh}}}$

GR、GR_sh分别为目的页岩层、贫有机质页岩层的自然伽玛测井值，单位为API。

优选的，所述确定的函数关系中有机碳含量与铀浓度具有非线性关系。

具体的，通过对高-过高成熟页岩的大量有机碳含量化验分析值和测井响应特征值进行数理统计分析表明：高-过高成熟页岩中有机碳含量与自然伽玛测井值和伽玛能谱测井值中的铀浓度关系最为密切，但这种密切关系并非简单的线性关系（参考图3），而是在有机碳含量较低时呈线性关系，在有机碳含量较高时呈现为非线性关系，随着铀浓度的增大，有机碳含量逐渐增大，增大量的大小随着铀浓度的增加而降低，因此，在确定高-过高成熟页岩中有机碳含量与测井响应特征值之间的函数关系时，应考虑到有机碳含量与铀浓度具有非线性关系。

例如，以下公式为应用本实施例确定的一种函数关系式，该函数关系式中有机碳含量与铀浓度具有非线性关系：

$\mathrm{TOC}={10}^{1.1-\frac{3.1}{1.0+{\left(\frac{U}{2.2}\right)}^{0.9}}}$

其中，TOC为有机碳含量，单位为wt%；U为铀测井值，单位为ppm。

优选的，本实施例提供的高-过高成熟页岩层有机碳含量计算方法中，步骤11对高-过高成熟页岩层划分层段之前，还包括：

对目标井钻井取心，获得岩心；

获取所述岩心的测井曲线；

根据高-过高成熟页岩层的典型岩性特征以及所述岩心的测井曲线，识别出高-过高成熟页岩层。

具体的，要获得一定地理区域中大量的高-过高成熟页岩层有机碳含量化验分析值和测井响应特征值，首先要在该地理区域的地层中识别出高-过高成熟页岩层，本实施例通过如下方式确定：在目标地理区域内的所有钻井中选取目标井，对目标井钻孔取出岩心（以下简称目标井岩心），通过测井仪器获取目标井岩心的测井曲线，将目标井岩心的测井曲线与高-过高成熟页岩层的典型岩性特征进行对比，确定出高-过高成熟页岩层的井深位置，即识别出高-过高成熟页岩层。通过岩性识别，在地层中定位出高-过高成熟页岩层，排除其他岩层，为后续进行化验分析获得有机碳含量化验分析值和进行测井试验获得测井响应特征值奠定了较好的基础。

例如，以自然伽玛测井值为判断标准，灰岩、白云岩的自然伽玛测井值一般低于30API，砂岩的自然伽玛测井值一般在30~70API之间，普通泥岩的自然伽玛测井值一般在80~140API之间，页岩的自然伽玛测井值一般大于140API，因此，页岩的一种典型岩性特征就是自然伽玛测井值大于140API，利用该典型岩性特征，就可根据目标井岩心的测井曲线确定出页岩的井深位置，识别出目标井岩心中的页岩区段；进一步的，再利用页岩中普通页岩、成熟页岩、高-过高成熟页岩的声波、中子、密度、电阻率等测井响应特征值不同的特点，识别出高-过高成熟页岩；最后就可以对其进行化验分析获取高-过高成熟页岩层有机碳含量化验分析值，以及对其进行测井实验获得测井响应特征值。

优选的，所述测井曲线包括：自然伽玛曲线、声波曲线、中子曲线、密度曲线、电阻率曲线。

具体的，目前基本上是以自然伽玛曲线为主对地层中不同岩层进行识别的，但是对于岩性特征很接近的岩层，则还要参考声波曲线、中子曲线、密度曲线、电阻率曲线等测井资料辅助进行识别。

优选的，本实施例提供的高-过高成熟页岩有机碳含量计算方法还包括：

利用目标井之外其他井的岩心资料，对所述确定的函数关系进行优化；所述其他井的岩心资料包括所述其他井中高-过高成熟页岩的有机碳含量化验分析值和测井应响特征值。

具体的，为了使得最终确定的函数关系准确反映出目标井所在地理区域中高-过高成熟页岩的有机碳含量化验分析值与测井响应特征值之间的关系，并且利用该函数关系能准确计算出目标井所在地理区域中高-过高成熟页岩的有机碳含量，本实施例还提出利用目标井之外其他井的岩心资料对所述函数关系进行标定，达到优化的目的，具体为：利用已经确定的函数关系和所述其他井岩心资料中记载的高-过高成熟页岩的测井应响特征值，去计算对应的有机碳含量，再将计算得到的有机碳含量（计算值）与所述其他井岩心资料中记载的有机碳含量化验分析值（实际测量值）相比较，通过分析比较结果，对所述函数关系进行优化。

实施例二

本实施例提供一种高-过高成熟页岩有机碳含量计算装置，如图5所示，该装置包括：

划分层段模块501，用于对高-过高成熟页岩层划分层段；

化验分析模块502，用于获取每一层段的有机碳含量化验分析值；

响应值获取模块503，用于获取每一层段的测井响应特征值；

对应关系建立模块504，用于建立每一层段的有机碳含量与测井响应特征值之间的对应关系；

函数拟合模块505，用于根据所有层段的所述对应关系，采用数学拟合方法确定高-过高成熟页岩层的有机碳含量与测井响应特征值之间的函数关系；

计算模块506，用于利用所述确定的函数关系计算高-过高成熟页岩的有机碳含量。

优选的，如图6所示，本实施例提供的高-过高成熟页岩有机碳含量计算装置还包括：

岩心获取模块507，用于对目标井钻井取心，获得岩心；

测井曲线模块508，用于获取所述岩心的测井曲线；

岩层识别模块509，用于根据高-过高成熟页岩层的典型岩性特征以及所述岩心的测井曲线，识别出高-过高成熟页岩层。

优选的，如图7所示，本实施例提供的高-过高成熟页岩有机碳含量计算装置还包括：

函数优化模块510，用于利用目标井之外其他井的岩心资料，对所述确定的函数关系进行优化；所述其他井的岩心资料包括所述其他井中高-过高成熟页岩的有机碳含量化验分析值和测井响应特征值。

本实施例提供的高-过高成熟页岩有机碳含量计算装置的工作原理与实施例一提供的高-过高成熟页岩有机碳含量计算方法相似，因此本实施例的具体实施方式可以参见实施例一，重复之处不再赘述。

图8所示为采用本发明提供的高-过高成熟页岩有机碳含量计算方法及装置对某地理区域中页岩层进行有机碳含量计算的结果示意图，从图5可以看出本发明不仅可以完成对高-过高成熟页岩有机碳含量的计算，而且也可完成对普通页岩有机碳含量的计算，计算结果与岩心化验分析得到的结果（有机碳含量化验分析值）具有较高的吻合度，完全可以满足页岩气勘探开发的需求，说明本发明在页岩气有机碳含量计算中具有明显的实际应用效果，可以为页岩气勘探开发提供有保障的技术支持。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高-过高成熟页岩有机碳含量计算方法，其特征在于，包括：

对高-过高成熟页岩划分层段；

获取每一层段的有机碳含量化验分析值；

获取每一层段的测井响应特征值；所述测井响应特征值包括：自然伽玛测井值和伽玛能谱测井值；其中，所述伽玛能谱测井值包括铀浓度、钍浓度、钾浓度、无铀伽玛测井值；

建立每一层段的有机碳含量化验分析值与测井响应特征值之间的对应关系；

根据所有层段的所述对应关系，采用数学拟合方法确定高-过高成熟页岩层的有机碳含量与测井响应特征值之间的函数关系；

利用所述确定的函数关系计算高-过高成熟页岩的有机碳含量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定的函数关系中有机碳含量与铀浓度具有非线性关系。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对高-过高成熟页岩划分层段之前，还包括：

对目标井钻井取心，获得岩心；

获取所述岩心的测井曲线；

根据高-过高成熟页岩层的典型岩性特征以及所述岩心的测井曲线，识别出高-过高成熟页岩层。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述测井曲线包括：自然伽玛曲线、声波曲线、中子曲线、密度曲线、电阻率曲线。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

利用目标井之外其他井的岩心资料，对所述确定的函数关系进行优化；所述其他井的岩心资料包括所述其他井中高-过高成熟页岩的有机碳含量化验分析值和测井应响特征值。

6.一种高-过高成熟页岩有机碳含量计算装置，其特征在于，包括：

划分层段模块，用于对高-过高成熟页岩层划分层段；

化验分析模块，用于获取每一层段的有机碳含量化验分析值；

响应值获取模块，用于获取每一层段的测井响应特征值；所述测井响应特征值包括：自然伽玛测井值和伽玛能谱测井值；其中，所述伽玛能谱测井值包括铀浓度、钍浓度、钾浓度、无铀伽玛测井值；

对应关系建立模块，用于建立每一层段的有机碳含量与测井响应特征值之间的对应关系；

函数拟合模块，用于根据所有层段的所述对应关系，采用数学拟合方法确定高-过高成熟页岩层的有机碳含量与测井响应特征值之间的函数关系；

计算模块，用于利用所述确定的函数关系计算高-过高成熟页岩的有机碳含量。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：

岩心获取模块，用于对目标井钻井取心，获得岩心；

测井曲线模块，用于获取所述岩心的测井曲线；

岩层识别模块，用于根据高-过高成熟页岩层的典型岩性特征以及所述岩心的测井曲线，识别出高-过高成熟页岩层。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：

函数优化模块，用于利用目标井之外其他井的岩心资料，对所述确定的函数关系进行优化；所述其他井的岩心资料包括所述其他井中高-过高成熟页岩的有机碳含量化验分析值和测井响应特征值。