CN105986815A - 一种用于识别页岩地层地质甜点的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于识别页岩地层地质甜点的方法，包括以下步骤：根据测井资料确定页岩地层中干酪根体积含量、含气孔隙度和含水孔隙度；根据页岩地层含水孔隙度和含气孔隙度确定含气饱和度；由声波和电阻率测井资料，以及有机质成熟度确定总有机质含量；根据页岩地层干酪根体积含量、含气孔隙度、含气饱和度和总有机质含量，利用雷达图分析法确定页岩地层地质甜点系数，用于识别页岩地层中的地质甜点。本发明利用有机质含量、干酪根体积、含气孔隙度和含气饱和度四个参数来表征页岩地层地质甜点，充分考虑了页岩地层地质甜点识别的完整性，利用地质甜点系数来定量地表征页岩地层地质甜点的优劣，为页岩地层的工程开采做出定量的参考依据。

Description

一种用于识别页岩地层地质甜点的方法

技术领域

本发明涉及地质勘探技术领域，具体地说，涉及一种用于识别含气页岩地层地质甜点的方法。

背景技术

页岩地层中的甜点是指地层中具有较好的储层地质品质，并且比较容易进行压裂工程改造的部分。甜点对页岩地层开发非常重要，找到甜点有利于降低页岩勘探开发成本、提高含气页岩地层产能。

“甜点”一词最早相对于难开发储层而出现，是指常规油气层中某一小断块具有较好的储层质量。随后用在煤层气中，在煤层气中甜点是高潜力的产气区域，具有较好的天然裂缝和煤层厚度，地层压力较高。

近年来在页岩地层中“甜点”一词被广泛使用。Hashmy等从经济评价角度阐述了页岩地层甜点具有良好的流动特征和储层属性，主要集中在压裂工程改造的成本方面。Cipolla提供的页岩地层甜点包含了两部分：储层质量和完井质量，储层质量好对应于地层物性好、油气丰度高和有机质含量高，完井质量好对应于地层具有更高的脆性、更有利于压裂、工程改造成本低和压裂后具有更好的流动性质。

“甜点”一词自从提出后其意义不断发生演化，到目前多指非常规地层中储层品质较好、工程改造成本较低的区域。因此在前人的定义和描述的基础上，Cipolla用储层质量参数来说明页岩地层的可采气能力。具体来说，当孔隙度大于5％，渗透率大于0.005md，含水饱和度小于60％，粘土含量小于40％，有机质含量大于3％，渗透率与厚度乘积大于0.5md-ft的时候页岩地层的可采气能力较高。这些储层质量参数包含了地质甜点的内容，但是粘土含量和渗透率与地质甜点相关性较小，不应当包含在地质甜点参数中。

因此，亟需一种能够利用现有的测井资料准确定量识别页岩地层地质甜点的方法。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种用于识别页岩地层地质甜点的方法，包括以下步骤：

根据测井资料确定页岩地层中干酪根体积含量、含气孔隙度和含水孔隙度；

根据页岩地层含水孔隙度和含气孔隙度确定含气饱和度；

由声波和电阻率测井资料，以及有机质成熟度确定总有机质含量；

根据页岩地层干酪根体积含量、含气孔隙度、含气饱和度和总有机质含量，利用雷达图分析法确定页岩地层地质甜点系数，用于识别页岩地层中的地质甜点。

在一个实施例中，所述根据页岩地层干酪根体积含量、含气孔隙度、含气饱和度和总有机质含量，利用雷达图分析法确定页岩地层地质甜点系数包括：

根据地质区域内的地质甜点参数的数据极值进行归一化处理，所述地质甜点参数包括干酪根体积含量、含气孔隙度、含气饱和度和总有机质含量；

确定雷达图中归一化处理后的地质甜点参数的坐标值，连接坐标值点形成表征地质甜点参数的不规则四边形，并计算其面积；

计算雷达图基准图形面积；

根据表征地质甜点参数的不规则四边形的面积与基准图形面积的比值确定地质甜点系数。

在一个实施例中，所述表征地质甜点参数的不规则四边形的面积根据下式计算：

$S=\underset{i,j=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{2}{x}_i,x_j\sin a_{\mathrm{ij}},$

其中，x_i,x_j为归一化处理后的地质甜点参数的坐标值，α_ij为雷达图中表示地质甜点参数x_i,x_j的坐标轴之间的夹角。

在一个实施例中，所述雷达图基准图形为连接表示地质甜点参数x_i,x_j的各坐标轴上的单位坐标值点形成的正方形。

在一个实施例中，所述根据测井资料确定页岩地层中干酪根体积含量、含气孔隙度和含水孔隙度包括：

根据元素测井资料以及声波测井、中子测井和密度测井资料，利用测井优化解释方法确定页岩地层中干酪根体积含量、含气孔隙度和含水孔隙度；或者

由核磁共振测井资料和密度测井资料得到页岩地层的干酪根体积含量，根据元素测井资料以及声波测井、中子测井和密度测井资料，利用测井优化解释方法确定含气孔隙度和含水孔隙度。

在一个实施例中，根据页岩地层含水孔隙度和含气孔隙度确定含气饱和度为：

$S_g=1-\frac{{\mathrm{\φ}}_w}{{\mathrm{\φ}}_w+{\mathrm{\φ}}_g},$

其中，S_g为含气饱和度，φ_w为含水孔隙度，φ_g为含气孔隙度。

在一个实施例中，页岩地层的总有机质含量为：

TOC＝10^{(2.297-0.1688LOM)}△lgR

其中，LOM为成熟度演化级别，△lgR为有机质对电阻率和声波时差的影响指数。

在一个实施例中，所述有机质对电阻率和声波时差的影响指数为：

△lgR＝lg(RT/RT_b)+0.02(△t-△t_b)

其中，RT为实测电阻率，△t为实测声波时差，RT_b为非源岩层段相对应△t基线的电阻率值，△t_b为非源烃岩段对应的△t基线值。

由核磁共振测井资料和密度测井资料得到页岩地层的干酪根体积含量为：

V_k＝φ_D-φ_NMR

其中，V_k为页岩地层干酪根体积含量，分别为密度和核磁共振测井资料确定的地层孔隙度。

本发明利用有机质含量、干酪根体积、含气孔隙度和含气饱和度四个参数来表征页岩地层地质甜点，充分考虑了页岩地层地质甜点识别的完整性，利用地质甜点系数来定量地表征页岩地层地质甜点的优劣，为页岩地层的工程开采做出定量的参考依据。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他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结构来实现和获得。

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。

图1是根据本发明实施例一的识别地质甜点的技术思路示意图；

图2是根据本发明实施例一的识别地质甜点的另一技术思路示意图；

图3是根据本发明实施例一的用于识别地质甜点的方法的步骤流程图；

图4是根据本发明实施例一的地质甜点系数的雷达图分析结果；

图5是根据本发明实施例二的地质甜点系数的雷达图分析结果。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明作进一步地详细说明。

页岩地层地质甜点是具有较高的游离气和吸附气含量、较好的物性区域。地质甜点是有效实施页岩地层开发的基础和前提，是页岩地层开发的物质基础，准确识别页岩地层地质甜点参数对判断页岩地层是否有开发价值具有重要意义。

具体来说，页岩地层地质甜点参数包含泥质、脆性矿物、孔隙度、渗透率、游离气、吸附气、厚度、有机质含量和类型等参数。这些地质甜点参数之间既相互关联，也相互独立。例如，干酪根与有机质含量有关，其相关性大小很难确定，这跟有机质的成熟度和演化程度有关；吸附气与干酪根体积有关；游离气与含气孔隙度有关。

本发明的实施例中，利用有机质含量、干酪根体积、含气孔隙度和含气饱和度四个地质甜点参数来表征页岩地层地质甜点，充分考虑了页岩地层地质甜点确定过程的完整性。最后用地质甜点系数来定量地表征页岩地层地质甜点的优劣，为页岩地层的工程开采做出定量的参考依据。

以下结合具体实施例对本发明的页岩地层地质甜点识别方法和识别结果进行详细说明。

实施例一

图1示出了本实施例中识别地质甜点的一种技术思路。理想的地质甜点参数识别方法是要求用现有的测井方法准确计算每个地质甜点参数。页岩地层孔隙度较小，常规三孔隙度测井方法(声波、中子和密度测井)由于受到多矿物和有机质性质不稳定性的影响，难以用三孔隙度准确计算页岩地层孔隙度，需要用核磁测井方法来准确确定地层孔隙度和束缚水含量，其中地层孔隙度包括可动气孔隙度和可动水孔隙度。元素测井方法能够有效判断页岩地层复杂矿物类型和含量，得到矿物含量，有利于确定页岩地层的其他地质甜点参数，避免了地层矿物对测井响应的影响。含水饱和度和干酪根含量大小的计算方法通过三孔隙度测井方法来构建。因此，如图1中所示，首先根据核磁共振和元素测井方法计算出地层束缚水、地层孔隙度和矿物含量，再结合三孔隙度测井曲线计算页岩地层地质甜点参数。

图2示出了本实施例中识别地质甜点的另一种技术思路。与图1不同的是，由于核磁共振测井比较复杂，在某些井中没有核磁共振测井资料。因此，图2中应用元素测井方法判断页岩地层中复杂矿物类型和含量，再利用常规三孔隙度测井方法(声波、中子和密度测井)，利用优化方法计算得到页岩地层的干酪根体积含量、含气孔隙度和含水孔隙度。

图3是根据本实施例的用于识别页岩地层地质甜点的方法的步骤流程图。

在步骤S301中，根据测井资料确定页岩地层中干酪根体积含量、含气孔隙度和含水孔隙度。

具体来说，如上文所述，可以根据元素测井资料以及声波测井、中子测井和密度测井资料，利用测井优化解释方法确定页岩地层中干酪根体积含量、含气孔隙度和含水孔隙度；或者

根据核磁共振测井资料和密度测井资料得到页岩地层的干酪根体积含量，根据元素测井资料以及声波测井、中子测井和密度测井资料，利用测井优化解释方法确定含气孔隙度和含水孔隙度。

以下内容说明确定干酪根体积含量、含气孔隙度和含水孔隙度这三个数值的重要意义。

地质甜点是具有较高的吸附气和游离气含量的区域。

首先，吸附气含量与干酪根体积有关，根据干酪根体积含量应用经验关系就可以计算出页岩地层的吸附气含量大小，计算公式如下所示：

V_a＝aV_k (1)

其中，Va为吸附气含气量,m³/t，a为经验系数，V_k为页岩地层干酪根体积含量，％。

公式(1)说明干酪根体积含量V_k是一个重要的地质甜点参数，可以表征页岩地层中的吸附气含量。

优选的，在本步骤中，干酪根的体积大小通过核磁共振和密度测井方法决定。其中，密度测井计算的孔隙度能反映页岩地层中干酪根的体积含量，而核磁共振测井不反应干酪根体积含量。因此密度测井和核磁共振测井计算的孔隙度差值反应了页岩地层中干酪根体积含量，可按照以下公式计算：

V_k＝φ_D-φ_NMR (2)

其中，V_k为页岩地层干酪根体积含量，％，φ_Dφ_NMR分别为密度和核磁共振测井确定的地层孔隙度。

当然，如上文所述，在没有核磁共振测井资料的地区可以利用测井优化解释的方法，根据元素测井资料判断页岩地层中复杂矿物类型和含量，再利用常规三孔隙度测井资料(声波、中子和密度测井)优化计算而得到页岩地层中干酪根体积含量。

其次，页岩地层中游离气含气量与含气孔隙度有关，游离气含气量按照以下公式计算：

$V_f=\frac{32.0368\mathrm{\φ}}{{\mathrm{\ρ}}_b{B}_g}---\left(3\right)$

其中，V_f为游离气含气量,m³/t；Bg为地层气体体积系数，通常取0.0046；φ_g为含气孔隙度，％；ρ_b为气体体积密度，g/cm³。

公式(3)说明含气孔隙度φ_g是一个重要的地质甜点参数，可以反映页岩地层中游离气含量的大小，用来表征页岩地层产气能力。

在步骤S302中，根据页岩地层含水孔隙度和含气孔隙度确定含气饱和度。具体来说，含气饱和度

$S_g=1-\frac{{\mathrm{\φ}}_w}{{\mathrm{\φ}}_w+{\mathrm{\φ}}_g}---\left(4\right)$

其中，S_g为含气饱和度，φ_w为含水孔隙度，φ_g为含气孔隙度。

页岩地层地质甜点的含气饱和度越大，说明其具有较大的产气潜力，具有较大的开采价值。因此，含气饱和度是确定地质甜点的重要参数之一。

在步骤S303中，由声波和电阻率测井资料，以及有机质成熟度确定总有机质含量。

总有机质含量(TOC)是计算烃源岩丰度的重要指标，是计算页岩地层地质甜点的重要参数之一。通过TOC值可判断地层是否含有丰富的有机物，以及是否具备形成碳氢化合物的能力。页岩地层中TOC含量通常与含气量有良好的线性关系，TOC值越大，烃源岩生烃潜力越强，页岩含气量越高。

确定页岩地层TOC含量的方法有很多，主要△lgR方法、测井资料神经网络预测法、测井资料回归法和直接测量法。

其中，△lgR方法是最常用的方法，该方法利用孔隙度测井曲线和电阻率测井曲线来计算岩层的TOC含量，在使用过程中使声波曲线和电阻率测井曲线叠合在一起，寻找地层中的非烃源岩段。在非烃源岩假设无TOC含量，此时声波曲线和电阻率测井曲线相互重叠，相互重叠的曲线称为基线。有机质对电阻率和声波时差的影响指数计算公式为：

△lgR＝lg(RT/RT_b)+0.02(△t-△t_b) (5)

其中，RT为实测电阻率，Ω·m；△t为实测声波时差，us/ft；RT_b为非源岩层段相对应△t基线的电阻率值，△t_b为非源烃岩段对应的△t基线值。

总有机质含量的计算模型为：

TOC＝10^{(2.297-0.1688LOM)}△lgR (6)

其中，TOC为总有机质含量，wt％；LOM为页岩地层热成熟度，其表征成熟度演化级别，根据实验结果得到。

在步骤S304中，根据页岩地层干酪根体积含量、含气孔隙度、含气饱和度和总有机质含量，利用雷达图分析法确定页岩地层地质甜点系数，用于识别页岩地层中的地质甜点。

对于特定的某一区块，干酪根体积含量、含气孔隙度、含气饱和度和总有机质含量这四个地质甜点参数具有一定的区间和极值，用区域极值数据进行归一化，制作地质甜点参数雷达图，可进行地质甜点定量识别。

首先，根据地质区域内的地质甜点参数的数据极值进行归一化处理，所述地质甜点参数包括干酪根体积含量、含气孔隙度、含气饱和度和总有机质含量。

接下来，确定雷达图中归一化的地质甜点参数的坐标值。在图4所示的示例中，E、F、G和H点的坐标值分别表示归一化之后的总有机质含量、含气孔隙度、干酪根体积含量和含气饱和度的数值。

连接四个坐标值点形成表征地质甜点参数的不规则四边形(如图4中四边形EFGH所示)，并计算其面积。根据下式计算不规则四边形的面积：

$S=\underset{i,j=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{2}{x}_i{x}_j\sin {\mathrm{\α}}_{\mathrm{ij}}---\left(7\right)$

其中，x_i,x_j为归一化处理后的地质甜点参数的坐标值，α_ij为雷达图中表示地质甜点参数x_i,x_j的坐标轴之间的夹角。当地质甜点参数为4个时，夹角是90°。i表示雷达图中第i条坐标轴，j表示雷达图中第j条坐标轴。在本实施例中，i和j取值为1至4之间的整数。

然后，计算雷达图中基准图形面积。其中，所述雷达图中基准图形为连接表示地质甜点参数x_i,x_j的各坐标轴上的单位坐标值点形成的正方形，如图4中正方形ABCD所示。本实施例中的地质甜点参数为4个，雷达图中基准图形的面积：

根据表征地质甜点参数的不规则四边形的面积与基准图形面积的比值确定地质甜点系数。即计算地质甜点系数

$x_G=\sqrt{\frac{S}{S_0}}=\sqrt{\frac{\underset{i,j=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{2}{x}_i{x}_j\sin {\mathrm{\α}}_{\mathrm{ij}}}{S_0}}---\left(8\right)$

最后，将地质甜点系数与预设的地质甜点阈值比较，来判断当前地质区域甜点优劣程度。优选地，将地质甜点阈值设定为0.5。则地质甜点系数X_G大于0.5说明地质甜点为优，小于0.5说明地质甜点为劣。X_G数值越大，则地质甜点越好。

容易理解，可根据当前地质区域的实际情况分别设定不同的地质甜点阈值，已达到准确的判定结果。并不以此示例限制本发明。

综上所述，本发明利用有机质含量、干酪根体积、含气孔隙度和含气饱和度四个参数来表征页岩地层地质甜点，可以综合考虑包含泥质、脆性矿物、孔隙度、渗透率、游离气、吸附气、厚度、有机质含量和类型等参数之间的相互关系，能够对页岩地层地质甜点进行全方面的识别。确定的地质甜点系数可以定量地表征页岩地层地质甜点的优劣，为页岩地层的工程开采做出定量的参考依据。

实施例二

本实施例中利用中国西南部区块页岩地层某井测井资料为例，说明地质甜点的识别结果。

该区块优质页岩岩性主要以黄灰色页岩、粉砂质页岩夹薄层透镜状灰岩为主，该井总有机质含量为4％，含气孔隙度为2％，干酪根含量为1％，含气饱和度为70％，这四个参数的区域最大值分别为：8％、6％、6％、100％。

对这四个参数进行归一化处理，得到归一化后的地质甜点参数是：总有机质含量为 $\frac{4\%}{8\%}=0.5,$ 含气孔隙度为 $\frac{2\%}{6\%}=0.33,$ 干酪根含量为 $\frac{1\%}{6\%}=0.17,$ 含气饱和度为 $\frac{70\%}{100\%}=0.7.$

根据图5中的雷达图计算，得到得到地质甜点系数为0.41，说明该井地质甜点较差，具有较差的产气潜力。

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。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种用于识别页岩地层地质甜点的方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据测井资料确定页岩地层中干酪根体积含量、含气孔隙度和含水孔隙度；

根据页岩地层含水孔隙度和含气孔隙度确定含气饱和度；

由声波和电阻率测井资料，以及有机质成熟度确定总有机质含量；

根据页岩地层干酪根体积含量、含气孔隙度、含气饱和度和总有机质含量，利用雷达图分析法确定页岩地层地质甜点系数，用于识别页岩地层中的地质甜点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据页岩地层干酪根体积含量、含气孔隙度、含气饱和度和总有机质含量，利用雷达图分析法确定页岩地层地质甜点系数包括：

根据地质区域内的地质甜点参数的数据极值进行归一化处理，所述地质甜点参数包括干酪根体积含量、含气孔隙度、含气饱和度和总有机质含量；

确定雷达图中归一化处理后的地质甜点参数的坐标值，连接坐标值点形成表征地质甜点参数的不规则四边形，并计算其面积；

计算雷达图基准图形面积；

根据表征地质甜点参数的不规则四边形的面积与基准图形面积的比值确定地质甜点系数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述表征地质甜点参数的不规则四边形的面积根据下式计算：

$S=\underset{i,j=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{2}{x}_i{x}_j\sin {\mathrm{\α}}_{\mathrm{ij}},$

其中，x_i,x_j为归一化处理后的地质甜点参数的坐标值，α_ij为雷达图中表示地质甜点参数x_i,x_j的坐标轴之间的夹角。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述雷达图基准图形为连接表示地质甜点参数x_i,x_j的各坐标轴上的单位坐标值点形成的正方形。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据测井资料确定页岩地层中干酪根体积含量、含气孔隙度和含水孔隙度包括：

根据元素测井资料以及声波测井、中子测井和密度测井资料，利用测井优化解释方法确定页岩地层中干酪根体积含量、含气孔隙度和含水孔隙度；或者

由核磁共振测井资料和密度测井资料得到页岩地层的干酪根体积含量，根据元素测井资料以及声波测井、中子测井和密度测井资料，利用测井优化解释方法确定含气孔隙度和含水孔隙度。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，根据页岩地层含水孔隙度和含气孔隙度确定含气饱和度为：

$S_g=1-\frac{{\mathrm{\φ}}_w}{{\mathrm{\φ}}_w+{\mathrm{\φ}}_g},$

其中，S_g为含气饱和度，φ_w为含水孔隙度，φ_g为含气孔隙度。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，页岩地层的总有机质含量为：

TOC＝10^{(2.297-0.1688LOM)}△lgR

其中，LOM为成熟度演化级别，△lgR为有机质对电阻率和声波时差的影响指数。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述有机质对电阻率和声波时差的影响指数为：

△lgR＝lg(RT/RT_b)+0.02(△t-△t_b)

其中，RT为实测电阻率，△t为实测声波时差，RT_b为非源岩层段相对应△t基线的电阻率值，△t_b为非源烃岩段对应的△t基线值。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，由核磁共振测井资料和密度测井资料得到页岩地层的干酪根体积含量为：

V_k＝φ_D-φ_NMR

其中，Vk为页岩地层干酪根体积含量，分别为密度和核磁共振测井资料确定的地层孔隙度。