CN105201490B

CN105201490B - 一种页岩层段岩石相分析方法

Info

Publication number: CN105201490B
Application number: CN201410246573.2A
Authority: CN
Inventors: 彭勇民; 胡宗全; 高波; 龙胜祥; 朱彤; 边瑞康; 聂海宽; 王烽; 杜伟
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Exploration and Production Research Institute
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Exploration and Production Research Institute
Priority date: 2014-06-05
Filing date: 2014-06-05
Publication date: 2018-04-10
Anticipated expiration: 2034-06-05
Also published as: CN105201490A

Abstract

本发明公开了一种页岩层段岩石相分析方法，其包含以下步骤：建立岩石相分类命名规则；识别岩石相界；划分岩石相类型；描述岩石相的特征，从而明确有利的岩石相；分析岩石相的分布范围；综合评价岩石相。本发明的分析方法简明、实用、易于操作。利用本发明所述的分析方法可以快速解决大套的、巨厚的、单调的页岩层段精细分层，从而基于地质、开发、工程一体化原则开展以岩石相为单元的评层选段、压裂选层中的“优中选优”，以达到降本增效的经济目标与提高页岩油气单井产能的目标。

Description

一种页岩层段岩石相分析方法

技术领域

本发明涉及地质勘探领域，具体说涉及一种页岩层段岩石相分析方法。

背景技术

相或岩相是一个重要概念。通过相关系、相对比，地质学家们能从杂乱的、巨厚的地层中厘定出规律性或旋回性的垂向层序或相序。从而达到细分地层的目的，并由此奠定了地质学研究的基础。

相的定义经历了复杂而漫长的演化过程。“相”最早是由丹麦的斯坦诺(N.Steno，1669)引入地质学中。最初，“相”的含义相当于“时期”或“阶段”。将“相”引入沉积学中的是瑞士的格列斯列(A.Gressly，1938)。他认为具有相同的岩石学、古生物学特点的岩石单位或岩体才能作为一个相。相是一种具有特定特征的岩石体，岩相是指一种可以客观描述的岩石单位。赖内克等(1979)指出“相”这一术语在使用中有许多不同的意义。Mutti和Ricchi(1972)提出了7个浊积相和3个相组合来描述与辩认扇沉积物，每个“相”都有独特的岩性、层理、沉积结构与构造。R.G.沃克(1979)指出一个沉积岩体可以划分成几个相，并且相研究均可依靠沉积构造、生物特征，或者统计方法来确定。刘宝珺等(1980)主张相是一个沉积环境的“物质表现”，可以有红层相、蒸发岩相、复理石相这样的名称，而不应使用“地槽相”、“陆棚相”。冯增昭等(1993)提出岩相是一定沉积环境中形成的岩石或岩石组合，它是沉积相的主要组成部分；岩相与沉积相是从属关系，而不是同义关系。

随着相的定义的不断地发展细分，近50年来，相或岩相对地质学尤其是沉积学、油气勘探开发业已起到了重要作用。以往的与相或岩相相关的研究主要应用于渗透性好的砂岩与碳酸盐岩，以及常规的油气勘探开发中。并且近十几年来，相或岩相相关的研究也见于细粒沉积物如页岩、非常规页岩油气勘探开发。然而，在现阶段的压裂施工中需要优先解决的最基本问题是压裂选层中的“优中选优”，尤其是压裂施工水平井技术不需要太厚的目的层。因此大套的、巨厚的、单调的页岩层段需要进一步细分，从而适应页岩气的勘探开发。但是利用现有的相或岩相的分析方法已经不能达到满意的页岩层段细分效果。

因此，针对需要对大套的、巨厚的、单调的页岩层段进一步细分的问题，并考虑地质、开发、工程一体化原则，需要一种新的分析方法以达到更加满意的细分结果以及降本增效的经济目标。

发明内容

针对现有页岩分析方法在油气勘探开发中实际应用效果并不理想的现状，本发明提供了一种页岩层段岩石相分析方法，包含以下步骤：

步骤一，基于若干关键标志对岩石相进行分类以得到对应于所述关键标志的岩石相分类命名规则；

步骤二，识别岩石相界面以确定待分析页岩层段内的各个岩石相边界；

步骤三，基于所述分类命名规则与所述岩石相边界对所述待分析页岩层段内的各个岩石相进行分析，得出所述各个岩石相对应于所述分类命名规则的岩石相类型划分结果；

步骤四，基于所述岩石相类型划分结果根据测井响应值、测井解释结果以及实验测试数据来描述所述各个岩石相的特征，从而明确其中有利的岩石相；

步骤五，基于对所述各个岩石相的特征描述和所明确的有利岩石相来分析所述有利岩石相的分布范围；

步骤六，基于压裂测试数据根据所述有利岩石相的分布范围和所述各个岩石相的特征描述来综合评价所述各个岩石相，从而得到所述页岩层段岩石相综合评价结果。

在一实施例中，所述步骤一中，所述关键标志包含岩石类型或岩性组合、有机碳或碳质、石英或硅质。

在一实施例中，基于岩性特征划分所述岩性组合，根据所述岩性组合中占比≥50％的特定岩石类型划分岩石相基本类型；基于所述岩石类型或所述岩性组合划分的岩石相基本类型包括：页岩岩石相、灰质页岩岩石相、含粉砂质页岩岩石相、粉砂质页岩岩石相、泥质粉砂岩岩石相、泥质灰岩、泥质白云岩岩石相。

在一实施例中，根据探井的总有机碳含量分布、现场解析含气量与总有机碳含量的投点图确定碳质含量分级界限；根据所述碳质含量分级界限划分岩石相类型；基于所述碳质含量分级界限划分的岩石相类型包括富碳岩石相、高碳岩石相、中碳岩石相、含碳岩石相。

在一实施例中，根据探井的硅质含量分布、脆性矿物含量与硅质含量的投点图确定硅质含量分级界限；根据所述硅质含量分级界限划分岩石相类型；基于所述硅质含量分级界限划分的岩石相类型包括高硅岩石相、中硅岩石相、低硅岩石相。

在一实施例中，所述步骤四中，根据所述待分析页岩层段内不同探井中不同岩石相类型的测井响应值与测井解释结果以及所述不同岩石相类型的实验测试数据制作汇总统计表；利用所述汇总统计表对所述岩石相进行特征描述。

在一实施例中，所述步骤五中，通过制图方法分析所述有利岩石相的分布层位与范围，从而得到基于不同方向特征的所述有利岩石相的分布范围描述，其中，所述方向特征包括：

纵向上，有利岩石相分布是位于页岩层段的顶部、中部或底部；

侧向上，有利岩石相几何形态、厚度变化、延伸长度；

平面上，岩石相品质及其分布范围。

在一实施例中，所述步骤六中，根据所述压裂测试数据制作相关图版，从而确定用以进行岩石相综合评价的岩石相综合评价标准。

在一实施例中，所述岩石相综合评价标准包括：测井上的综合评价标准和地质上的综合评价标准。

在一实施例中，所述方法还包括步骤七，结合探井的实际情况根据所述综合评价结果进行压裂施工。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明的分析方法简明、实用、易于操作。

2、本发明的分析方法可以快速解决大套的、巨厚的、单调的页岩层段精细分层，并基于地质、开发、工程一体化原则开展以岩石相为单元的评层选段，从而开展压裂选层中的“优中选优”，最终达到降本增效的经济目标与提高页岩油气单井产能的目标。

本发明的其它特征或优点将在随后的说明书中阐述。并且，本发明的部分特征或优点将通过说明书而变得显而易见，或者通过实施本发明而被了解。本发明的目的和部分优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的步骤来实现或获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明一实施例分析目标岩石的流程图；

图2是根据本发明一实施例建立岩石相分类命名规则的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此实施人员能够对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

相的定义经历了复杂而漫长的演化过程。最初，“相”的含义相当于“时期”或“阶段”。之后“相”被定义为具有相同的岩石学、古生物学特点的岩石单位或岩体。就沉积岩来说，相是根据颜色、层理、成分、结构、化石加以定义的。它可以指岩石产物，例如“砂岩相”；指岩石产物的成因，例如“浊积岩相”；指形成一种岩石或一套混合岩石的环境，例如“河流相”。

“相”这一术语在使用中有许多不同的意义，不少作者在给“相”下定义时只考虑沉积物的一个或二个方面，如岩相(仅是岩性特征方面)、生物相(仅指生物特征)、地球化学相(仅指地化特征)等。近50年来，相或岩相对地质学尤其是沉积学、油气勘探开发业已起到了重要作用。但随着油气勘探开发技术的进步，对相或岩相相关的研究有了更进一步的要求。尤其是在压裂施工中，需要对大套的、巨厚的、单调的页岩层段需要进一步细分。现有的相或岩相的定义方法已不适应当前油气勘探应用需求。针对页岩油气的勘探开发中的这些问题。利用现有的相或岩相的分析方法已经不能达到满意的效果。

因此，为了进一步细分页岩层段，并考虑到地质、开发、工程一体化原则，本发明首先提出了一种新的岩石相定义。岩石相是前人基础上的继承与创新的一种新定义，岩石相是指具有岩性与古生物、有机质、硅质特征的一套岩石组合或岩性体。其中，“岩性与古生物”考虑了地质，“有机质”考虑了含气性与储量，“硅质”考虑了开发与压裂工程。

根据本发明一实施例的流程图如图1所示。首先在步骤S110中，基于若干关键标志对岩石相进行分类以得到对应于关键标志的岩石相分类命名规则，从而提出岩石相分类命名方案(表1)。本实施例中的关键标志为岩石类型或岩性组合、有机碳或碳质、石英或硅质三大关键标志。当然，在本发明其他实施例中，可以根据实际情况需要采用其他的关键标志。岩石相分类命名方案的建立流程见图2。

如图2所示，在步骤S221中，划分岩石相基本类型。在页岩层段中，按岩性特征划分出不同岩性组合，岩性组合可以由一种或一种以上的岩石类型构成；页岩层段中的岩石类型可按成分细划为硅质页岩、笔石页岩、黑色页岩、灰质页岩、含粉砂质页岩、粉砂质页岩、泥质粉砂岩、泥质灰岩或泥质白云岩8类。相应地，以主要的或优势的、占比≥50％的某一种岩石类型对岩性组合进行分类命名，可以把岩性组合命名为硅质页岩岩性组合、笔石页岩岩性组合、黑色页岩岩性组合、灰质页岩岩性组合、含粉砂质页岩岩性组合、粉砂质页岩岩性组合、泥质粉砂岩岩性组合、泥质灰岩或泥质白云岩岩性组合8类。

在上述分类中，硅质页岩、笔石页岩、黑色页岩这3类页岩均是富含有机质的页岩。为了便于区分泥质、砂质、灰质页岩我们把硅质页岩、笔石页岩、黑色页岩三种页岩归为一类岩石相。从而根据上述分类得出岩石相基本类型包括：页岩岩石相、灰质页岩岩石相、含粉砂质页岩岩石相、粉砂质页岩岩石相、泥质粉砂岩岩石相、泥质灰岩或泥质白云岩岩石相6类。

碳质含量是页岩气藏的关键指标，跟含气性密切相关。在实际勘探过程中碳质含量为页岩气勘探提供重要依据。本实施例在步骤S222中，根据碳质含量划分岩石相的碳质分级。按照碳质含量把岩石相划分为富碳、高碳、中碳、含碳4级，具体分级依据：

富碳岩石相的总有机碳含量≥4％；

4％＞高碳岩石相的总有机碳含量≥2％；

2％＞中碳岩石相的总有机碳含量≥1％；

含碳岩石相的总有机碳含量＜1％。

其中：分级界限值1％、2％、4％是根据探井的总有机碳含量分布、现场解析含气量与总有机碳含量的投点图来确定。

这里需要指出的是，一般而言含碳既包括有机碳，也包括无机碳，在本实施例中仅指有机碳。即在本实施例中，对于有机碳或碳质这一关键标志中我们只考虑有机碳。但是在本发明其他实施例中，可以根据实际需要在分级中加入对无机碳或其他类型的碳质的考虑。

硅质含量与岩石的硬度密切相关。在实际情况下，石英等硅质矿物是脆性矿物的主体,而脆性矿物的确定跟压裂工程的实施目标的确定密切相关。因此，为了给开发提供依据，本实施例在步骤223中，按照硅质含量把岩石相划为高硅、中硅、低硅3级，具体分级依据：

高硅岩石相的硅质含量≥40％；

40％＞中硅岩石相的硅质含量≥30％；

低硅岩石相的硅质含量＜30％。

其中：分级界限值30％、40％是根据探井的硅质含量分布、脆性矿物含量与硅质含量的投点图来确定。

这里需要指出的是，由于石英等硅质矿物的主要成分为SiO2，因此为方便描述，在本说明书的描述中我们只描述硅质含量。同时，在本实施例中对于石英或硅质这一关键标志中我们统一的只粗略考虑硅质，以下将不再赘述。但是在本发明其他实施例中，可以根据实际需要在分级中加入对石英或其他类型的硅质矿物的细化考虑。

在步骤S220中，考虑到页岩气藏的开发尤其是压裂改造工程技术的特点，基于以上分类分级定义按照地质、开发、工程三者一体化的原则，建立岩石相分类规则(表1)。

表1

基于表1可以对所述待分析页岩层段内的各个岩石相进行分析，得出对应于所述分类命名规则的各个岩石相类型划分结果。岩石相类型划分以岩石相基本类型加碳质与硅质前缀定名，碳质放前、硅质放后。

例如，某一岩石相中的岩性组合以灰质页岩为主，且有机碳含量≥4％、硅质含量≥40％，则划分为富碳高硅灰质页岩岩石相。

在步骤S130，识别岩石相界面以确定待分析页岩层段内的各个岩石相边界。

在步骤S141中，根据岩石类型或岩性组合分析待分析页岩层段内的各个岩石相基本类型。其具体分类过程依照上述岩石相分类命名方案执行，这里就不再赘述。

在步骤S142中，根据碳质含量分析待分析页岩层段内的各个岩石相碳质分级。例如：

总有机碳(TOC)含量≥4％的点的频率占20％-40％，且对应的含气量≥1.7m³/t，为产气层,属于极好级；

TOC含量在4％-2％之间的点的频率占20％，对应的含气量≥1.5m³/t，属好级；

TOC含量在2％-1％之间的点的频率占1/3强，对应的含气量≥1.0m³/t，属中等；

TOC含量＜1％的点的频率占5％-20％，但对应的含气量＜0.5m³/t，属差级。

其具体分级过程以及分级方法依照上述岩石相分类命名方案执行，这里就不再赘述。

在步骤143中，根据硅质含量分析待分析页岩层段内的各个岩石相硅质分级。例如：

硅质含量≥40％的点的频率占1/3，且对应的脆性矿物均≥60％，可压裂性属于好级；

硅质含量在40％-30％之间的点的频率也占1/3，但对应的脆性矿物≥60％的仅占1/2，可压裂性中等；

硅质含量＜30％的点的频率占10％-30％，但对应的脆性矿物均≥60％的基本无，可压裂性差。

待所有分类以及分级完成后，在步骤S140中，基于岩石相分类命名方案即分类命名规则(表1)对待分析页岩层段内的各个岩石相进行分析，得出对应于分类命名规则的各个岩石相类型划分结果。

然后在步骤S150中，基于岩石相类型划分结果根据测井响应值、测井解释结果以及实验测试数据来描述所述各个岩石相的特征，从而明确其中有利的岩石相。在本实施例中，有利岩石相是指TOC不低于2％、硅质含量不少于30％的岩石体。当然的，在实际操作过程中，也可根据实际需要制定不同的有利岩石相标准。

在本实施例中，先基于表1将不同探井不同岩石相类型的测井响应值与测井解释结果制作统计表；然后将不同岩石相类型的实验测试数据制作统计表。将上述统计表汇总，从而利用汇总的统计表从有机地化、储集性能、矿物组成、含气性、测井响应等多个方面对岩石相进行特征描述，从而明确有利的岩石相类型。在本实施例中，岩石相的实验测试数据包括压汞、成像测井裂缝、孔隙度与渗透率、矿物组成、TOC含量、氩离子抛光与纳米孔孔隙度、现场解析含气量等。当然的在本发明其他实施例中，也可采用其他实验测试数据。

接着在步骤S160中，基于对各个岩石相特征描述和所明确的有利岩石相来分析待分析页岩层段内的有利岩石相的分布范围。在岩石相特征描述与岩石相是否有利的分析基础上，通过制图方法，基于不同方向特征分析研究岩石相分布。从而得出：纵向上，有利岩石相分布是位于页岩段的顶部、中部或者底部；侧向上，有利岩石相形态、厚度变化、延伸长度等；在平面上，岩石相的品质及其分布范围。

最后在步骤S170中，基于压裂测试数据根据岩石相分布范围和各个岩石相的特征描述来综合评价待分析页岩层段内的各个岩石相，从而得到待分析页岩层段岩石相综合评价分类结果。在此过程中，先根据压裂测试数据制作相关图版，从而确定岩石相综合评价标准，以开展岩石相综合评价。本实施例中，岩石相综合评价标准包括：岩石相在测井上的综合评价标准和岩石相在地质上的综合评价标准。

首先确定岩石相在测井上的综合评价标准。在本实施例中，设定综合评价标准为：自然伽玛(GR)＞175API；补偿中子测井(CNL)＜15％；地层密度测井(DEN)＜2.5g/cm³；深测向电阻率＞35Ω.m；声波时差(AC)＜235μs/m。在评价过程中，如果有测井数据的但没有实验测试数据的，只要同时满足测井上的综合评价标准的前3项就定为Ⅰ类岩石相，如果既有实验测试数据的又有测井数据的，则以实验测试数据为准。

然后确定岩石相在地质上的综合评价标准。在本实施例中，定义TOC含量＞3.0％，总含气量＞1.5m³/t，脆性矿物＞55％，孔隙度＞1.8％。只要满足上述地质上的综合评价标准的前3项就定为Ⅰ类岩石相，如果既有实验测试数据的又有测井数据的，以实验测试数据为准。

基于测井上、地质上的综合评价标准，根据步骤S120-S160的分析结果评价出Ⅰ、Ⅱ类岩石相。例如富碳高硅、富碳中硅、高碳高硅类的岩石相均同时满足Ⅰ类岩石相的标准。

最终，在步骤S180中，根据所述综合评价分类结果结合探井的实际情况提出压裂施工建议，进而进行压裂施工。从而开展以岩石相为单元的评层选段、压裂选层中的“优中选优”，以达到降本增效的经济目标与提高页岩油气单井产能的目标。例如在根据本发明一实施例的压裂施工中，首先压裂Ⅰ类岩石相；然后加大压裂强度以扩展垂向上裂缝高度从而动用Ⅱ类岩石相。如果完钻、完井后，钻井轨迹是在不太有利的岩石相中穿行的话，则可以考虑分段压裂。即先压裂好的、再压裂差的。并且可以开展定向压裂，以延伸人工裂缝向下或向下至Ⅰ类岩石相，这样也可以通过后期定向或二次压裂技术帮助提高产能。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。本发明所述方法还可有其他多种实施例，在不背离本发明实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种页岩层段岩石相分析方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：

步骤一，基于若干关键标志对岩石相进行分类以建立对应于所述关键标志的岩石相分类命名规则；其中，所述关键标志包含岩石类型或岩性组合、有机碳或碳质、石英或硅质；

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于岩性特征划分所述岩性组合，根据所述岩性组合中占比≥50％的特定岩石类型划分岩石相基本类型；基于所述岩石类型或所述岩性组合划分的岩石相基本类型包括：页岩岩石相、灰质页岩岩石相、含粉砂质页岩岩石相、粉砂质页岩岩石相、泥质粉砂岩岩石相、泥质灰岩、泥质白云岩岩石相。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据探井的总有机碳含量分布、现场解析含气量与总有机碳含量的投点图确定碳质含量分级界限；根据所述碳质含量分级界限划分岩石相类型；基于所述碳质含量分级界限划分的岩石相类型包括富碳岩石相、高碳岩石相、中碳岩石相、含碳岩石相。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据探井的硅质含量分布、脆性矿物含量与硅质含量的投点图确定硅质含量分级界限；根据所述硅质含量分级界限划分岩石相类型；基于所述硅质含量分级界限划分的岩石相类型包括高硅岩石相、中硅岩石相、低硅岩石相。

5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤四中，根据所述待分析页岩层段内不同探井中不同岩石相类型的测井响应值与测井解释结果以及所述不同岩石相类型的实验测试数据制作汇总统计表；利用所述汇总统计表对所述岩石相进行特征描述。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤五中，通过制图方法分析所述有利岩石相的分布层位与范围，从而得到基于不同方向特征的所述有利岩石相的分布范围描述，其中，所述方向特征包括：

侧向上，有利岩石相几何形态、厚度变化、延伸长度；

平面上，岩石相品质及其分布范围。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤六中，根据所述压裂测试数据制作相关图版，从而确定用以进行岩石相综合评价的岩石相综合评价标准。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述岩石相综合评价标准包括：测井上的综合评价标准和地质上的综合评价标准。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤七，结合探井的实际情况根据所述综合评价结果进行压裂施工。