CN105986816A - 一种用于识别页岩地层甜点的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于识别页岩地层甜点的方法，包括以下步骤：根据测井资料确定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，利用雷达图分析法得到页岩地层地质甜点系数；根据测井资料确定页岩地层最大水平有效应力数值、孔隙结构指数和脆性指数，利用雷达图分析法得到页岩地层工程甜点系数；根据地质甜点系数和工程甜点系数识别页岩地层甜点。本发明利用地质甜点系数和工程甜点系数定量地表征页岩地层的地质甜点和工程甜点，两者综合分析就能确定页岩地层的甜点，在甜点区域勘探和开发有利于降低开发成本，提高页岩气的开发效率。

Description

一种用于识别页岩地层甜点的方法

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，不能包含在地质甜点参数中。

进一步而言，工程甜点好，说明地层脆性较高、容易压裂、易形成有效网络裂缝，有利于页岩气开发。但是，通常仅采用脆性指数表征工程甜点，尚未有合理的参数来描述和定义工程甜点。

此外，目前通常利用地质统计的方法来描述甜点，主要统计页岩地层脆性矿物含量、热成熟度、有机质含量、净厚度、埋藏深度、气体含量和含水饱和度等参数，但这些参数并未区分地质甜点和工程甜点。

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甜点的方法。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的实施例提供一种用于识别页岩地层甜点的方法，包括以下步骤：根据测井资料确定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，利用雷达图分析法得到页岩地层地质甜点系数；

根据测井资料确定页岩地层最大水平有效应力数值、孔隙结构指数和脆性指数，利用雷达图分析法得到页岩地层工程甜点系数；

根据地质甜点系数和工程甜点系数识别页岩地层甜点。

在一个实施例中，所述根据地质甜点系数和工程甜点系数识别页岩地层甜点包括：

分别设定地质甜点系数和工程甜点系数的有效区间；

当地质甜点系数和工程甜点系数均处于有效区间内时，判断当前地质区域为页岩地层甜点。

在一个实施例中，所述根据测井资料确定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包括：

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。

在一个实施例中，所述利用雷达图分析法得到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；

计算雷达图中地质甜点基准图形面积；

根据表征地质甜点参数的不规则四边形的面积与地质甜点基准图形面积来确定地质甜点系数。

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：

$S_1=\underset{i,j=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{2}{x}_i{x}_j\sin {\mathrm{\α}}_{\mathrm{ij}},$

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。

在一个实施例中，所述地质甜点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，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。

在一个实施例中，所述根据测井资料确定页岩地层最大水平有效应力数值、孔隙结构指数和脆性指数包括：

根据声波和密度测井资料以及偶极子声波测井资料确定页岩地层最大水平有效应力数值；

利用成像测井资料和物性参数得到页岩地层孔隙结构指数；

基于元素测井资料确定页岩地层中脆性矿物含量，用于确定页岩地层脆性指数。

在一个实施例中，所述利用雷达图分析法得到页岩地层工程甜点系数包括：

根据地质区域内的工程甜点参数的数据极值进行归一化处理，所述工程甜点参数包括最大水平有效应力数值、孔隙结构指数和脆性指数；

确定雷达图中归一化的工程甜点参数的坐标值，连接坐标值点形成表征工程甜点参数的三角形，并计算其面积；

计算雷达图中工程甜点基准图形面积；

根据表征工程甜点参数的三角形的面积与工程甜点基准图形面积来确定地质甜点系数。

在一个实施例中，所述表征工程甜点参数的三角形的面积根据下式计算：

$S_2=\underset{m,n=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{2}{x}_m{x}_n\sin {\mathrm{\α}}_{\mathrm{mn}},$

其中，x_m,x_n为归一化处理后的工程甜点参数的坐标值，α_mn为雷达图中表示工程甜点参数x_m,x_n的坐标轴之间的夹角。

在一个实施例中，所述雷达图中基准图形为连接表示工程甜点参数x_m,x_n的各坐标轴上的单位坐标值点形成的三角形。

在一个实施例中，所述根据声波和密度测井资料以及偶极子声波测井资料确定页岩地层最大水平有效应力数值包括：

根据声波和密度测井资料，采用等效深度法确定页岩地层孔隙压力数值；

根据偶极子声波测井资料确定页岩地层泊松比；

由页岩地层孔隙压力数值和泊松比计算得到页岩地层最大水平有效应力数值。

在一个实施例中，所述利用成像测井资料和物性参数得到页岩地层孔隙结构指数包括：

根据页岩地层的渗透率和孔隙度得到流动单元指数；

由流动单元指数划分流动单元，建立流动单元内孔隙度与渗透率的关系模型；

通过数据拟合的方法确定页岩地层的孔隙结构指数。

在一个实施例中，所述基于元素测井资料确定页岩地层中脆性矿物含量，用于确定页岩地层脆性指数包括：

基于元素测井资料确定页岩地层中石英含量W_qtz和碳酸盐含量W_carb；

计算页岩地层脆性指数BRI＝(W_qtz+W_carb)/W_total，其中，W_total为总矿物含量。

在一个实施例中，所述页岩地层最大水平有效应力数值为：

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{He}}=(\frac{\mathrm{\υ}}{1-\mathrm{\υ}}+{\mathrm{\β}}_{\mathrm{MAX}})(P_s-\mathrm{\α}{P}_p)$

其中，σ_He为最大水平有效应力，β_MAX为最大构造应力系数，υ是地层泊松比，α为比奥特系数，P_p为孔隙压力，P_s为上覆岩层压力。

在一个实施例中，所述流动单元指数为：

$\mathrm{FZI}=\frac{0.0314\sqrt{k/\mathrm{\φ}}}{\mathrm{\φ}/(1-\mathrm{\φ})},$

其中，k为页岩地层的渗透率，φ为页岩地层对应的孔隙度，FZI为页岩地层的流动单元指数；

所述流动单元内孔隙度与渗透率数据的关系模型表示为：

k＝aφ^b，

其中，参数a、参数b为常数。

本发明的实施例利用有机质含量、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。

本发明的实施例利用脆性指数、最大水平有效应力和孔隙结构指数来定量表征页岩地层的工程甜点，能够利用现有的测井资料准确识别页岩地层工程甜点，对选择页岩储层压裂层段、预测压裂裂缝形态等非常重要，有利于提高页岩气开发效率。

本发明的实施例利用地质甜点系数和工程甜点系数定量地表征页岩地层的地质甜点和工程甜点，两者综合分析就能确定页岩地层的甜点，在甜点区域勘探和开发有利于降低开发成本，提高页岩气的开发效率。

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识别工程甜点的技术思路示意图；

图4是根据本发明实施例一的识别甜点的步骤流程图；

图5是根据本发明实施例一的识别地质甜点的步骤流程图；

图6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7是根据本发明实施例一的识别工程甜点的步骤流程图；

图8是根据本发明实施例一的工程甜点系数的雷达图分析结果；

图9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；

图10是根据本发明实施例二的工程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。

从另一方面来说，页岩地层工程甜点是有利于低成本、高效率压裂施工的地质区域，如果工程甜点差则开采成本很高。目前工程开采过程中仅采用脆性指数来进行工程开发条件评价，由于考虑的参数单一，并不能全面准确地判断工程开发条件。因此，本发明实施例中的工程甜点参数包含有页岩地层脆性指数、地应力大小、孔隙压力微裂缝网络及压裂后气体的流动性能。

页岩地层开采成功的关键要素是钻长井段水平井和大型压裂。钻水平井主要是为了提高特低孔、特低渗页岩地层的泄油面积，采用大型压裂时首先要进行页岩地层工程甜点参数评价，好的工程甜点具有容易压裂施工、压裂成本低的特点。页岩地层工程甜点研究对选择页岩储层压裂层段、预测压裂裂缝形态等非常重要，有利于提高页岩气开发效率、提高页岩气开采时间、提升页岩气采收率。

本发明的实施例通过对页岩地层工程甜点参数的分析，确定了页岩地层工程甜点主要参数为脆性指数、有效应力和孔隙结构指数。

其中，页岩地层脆性指数是影响页岩地层压裂难易程度、成本高低的一个重要参数，也是压裂层位优选的依据，准确评价页岩地层脆性指数有利于降低压裂成本、提高压裂效率；准确评价页岩地层有效应力有利于压裂层位优选，降低页岩地层勘探、开发成本，预测压裂裂缝延伸方向，甚至为页岩气井钻井和工程施工提供方案支持。岩地层工程改造后还要求地层具有较高的渗流性质，是由页岩地层的孔隙结构来决定，孔隙结构越好，工程改造后渗流性质越好，同时微裂缝越发育，改造后越容易形成高产。

因此，工程甜点是页岩地层高效开发的保障。如果没有好的工程甜点，则无需进行工程开发；如果工程甜点很差，则开采成本很高，即使页岩气开采出来也没有经济效益。页岩地层勘探和开发过程中地质和工程评价两者相辅相承，本实施例通过对影响页岩地层地质甜点和工程甜点的参数中提取主要影响参数，建立其定量评价模型和方法来进行表征，为页岩地层勘探、开发提供借鉴和依据。

以下结合具体实施例对本发明的页岩地层甜点识别方法和识别结果进行详细说明。

实施例一

首先对识别地质甜点的技术思路进行说明。

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评价每个地质甜点参数。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评价页岩地层孔隙度，需要用核磁测井方法来准确评价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，取得矿物含量有利于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评价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。

然后对识别工程甜点的技术思路进行说明。

如图3所示，首先根据声波和密度测井方法计算出孔隙压力，利用偶极子声波测井计算泊松比大小，根据两者数值计算地层最大水平有效应力；利用孔隙度和渗透率实验数据可以计算地层孔隙结构指数；用脆性矿物含量来计算地层脆性指数，用这三个参数确定页岩地层工程甜点系数。

以下对本实施例中页岩地层甜点的识别方法做详细说明。

图4是根据本实施例的用于识别页岩地层甜点的方法的步骤流程图。

在步骤S200中，根据测井资料确定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，利用雷达图分析法得到页岩地层地质甜点系数。在步骤S300中，根据测井资料确定页岩地层最大水平有效应力数值、孔隙结构指数和脆性指数，利用雷达图分析法得到页岩地层工程甜点系数。在实际应用中，步骤S200和步骤S300并不严格限定先后顺序，只要能够确定地质甜点系数和工程甜点系数即可。

最后，在步骤S400中，根据地质甜点系数和工程甜点系数识别页岩地层甜点。具体而言，分别设定地质甜点系数和工程甜点系数的有效区间；当地质甜点系数和工程甜点系数均处于有效区间内时，判断当前地质区域为页岩地层甜点。

图5为步骤S200的详细流程图。以下结合图5说明页岩地层地质甜点系数的识别方法。

在步骤S501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，计算表达式如下所示：

V_a＝aV_k (1)

其中，V_a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，％。

表达式(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，而核磁共振测井不映应干酪根体积含量，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的体积含量，可按照以下表达式计算：

V_k＝φ_D-φ_NMR (2)

其中，V_k为页岩地层干酪根体积含量，％，φ_D φ_NMR分别为密度和核磁共振测井评价的地层孔隙度。

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表达式计算：

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

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。

在步骤S502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S503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。

总有机碳含量(TOC)是评价烃源岩丰度的重要指标，是页岩地层地质甜点评价的重要参数之一。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，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表达式为：

△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为总有机碳含量，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S504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6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6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：

$S_1=\underset{i,j=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{2}{x}_i{x}_j\sin {\mathrm{\α}}_{\mathrm{ij}}---\left(7\right)$

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，计算雷达图中地质甜点基准图形面积。其中，地质甜点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6中正方形ABCD所示。本实施例中的地质甜点参数为4个，地质甜点基准图形的面积：

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来确定地质甜点系数。即计算地质甜点系数

$x_G=\sqrt{\frac{S_1}{S_{01}}}=\sqrt{\frac{\underset{i,j=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{2}{x}_i{x}_j\sin {\mathrm{\α}}_{\mathrm{ij}}}{S_{01}}}---\left(8\right)$

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，本实施例利用有机质含量、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。

图7为步骤S300的详细流程图。以下结合图7说明页岩地层工程甜点系数的识别方法。

在步骤S701中，根据声波和密度测井资料以及偶极子声波测井资料确定页岩地层最大水平有效应力数值。其中，可根据声波和密度测井资料，采用等效深度法确定页岩地层孔隙压力数值，并根据偶极子声波测井资料确定页岩地层泊松比数值。然后，由页岩地层孔隙压力数值和泊松比计算得到页岩地层最大水平有效应力数值。

具体而言，由页岩地层孔隙压力数值和泊松比计算得到页岩地层最大水平有效应力数值为：

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{He}}=(\frac{\mathrm{\υ}}{1-\mathrm{\υ}}+{\mathrm{\β}}_{\mathrm{MAX}})(P_s-\mathrm{\α}{P}_p)---\left(9\right)$

其中，σ_He为最大水平有效应力，β_MAX为最大构造应力系数，υ是地层泊松比，α为比奥特(Biot)系数，P_p为孔隙压力，P_s为上覆岩层压力。

需要说明的是，可根据水力压裂或室内声波实验结果确定最大构造应力系数β_MAX。在实验中分别确定水平x、y方向构造系数β₁、β₂，然后比较β₁和β₂的数值大小。选择其中比较大的数值作为最大构造应力系数β_MAX。

在表达式(9)中，不同深度段的目的层地层孔隙压力P_p可由下式计算：

P_p＝G₀H-(G₀-G_n)H_e (10)

其中，G₀为上覆岩层压力梯度，G_n为静水压力梯度，H为超压地层深度，He为等效深度。

本步骤中，准确计算页岩地层最大水平有效应力有利于优选压裂层位，降低页岩地层勘探、开发成本，预测压裂裂缝延伸方向，甚至为页岩气井钻井和工程施工提供方案支持。

在步骤S702中，利用成像测井资料和物性参数得到页岩地层孔隙结构指数。

由于页岩地层工程改造后，还要求地层具有较高的渗流性质，这由页岩地层的孔隙结构性质来决定。孔隙结构好，工程改造后渗流性质好，改造后容易形成高产。

具体来说，根据页岩地层的渗透率和孔隙度得到流动单元指数：

$\mathrm{FZI}=\frac{0.0314\sqrt{k/\mathrm{\φ}}}{\mathrm{\φ}/(1-\mathrm{\φ})}---\left(11\right)$

其中，k为页岩地层的渗透率，φ为页岩地层对应的孔隙度，FZI为页岩地层的流动单元指数。

由流动单元指数划分流动单元，建立流动单元内孔隙度与渗透率的关系模型。可以将所述流动单元指数累计频率图中的斜率相同的点对应的目标地层划分为一个流动单元，在各个流动单元内，孔隙度与渗透率的关系模型表示为：

k＝aφ^b (12)

其中，参数a、参数b为常数。b为孔隙结构指数。在步骤S703中，基于元素测井资料确定页岩地层中脆性矿物含量，用于确定页岩地层脆性指数。

首先，基于元素测井资料确定页岩地层中石英含量W_qtz和碳酸盐含量W_carb，然后计算页岩地层脆性指数BRI＝(W_qtz+W_carb)/W_total，其中，BRT为页岩地层脆性指数,无量纲，W_qtz为石英含量，％，W_carb为页碳酸盐含量，％，W_total为总矿物含量，％。

页岩地层脆性指数是影响页岩地层压裂难易程度、成本高低的一个重要参数，也是压裂层位优选的依据，准确评价页岩地层脆性指数有利于降低压裂成本、提高压裂效率。

在步骤S704中，根据页岩地层最大水平有效应力数值、孔隙结构指数和脆性指数，利用雷达图分析法确定页岩地层工程甜点系数，用于识别页岩地层中的工程甜点。

在上述步骤中，确定了影响页岩地层工程甜点的主要参数为脆性指数、水平方向最大有效应力和孔隙结构指数，对于特定的某一地质区块，这三个参数具有一定的区间和极值。应用测井资料评价出这三个参数，用极值数据进行归一化，制作工程甜点参数雷达图，可进行工程甜点定量识别。

本步骤中，首先根据地质区域内的工程地质甜点参数的数据极值进行归一化处理，所述工程甜点参数包括最大水平有效应力数值、孔隙结构指数和脆性指数。

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8所示的示例中，D、E和F点的坐标值分别表示归一化之后的最大水平有效应力数值、孔隙结构指数和脆性指数的数值。

连接三个坐标值点形成表征工程甜点参数的三角形(如图8中三角形DEF所示)，并计算其面积。根据下式计算三角形的面积：

$S_2=\underset{m,n=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{2}{x}_m{x}_n\sin {\mathrm{\α}}_{\mathrm{mn}}---\left(13\right)$

其中，x_m、x_n为归一化处理后的工程甜点参数，包括最大水平有效应力数值、孔隙结构指数和脆性指数，α_mn为雷达图表示工程甜点参数x_m、x_n的坐标轴之间的夹角。在本实施例中，工程甜点参数为3个，夹角为120°。m表示雷达图中第m条坐标轴，n表示雷达图中第n条坐标轴。在本实施例中，m和n取值为1至3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三角形，如图8中三角形ABC所示。本实施例中的地质甜点参数为3个，雷达图中基准图形的面积为：

根据表征工程甜点参数的三角形的面积与基准图形面积来确定工程甜点系数。即计算工程甜点系数

$x_E=\sqrt{\frac{S_2}{S_{02}}}=\sqrt{\frac{\underset{m,n=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{2}{x}_m{x}_m\sin {\mathrm{\α}}_{\mathrm{mn}}}{S_{02}}}---\left(14\right)$

最后，将工程甜点系数与预设的工程甜点阈值比较，来判断当前地质区域甜点优劣程度。优选地，将工程甜点阈值设定为0.5。则X_E大于0.5说明工程甜点为优，小于0.5说明工程甜点为劣。X_E数值越大，则工程甜点越好。

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工程甜点阈值，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，本实施例确定了页岩地层工程甜点主要参数为脆性指数、有效应力和孔隙结构指数，利用雷达图分析方法确定工程甜点系数，可定量识别页岩地层中的工程甜点。

需要说明的是，在步骤S400中，可以首先分别设定地质甜点系数和工程甜点系数的有效区间，然后进行判断，当地质甜点系数和工程甜点系数均处于有效区间内时，判断当前地质区域为页岩地层甜点。

优选地，可以设定地质甜点系数的有效区间为0.5～1。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。

类似的，可以设定工程甜点系数的有效区间为0.5～1。X_E大于0.5说明工程甜点为优，小于0.5说明工程甜点为劣。X_E数值越大，则工程甜点越好。

具体来说，可以利用地质甜点系数和工程甜点系数综合判断页岩地层甜点。如果地质甜点系数和工程甜点系数都大于0.5，说明地层具备良好的地质条件和工程开发条件。如果地质甜点系数大于0.5，工程甜点系数小于0.5，说明地层地质条件较好，工程开发条件较差。如果地质甜点系数小于0.5，工程甜点系数大于0.5，说明地层地质条件较差，工程开发条件较好。如果地质甜点系数和工程甜点系数都小于0.5，说明地层地质条件和工程开发条件都较差。

还可以进一步评价含气页岩地层的开采价值，地质甜点和工程甜点都较好，说明地层具有良好的开采价值；地质甜点和工程甜点都较差，说明地层不具有开采价值；否则，说明开采成本较高或在目前的技术条件下没有开采价值。

实施例二

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

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。地质甜点参数和工程甜点参数为表1中所示。表1中，TOC为总有机碳含量，Φg为含气孔隙；Vk为干酪根体积；Sg为含气饱和度；BRI为脆性指数；σ为有效应力，b为孔隙结构指数。

表1焦石坝页岩地层甜点系数统计表

根据图9所示的雷达图，可确定地质甜点系数为0.72，根据图10所示的雷达图，可确定工程甜点系数为0.71。根据地质甜点系数和工程甜点系数确定该井页岩地层甜点较好。说明该区块具有较好的产气潜力，并且容易进行压裂开采。

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 (19)

1.一种用于识别页岩地层甜点的方法，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，利用雷达图分析法得到页岩地层地质甜点系数；

根据测井资料确定页岩地层最大水平有效应力数值、孔隙结构指数和脆性指数，利用雷达图分析法得到页岩地层工程甜点系数；

根据地质甜点系数和工程甜点系数识别页岩地层甜点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据地质甜点系数和工程甜点系数识别页岩地层甜点包括：

分别设定地质甜点系数和工程甜点系数的有效区间；

当地质甜点系数和工程甜点系数均处于有效区间内时，判断当前地质区域为页岩地层甜点。

3.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干酪根体积含量、含气孔隙度、含气饱和度和总有机质含量包括：

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。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用雷达图分析法得到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；

计算雷达图中地质甜点基准图形面积；

根据表征地质甜点参数的不规则四边形的面积与地质甜点基准图形面积来确定地质甜点系数。

5.根据权利要求4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：

$S_1=\underset{i,j=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{2}{x}_i{x}_j\sin {\mathrm{\α}}_{\mathrm{ij}},$

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。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述地质甜点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。

7.根据权利要求4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。

8.根据权利要求3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。

9.根据权利要求3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。

10.根据权利要求7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，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。

11.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最大水平有效应力数值、孔隙结构指数和脆性指数包括：

根据声波和密度测井资料以及偶极子声波测井资料确定页岩地层最大水平有效应力数值；

利用成像测井资料和物性参数得到页岩地层孔隙结构指数；

基于元素测井资料确定页岩地层中脆性矿物含量，用于确定页岩地层脆性指数。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述利用雷达图分析法得到页岩地层工程甜点系数包括：

根据地质区域内的工程甜点参数的数据极值进行归一化处理，所述工程甜点参数包括最大水平有效应力数值、孔隙结构指数和脆性指数；

确定雷达图中归一化的工程甜点参数的坐标值，连接坐标值点形成表征工程甜点参数的三角形，并计算其面积；

计算雷达图中工程甜点基准图形面积；

根据表征工程甜点参数的三角形的面积与工程甜点基准图形面积来确定地质甜点系数。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述表征工程甜点参数的三角形的面积根据下式计算：

$S_2=\underset{m,n=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{2}{x}_m{x}_n\sin {\mathrm{\α}}_{\mathrm{mn}},$

其中，x_m,x_n为归一化处理后的工程甜点参数的坐标值，α_mn为雷达图中表示工程甜点参数x_m,x_n的坐标轴之间的夹角。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述雷达图中基准图形为连接表示工程甜点参数x_m,x_n的各坐标轴上的单位坐标值点形成的三角形。

15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述根据声波和密度测井资料以及偶极子声波测井资料确定页岩地层最大水平有效应力数值包括：

根据声波和密度测井资料，采用等效深度法确定页岩地层孔隙压力数值；

根据偶极子声波测井资料确定页岩地层泊松比；

由页岩地层孔隙压力数值和泊松比计算得到页岩地层最大水平有效应力数值。

16.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述利用成像测井资料和物性参数得到页岩地层孔隙结构指数包括：

根据页岩地层的渗透率和孔隙度得到流动单元指数；

由流动单元指数划分流动单元，建立流动单元内孔隙度与渗透率的关系模型；

通过数据拟合的方法确定页岩地层的孔隙结构指数。

17.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述基于元素测井资料确定页岩地层中脆性矿物含量，用于确定页岩地层脆性指数包括：

基于元素测井资料确定页岩地层中石英含量W_qtz和碳酸盐含量W_carb；

计算页岩地层脆性指数BRI＝(W_qtz+W_carb)/W_total，其中，W_total为总矿物含量。

18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述页岩地层最大水平有效应力数值为：

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{He}}=(\frac{\mathrm{\υ}}{1-\mathrm{\υ}}+{\mathrm{\β}}_{\mathrm{MAX}})(P_s-\mathrm{\α}{P}_p)$

其中，σ_He为最大水平有效应力，β_MAX为最大构造应力系数，υ是地层泊松比，α为比奥特系数，P_p为孔隙压力，P_s为上覆岩层压力。

19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述流动单元指数为：

$\mathrm{FZI}=\frac{0.0314\sqrt{k/\mathrm{\φ}}}{\mathrm{\φ}/(1-\mathrm{\φ})},$

其中，k为页岩地层的渗透率，φ为页岩地层对应的孔隙度，FZI为页岩地层的流动单元指数；

所述流动单元内孔隙度与渗透率数据的关系模型表示为：

k＝aφ^b，

其中，参数a、参数b为常数。