CN104697914A - 一种泥页岩不同类型有机孔的预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种泥页岩不同类型有机孔的预测方法，含有以下步骤：建立概念模型和泥页岩不同有机质类型有机碳恢复系数预测模型，通过计算原始有机碳、生成烃类排出的有机碳、排烃后残留的有机碳实现对原始有机潜孔、已经生成的有机潜孔、尚未形成的有机潜孔的预测，并预测经压实校正后现今形成的实际有机孔和泥页岩压实损失的有机孔。本发明通过建立模型，实现对原始有机潜孔、已经生成的有机潜孔、尚未形成的有机潜孔、压实校正后现今形成的实际有机孔和泥页岩压实损失的有机孔预测，精度高，计算结果可靠，为准确评价有机孔的大小，尤其是定量评价有机孔在不同泥页岩中的非均质性分布演化提供依据，对研究非常规泥页岩油气赋存机制、定量表征泥页岩含油气性的非均质性和评价非常规泥页岩油气资源有重要的意义。

Description

一种泥页岩不同类型有机孔的预测方法

技术领域

本发明属于石油、地质、矿业勘探开发技术领域，具体地说，涉及以一种泥页岩有机孔的预测方法。

背景技术

由于不断攀升的能源需求和日益增大的能源压力，让泥页岩油气这一非常规能源受到越来越多的重视。泥页岩作为非常规油气储层的重要特征是自生自储，而泥页岩中的孔隙及孔喉小，孔隙结构复杂，如何研究页岩孔隙已经成为非常规油气首要解决的问题之一，其对页岩油气勘探层位选取、资源潜力评价和油气渗流能力计算具有重要意义。

有机质孔隙是指发育在有机质内部的粒内孔隙,是由固体干酪根转化为烃类流体而在干酪根内部形成的孔隙。干酪根的生烃作用能使有机质本身产生5-200nm左右的纳米级孔隙；在四川盆地寒武系和志留系高-过成熟海相页岩中的“有机质颗粒”内部发现大量微米-纳米级孔隙，这部分孔隙为亲油性的，一般不含水，是页岩油气的重要储存场所。研究显示，页岩对气的存储能力与页岩的有机质(有机碳)含量之间存在明显正相关关系。在成熟的泥页岩自生自储的系统内，有机生烃作用非常普遍，有机质生成烃后形成有机孔，是孔隙网络中的一部分，对增大泥页岩的储集空间十分有利。

现有国内外测试泥页岩孔隙度的方法有三种：镜下观察、流体渗入法(即压汞法)和氮气(或二氧化碳)吸附法。在上述三种测试泥页岩孔隙度的方法中：

(1)镜下观察法给出的形态特征仅是某一个截面的薄片，该方法不能测定样品的孔隙度大小。

(2)流体渗入方法(即压汞法)是储集空间表征的重要手段，该方法以汞作为非润湿性的流体，利用不润湿性的汞进入量和进入压力之间的关系，可以根据Washburn方程得出压力对应的孔喉半径，根据不同压力下进入的汞量即为压力对用孔喉半径下的孔隙度，该方法由于压力的限制，一般测量大孔隙(大于50纳米)，测得的孔隙度缺少部分纳米级尺寸的孔隙度，同时泥页岩中孔隙的形状和边界效应会对压汞法的测试结果造成部分影响，该方法无法较好地用于泥页岩中孔隙的实测。

(3)N₂(或CO₂)吸附法是通过N₂(或CO₂)吸附测定介孔(2～50nm)和微孔(＜2nm)的方法，该方法实现对流体渗入方法中缺失部分孔隙大小和孔径分布的测定，形成高压压汞 (MICP)-氮气(N₂)吸附-二氧化碳(CO₂)吸附流体法，由于该方法测定介孔(2～50nm)和微孔(＜2nm)的孔容和孔径分布受到页岩粉碎程度、页岩含水量和页岩非均质性等方面因素影响，并且该方法多给出孔径分布曲线，无法较好地用于泥页岩中孔隙的实测，且目前还未见相关文献中公开采用该方法测定孔隙度大小的应用。

公布号为CN103454198A、申请号为201310144945.6的中国专利申请公开了一种泥页岩孔隙度检测方法，以代表性泥页岩样品和原油样品的热模拟实验为基础，利用化学动力学方法计算干酪根成油、干酪根成气和原油裂解成气的化学动力学参数，结合目地层埋藏史和热史，确定研究层段泥页岩干酪根成油、干酪根成气和原油裂解成气转化率；利用目地层泥页岩残余氢指数和残余有机碳数据，结合干酪根成油、干酪根成气和原油裂解成气转化率，恢复目地层泥页岩原始氢指数和原始有机碳；利用目地层泥页岩样品的Ar离子抛光薄片分析泥页岩有机孔隙压缩系数；计算目地层段泥页岩样品有机孔隙度。该方法能计算泥页岩储层有机孔隙度，计算精度高、易于操作。

目前，国内外的学者已经开始尝试利用氩离子抛光技术对页岩样品进行处理，在高分辨率扫描电镜下观察页岩纳米级孔隙与微裂缝的结构特征，对泥页岩烃源岩的孔隙形态特征进行了初步的探索。

在陆相断陷湖盆中，由于沉积环境和后期演化等因素的制约，烃源岩存在着强烈的非均质性。有机质不均匀分布的特性给有机孔预测乃至生排烃评价、以及资源预测带来了严重影响。因此正确认识有机孔的非均质性，较细致地刻画烃源岩这些参数分布的非均质性，对非常规陆相湖盆泥页岩油气的勘探和开发非常重要。但是以上技术方法均是对实际样品而言，测量方法昂贵、成本高，并且有限的样品不能反映真实的复杂的具有强烈非均质性的泥页岩实际情况。

综上可知，泥页岩孔隙的表征和定量研究在实验室已经取得重要的进展。现有的孔隙度测试方法均是采用样品检测，且是针对泥页岩总空隙度而言，目前国内外均尚未见针对不同类型有机孔预测的报道。由此可见，不同类型有机孔(如原始有机潜孔、已经生成的有机潜孔、尚未形成的有机潜孔)目前仍无有效方法进行预测。此外，如何将采集分析样品的有机孔表征技术放大到地质尺度上并指导页岩油气的勘探是未来页岩油气储层研究的一个重要的发展方向。

发明内容

本发明针对现有泥页岩孔隙度测试过程中存在的上述不足，提供了一种泥页岩不同类型有机孔的预测方法，该方法根据有机质转化成烃类的不同情况，将有机孔分为原始有机潜孔、 已经生成的有机潜孔、尚未形成的有机潜孔，实现对上述三种有机孔的预测，对研究非常规泥页岩油气赋存机制、定量表征泥页岩含油气性的非均质性和评价非常规泥页岩油气资源有重要的意义。

本发明的技术方案是：一种泥页岩不同类型有机孔的预测方法，含有以下步骤：

(一)建立概念模型：根据有机质转化成烃类的不同情况，将泥页岩有机孔分成三种，分别定义为原始有机潜孔Φ_op、已经生成的有机潜孔Φ_Pre、尚未形成的有机潜孔Φ_Rem，泥页岩中总的原始有效碳TOC₀包括生成烃类排出的有机碳TOC_Exp和排烃后残留的有机碳TOC_Rem两部分，其中，排烃后残留的有机碳TOC_Rem即为现今通过样品实际检测到的TOC；在原始有机碳TOC₀中，只有一部分有机碳会热解转化成烃类，定义该部分有机碳为有效碳TOC_rea，原始有效碳TOC₀中所含有的有效碳和排烃后残留有机碳TOC_Rem中的有效碳分别定义为TOC_0-rea和TOC_Rem-rea，原始有机碳TOC₀中的有效碳TOC_0-rea、生成烃类排出的有机碳TOC_Exp中的有效碳TOC_rea和排烃后残留的有机碳TOC_Rem中的有效碳TOC_Rem-rea分别对应生成的有机孔即为原始有机潜孔Φ_op、已经生成的有机潜孔Φ_Pre、尚未形成的有机潜孔Φ_Rem。

(二)建立泥页岩不同有机质类型有机碳恢复系数预测模型：有机碳恢复系数R_c是从排烃后残留的有机碳TOC_Rem恢复到原始有机碳TOC₀的系数，其关系式如公式(1)所示；根据物理平衡原理和热模拟实验揭示的干酪根演化过程，研究沉积有机质在热降解中的转化与消耗，确定各种类成油母质在不同成熟阶段中碳的演化规律，确立生油岩实测有机碳与原始有机质干酪根中碳的对应关系，建立泥页岩不同有机质类型有机碳恢复系数预测模型，预测模型存在的关系式如公式(2)、(3)、(4)、(5)所示；公式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)的表达式如下：

TOC₀＝R_c×TOC_Rem   (1) 

Ⅰ:R_c＝-0.5975VR_o ³+2.4054VR_o ²-1.5038VR_o+1.2368   (2) 

Ⅱ1:R_c＝-0.3296VR_o ³+1.2903VR_o ²-0.7016VR_o+1.0835   (3) 

Ⅱ2:R_c＝-0.1038VR_o ³+0.3579VR_o ²+0.0825VR_o+0.8914   (4) 

Ⅲ:R_c＝-0.0335VR_o ³+0.1079VR_o ²+0.1392VR_o+0.9388   (5) 

式中，R_c有机碳恢复系数，VR_o为成熟度参数镜质体反射率，Ⅰ、Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅲ分别代表四种有机质类型。

(三)计算原始有机碳TOC₀、生成烃类排出的有机碳TOC_Exp和排烃后残留的有机碳TOC_Rem：原始有机碳TOC₀包括生成烃类排出的有机碳TOC_Exp和排烃后残留的有机碳TOC_Rem两部分，其存在的关系式如公式(6)所示，公式(6)的表达式如下：

TOC₀＝TOC_Rem+TOC_Exp   (6) 

根据泥页岩不同有机质类型有机碳恢复系数预测模型和上述公式(6)算出原始有机碳TOC₀、生成烃类排出的有机碳TOC_Exp和排烃后残留的有机碳TOC_Rem。

(四)计算原始有机潜孔Φ_op、已经生成的有机潜孔Φ_Pre、尚未形成的有机潜孔Φ_Rem：泥页岩中残留的生烃潜力是由排烃后残留有机碳TOC_Rem中的有效碳TOC_Rem-rea转化而来，所述的生烃潜力包括低温阶段岩石中游离烃S₁和高温阶段生成的热解烃S₂，目前石油工业中将0.083视为碳转化为烃类的转化系数，则存在关系式如公式(7)所示，公式(7)的表达式如下：

TOC_Rem-rea＝(S₁+S₂)×0.083   (7) 

式中，S₁+S₂表示岩石中残留的生烃潜力，该参数和热解峰温T_max可以由Rock-Eval岩石热解快速获得；

根据所述公式(7)计算获得排烃后残留有机碳TOC_Rem中的有效碳TOC_Rem-rea；

在有机质演化和成烃过程中，其中的无效碳可视为保持不变的，因此存在关系式如公式(8)所示，公式(8)的表达式如下：

TOC₀–TOC_0-rea＝TOC_Rem–TOC_Rem-rea   (8) 

所述公式(8)中，TOC₀–TOC_0-rea代表原始有机质中的无效碳，定义为TOC_0-Ine，TOC_Rem–TOC_Rem-rea代表排烃后残留有机质中的无效碳，定义为TOC_Rem-Ine，由于TOC₀、TOC_Rem和TOC_Rem-rea均已过计算获得，将其代入公式(8)后计算获得TOC_0-rea；

当镜质体反射率R_o大于0.5％，随着成熟度的增加有效碳会向烃类转化过程中，有机孔形成，细粒沉积物中有机质转化遵守质量守恒定律，根据有机质转化时的质量守恒定律，获得有机孔的计算公式(9)所示，公式(9)的表达式如下：

V_rock×ρ_rock×TOC₀-_rea＝V_org-rea×ρ_org   (9)

式中，V_rock为有机质转化成烃之前岩石体积，单位：m³；V_org-rea为原始有机碳TOC₀中的有效碳所占的体积，单位：m³；ρ_rock为泥页岩的密度，单位：kg/m³；ρ_org为泥页岩中有机质的密度，单位：kg/m³；TOC_0-rea为泥页岩中原始有机碳TOC₀中有效碳的含量，单位：％；

根据公式(9)计算可得原始有机潜孔Φ_op的计算公式(10)和已经生成的有机潜孔Φ_Pre的计算公式(11)，公式(10)和公式(11)的表达式如下：

Φ_OP＝V_org-rea/V_rock

＝ρ_rock×TOC_0-rea/ρ_org   (10)

Φ_Pre＝ρ_rock×TOC_Exp/ρ_org   (11)

将已求得的TOC_0-rea代入公式(10)中即可获得Φ_op；

将已求得的TOC_Exp代入公式(11)中即可获得Φ_Pre；

由公式(12)计算尚未形成的有机潜孔Φ_Rem，公式(12)的表达式如下：

Φ_Rem＝Φ_op-Φ_Pre   (12)

将已求得Φ_op和Φ_Pre代入公式(12)即可获得Φ_Rem；

(五)根据计算的已经生成的有机潜孔Φ_Pre获得经压实校正后现今形成的实际有机孔Φ_Pre-J和泥页岩压实损失的有机孔Φ_Com：有机质随同泥页岩一起在埋藏过程中逐渐被压缩，有机孔隙压缩系数等同于同等深度下所在泥页岩的压实系数，通过声波测井恢复泥页岩的压实史获得泥页岩的压实系数C，正常压实带的声波-深度关系式如公式(13)所示，公式(13)的表达式如下：

Δt_e＝Δt₀e^-c He   (13)

式中，H_e为计算点的深度，单位：m；Δt₀为外推到地表的声波时差值，由各井段的泥页岩压实曲线拟合而定，单位：μs/m；Δt_e为有效深度的声波时差，单位：μs/m；C为压实系数；

井压实校正后，每个深度对应单位有机孔的实际生成有机孔Φ_Pre-J由公式(14)获得，泥页岩压实损失的有机孔Φ_Com由公式(15)获得，公式(14)和公式(15)的表达式如下：

Φ_Pre-J＝Φ_Pre×H×C   (14)

Φ_Com＝Φ_Pre-J-Φ_Pre   (15)

式中，Φ_Pre为已经生成的有机潜孔，单位：％；Φ_Pre-J为经压实校正后现今形成的实际有机孔，单位：％；Φ_Com为泥页岩压实损失的有机孔，单位：％；H为埋藏深度，单位：m；C为压实系数。

作为优选，步骤(四)中，泥页岩中有机质的密度为干酪根的密度，为1200kg/m³，泥页岩的密度由密度测井中获得，密度测井每0.125m一个数据点。

本发明的有益效果是：(1)与现有技术只能估测已经生成的有机潜孔Φ_Pre相比，本发明通过建立概念模型和预测模型，根据有机质转化成烃类的不同情况，将有机孔分为原始有机潜孔Φ_op、已经生成的有机潜孔Φ_Pre、尚未形成的有机潜孔Φ_Rem，实现对上述三种有机孔的预测，并实现对压实校正后现今形成的实际有机孔Φ_Pre-J和泥页岩压实损失的有机孔Φ_Com预测，精度高，计算结果可靠，为准确评价有机孔的大小，尤其是定量评价有机孔在不同泥页岩中的非均质性分布提供依据，对研究非常规泥页岩油气赋存机制、定量表征泥页岩含油气性的非均质性和评价非常规泥页岩油气资源有重要的意义。(2)与现有技术针对单个或有限的样品进行观测、不能反映泥页岩的非均质性不同，本发明可针对垂向大套泥页岩中的有机孔大小进行计算，可评价有机孔在垂向上非均质性分布。(3)与现有技术限制于镜下等微观尺度不同，本发明对大套泥页岩有机孔表征技术放大到了地质尺度上，因此，能够指导泥页岩岩油气勘探。(4)本发明易操作可行，成本低，数据来源于Rock-Eval岩石热解提供的残余有机碳含量，游离烃、热解烃、有机碳系数恢复模板以及密度测井和声波测井提供的泥页岩密度和声波时差即可进行计算。

附图说明

附图1为本发明具体实施例有机孔的概念模型图。

附图2为本发明具体实施例泥页岩不同有机质类型有机碳恢复系数预测模型图。

附图3为本发明具体实施例东营凹陷牛38井2770-3776m泥页岩的密度测井曲线图。

附图4为本发明具体实施例东营凹陷不同构造带泥页岩正常压实趋势线图。

附图5为本发明具体实施例有机孔预测技术路线流程图。

附图6为本发明具体实施例东营凹陷牛38井2770-3376m泥页岩原始有机潜孔Φ_op、已经生成的有机潜孔Φ_Pre、尚未形成的有机潜孔Φ_Rem预测结果图。

附图7为本发明具体实施例东营凹陷牛38井2770-3376m泥页岩压实损失的有机孔Φ_Com预测结果图。

附图8为本发明具体实施例东营凹陷牛38井2770-3376m经压实校正后现今形成的实际有机孔Φ_Pre-J预测结果图。

附图9为本发明具体实施例经压实校正后现今形成的实际有机孔Φ_Pre-J和排烃后残留的有机碳TOC_Rem关系模型图。

附图10为本发明具体实施例原始有机潜孔Φ_op和排烃后残留的有机碳TOC_Rem关系模型图。

附图11本发明具体实施例尚未形成的有机潜孔Φ_Rem和排烃后残留的有机碳TOC_Rem关系模型图。

附图12本发明具体实施例已经生成的有机潜孔Φ_Pre和排烃后残留的有机碳TOC_Rem关系模型图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图5所示，一种泥页岩不同类型有机孔的预测方法，含有以下步骤：

(一)建立概念模型：如图1所示，根据有机质转化成烃类的不同情况，将泥页岩有机孔分成三种，分别定义为原始有机潜孔Φ_op、已经生成的有机潜孔Φ_Pre、尚未形成的有机潜孔Φ_Rem，泥页岩中总的原始有效碳TOC₀包括生成烃类排出的有机碳TOC_Exp和排烃后残留的有机碳TOC_Rem两部分，其中，排烃后残留的有机碳TOC_Rem即为现今通过样品实际检测到的TOC；在原始有机碳TOC₀中，只有一部分有机碳会热解转化成烃类，定义该部分有机碳为有效碳TOC_rea，原始有效碳TOC₀中所含有的有效碳和排烃后残留有机碳TOC_Rem中的有效碳分别定义为TOC_0-rea和TOC_Rem-rea；由于有效碳在有机质成熟度达到生油门限(即镜质体反射率Ro＝0.5％)时，就开始转化成烃类，无效碳在无论多大热力时，都不能转化成烃类，原始有机碳TOC₀中的有效碳TOC_0-rea、生成烃类排出的有机碳TOC_Exp中的有效碳TOC_rea和排烃后残留的有机碳TOC_Rem中的有效碳TOC_Rem-rea分别对应生成的有机孔即为原始有机潜孔Φ_op、已经生成的有机潜孔Φ_Pre、尚未形成的有机潜孔Φ_Rem。

(二)建立泥页岩不同有机质类型有机碳恢复系数预测模型：有机碳恢复系数R_c是从排烃后残留的有机碳TOC_Rem恢复到原始有机碳TOC₀的系数，其关系式如公式(1)所示；根据物理平衡原理和热模拟实验揭示的干酪根演化过程，研究沉积有机质在热降解中的转化与消耗，确定各种类成油母质在不同成熟阶段中碳的演化规律，确立生油岩实测有机碳与原始有机质干酪根中碳的对应关系，建立泥页岩不同有机质类型有机碳恢复系数预测模型，预测模 型存在的关系式如公式(2)、(3)、(4)、(5)所示；公式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)的表达式如下：

TOC₀＝R_c×TOC_Rem   (1) 

Ⅰ:R_c＝-0.5975VR_o ³+2.4054VR_o ²-1.5038VR_o+1.2368   (2) 

Ⅱ1:R_c＝-0.3296VR_o ³+1.2903VR_o ²-0.7016VR_o+1.0835   (3) 

Ⅱ2:R_c＝-0.1038VR_o ³+0.3579VR_o ²+0.0825VR_o+0.8914   (4) 

Ⅲ:R_c＝-0.0335VR_o ³+0.1079VR_o ²+0.1392VR_o+0.9388   (5) 

式中，R_c有机碳恢复系数，VR_o为成熟度参数镜质体反射率，Ⅰ、Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅲ分别代表四种有机质类型。

(三)计算原始有机碳TOC₀、生成烃类排出的有机碳TOC_Exp和排烃后残留的有机碳TOC_Rem：原始有机碳TOC₀包括生成烃类排出的有机碳TOC_Exp和排烃后残留的有机碳TOC_Rem两部分，其存在的关系式如公式(6)所示，公式(6)的表达式如下：

TOC₀＝TOC_Rem+TOC_Exp   (6) 

随着成熟度的增加，原始有机碳会逐渐转化成烃类，排出的有机碳含量会逐渐增加，残留的有机碳含量会逐渐减少，根据泥页岩不同有机质类型有机碳恢复系数预测模型和上述公式(6)算出原始有机碳TOC₀、生成烃类排出的有机碳TOC_Exp和排烃后残留的有机碳TOC_Rem。

(四)计算原始有机潜孔Φ_op、已经生成的有机潜孔Φ_Pre、尚未形成的有机潜孔Φ_Rem：泥页岩中残留的生烃潜力是由排烃后残留有机碳TOC_Rem中的有效碳TOC_Rem-rea转化而来，所述的生烃潜力包括低温阶段岩石中游离烃S₁和高温阶段生成的热解烃S₂，目前石油工业中将0.083视为碳转化为烃类的转化系数，则存在关系式如公式(7)所示，公式(7)的表达式如下：

TOC_Rem-rea＝(S₁+S₂)×0.083   (7) 

式中，S₁+S₂表示岩石中残留的生烃潜力，该参数和热解峰温T_max可以由Rock-Eval岩石热解快速获得。

根据所述公式(7)计算获得排烃后残留有机碳TOC_Rem中的有效碳TOC_Rem-rea。

在有机质演化和成烃过程中，其中的无效碳可视为保持不变的，因此存在关系式如公式(8)所示，公式(8)的表达式如下：

TOC₀–TOC_0-rea＝TOC_Rem–TOC_Rem-rea   (8) 

所述公式(8)中，TOC₀–TOC_0-rea代表原始有机质中的无效碳，定义为TOC_0-Ine，TOC_Rem–TOC_Rem-rea代表排烃后残留有机质中的无效碳，定义为TOC_Rem-Ine，由于TOC₀、TOC_Rem和TOC_Rem-rea均已过计算获得，将其代入公式(8)后计算获得TOC_0-rea。

当镜质体反射率R_o大于0.5％，随着成熟度的增加有效碳会向烃类转化过程中，有机孔形成，细粒沉积物中有机质转化遵守质量守恒定律，根据有机质转化时的质量守恒定律，获得有机孔的计算公式(9)所示，公式(9)的表达式如下：

V_rock×ρ_rock×TOC₀-_rea＝V_org-rea×ρ_org   (9)

式中，V_rock为有机质转化成烃之前岩石体积，单位：m³；V_org-rea为原始有机碳TOC₀中的有效碳所占的体积，单位：m³；ρ_rock为泥页岩的密度，单位：kg/m³；ρ_org为泥页岩中有机质的密度，单位：kg/m³；TOC_0-rea为泥页岩中原始有机碳TOC₀中有效碳的含量，单位：％。

上述泥页岩中有机质的密度为干酪根的密度，为1200kg/m³，成熟度对干酪根密度的影响几乎可以忽略不计，泥页岩的密度由密度测井中获得，密度测井每0.125m一个数据点，为获得高精度的泥页岩密度创造了条件。如图3所示为东营凹陷牛38井2770-3776m泥页岩的密度测井曲线。

根据公式(9)计算可得原始有机潜孔Φ_op的计算公式(10)和已经生成的有机潜孔Φ_Pre的计算公式(11)，公式(10)和公式(11)的表达式如下：

Φ_OP＝V_org-rea/V_rock

＝ρ_rock×TOC_0-rea/ρ_org   (10)

Φ_Pre＝ρ_rock×TOC_Exp/ρ_org   (11)

将已求得的TOC_0-rea代入公式(10)中即可获得Φ_op；

将已求得的TOC_Exp代入公式(11)中即可获得Φ_Pre。

由公式(12)计算尚未形成的有机潜孔Φ_Rem，公式(12)的表达式如下：

Φ_Rem＝Φ_op-Φ_Pre   (12)

将已求得Φ_op和Φ_Pre代入公式(12)即可获得Φ_Rem。

在泥页岩不同有机质类型有机碳恢复系数预测模型中，是基于固体有机质转化成密度低的液态烃和气态烃而排出岩石，所预测的Φ_op、Φ_Pre和Φ_Rem分别为原始有机潜孔、已经生成的有机潜孔和尚未形成的有机潜孔。

(五)根据计算的已经生成的有机潜孔Φ_Pre获得经压实校正后现今形成的实际有机孔 Φ_Pre-J和泥页岩压实损失的有机孔Φ_Com：有机质随同泥页岩一起在埋藏过程中逐渐被压缩，有机孔隙压缩系数等同于同等深度下所在泥页岩的压实系数，声波测井是描述沉积物埋藏压实作用的重要参数，对于深湖或浅湖相中发育的泥质烃源岩而言，孔隙度较好的记录了沉积物埋藏压实的演化历史，并具有垂向高分辨率的优点，因此以声波测井为研究工具，以泥质烃源岩为研究对象，剔除砂纸的影响，恢复泥页岩的压实史，获得泥页岩的压实系数C，正常压实带的声波-深度关系式如公式(13)所示，公式(13)的表达式如下：

Δt_e＝Δt₀e^-c He   (13)

式中，H_e为计算点的深度，单位：m；Δt₀为外推到地表的声波时差值，由各井段的泥页岩压实曲线拟合而定，单位：μs/m；Δt_e为有效深度的声波时差，单位：μs/m；C为压实系数。

图4是东营凹陷不同构造地带泥页岩正常压实趋势线图，图中分别对东营凹陷北部陡坡地带(以利津地区为例)、博兴地区(以博兴洼陷为例)南部斜坡(王家岗第五)钻井泥页岩的声波时差与深度的关系进行拟合的压实曲线。通过图中可以看出，不同构造区带正常压实趋势线方程有所差异，这种差异在浅层表现不明显，随着深度的增加，差异性逐渐显现出来，凹陷内缓坡带的泥页岩声波时差(或孔隙度)一直小于陡坡带。据此可以获得本实施例中东营凹陷牛38井2770-3776m泥页岩的压实系数C为0.000285m^-1。

井压实校正后，每个深度对应单位有机孔的实际生成有机孔Φ_Pre-J由公式(14)获得，泥页岩因压实损失的有机孔Φ_Com由公式(15)获得，公式(14)和公式(15)的表达式如下：

Φ_Pre-J＝Φ_Pre×H×0.000285   (14) 

Φ_Com＝Φ_Pre-J-Φ_Pre   (15)

式中，Φ_Pre为已经生成的有机潜孔，单位：％；Φ_Pre-J为经压实校正后现今形成的实际有机孔，单位：％；Φ_Com为泥页岩压实损失的有机孔，单位：％；H为埋藏深度，单位：m。

根据国内外观点认为泥页岩中有机孔非常小，为纳米级的，可压缩性小，因此，因压缩减小的ΦCom会比较小。

本实施例中，通过本发明预测方法，通过原始有机潜孔Φ_op、已经生成的有机潜孔Φ_Pre、尚未形成的有机潜孔Φ_Rem均可以求经压实校正后现今形成的实际有机孔Φ_Pre-J，其整个预测流程如图5所示。

在本实施例中，我们利用本发明预测方法预测了渤海湾盆地东营凹陷牛38井2770-3376m的大套泥页岩中的有机孔。如图6所示为利用该预测方法对东营凹陷牛38井2770-3376m泥 页岩原始有机潜孔Φ_op、已经生成的有机潜孔Φ_Pre和尚未形成的有机潜孔Φ_Rem的预测结果。如图7所示为东营凹陷牛38井2770-3376m泥页岩压实损失的有机孔Φ_Com的预测结果。如图8所示为东营凹陷牛38井2770-3376m泥页岩经压实校正后现今形成的实际有机孔Φ_Pre-J的预测结果。

在有机孔预测中，若获得有机碳含量与有机孔的直接关系，则将为有机孔预测带来很大便利。在本实施例中，对排烃后残留的有机碳TOC_Rem和不同类型有机孔的预测值进行相关性分析，最终获得经压实校正后现今形成的实际有机孔Φ_Pre-J、原始有机潜孔Φ_op、尚未形成的有机潜孔Φ_Rem、已经生成的有机潜孔Φ_Pre这些不同形式有机孔和排烃后残留的有机碳TOC_Rem的关系模型，该关系模型的表达式如公式(16)、(17)、(18)、(19)所示。公式公式(16)、(17)、(18)、(19)的表达式如下：

Φ_Pre-J＝0.0021TOC_Rem ⁴-0.0577TOC_Rem ³+0.4998TOC_Rem ²-0.3267TOC_Rem+0.0225(R²＝0.9505)   (16) 

Φ_OP＝0.0029TOC_Rem ⁴-0.0779TOC_Rem ³+0.6308TOC_Rem ²+0.6505TOC_Rem-0.4488(R²＝0.9997)   (17) 

Φ_Rem＝0.0007TOC_Rem ⁴-0.0174TOC_Rem ³+0.1092TOC_Rem ²+0.9705TOC_Rem-0.4676(R²＝0.9842)   (18) 

Φ_Pre＝0.0022TOC_Rem ⁴-0.0605TOC_Rem ³+0.5216TOC_Rem ²-0.3201TOC_Rem+0.0188(R²＝0.9529)   (19) 

通过上述有机孔预测模型，在获取残留有机碳含量的基础上，可以对各种有机孔在平面和剖面上进行预测。实测的残留有机碳是石油工业最基础的地球化参数，在未有大量实测有机碳含量数据时，可以通过Δlog法利用测井数据进行预测，由于测井数据具有高分比率的特点，因此可以获得大量的有机碳数据。

本实施例所述有机孔预测模型尤其是压实校正后的有机孔预测模型可以进行有机孔的工业化预测，可进行有机孔平面和剖面成图，为泥页岩非常规油气资源评价创造了条件。

本发明实施例中大套泥页岩有机碳含量存在严重的非均质性，因此预测出的有机潜孔分布具有良好的代表性，一方面研究结果具有高精度性，能反映泥页岩的非均质性，为合理评价泥页岩油气资源提供了依据；另一方面计算结果具有可靠性，与以前的相关结果具有很好的可比性。举例而言，Jarvieetal.(2007)通过镜下观察估算现今TOC含量为4.85％的泥页岩获得4.3％的有机孔；Loucksetal.(2009)通过镜下观察估算现今TOC含量为4.05％的泥页岩，认为至少含有1.4％的有机孔；ModicaandLapierre(2012)通过镜下观察估算原始TOC含量为4.2％的泥页岩获得5.0％的有机孔。上述现有的镜下观测法提供的有机孔结果均是代表已经生成的有机潜孔Φ_Pre，与本方法中的已经生成的有机潜孔Φ_Pre可以对比，本发明预测方法 预测现今TOC含量为5.0％的泥页岩获得5.2708％的已经生成的有机潜孔Φ_Pre和4.984％的经压实校正后现今形成的实际有机孔Φ_Pre-J。但现有的方法均是通过镜下观察估测的，与本发明预测方法截然不同，并且现有的方法无法获得原始有机潜孔Φ_op和尚未形成的有机潜孔Φ_Rem两种类型有机孔的大小。

上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种泥页岩不同类型有机孔的预测方法，其特征在于：含有以下步骤：

(一)建立概念模型：根据有机质转化成烃类的不同情况，将泥页岩有机孔分成三种，分别定义为原始有机潜孔Φ_op、已经生成的有机潜孔Φ_Pre、尚未形成的有机潜孔Φ_Rem，泥页岩中总的原始有效碳TOC₀包括生成烃类排出的有机碳TOC_Exp和排烃后残留的有机碳TOC_Rem两部分，在原始有机碳TOC₀中，只有一部分有机碳会热解转化成烃类，定义该部分有机碳为有效碳TOC_rea，原始有效碳TOC₀中所含有的有效碳和排烃后残留有机碳TOC_Rem中的有效碳分别定义为TOC_0-rea和TOC_Rem-rea，原始有机碳TOC₀中的有效碳TOC_0-rea、生成烃类排出的有机碳TOC_Exp中的有效碳TOC_rea和排烃后残留的有机碳TOC_Rem中的有效碳TOC_Rem-rea分别对应生成的有机孔即为原始有机潜孔Φ_op、已经生成的有机潜孔Φ_Pre、尚未形成的有机潜孔Φ_Rem；

(二)建立泥页岩不同有机质类型有机碳恢复系数预测模型：有机碳恢复系数R_c是从排烃后残留的有机碳TOC_Rem恢复到原始有机碳TOC₀的系数，其关系式如公式(1)所示；根据物理平衡原理和热模拟实验揭示的干酪根演化过程，研究沉积有机质在热降解中的转化与消耗，确定各种类成油母质在不同成熟阶段中碳的演化规律，确立生油岩实测有机碳与原始有机质干酪根中碳的对应关系，建立泥页岩不同有机质类型有机碳恢复系数预测模型，预测模型存在的关系式如公式(2)、(3)、(4)、(5)所示；公式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)的表达式如下：

TOC₀＝R_c×TOC_Rem    (1)

Ⅰ:R_c＝-0.5975VR_o ³+2.4054VR_o ²-1.5038VR_o+1.2368    (2)

Ⅱ1:R_c＝-0.3296VR_o ³+1.2903VR_o ²-0.7016VR_o+1.0835    (3)

Ⅱ2:R_c＝-0.1038VR_o ³+0.3579VR_o ²+0.0825VR_o+0.8914    (4)

Ⅲ:R_c＝-0.0335VR_o ³+0.1079VR_o ²+0.1392VR_o+0.9388    (5)

式中，R_c有机碳恢复系数，VR_o为成熟度参数镜质体反射率，Ⅰ、Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅲ分别代表四种有机质类型；

(三)计算原始有机碳TOC₀、生成烃类排出的有机碳TOC_Exp和排烃后残留的有机碳TOC_Rem：原始有机碳TOC₀包括生成烃类排出的有机碳TOC_Exp和排烃后残留的有机碳TOC_Rem两部分，其存在的关系式如公式(6)所示，公式(6)的表达式如下：

TOC₀＝TOC_Rem+TOC_Exp    (6)

根据泥页岩不同有机质类型有机碳恢复系数预测模型和上述公式(6)算出原始有机碳TOC₀、生成烃类排出的有机碳TOC_Exp和排烃后残留的有机碳TOC_Rem；

(四)计算原始有机潜孔Φ_op、已经生成的有机潜孔Φ_Pre、尚未形成的有机潜孔Φ_Rem：泥页岩中残留的生烃潜力是由排烃后残留有机碳TOC_Rem中的有效碳TOC_Rem-rea转化而来，所述的生烃潜力包括低温阶段岩石中游离烃S₁和高温阶段生成的热解烃S₂，目前石油工业中将0.083视为碳转化为烃类的转化系数，则存在关系式如公式(7)所示，公式(7)的表达式如下：

TOC_Rem-rea＝(S₁+S₂)×0.083    (7)

式中，S₁+S₂表示岩石中残留的生烃潜力，该参数和热解峰温T_max可以由Rock-Eval岩石热解快速获得；

根据所述公式(7)计算获得排烃后残留有机碳TOC_Rem中的有效碳TOC_Rem-rea；

在有机质演化和成烃过程中，其中的无效碳可视为保持不变的，因此存在关系式如公式(8)所示，公式(8)的表达式如下：

TOC₀–TOC_0-rea＝TOC_Rem–TOC_Rem-rea    (8)

所述公式(8)中，TOC₀–TOC_0-rea代表原始有机质中的无效碳，定义为TOC_0-Ine，TOC_Rem–TOC_Rem-rea代表排烃后残留有机质中的无效碳，定义为TOC_Rem-Ine，由于TOC₀、TOC_Rem和TOC_Rem-rea均已过计算获得，将其代入公式(8)后计算获得TOC_0-rea；

当镜质体反射率R_o大于0.5％，随着成熟度的增加有效碳会向烃类转化过程中，有机孔形成，细粒沉积物中有机质转化遵守质量守恒定律，根据有机质转化时的质量守恒定律，获得有机孔的计算公式(9)所示，公式(9)的表达式如下：

V_rock×ρ_rock×TOC_0-rea＝V_org-rea×ρ_org    (9)

式中，V_rock为有机质转化成烃之前岩石体积，单位：m³；V_org-rea为原始有机碳TOC₀中的有效碳所占的体积，单位：m³；ρ_rock为泥页岩的密度，单位：kg/m³；ρ_org为泥页岩中有机质的密度，单位：kg/m³；TOC_0-rea为泥页岩中原始有机碳TOC₀中有效碳的含量，单位：％；

根据公式(9)计算可得原始有机潜孔Φ_op的计算公式(10)和已经生成的有机潜孔Φ_Pre的计算公式(11)，公式(10)和公式(11)的表达式如下：

Φ_OP＝V_org-rea/V_rock

＝ρ_rock×TOC_0-rea/ρ_org    (10)

Φ_Pre＝ρ_rock×TOC_Exp/ρ_org    (11)

将已求得的TOC_0-rea代入公式(10)中即可获得Φ_op；

将已求得的TOC_Exp代入公式(11)中即可获得Φ_Pre；

由公式(12)计算尚未形成的有机潜孔Φ_Rem，公式(12)的表达式如下：

Φ_Rem＝Φ_op-Φ_Pre    (12)

将已求得Φ_op和Φ_Pre代入公式(12)即可获得Φ_Rem；

(五)根据计算的已经生成的有机潜孔Φ_Pre获得经压实校正后现今形成的实际有机孔Φ_Pre-J和泥页岩压实损失的有机孔Φ_Com：有机质随同泥页岩一起在埋藏过程中逐渐被压缩，有机孔隙压缩系数等同于同等深度下所在泥页岩的压实系数，通过声波测井恢复泥页岩的压实史获得泥页岩的压实系数C，正常压实带的声波-深度关系式如公式(13)所示，公式(13)的表达式如下：

Δt_e＝Δt₀e^-c He    (13)

式中，H_e为计算点的深度，单位：m；Δt₀为外推到地表的声波时差值，由各井段的泥页岩压实曲线拟合而定，单位：μs/m；Δte为有效深度的声波时差，单位：μs/m；C为压实系数；井压实校正后，每个深度对应单位有机孔的实际生成有机孔Φ_Pre-J由公式(14)获得，泥页岩压实损失的有机孔Φ_Com由公式(15)获得，公式(14)和公式(15)的表达式如下：

Φ_Pre-J＝Φ_Pre×H×C    (14)

Φ_Com＝Φ_Pre-J-Φ_Pre    (15)

式中，Φ_Pre为已经生成的有机潜孔，单位：％；Φ_Pre-J为经压实校正后现今形成的实际有机孔，单位：％；Φ_Com为泥页岩压实损失的有机孔，单位：％；H为埋藏深度，单位：m；C为压实系数。

2.根据权利要求1所述的泥页岩不同类型有机孔的预测方法，其特征在于：步骤(一)中排烃后残留的有机碳TOC_Rem即为现今通过样品实际检测到的TOC；步骤(四)中，泥页岩中有机质的密度为干酪根的密度，为1200kg/m³，泥页岩的密度由密度测井中获得，密度测井每0.125m一个数据点。