CN105467465A - 利用孔隙度差值计算粘土含量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地质勘探测量领域，具体为一种利用孔隙度差值计算粘土含量的方法，包括以下步骤：S1岩心收集；S2对岩心分别开展孔隙度和X衍射全岩分析，以确定岩心的孔隙度和粘土含量；S3利用岩心孔隙度与中子、密度曲线的变化趋势对比实现岩心的深度归位。本发明的有益效果如下：本发明克服了传统粘土含量计算方法中因粘土中子、密度值难以确定，粘土矿物含量计算结果精度较差的问题；同时，现场油田中，中子与密度测井普及程度高；因此，可以将本发明的技术方案广泛运用于现场储层粘土矿物含量的计算。根据新疆油田大量砂岩储层粘土含量计算结果分析表明：利用本发明确定的粘土矿物含量精度较高，相对误差小于10％。

Description

利用孔隙度差值计算粘土含量的方法

技术领域

本发明涉及地质勘探测量领域，具体为一种利用孔隙度差值计算粘土含量的方法。

背景技术

现有技术一的技术方案

中子—密度交会法计算粘土含量(雍世和，张超谟.测井数据处理与综合解释.2007)

当拥有淡水砂岩刻度的中子(Φ_N)和密度孔隙度(Φ_D)值时，可以利用中子—密度孔隙度交会图版确定岩石的粘土含量。该方法中确定粘土含量的关键在于明确图版中的三个关键点，分别是骨架点、粘土点和水点。

砂砾岩的骨架矿物主要是石英，其次是长石，此外还有约1％的重矿物。长石又主要是抗风化能力强的正长石和微斜长石，而正长石和微斜长石的体积密度为2.57g/cm³，与石英的体积密度2.65g/cm³相差甚小。它们的中子测井值也与石英非常接近。因此，在测井解释中，一般不再区分石英与长石，常以石英代表砂砾岩的骨架矿物。当按砂岩刻度时，石英的中子孔隙度和密度孔隙度为Φ_N＝0％和Φ_D＝0％。因此，中子—密度交会图版的原点就是骨架点。当假定Φ_N＝100％并且Φ_D＝100％时，即岩石不含骨架，完全为孔隙水，即为水点。骨架点和水点是理想点，容易确定，它们的连线称之为含水纯砂岩线。若岩石仅仅由骨架和孔隙中的水组成，中子和密度孔隙度的交会点应分布在这条线上，从骨架点到水点，孔隙度逐渐增加。

由于粘土矿物中的氢氧根和粘土结晶水、束缚水的存在，粘土会使得岩石的快中子减速长度明显减小，即中子孔隙度明显增大。粘土对密度孔隙度的影响与粘土矿物的密度有关，如果粘土的密度大于骨架密度，会使得密度孔隙度减小。通常情况，受粘土的影响，中子孔隙度大于密度孔隙度，粘土点位于含水纯砂岩下方。骨架点与粘土点的连线称为泥岩线，线上点所代表岩石的孔隙度为0％，从骨架点到粘土点粘土含量逐渐增加。粘土点与水点的连线称为含水粘土线，线上点所代表的岩石由水和粘土组成，没有骨架的成分，从粘土点到水点孔隙度逐渐增大。图版中与含水纯砂岩线平行的一组虚线代表岩石中粘土含量。同一虚线所代表岩石的粘土含量相同，而孔隙度不同。不同虚线之间，所代表岩石粘土含量不同。骨架点、粘土点和水点构成三角形，不同孔隙度与不同粘土含量的砂砾岩所对应的点应该在三角形内部，点到含水纯砂岩线距离的变化代表粘土含量的变化，粘土点到含水纯砂岩线的距离代表粘土含量为100％，距离为0代表粘土含量为0％，经线性刻度可得到不同点对应的粘土含量，具体的计算公式为：

$V_{cl}=\frac{|{\mathrm{\φ}}_N-{\mathrm{\φ}}_D|}{|{\mathrm{\φ}}_{Nclay}-{\mathrm{\φ}}_{Dclay}|}---\left(1\right)$

现有技术一的缺点

该方法中：骨架点、水点多为理论值，很容易确定；然而，粘土点的位置难以确定，因为不同地区粘土矿物类型、含量及其结晶水、束缚水存在差异，这些因素均会影响其骨架点值的确定。

现有技术二的技术方案

中子与密度组合法计算粘土含量(谭廷栋.测井解释粘土矿物.1987)

对于中子和密度测井而言，岩石泥质当中的非粘土部分与骨架的性质相似，所以可以将这两种测井方法对应的岩石体积物理模型分为三个部分，分别为骨架、粘土和孔隙。中子测井测量井内岩石含氢量的变化，粘土矿物中的氢氧根及其束缚水、结晶水使得含氢量增加。密度测井测量井内岩石体积密度的变化，当粘土密度小于骨架密度时，粘土引起岩石体积密度降低，反之当粘土密度大于骨架密度时，粘土引起岩石体积密度增加。如果把含氢量和体积密度分别转换成中子孔隙度和密度孔隙度，就可以运用中子与密度组合法求取粘土含量。

中子与密度组合法认为骨架不含氢，中子孔隙度由粘土和孔隙中的流体提供。同样，密度孔隙度也是由粘土和孔隙流体引起。综上，中子与密度组合法将建立以下方程组：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Φ}}_N=V_{cl}{\mathrm{\Φ}}_{Ncl}+V_f{\mathrm{\Φ}}_{Nf}\\ {\mathrm{\Φ}}_D=V_{cl}{\mathrm{\Φ}}_{Dcl}+V_f{\mathrm{\Φ}}_{Df}\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中Φ_N—中子孔隙度，％；

Φ_D—密度孔隙度，％；

V_cl—粘土含量，％；

V_f—孔隙流体占整个岩石的体积百分数，即岩石真实孔隙度的大小，％；

Φ_Ncl—粘土中子孔隙度，％；

Φ_Dcl—粘土密度孔隙度，％；

Φ_Nf—孔隙流体中子孔隙度，％；

Φ_Df—孔隙流体密度孔隙度，％。

通过上述方程有计算粘土含量的公式如下：

$V_{cl}=\frac{{\mathrm{\Φ}}_N{\mathrm{\Φ}}_{Df}-{\mathrm{\Φ}}_D{\mathrm{\Φ}}_{Nf}}{{\mathrm{\Φ}}_{Ncl}{\mathrm{\Φ}}_{Df}-{\mathrm{\Φ}}_{Dcl}{\mathrm{\Φ}}_{Nf}}---\left(3\right)$

现有技术二的缺点

该方法中：与中子孔隙度、密度孔隙度交会法相似，粘土的中子孔隙度与密度孔隙度难以确定。

现有技术三的技术方案

自然伽马能谱测井计算粘土含量

地下岩石的自然放射性主要由岩石中铀、钍和钾的含量确定的。铀的化学性质较为活泼，其沉积与吸附、还原和有机质作用相关，受风化、运移、富集过程等因素的影响较为复杂，通常不是粘土含量的可靠指示元素。钍的化合物性质稳定，运移以机械风化迁移为主，粘土矿物对钍的选择性吸附以及钍在稳定矿物中的存在是控制沉积岩中钍分布的主要因素，因此钍可以作为粘土矿物指示剂。钾的离子半径较大，极化率高，易于被粘土矿物所吸附，所以钾的含量也可以指示粘土的含量。

自然伽马能谱测井计算粘土含量主要是通过实验分析粘土含量与各放射性元素含量之间的回归分析，建立粘土含量的计算模型。此模型可以是粘土含量与钍含量的回归模型，可以是粘土含量与钾含量的回归模型，也可以是粘土含量与铀、钍含量的多元回归模型。对部分地区，铀也可以指示粘土含量，可以建立粘土含量与铀、钍、钾三者之间的多元回归模型。此外，对钍钾比和粘土含量进行相关分析也可以得到粘土含量与钍含量、钾含量、钍钾比三者之间的关系。

现有技术三的缺点

(1)自然伽马能谱测井成本较高，难以广泛使用。

(2)岩石中存在细粉砂、灰泥等粒径与粘土矿物相当的细粒沉积物，这些成分也会吸附一定数量的放射性矿物，使得最终得到的粘土含量偏大。

现有技术四的技术方案

泥质含量与粘土含量相关法(莫修文.葡西地区油气储层泥质与粘土含量的计算方法研究.2006)

粘土作为泥质的一部分，其主要成分是各种粘土矿物，包括蒙脱石、高岭石、伊利石、绿泥石及其混合体。泥质中除了粘土以外的其它成分通常近似认为与骨架相一致。因此，粘土的数量及成分是影响泥质性质的最主要因素。对某一特定层位的岩石，粘土的成分及其含水率基本保持不变，粘土的含量随泥质含量的增加而增加。泥质含量与粘土含量相关法会应用大量的岩心粒度分析泥质含量与粘土含量资料，经相关分析得到用泥质含量计算粘土含量的模型。

现有技术四的缺点：

(1)需要大量的岩心粒度分析泥质含量与粘土含量资料。

(2)当泥质含量计算不准确时，会影响粘土含量计算的准确性。

现有技术五的技术方案

一种基于电成像测井资料的复杂地层粘土含量测量方法(葛新民.2015)

用电成像测井资料计算粘土含量的流程如下：对岩心分别进行地面伽马测量和X衍射分析，确定岩心的伽马值和粘土含量；应用地面伽马值和测井伽马值的对比实现岩心的深度归位；读取岩心实际深度所对应的电成像测井资料并进行图像预处理；对预处理后的电成像测井数据进行直方图统计，得到电阻率分布；应用共轭梯度最优化技术得到泥岩的电阻率分布范围界限，进而统计粘土体积含量；再结合实验所得粘土含量将体积含量校正成质量分数，得到可靠的粘土含量。

现有技术五的缺点

(1)电成像测井成本较高，难以广泛使用。

(2)细粉砂、灰泥等细粒沉积物的电阻率与粘土接近，难以与粘土有效区分，使得计算的粘土含量可能偏大。

粘土含量是储层岩石的基本特征参数之一；粘土含量的高低可以影响储层的发育程度、束缚水饱和度的大小、压裂工艺措施等；目前计算粘土矿物含量的方法有中子—密度交会法、中子与密度组合法、自然伽马能谱测井计算法、电成像测井资料计算法；然而，中子—密度交会法、中子与密度组合法均需要确定粘土矿物的中子、密度值，受粘土矿物类型、含量变化的影响，粘土矿物的中子、密度值难以确定，影响了两种方法计算结果的精度；而自然伽马能谱法、电成像密度法，由于其测井资料较少，其实用性较差。因此，鉴于此，拟希望建立一种利用常规中子、密度测井曲线计算粘土含量的新方法。

本发明涉及到的一些相关名词解释：

1)中子孔隙度指经刻度后中子测井仪器测出的地层孔隙度。中子测井仪器的放射性中子源在井眼中向地层发射快中子，快中子与地层岩石发生相互作用后慢化为热中子，在离放射性中子源一定距离的地方探测热中子的多少，就能反映出岩石宏观减速能力的强弱。探测到的热中子多，则快中子慢化为热中子的量多，岩石的宏观减速能力强，快中子减速长度短。岩石的快中子减速长度主要由含氢量决定。实际地层中，中子孔隙度受岩石孔隙中流体、粘土束缚水与粘土结晶水的综合影响。

(2)密度孔隙度是利用密度测井仪器测量的岩石视密度，经岩石体积物理模型转化得到的孔隙度。密度测井仪器伽马源向地层发射相对低能的伽马射线，伽马射线与地层岩石主要发生康普顿散射作用和光电效应，通过测量散射伽马射线可以反映岩石电子密度的大小，而岩石电子密度与岩石本身的密度相关。实际地层中密度孔隙度主要受骨架矿物成分、孔隙流体性质的影响。

(3)粘土是指颗粒粒径约小于4μm粘土矿物的总称，主要成分是各种粘土矿物及其束缚水、结晶水。

(4)粘土含量包括两种，一种是粘土占整个岩石的体积百分数，另一种是粘土占整个岩石的质量百分数。在骨架、粘土性质及其它因素不变的情况下，粘土体积百分数越大质量百分数就越大，两者都能良好的反映粘土在岩石中的含量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用孔隙度差值计算粘土含量的方法，针对上述方法中因粘土中子孔隙度、粘土密度孔隙度确定困难，以及自然伽马能谱测井资料、电成像测井资料较少等实际情况，建立一种基于常规中子与密度测井资料计算粘土含量的新方法。

为了解决以上问题，本发明采用的技术方案如下，一种利用孔隙度差值计算粘土含量的方法，包括以下步骤：

S1岩心收集；

S2对岩心分别开展孔隙度和X衍射全岩分析，以确定岩心的孔隙度和粘土含量；

S3利用岩心孔隙度与中子、密度曲线的变化趋势对比进行岩心的深度归位；

S4利用中子曲线，计算视砂岩中子孔隙度；

S5利用密度曲线与岩心孔隙度进行线性回归，计算得到储层密度骨架值；基于密度骨架值，利用岩石体积物理模型，计算变骨架密度孔隙度；

S6计算视砂岩中子孔隙度与变骨架密度孔隙度的差值；

S7粘土矿物含量与孔隙度差值进行回归分析，得到粘土含量计算模型。

作为优选，S4具体如下：视砂岩中子孔隙度计算公式：Φ_CNL＝CNL+1.5，式中：Φ_CNL为视砂岩中子孔隙度，％；CNL为以石灰岩刻度的中子测井值，％；将视灰岩中子测井值转变为视砂岩中子孔隙度值需加上砂岩中子骨架值1.5。

作为优选，S5具体如下：利用密度曲线值与岩心孔隙度线性回归公式：DEN＝-0.017×Φ_岩心+2.68；其中，Φ_岩心为岩心分析孔隙度值，当其值为0，即岩石为纯骨架时，确定岩石密度骨架值DEN_ma为2.68；然后，确定密度变骨架密度孔隙度值为：Φ_DEN＝(DEN_ma-DEN)/(DEN_ma-DF)×100％，式中：Φ_DEN为计算的密度孔隙度值,％；DEN为密度测井值，g/cm³；DF为流体密度值，取值为1g/cm³。

作为优选，S6具体如下：计算视砂岩中子孔隙度与变骨架密度孔隙度差值为：CSH＝Φ_CNL-Φ_DEN。

作为优选，S7具体如下：将CSH与X衍射全岩分析粘土矿物含量做回归分析，确定粘土含量V_clay计算模型为：V_clay＝0.423×CSH+0.4957，式中：V_clay为粘土矿物含量，％；

作为优选，还包括以下步骤：模型校验，如果计算粘土含量与实验分析粘土含量相对误差小于10％，说明模型适用，可用于实际井资料的粘土含量计算，如果相对误差大于10％，则需要重新建立粘土含量计算模型。

本发明的有益效果如下：本发明克服了传统粘土含量计算方法中因粘土中子、密度值难以确定，粘土矿物含量计算结果精度较差的问题；同时，现场油田中，中子与密度测井普及程度高；因此，可以将本发明的技术方案广泛运用于现场储层粘土矿物含量的计算。根据新疆油田大量砂岩储层粘土含量计算结果分析表明：利用本发明确定的粘土矿物含量精度较高，相对误差小于10％。

附图说明

图1为中子与密度孔隙度差值法计算粘土含量流程图；

图2为岩心孔隙度与密度测井值交会确定岩石骨架密度值示意图；

图3为粘土矿物含量与孔隙度差值回归分析确定粘土含量计算模型示意图；

图4为新疆油田砂砾岩储层粘土矿物含量计算结果图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例：一种利用孔隙度差值计算粘土含量的方法，包括以下步骤：

S1岩心收集；

S2对岩心分别开展孔隙度和X衍射全岩分析，以确定岩心的孔隙度和粘土含量；

S3利用岩心孔隙度与中子、密度曲线的变化趋势对比进行岩心的深度归位；

S4利用中子曲线，计算视砂岩中子孔隙度；

S5利用密度曲线与岩心孔隙度进行线性回归，计算得到储层密度骨架值；基于密度骨架值，利用岩石体积物理模型，计算变骨架密度孔隙度；

S6计算视砂岩中子孔隙度与变骨架密度孔隙度的差值；

S7粘土矿物含量与孔隙度差值进行回归分析，得到粘土含量计算模型；

S8模型校验，如果计算粘土含量与实验分析粘土含量相对误差小于10％，说明模型适用，可用于实际井资料的粘土含量计算，如果相对误差大于10％，则需要重新建立粘土含量计算模型。

进一步地：S4具体如下：视砂岩中子孔隙度计算公式：Φ_CNL＝CNL+1.5，式中：Φ_CNL为视砂岩中子孔隙度，％；CNL为以石灰岩刻度的中子测井值，％；将视灰岩中子测井值转变为视砂岩中子孔隙度值需加上砂岩中子骨架值1.5。

进一步地：S5具体如下：利用密度曲线值与岩心孔隙度线性回归公式：DEN＝-0.017×Φ_岩心+2.68；其中，Φ_岩心为岩心分析孔隙度值，当其值为0，即岩石为纯骨架时，确定岩石密度骨架值DEN_ma为2.68；然后，确定密度变骨架密度孔隙度值为：Φ_DEN＝(DEN_ma-DEN)/(DEN_ma-DF)×100％，式中：Φ_DEN为计算的密度孔隙度值,％；DEN为密度测井值，g/cm³；DF为流体密度值，取值为1g/cm³。

进一步地：S6具体如下：计算视砂岩中子孔隙度与变骨架密度孔隙度差值为：CSH＝Φ_CNL-Φ_DEN。

进一步地：S7具体如下：将CSH与X衍射全岩分析粘土矿物含量做回归分析，确定粘土含量(V_clay)计算模型为：V_clay＝0.423×CSH+0.4957，式中：V_clay为粘土矿物含量，％。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种利用孔隙度差值计算粘土含量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1岩心收集；

S2对岩心分别开展孔隙度和X衍射全岩分析，以确定岩心的孔隙度和粘土含量；

S3利用岩心孔隙度与中子、密度曲线的变化趋势对比进行岩心的深度归位；

S4利用中子曲线，计算视砂岩中子孔隙度；

S5利用密度曲线与岩心孔隙度进行线性回归，计算得到储层密度骨架值；基于密度骨架值，利用岩石体积物理模型，计算变骨架密度孔隙度；

S6计算视砂岩中子孔隙度与变骨架密度孔隙度的差值；

S7粘土矿物含量与孔隙度差值进行回归分析，得到粘土含量计算模型。

2.根据权利要求1所述的一种利用孔隙度差值计算粘土含量的方法，其特征在于：S4具体如下：视砂岩中子孔隙度计算公式：Φ_CNL＝CNL+1.5，式中：Φ_CNL为视砂岩中子孔隙度，％；CNL为以石灰岩刻度的中子测井值，％。将视灰岩中子测井值转变为视砂岩中子孔隙度值需加上砂岩中子骨架值1.5。

3.根据权利要求1或2所述的一种利用视砂岩孔隙度差值计算粘土含量的方法，其特征在于：S5具体如下：利用密度曲线值与岩心孔隙度线性回归公式：DEN＝-0.017×Φ_岩心+2.68；其中，Φ_岩心为岩心分析孔隙度值，当其值为0，即岩石为纯骨架时，确定岩石密度骨架值DEN_ma为2.68；然后，确定密度变骨架密度孔隙度值为：Φ_DEN＝(DEN_ma-DEN)/(DEN_ma-DF)×100％，式中：Φ_DEN为计算的密度孔隙度值,％；DEN为密度测井值，g/cm³；DF为流体密度值，取值为1g/cm³。

4.根据权利要求3所述的一种利用孔隙度差值计算粘土含量的方法，其特征在于：S6具体如下：计算视砂岩中子孔隙度与变骨架密度孔隙度差值为：CSH＝Φ_CNL-Φ_DEN。

5.根据权利要求4所述的一种利用孔隙度差值计算粘土含量的方法，其特征在于：S7具体如下：将CSH与X衍射全岩分析粘土矿物含量做回归分析，确定粘土含量V_clay计算模型为：V_clay＝0.423×CSH+0.4957，式中：V_clay为粘土矿物含量，％。

6.根据权利要求1或4或5所述的一种利用孔隙度差值计算粘土含量的方法，其特征在于，还包括以下步骤：模型校验，如果计算粘土含量与实验分析粘土含量相对误差小于10％，说明模型适用，可用于实际井资料的粘土含量计算，如果相对误差大于10％，则需要重新建立粘土含量计算模型。