CN105275456A - 一种利用测井资料识别优质泥页岩的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用测井资料识别优质泥页岩的方法，属于石油天然气勘探开发、地球物理领域。本方法首先进行测井资料预处理，包括对测井曲线进行环境校正、深度校正以及标准化等。然后进行下面的步骤：步骤1：利用自然伽马测井曲线区分泥页岩层和非泥页岩层；步骤2：利用自然伽马能谱测井的钍曲线和钾曲线的比值以及钍曲线和铀曲线的比值判别泥页岩层的沉积环境；步骤3：如果步骤2中判别出的沉积环境是还原、低能环境，则计算泥页岩层中有机质和粘土矿物的含量；步骤4：在步骤3的基础上，识别优质泥页岩层和非优质泥页岩层。

Description

一种利用测井资料识别优质泥页岩的方法

技术领域

本发明属于石油天然气勘探开发、地球物理领域，具体涉及一种利用测井资料识别优质泥页岩的方法，尤其适用于页岩气等非常规油气领域。

背景技术

页岩气是全球非常规油气资源的重要组成部分，页岩气资源较为丰富，资源前景巨大，北美是目前全球唯一实现页岩气商业化开采的地区，油气资源的紧缺促使中国加快了页岩气的勘探进程，目前页岩气的勘探开发已成为国内油气勘探的热点，与常规气有所不同，它储存在泥页岩之中，所以优质泥页岩层的识别成了开展页岩气研究的基础，在此基础上才能更加准确地求取储层参数。

页岩气藏与常规气藏相比，具有较弱的敏感地球物理参数特征。页岩气常以吸附状态赋存于页岩中，游离气含量少，使得泥页岩的测井响应特征面临新的探索，这也增大了利用测井技术识别优质泥页岩的难度。

通过文献调研发现，专利名为《一种基于伽马能谱的泥页岩储层及铀矿矿点现场识别方法》(专利号：201210087844.5)的发明提出了基于伽马能谱的泥页岩储层现场识别方法，通过连续对钻井液中相应深度的岩屑进行采样，或者对钻井取心获得的岩心按照相应的深度进行采样，利用伽马能谱探头对样品进行测量，然后根据测量结果，得到铀、钍、钾元素的计数率和活度以及总伽马值，计算出实测岩石中铀、钍、钾含量的变化曲线，从而利用该曲线的变化特征来识别泥页岩储层。这种方法经济有效，在钻井现场进行伽马能谱测量，避免了岩石样品受到外界环境的影响，保证了测量结果的准确性。但本技术存在以下问题：(1)无法识别泥页岩层品质的好坏；(2)利用信息较单一，识别结果存在一定的局限性。

另外，2012年肖昆在《科技导报》(刊号ISSN1000-7857)第30卷第18期上发表的文章《页岩气储层测井响应特征及识别方法研究》中提出利用常规测井技术识别页岩和含气页岩的方法，文章认为常规测井系列对泥页岩层有较好的响应，表现出“四高三低”的特征，即：高自然伽马、高铀、高声波时差、相对高电阻率、低密度、低中子以及低无铀伽马。在页岩气储层识别的实际工作中，需要利用常规测井曲线组合法、ΔlogR识别法以及介电常数识别法等方法，首先划分出泥页岩发育的层段，再从泥页岩层中识别出含气泥页岩，进而对储层进行定性、半定量评价。本方法存在以下问题：(1)未充分利用自然伽马能谱测井，这种测井项目信息丰富，包含较多的地质意义；(2)未能形成一套系统、全面的识别方法。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提供一种利用测井资料识别优质泥页岩的方法，提高优质泥页岩层识别的全面性和准确性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

首先进行测井资料预处理，包括对测井曲线进行环境校正、深度校正以及标准化等。然后进行下面的步骤：

步骤1：利用自然伽马测井曲线区分泥页岩层和非泥页岩层；

步骤2：利用自然伽马能谱测井的钍曲线和钾曲线的比值以及钍曲线和铀曲线的比值判别泥页岩层的沉积环境；

步骤3：如果步骤2中判别出的沉积环境是还原、低能环境，则计算泥页岩层中有机质和粘土矿物的含量；

步骤4：在步骤3的基础上，识别优质泥页岩层和非优质泥页岩层。

所述步骤1是这样实现的：

自然伽马大于等于120API为泥页岩层，小于120API则为非泥页岩层。

所述步骤2是这样实现的：

利用钍曲线和钾曲线的比值反映沉积相，钍曲线和钾曲线的比值在10以上为高能环境，6-10之间为亚高能环境，3-6之间为低能环境；

利用钍曲线和铀曲线的比值反映化学相，钍曲线和铀曲线的比值大于7为陆相沉积，属氧化环境或风化壳，2-7之间为海陆过渡沉积，属还原环境，小于2为海相沉积，属强还原环境。

所述步骤3包括：

(1)计算地层中有机质的含量

以泥页岩上、下相邻的致密岩性为基准岩性，在基准岩性深度段内，通过曲线重叠法将铀曲线和密度曲线进行重叠，并确定两条曲线的左、右刻度值，然后利用刻度值对曲线进行归一化差值处理，归一化差值处理的公式如下：

$\mathrm{OM}=\frac{U-u_1}{u_2-u_1}-\frac{\mathrm{DEN}-{\mathrm{den}}_1}{{\mathrm{den}}_2-{\mathrm{den}}_1}$

式中U、DEN、OM分别为铀、密度、有机质含量曲线，参数u₁、u₂、den₁、den₂为使用曲线重叠法确定的铀和密度曲线的左、右刻度值；

在泥页岩层内，归一化差值处理后的曲线值越大，地层中有机质含量越高。曲线值的大小表示地层中有机质的百分含量；

(2)计算地层中粘土矿物的含量

以泥页岩上、下相邻的致密岩性为基准岩性，在基准岩性深度段内，通过曲线重叠法将钍曲线和钾曲线进行重叠，并确定两条曲线的左、右刻度值，然后利用刻度值对曲线进行归一化差值处理，归一化差值处理的公式如下所示：

$\mathrm{CM}=\frac{\mathrm{TH}-{\mathrm{th}}_1}{{\mathrm{th}}_2-{\mathrm{th}}_1}+\frac{K-k_1}{k_2-k_1}$

式中，TH、K、CM分别为钍、钾、粘土矿物含量曲线，参数th₁、th₂、k₁、k₂为使用曲线重叠法确定的钍和钾曲线的左、右刻度值；

在泥页岩层内，归一化差值处理后的曲线值越大，地层中粘土矿物的含量越高，曲线值的大小表示地层中粘土矿物的百分含量。

所述步骤4是这样实现的：

有机质含量在10％以上、粘土矿物含量在60％以下的地层为一类优质层；有机质含量在10％以上、粘土矿物含量在60％以上的地层为二类优质层；有机质含量在0-10％之间为非优质层。

与现有技术相比，本方法具有两个显著特点：

(1)引入自然伽马能谱测井，判别泥页岩层的沉积环境、有机质和粘土矿物的含量，反映更多的地质信息；

(2)充分利用常规测井资料，采用多种方法结合的方式进行递进式描述，相互验证，相互支撑，更加系统、全面地识别优质泥页岩层。

通过研究区现有的页岩气井验证可知，识别成果和分析化验资料吻合效果较好，能够更好地服务于页岩气泥页岩评价和试气选层方面的工作。

附图说明

图1是本次发明方法的步骤框图；

图2是本次发明实例中利用测井信息进行重叠识别的示例图；

图3是利用钍、钾曲线判别沉积相的交会图版；

图4是利用钍、铀曲线判别化学相的交会图版。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

本发明提出一种利用常规测井曲线重叠和交会对优质页岩气层进行系统、有效识别的方法，如图1所示，实现步骤如下：

首先进行测井资料预处理，包括对测井曲线进行环境校正、深度校正以及标准化等。然后进行下面的步骤：

步骤1：利用自然伽马曲线区分泥页岩层和非泥页岩层

当地层不含花岗石等高放射性物质时，自然伽马是指示地层泥质含量最敏感的曲线，自然伽马异常随泥质含量的增加而增大。所以，自然伽马曲线可以作为泥页岩层的指示曲线。

图2中，自然伽马曲线(第一道)可有效的区分泥页岩层(2327-2415m)和非泥页岩层(2327m以上和2415m以下)，泥页岩的自然伽马曲线偏高，整体在120API以上，以此值作为伽马基线加以区分。

步骤2：利用自然伽马能谱测井的钍钾比和钍铀比判别泥页岩层的沉积环境

沉积环境是泥页岩优质与否的重要判断依据。自然伽马能谱测井较多的反映地质信息，可以有效判别泥页岩的沉积环境。由铀、钍、钾元素的性质可知，钍元素的含量在高能环境下比低能环境下高，铀和钾元素与之相反，高能环境下比低能环境下低。另外，铀元素含量与氧化还原条件有关，还原作用越强，铀元素含量越高。

所以，可利用钍曲线和钾曲线的比值(简称钍钾比)反映沉积相，钍钾比在10以上为高能环境，6-10之间为亚高能环境，3-6之间为低能环境；利用钍曲线和铀曲线的比值(简称钍铀比)反映化学相，钍铀比大于7为陆相沉积，属氧化环境或风化壳，2-7之间为海陆过渡沉积，属还原环境，小于2为海相沉积，属强还原环境。

从图3可以看出，钍钾比的数据点在Th/K＝6的两侧均有分布，多数在3-6之间，说明本井段的泥页岩沉积过程中处于亚高能到低能环境，主要为低能环境。

从图4可以看出，钍铀比所有的数据点都分布在Th/U＝7的右侧，并且偏离较远，在Th/U＝2的两侧均有分布，说明本套泥页岩为海相或海陆过渡相沉积，是还原到强还原环境下形成的产物。另外，随着深度变浅，Th/U值从极小值开始越来越大，说明在沉积过程中水体由深水逐渐变浅，海水从强还原环境向还原环境过渡，还原作用减弱。

综合以上分析，本套泥页岩整体处于水动力较弱、缺氧的沉积相带，以亚高能到低能、还原到强还原的海相沉积为主，是有利于页岩气形成的沉积环境。

步骤3：计算泥页岩层中有机质和粘土矿物的含量

步骤2确定本段地层沉积时为低能、还原到强还原环境，有利于页岩气的形成。在此基础上计算泥页岩层中有机质和粘土矿物的含量，步骤3细分为两步：

(1)计算地层中有机质的含量

有机质的富集使泥质沉积物吸附大量铀离子，地层中的铀含量明显升高。另外，泥页岩中有机质的密度一般在1.03～1.10g/cm³之间，明显低于围岩基质的密度，使优质泥页岩的密度测井值降低，富含有机质的低孔泥页岩中，地层密度的变化对应于有机质丰度的变化。

铀曲线和密度曲线对有机质有较敏感的响应，利用这两条曲线可计算地层中有机质的含量。以泥页岩上、下相邻的致密岩性为基准岩性(泥质含量较低的灰岩或砂岩)，在基准岩性深度段内，通过曲线重叠法将铀曲线和密度曲线进行重叠，并确定两条曲线的左、右刻度值，然后利用刻度值对曲线进行归一化差值法处理。归一化差值法的公式如下：

$\mathrm{OM}=\frac{U-u_1}{u_2-u_1}-\frac{\mathrm{DEN}-{\mathrm{den}}_1}{{\mathrm{den}}_2-{\mathrm{den}}_1}$

式中U、DEN、OM分别为铀、密度、有机质含量曲线，参数u₁、u₂、den₁、den₂为使用曲线重叠法确定的铀和密度曲线的左、右刻度值。

在泥页岩层内，差值归一化处理后的曲线值越大，地层中有机质含量越高。曲线值的大小表示地层中有机质的百分含量。

(2)计算地层中粘土矿物的含量

粘土矿物的含量与地层可压裂性之间存在较大关系，粘土矿物含量越高，脆性矿物含量相应越少，地层脆性指数越低，可压裂性越差。粘土矿物在自然伽马能谱测井上有一定的响应特征，即钾含量相对较高，钍含量较低。

以泥页岩上、下相邻的致密岩性为基准岩性(泥质含量较低的灰岩或砂岩)，在基准岩性深度段内，通过曲线重叠法将钍曲线和钾曲线进行重叠，并确定两条曲线的左、右刻度值，然后利用刻度值对曲线进行归一化差值法处理。归一化差值法的公式如下所示：

$\mathrm{CM}=\frac{\mathrm{TH}-{\mathrm{th}}_1}{{\mathrm{th}}_2-{\mathrm{th}}_1}+\frac{K-k_1}{k_2-k_1}$

式中，TH、K、CM分别为钍、钾、粘土矿物含量曲线，参数th₁、th₂、k₁、k₂为使用曲线重叠法确定的钍和钾曲线的左、右刻度值。

在泥页岩层内，差值归一化处理后的曲线值越大，地层中粘土矿物的含量越高。曲线值的大小表示地层中粘土矿物的百分含量。

本实施例中计算有机质和粘土矿物的含量步骤如下：

(1)计算地层中有机质的含量

以泥页岩层下部的灰岩为基准岩性(2415-2420m)，通过曲线重叠法将铀曲线和密度曲线进行重叠，确定两条曲线的左、右刻度值，然后利用归一化差值法计算地层中有机质的含量，如图2中第三道：

$\mathrm{OM}=\frac{U+12}{33+12}-\frac{\mathrm{DEN}-2.32}{3.32-2.32}$

式中U、DEN、OM分别为铀、密度、有机质含量曲线。

(2)计算地层中粘土矿物的含量

以泥页岩下部的灰性为基准岩性(2415-2420m)，通过曲线重叠法将钍曲线和钾曲线进行重叠，确定两条曲线的左、右刻度值，然后利用归一化差值法计算地层中粘土矿物的含量(图2中第5道)：

$\mathrm{CM}=\frac{\mathrm{TH}+10}{30+10}+\frac{K+12}{8+12}$

式中，TH、K、CM分别为钍、钾、粘土矿物含量曲线。

步骤4：在步骤3的基础上，识别优质泥页岩层和非优质泥页岩层。

优质泥页岩层应具有有机质含量高、易压裂的特性，下面结合步骤3确定优质泥页岩发育段。

有机质含量在10％以上、粘土矿物含量在60％以下的地层为一类优质层；有机质含量在10％以上、粘土矿物含量在60％以上的地层为二类优质层；有机质含量在0-10％之间为非优质层。

本实施例中，结合步骤3的计算结果，井段2361-2370m和2375-2411m段有机质含量整体大于10％，局部最高达到45-60％，粘土矿物含量小于60％，可压裂性好，品质较好，为一类优质层。井段2338-2341m和2344-2353m有机质含量大于10％，粘土矿物含量在60％以上，可压裂性稍差，为二类优质层。泥页岩层中的其余井段有机质含量在10％以上，品质较差，为非优质层。

从岩心分析化验的总有机碳含量来看(图2第七道)，上述一类、二类优质层的总有机碳含量均大于2％，品质较好；井深2375-2411m总有机碳含量整体在2％以上，部分井段在3-4％之间，品质最佳。与本发明的结果一致，进一步说明了本发明识别优质泥页岩层准确度高、适用性强的特点。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (5)

1.一种利用测井资料识别优质泥页岩的方法，其特征在于：所述方法包括：

首先进行测井资料预处理，包括对测井曲线进行环境校正、深度校正以及标准化等。然后进行下面的步骤：

步骤1：利用自然伽马测井曲线区分泥页岩层和非泥页岩层；

步骤2：利用自然伽马能谱测井的钍曲线和钾曲线的比值以及钍曲线和铀曲线的比值判别泥页岩层的沉积环境；

步骤3：如果步骤2中判别出的沉积环境是还原、低能环境，则计算泥页岩层中有机质和粘土矿物的含量；

步骤4：在步骤3的基础上，识别优质泥页岩层和非优质泥页岩层。

2.根据权利要求1所述的利用测井资料识别优质泥页岩的方法，其特征在于：所述步骤1是这样实现的：

自然伽马大于等于120API为泥页岩层，小于120API则为非泥页岩层。

3.根据权利要求1所述的利用测井资料识别优质泥页岩的方法，其特征在于：所述步骤2是这样实现的：

利用钍曲线和钾曲线的比值反映沉积相，钍曲线和钾曲线的比值在10以上为高能环境，6-10之间为亚高能环境，3-6之间为低能环境；

利用钍曲线和铀曲线的比值反映化学相，钍曲线和铀曲线的比值大于7为陆相沉积，属氧化环境或风化壳，2-7之间为海陆过渡沉积，属还原环境，小于2为海相沉积，属强还原环境。

4.根据权利要求1所述的利用测井资料识别优质泥页岩的方法，其特征在于：所述步骤3包括：

(1)计算地层中有机质的含量

以泥页岩上、下相邻的致密岩性为基准岩性，在基准岩性深度段内，通过曲线重叠法将铀曲线和密度曲线进行重叠，并确定两条曲线的左、右刻度值，然后利用刻度值对曲线进行归一化差值处理，归一化差值处理的公式如下：

$\mathrm{OM}=\frac{U-u_1}{u_2-u_1}-\frac{\mathrm{DEN}-{\mathrm{den}}_1}{{\mathrm{den}}_2-{\mathrm{den}}_1}$

式中U、DEN、OM分别为铀、密度、有机质含量曲线，参数u₁、u₂、den₁、den₂为使用曲线重叠法确定的铀和密度曲线的左、右刻度值；

在泥页岩层内，归一化差值处理后的曲线值越大，地层中有机质含量越高，曲线值的大小表示地层中有机质的百分含量；

(2)计算地层中粘土矿物的含量

以泥页岩上、下相邻的致密岩性为基准岩性，在基准岩性深度段内，通过曲线重叠法将钍曲线和钾曲线进行重叠，并确定两条曲线的左、右刻度值，然后利用刻度值对曲线进行归一化差值处理，归一化差值处理的公式如下所示：

$\mathrm{CM}=\frac{\mathrm{TH}-{\mathrm{th}}_1}{{\mathrm{th}}_2-{\mathrm{th}}_1}+\frac{K-k_1}{k_2-k_1}$

式中，TH、K、CM分别为钍、钾、粘土矿物含量曲线，参数th₁、th₂、k₁、k₂为使用曲线重叠法确定的钍和钾曲线的左、右刻度值；

在泥页岩层内，归一化差值处理后的曲线值越大，地层中粘土矿物的含量越高，曲线值的大小表示地层中粘土矿物的百分含量。

5.根据权利要求1所述的利用测井资料识别优质泥页岩的方法，其特征在于：所述步骤4是这样实现的：

有机质含量在10％以上、粘土矿物含量在60％以下的地层为一类优质层；有机质含量在10％以上、粘土矿物含量在60％以上的地层为二类优质层；有机质含量在0-10％之间为非优质层。