CN105675468A - 一种泥页岩有机质孔隙度的评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种泥页岩有机质孔隙度的评价方法，其特征在于：1)对待测区的同种有机质类型和同等有机质热演化程度下的泥页岩样品进行有机碳含量和总孔容或总孔隙度的测定；2)建立有机碳含量和总孔容或总孔隙度之间的关系式；3)建立以有机碳含量为横轴、总孔容或总孔隙度为纵轴的平面坐标系；4)将泥页岩样品的有机碳含量和总孔容或总孔隙度的数据投入到平面坐标系中，并拟合出一条直线，求取该直线的斜率和纵截距；5)求得待测区的泥页岩样品的有机质孔容或有机质孔隙度，进而对泥页岩有机质孔隙度进行评价，从而完成待测区泥页岩储层的储集能力评估。本发明方法易于操作、方法实用且成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及一种泥页岩有机质孔隙度的评价方法，属于地质勘探领域。
背景技术
页岩气是蕴藏于泥页岩层可供开采的天然气资源。页岩气是典型的非常规天然气，产自低孔渗、以富有机质页岩为主的储集岩系中。页岩气与常规气的富集成藏控制因素存在明显差异，页岩气的成藏主要有自生自储、成藏时间早、无明显圈闭、储层低孔低渗、气体赋存状态多样和页岩气藏较易保存的特点。研究人员发现泥页岩中的有机质在热演化过程中会产生大量的孔隙，这些孔隙是页岩气重要的赋存空间，所以评价页岩气储层要有别于常规天然气储层，要着重评价泥页岩有机质孔隙度对总孔隙度的贡献程度。
页岩气主要以吸附和游离状态储存于具有生烃能力的富含有机质的泥页岩岩层中，其中有机质演化生成的孔隙是页岩气的储集空间，所以有机质孔隙直接影响着泥页岩储层的储集能力，因此泥页岩有机质孔隙度是进行页岩气评价和有利区优选的重要评价参数。由于有机质难以较为完整地提取，且泥页岩有机质孔容及孔隙度直接定量测定的方法尚不成熟，因此不能较为准确地获得泥页岩有机质孔容和孔隙度。现有的泥页岩有机质孔隙度评价方法主要有三种：第一种是氩离子抛光结合扫描电镜的方法，通过人眼观察半定量分析泥页岩有机质孔隙大小及孔隙度，缺点主要是人为影响较大、所得孔隙度准确度低；第二种是通过电子计算机断层扫描技术计算泥页岩孔隙度，通过断层扫描获取有机质体积、有机孔体积来计算有机质孔隙度和泥页岩有机质孔隙度，这种方法理论上可以精确测算泥页岩有机质孔隙度，但断层扫描技术尚不成熟，有机孔和无机孔识别难度大，断层扫描测试费用高昂，就现在技术来说可实现程度不高；第三种是使用扫描电子显微镜或场发射电子枪扫描电子显微镜技术，采用面积计数法求得总有机孔面孔率，进而计算有机质孔隙度和泥页岩有机质孔隙度，使用这种方法时计算机无法准确识别有机孔和无机孔，而对有机孔面积的计数，人为因素影响大，计算不精确且耗时费力。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种测量准确且易于操作的泥页岩有机质孔隙度的评价方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种泥页岩有机质孔隙度的评价方法，其包括以下步骤：
1)对待测区的同种有机质类型且相近有机质热演化程度下的泥页岩样品进行有机碳含量TOC和总孔容V的测定；
2)在同种有机质类型且相近有机质热演化程度下，假设待测区的泥页岩储层中的有机质孔容为V有机、无机质孔容为V无机，并结合步骤1)中有机碳含量TOC和总孔容V的数据建立如下方程：
V有机·A·TOC+V无机(1－A·TOC)＝V；
上式中，V有机为有机质孔容，V无机为无机质孔容，V为总孔容，A为有机系数，TOC为有机碳含量；
3)建立以有机碳含量TOC为横轴、总孔容V为纵轴的平面坐标系；
4)将泥页岩样品的有机碳含量TOC和总孔容V的数据投入到步骤3)的平面坐标系中，拟合出一条直线并求取该直线的斜率k和纵截距b；
斜率k的方程为：
k＝A·V有机－A·V无机；
纵截距b的方程为：
b＝V无机；
上式中，k为直线斜率，b为直线纵截距；
5)根据上述步骤2)的方程、步骤4)中的直线斜率k及纵截距b，得到有机质孔容V有机的方程为：
V有机＝k/A+b；
根据有机质孔容V有机的数据进而对泥页岩有机质孔隙度Ф泥有机进行评价，从而完成待测区泥页岩储层的储集能力评估。
所述步骤2)中，总孔容V通过等温吸附试验测得。
所述步骤5)中，有机质孔隙度Ф泥有机和有机质孔容V有机的关系式为：
Ф泥有机＝V有机·A·TOC·ρ；
上式中，ρ为待测泥页岩样品的密度。
一种泥页岩有机质孔隙度的评价方法，其包括以下步骤：
1)对待测区的同种有机质类型且相近有机质热演化程度的泥页岩样品进行有机碳含量TOC和总孔隙度Ф的测定；
2)在同种有机质类型且相近有机质热演化程度下，假设待测区的泥页岩储层中的有机质孔隙度为Ф有机、无机质孔隙度为Ф无机；并结合步骤1)中测试所得的有机碳含量TOC和总孔隙度Ф的数据建立如下方程：
Ф有机·B·TOC+Ф无机(1－B·TOC)＝Ф；
上式中，TOC为有机碳含量，Ф有机为有机质孔隙度，Ф无机为无机质孔隙度，Ф为总孔隙度，B表示有机质体积系数；
3)建立一个以有机碳含量TOC为横轴、总孔隙度Ф为纵轴的平面坐标系；
4)将泥页岩样品的有机碳含量TOC和总孔隙度Ф的数据投入到步骤3)的平面坐标系中，并拟合出一条直线，求取该直线的斜率k和纵截距b；
斜率k的方程为：
k＝B·Ф有机－B·Ф无机；
纵截距b的方程为：
b＝Ф无机；
上式中，k为直线斜率，b为直线纵截距；
5)根据上述步骤2)的方程、步骤4)中的直线的斜率k及纵截距b，得到有机质孔隙度Ф有机的方程为：
Ф有机＝k/B+b；
根据有机质孔隙度Ф有机的数据进而对泥页岩有机质孔隙度Ф泥有机进行评价，从而完成待测区泥页岩储层的储集能力评估。
所述步骤1)中，总孔隙度Ф通过氦孔隙仪测得。
所述步骤5)中，有机质孔隙度Ф泥有机和有机质孔隙度Ф有机的关系式为：
Ф泥有机＝Ф有机·B·TOC。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明通过测定泥页岩样品的有机碳含量TOC、密度ρ、总孔容V和总孔隙度Ф，计算泥页岩中的有机质孔容或有机质孔隙度，从而推广到具有同种有机质类型且相近有机质热演化程度的泥页岩中，进而计算出待测区泥页岩有机质孔隙度，从而能更加准确的评价泥页岩的页岩气储集能力。2、本发明方法在评价过程中使用了能够整合大量数据的拟合曲线法，因此计算结果精度较高。3、本发明方法易于操作、方法实用且成本较低。
附图说明
图1是本发明关于泥页岩中有机碳含量和泥页岩孔容的坐标系；
图2是本发明关于泥页岩中有机碳含量和泥页岩孔隙度的坐标系。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
本发明涉及一种泥页岩有机质孔隙度的评价方法，包括以下步骤：
1)在对泥页岩有机质孔隙度进行评价前，要根据待测区泥页岩的孔隙结构特点选择合适的测试方法，当泥页岩样品中大部分孔隙孔径都在2～50nm，则选择等温吸附法测试泥页岩孔容来计算泥页岩有机质孔隙度，如果泥页岩样品中大部分孔隙孔径都大于50nm，也可以选择氦孔隙仪测试泥页岩孔隙度来计算泥页岩有机质孔隙度；
2)对待测区的同种有机质类型且相近有机质热演化程度的泥页岩样品进行有机碳含量TOC和总孔容V(或总孔隙度Ф)测定，其中，总孔容V可通过等温吸附试验使用采用BJH(BarrettJoynerHalenda,孔径分布)法来获得，总孔隙度Ф通过氦孔隙仪测得。
3)由于泥页岩是一种均质化程度很高的岩石，因此在同种有机质类型且相近有机质热演化程度下，可以假设有机质孔容(有机质孔体积/有机质质量)、无机质孔容(无机质孔体积/无机质质量)、有机质孔隙度(有机质孔体积/有机质体积)、无机质孔隙度(无机质孔体积/无机质体积)是一个常数，那么泥页岩有机质孔容(有机质孔体积/泥页岩质量)、泥页岩无机质孔容(无机质孔体积/泥页岩质量)、泥页岩有机质孔隙度(有机质孔体积/泥页岩体积)、泥页岩无机质孔隙度(无机质孔体积/泥页岩体积)就与有机质或无机质的量成正比例关系。设待测区的泥页岩储层中的有机质孔容为V有机、无机质孔容为V无机、有机质孔隙度为Ф有机、无机质孔隙度为Ф无机，并结合步骤2)中有机碳含量TOC和总孔容V的数据建立如下方程：
V有机·A·TOC+V无机(1－A·TOC)＝V；
或结合步骤2)中有机碳含量TOC和总孔隙度Ф的数据建立如下方程：
Ф有机·B·TOC+Ф无机(1－B·TOC)＝Ф；
上式中，V有机表示有机质孔容，V无机表示无机质孔容，V表示总孔容，A表示有机系数(即泥页岩中有机质含量与有机碳含量的比值)，TOC表示单位质量岩石中有机碳的质量百分数，Ф有机表示有机质孔隙度，Ф无机表示无机质孔隙度，Ф表示总孔隙度，B表示有机质体积系数(即泥页岩中有机质体积分数与有机碳含量的比值)。其中，TOC、V、Ф、A和B均可直接测得。
4)建立一个以有机碳含量TOC为横轴、总孔容V(或总孔隙度Ф)为纵轴的平面坐标系；
5)如图1(或图2)所示，将泥页岩样品的有机碳含量TOC和总孔容V(或总孔隙度Ф)的数据投入到平面坐标系中，根据有机碳含量TOC和总孔容V(或总孔隙度Ф)的坐标点拟合出一条直线，并求取该直线的斜率k和纵截距b；其中，以有机碳含量TOC和总孔容V的坐标点拟合的直线的斜率k＝A·V有机－A·V无机；纵截距b＝V无机；以有机碳含量TOC和总孔隙度Ф的坐标点拟合的直线的斜率k＝B·Ф有机－B·Ф无机；纵截距b＝Ф无机；
6)根据上述步骤3)的方程和上述步骤5)的斜率k及纵截距b的方程，可得到待测区的泥页岩样品的有机质孔容V有机(或有机质孔隙度Ф有机)的数据，其中，
有机质孔容V有机的方程为：
V有机＝k/A+b；
有机质孔隙度Ф有机的方程为：
Ф有机＝k/B+b；
根据有机质孔容V有机(或有机质孔隙度Ф有机)的数据，进而可以对泥页岩有机质孔隙度Ф泥有机进行评价，从而完成待测区泥页岩储层的储集能力评估，其中，
泥页岩有机质孔隙度Ф泥有机和有机质孔容V有机的关系式为：
Ф泥有机＝V有机·A·TOC·ρ；
泥页岩有机质孔隙度Ф泥有机和有机质孔隙度Ф有机的关系式为：
Ф泥有机＝Ф有机·B·TOC；
上式中，ρ为待测泥页岩样品的密度。
上述实施例中，A为一个常数，不同类型的有机质、有机质成熟度不同有机系数也不同，对于特定研究区来说是一个确定值，一般在1.22～1.33之间；B为也是一个常数，对于特定研究区来说是一个确定值；TOC是单位质量岩石中有机碳的质量百分数。
下面通过一个具体的实施例，进一步说明本发明的技术效果。
实施例1
对四川盆地东北部黑色页岩的有机质孔隙度进行检测，其包括以下步骤：
1)查阅待测区龙马溪组黑色页岩的压汞曲线、孔容分布图等地质资料确定龙马溪组黑色页岩大部分孔隙孔径都在2～50nm，所以选择等温吸附法测试泥页岩孔容来计算泥页岩有机质孔隙度；
2)该区有机质类型为Ⅱ型干酪根类型，镜质体反射率RO为2.8～3.2，对待测区龙马溪组黑色页岩样品进行有机碳含量分析、等温吸附实验分析确定每块样品的有机碳含量TOC1、TOC2、TOC3、…TOCn和每块样品的总孔容V1、V2、V3、…Vn，其中，孔容单位为cm3/g，n为样品的个数，具体数据如表1所示。
表1实测四川盆地东北部龙马溪组黑色页岩所得数据
3)假设该套泥页岩储层中的有机质孔容为V有机、无机质孔容为V无机，结合实测全岩的孔容数据，可建立如下方程：
V有机·A·TOC+V无机(1－A·TOC)＝V
其中，该区A＝1.26；
4)建立一个以有机碳含量TOC为横轴、总孔容V为纵轴的平面坐标系；
5)如图1所示，将步骤2)中所得的有机碳含量TOC和总孔容V的数据投入到平面坐标系中，拟合出一条直线，由拟合直线可知直线斜率k＝A·V有机－A·V无机＝0.6525、纵截距b＝V无机＝0.0058；
6)根据上述步骤3)的方程、步骤5)中的直线斜率k及纵截距b，可知该套有机质孔容V有机＝k/A+b＝0.5237，由于泥页岩有机质孔隙度Ф泥有机＝V有机·A·TOC·ρ，因此根据以上公式，在已知待测区一块泥页岩样品的有机碳含量TOC和密度ρ的情况下就可以计算该块样品的泥页岩有机质孔隙度。
使用所得数据计算泥页岩有机质孔隙度，使用该数据是要保证所计算样品的干酪根类型为Ⅱ型，镜质体反射率RO2.8～3.2。在待测区取龙马溪组黑色页岩样品，所取样品要保证干酪根类型为Ⅱ型、镜质体反射率RO2.8～3.2，并测试所取样品的有机碳含量TOC和密度，根据Ф泥有机＝V有机·A·TOC·ρ即可求得泥页岩有机质孔隙度(如表2所示)。
表2泥页岩有机质孔隙度计算实例
实施例2
对四川盆地东南部龙马溪组灰黑色炭质泥岩有机质孔隙度进行检测，其包括以下步骤：
1)查阅待测区龙马溪组黑色页岩的压汞曲线、孔容分布图等地质资料确定龙马溪组黑色页岩含有的介孔(孔径2～50nm)相对较少，因此选择较为经济的氦孔隙仪测试泥页岩孔隙度来计算泥页岩有机质孔隙度；
2)该区有机质类型为Ⅰ型干酪根类型，镜质体反射率RO2.2～2.6，对待测区龙马溪组黑色页岩样品进行有机碳含量分析、等温吸附实验分析确定每块样品的有机碳含量TOC1、TOC2、TOC3、…TOCn和每块样品的总孔隙度Ф1、Ф2、Ф3、…Фn，n为样品的个数；具体数据如表3所示。
表3实测四川盆地东南部龙马溪组灰黑色炭质泥岩所得数据
3)假设该套泥页岩储层中的有机质孔隙度为Ф有机、无机质孔隙度为Ф无机，结合实测全岩的孔隙度数据，可建立如下方程：
Ф有机·B·TOC+Ф无机(1－B·TOC)＝Ф
其中，该区B＝2.71；
4)建立一个以有机碳含量TOC为横轴、总孔隙度Ф为纵轴的平面坐标系；
5)如图2所示，将步骤2中所得的有机碳含量TOC和总孔隙度Ф的数据投入到步骤4)中的平面坐标系中，拟合出一条直线，由拟合直线可知直线斜率k＝B·Ф有机－B·Ф无机＝1.1697、纵截距b＝Ф无机＝0.0139；
6)根据上述步骤3)的方程、步骤5)中的直线的斜率k及纵截距b，可知该套有机质孔容Ф有机＝k/B+b＝0.4272，由于泥页岩有机质孔隙度Ф泥有机＝Ф有机·B·TOC，因此根据以上公式，在已知待测区一块泥页岩样品的有机碳含量TOC和密度ρ的情况下就可以计算该块样品的泥页岩有机质孔隙度。
使用所得数据计算泥页岩有机质孔隙度，使用该数据是要保证所计算样品的干酪根类型为Ⅰ型，镜质体反射率RO2.2～2.6。在待测区取龙马溪组灰黑色炭质泥岩样品，所取样品要保证干酪根类型为Ⅰ型、镜质体反射率RO2.2～2.6，并测试所取样品的有机碳含量TOC，根据Ф泥有机＝Ф有机·B·TOC即可求得泥页岩有机质孔隙度(如表4所示)。
表4泥页岩有机质孔隙度计算实例
| 样品编号 | TOC(％) | 有机质体积系数B | 泥页岩有机质孔隙度Ф泥有机(％) |
| J1 | 0.87 | 2.71 | 1.05 |
| J2 | 1.24 | 2.71 | 1.50 |
| J3 | 1.56 | 2.71 | 1.8810 --> |
| J4 | 1.81 | 2.71 | 2.19 |
| J5 | 2.21 | 2.71 | 2.67 |
| J6 | 2.67 | 2.71 | 3.22 |
| J7 | 2.85 | 2.71 | 3.44 |
| J8 | 3.21 | 2.71 | 3.88 |
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (6)
1.一种泥页岩有机质孔隙度的评价方法，其包括以下步骤：
1)对待测区的同种有机质类型且相近有机质热演化程度下的泥页岩样品进行有机碳含量TOC和总孔容V的测定；
2)在同种有机质类型且相近有机质热演化程度下，假设待测区的泥页岩储层中的有机质孔容为V有机、无机质孔容为V无机，并结合步骤1)中有机碳含量TOC和总孔容V的数据建立如下方程：
V有机·A·TOC+V无机(1－A·TOC)＝V；
上式中，V有机为有机质孔容，V无机为无机质孔容，V为总孔容，A为有机系数，TOC为有机碳含量；
3)建立以有机碳含量TOC为横轴、总孔容V为纵轴的平面坐标系；
4)将泥页岩样品的有机碳含量TOC和总孔容V的数据投入到步骤3)的平面坐标系中，拟合出一条直线并求取该直线的斜率k和纵截距b；
斜率k的方程为：
k＝A·V有机－A·V无机；
纵截距b的方程为：
b＝V无机；
上式中，k为直线斜率，b为直线纵截距；
5)根据上述步骤2)的方程、步骤4)中的直线斜率k及纵截距b，得到有机质孔容V有机的方程为：
V有机＝k/A+b；
根据有机质孔容V有机的数据进而对泥页岩有机质孔隙度Ф泥有机进行评价，从而完成待测区泥页岩储层的储集能力评估。
2.如权利要求1所述的一种泥页岩有机质孔隙度的评价方法，其特征在于：所述步骤2)中，总孔容V通过等温吸附试验测得。
3.如权利要求1所述的一种泥页岩有机质孔隙度的评价方法，其特征在于：所述步骤5)中，有机质孔隙度Ф泥有机和有机质孔容V有机的关系式为：
Ф泥有机＝V有机·A·TOC·ρ；
上式中，ρ为待测泥页岩样品的密度。
4.一种泥页岩有机质孔隙度的评价方法，其包括以下步骤：
1)对待测区的同种有机质类型且相近有机质热演化程度的泥页岩样品进行有机碳含量TOC和总孔隙度Ф的测定；
2)在同种有机质类型且相近有机质热演化程度下，假设待测区的泥页岩储层中的有机质孔隙度为Ф有机、无机质孔隙度为Ф无机；并结合步骤1)中测试所得的有机碳含量TOC和总孔隙度Ф的数据建立如下方程：
Ф有机·B·TOC+Ф无机(1－B·TOC)＝Ф；
上式中，TOC为有机碳含量，Ф有机为有机质孔隙度，Ф无机为无机质孔隙度，Ф为总孔隙度，B表示有机质体积系数；
3)建立一个以有机碳含量TOC为横轴、总孔隙度Ф为纵轴的平面坐标系；
4)将泥页岩样品的有机碳含量TOC和总孔隙度Ф的数据投入到步骤3)的平面坐标系中，并拟合出一条直线，求取该直线的斜率k和纵截距b；
斜率k的方程为：
k＝B·Ф有机－B·Ф无机；
纵截距b的方程为：
b＝Ф无机；
上式中，k为直线斜率，b为直线纵截距；
5)根据上述步骤2)的方程、步骤4)中的直线的斜率k及纵截距b，得到有机质孔隙度Ф有机的方程为：
Ф有机＝k/B+b；
根据有机质孔隙度Ф有机的数据进而对泥页岩有机质孔隙度Ф泥有机进行评价，从而完成待测区泥页岩储层的储集能力评估。
5.如权利要求4所述的一种泥页岩有机质孔隙度的评价方法，其特征在于：所述步骤1)中，总孔隙度Ф通过氦孔隙仪测得。
6.如权利要求4所述的一种泥页岩有机质孔隙度的评价方法，其特征在于：所述步骤5)中，有机质孔隙度Ф泥有机和有机质孔隙度Ф有机的关系式为：
Ф泥有机＝Ф有机·B·TOC。
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