CN107121358B - 测定海相页岩石墨化的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及非常规油气勘探开发技术，尤其涉及一种测定海相页岩石墨化的方法。根据自然伽马测井曲线分析结果确定富有机质页岩层的位置，然后再根据富有机质页岩层岩心的粘土矿物中伊利石含量比例、密度、孔隙度和电阻率等数据与各自的预设值进行比较，当至少有一个参数与预设值的比较结果满足预设条件时，判定富有机质页岩层已经石墨化。仅通过对测井数据的分析以及富有机质页岩层段中伊利石含量比例、密度、孔隙度和电阻率数据的测定、比对就能确定海相页岩是否石墨化，省去了使用沥青反射率以及激光拉曼测定镜质体反射率的方法，达到了准确、快速和低成本地判断海相页岩是否石墨化的目的。

Description

测定海相页岩石墨化的方法

技术领域

本发明涉及非常规油气勘探开发技术，尤其涉及一种测定海相页岩石墨化的方法。

背景技术

页岩气是近些年来我国油气领域重点研究的一种非常规天然气。海相页岩气是我国的页岩气资源中最重要的类型。海相页岩气资源主要分布在我国南方扬子地区下古生界的下寒武统和上奥陶统—下志留统两个层系，但是由于中国大陆是由一系列小型板块组合而成的，使下古生界页岩经历了复杂的构造演化史和热史，两层系页岩有机质的成熟度普遍较高，有些甚至达到石墨化阶段，影响了页岩的含气性，所以需要首先判定页岩是否石墨化。

通常来说，有机质的热演化程度可用镜质体反射率(Ro)来表示，当Ro>3.5％时就意味着页岩有机质进入石墨化阶段。现有技术中判断页岩的石墨化程度首先是对岩心进行取样，然后对岩心的有机质进行沥青反射率测定，再根据公式换算成等效的镜质体反射率；或者，用激光拉曼的方法来得到页岩的等效镜质体反射率。但是，通过测定沥青反射率而计算得到等效镜质体反射率误差较大，而用激光拉曼测定等效镜质体反射率的方法时间长、费用高。

发明内容

针对现有技术中的上述缺陷，本发明提供一种测定海相页岩石墨化的方法，能够准确、快速和低成本地判断海相页岩是否石墨化。

本发明提供一种测定海相页岩石墨化的方法，包括：使用伽马射线探测器测定页岩气井的自然伽马测井曲线；对所述自然伽马测井曲线进行分析，根据分析结果确定富有机质页岩层的位置；使用钻机钻取所述富有机质页岩层的岩心；测定所述岩心的参数，所述参数包括：粘土矿物中伊利石含量比例、密度、孔隙度和电阻率；将测定的各个参数与各自的预设值进行比较，当至少有一个参数与预设值的比较结果满足预设条件时，判定所述富有机质页岩层已经石墨化。

进一步地，当所述粘土矿物中伊利石含量比例大于66％时，判定所述富有机质页岩层已经石墨化。

进一步地，当所述页岩密度大于2.73g/cm³时，判定所述富有机质页岩层已经石墨化。

进一步地，当所述页岩孔隙度小于2.76％时，判定所述富有机质页岩层已经石墨化。

进一步地，当所述页岩电阻率值小于1欧姆·米，判定所述富有机质页岩层已经石墨化。

进一步地，当所述参数中至少有两个参数与各自的预设值的比较结果满足各自的预设条件时，才判定所述富有机质页岩层已经石墨化。

进一步地，所述对所述自然伽马测井曲线进行分析，根据分析结果确定富有机质页岩层的位置，包括：

将所述自然伽马测井曲线的各自然伽马测井值与预设自然伽马测井值进行比较，当所述自然伽马测井值大于所述预设自然伽马测井值时，判定该所述自然伽马测井值所在的岩层为富有机质页岩层。

进一步地，所述预设自然伽马测井值为160API。

进一步地，所述对所述自然伽马测井曲线进行分析，根据分析结果确定富有机质页岩层的位置，包括：使用以下公式计算页岩气井各岩层的总有机碳含量，

y＝6.479lnx-30.24

其中x代表自然伽马测井值，y代表总有机碳含量；对计算得到的各岩层的总有机碳含量进行分析，根据分析结果确定富有机质页岩层的位置。

进一步地，所述对计算得到的各岩层的总有机碳含量进行分析，根据分析结果确定富有机质岩层的位置，包括：

将各岩层的总有机碳含量与2％进行比较，当某个岩层的总有机碳含量大于2％时，判定该岩层为富有机质岩层。

本发明提供的测定海相页岩石墨化的方法，根据自然伽马测井曲线分析结果确定富有机质页岩层的位置，然后再根据富有机质页岩层岩心的粘土矿物中伊利石含量比例、密度、孔隙度和电阻率等数据与各自的预设值进行比较，当至少有一个参数与预设值的比较结果满足预设条件时，判定富有机质页岩层已经石墨化。仅通过对测井数据的分析以及富有机质页岩层段中伊利石含量比例、密度、孔隙度和电阻率数据的测定、比对就能确定海相页岩是否石墨化，省去了使用沥青反射率以及激光拉曼测定镜质体反射率的方法，达到了准确、快速和低成本的判断海相页岩是否石墨化的目的。

附图说明

图1为本发明实施例测定海相页岩石墨化的方法的流程示意图；

图2为本发明实施例一种优选地测定海相页岩石墨化的方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例测定海相页岩石墨化的方法的流程示意图。如图1所示，本发明实施例提供一种测定海相页岩石墨化的方法，包括：

S100、使用伽马射线探测器测定页岩气井的自然伽马测井曲线。

具体地，自然伽马测井是沿井身测量岩层的天然伽马射线强度来认识岩层的一种放射性方法，测井仪器沿井身移动，就连续的记录出井剖面上自然伽马强度曲线，强度数值使用API单位。具体的测井方法，可以与现有技术类似，此处不再赘述。

S200、对自然伽马测井曲线进行分析，根据分析结果确定富有机质页岩层的位置。

具体地，有机质为页岩气的生成、储存和富集提供物质基础和赋存空间，富有机质页岩更有利于页岩气存储，因此，在本实施例中，预设自然伽马测井值可以设置为160API。将自然伽马测井曲线的各自然伽马测井值与预设自然伽马测井值进行比较，当自然伽马测井值大于预设自然伽马测井值时，判定该自然伽马测井值所在的岩层为富有机质页岩层。这样一来，在富有机质页岩层的基础上进行进一步地判定，大大减少了测定过程的工作量。

进一步地，富有机质表明页岩中具有较高的总有机碳含量，而自然伽马测井曲线的数值能反映有机碳含量的高低，所以，在本实施例中，在确定富有机质岩层时，还能通过自然伽马测井曲线的分析结果来确定页岩层中的总有机碳含量，根据以下公式来计算页岩气井各岩层的总有机碳含量，

y＝6.479lnx-30.24

其中x代表自然伽马测井值，y代表总有机碳含量。

对计算得到的各岩层的总有机碳含量进行分析，根据分析结果确定富有机质页岩层的位置。具体地，当岩层中总有机碳含量大于2％时，则判定岩层为富有机质页岩层，所以，在本实施例中，将各岩层的总有机碳含量与2％进行比较，当某个岩层的总有机碳含量大于2％时，通过该岩层所对应的自然伽马测井曲线数值判定该岩层在页岩气井中的位置，以确定该位置的岩层为富有机质岩层。

S300、使用钻机钻取富有机质页岩层的岩心。

具体地，在确定富有机质页岩层的位置后，通过钻机钻取该富有机质页岩层的岩心样品以做进一步的判定。

S400、测定岩心的参数，参数包括：粘土矿物中伊利石含量比例、密度、孔隙度和电阻率。

具体地，在富有机质页岩层，随着热演化程度的增加，页岩内部成分会发生以下变化：

粘土矿物中的蒙脱石逐渐转变为伊利石，伊利石占粘土矿物的比例越高则证明石墨化越严重，所以，本实施例中，当粘土矿物中伊利石含量比例大于66％时，判定富有机质页岩层已经石墨化。具体地，根据大量的实验测定结果以及粘土矿物中伊利石含量比例与镜质体反射率(Ro)的回归分析，得到以下公式：

y＝0.301x²-1.953x+3.809

其中x代表镜质体反射率(Ro)，y代表伊利石含量比例。

上述提到当Ro>3.5％时，可判定页岩石墨化，所以当x为3.5％时，伊利石含量比例为66％，当伊利石含量比例大于66％时，则可判定页岩石墨化。

随着深埋增大，使热演化程度增加的同时，上覆地层压力也变大，处于下部的页岩受到压缩，密度会变大，所以页岩密度越大越能反映页岩石墨化。在本实施例中，当页岩密度大于2.73g/cm³时，判定富有机质页岩层已经石墨化。具体地，根据大量的实验测定结果以及页岩密度与镜质体反射率(Ro)的回归分析，得到以下公式：

y＝0.192x+2.054

其中x代表镜质体反射率(Ro)，y代表页岩密度。

当Ro为3.5％时，页岩密度为2.73g/cm³，当页岩密度大于2.73g/cm³时，则可判定页岩石墨化。

页岩的有机质开始生烃至石墨化，页岩的生气量逐渐下降，天然气的散失却在持续进行，页岩有机质演化至石墨化阶段时，由于长时间的散失，页岩的含气量较低，页岩的有机孔无天然气的支撑，在达到较大埋深时上覆地层压力作用下，页岩有机孔变小，连通性下降，所以用孔隙度的高低可以反映页岩是否石墨化。在本实施例中，当页岩孔隙度小于2.76％时，判定富有机质页岩层已经石墨化。具体地，根据大量的实验测定结果以及页岩孔隙度与镜质体反射率(Ro)的回归分析，得到以下公式：

y＝-0.03lnx+0.076

其中x代表镜质体反射率(Ro)，y代表页岩孔隙度。

当Ro为3.5％时，页岩孔隙度为2.76％，当页岩孔隙度小于2.76％时，则可判定页岩石墨化。

页岩有机质本身的电阻较大，电阻率较高，当有机质达到石墨化时，由于分子结构和元素组成的改变，电阻下降，电阻率较低，所以用电阻率的高低可以反映是否石墨化。在本实施例中，当页岩电阻率值小于1欧姆·米时，判定富有机质页岩层已经石墨化。具体地，根据大量的实验测定结果以及页岩电阻率与镜质体反射率(Ro)的回归分析，得到以下公式：

y＝7×10⁷e^-5.267x

其中x代表镜质体反射率(Ro)，y代表页岩电阻率。

当Ro为3.5％时，页岩电阻率近似为1欧姆·米，当页岩电阻率小于1欧姆·米时，则可判定页岩石墨化。

S500、将测定的各个参数与各自的预设值进行比较，当至少有一个参数与预设值的比较结果满足预设条件时，判定富有机质页岩层已经石墨化。

具体地，当测定的富有机质页岩的伊利石含量比例大于66％时；页岩密度大于2.73g/cm³时；页岩孔隙度小于2.76％时；页岩电阻率小于1欧姆·米时，当至少有一个参数满足条件，则可判定富有机质页岩已经石墨化。

进一步地，为了更加准确的判定页岩是否石墨化，在本实施例中，优选上述提到的参数中至少有两个参数与各自的预设值的比较结果满足各自的预设条件时，才判定富有机质页岩层已经石墨化。这样一来就更加准确的判断页岩是否石墨化。

举例来说，图2提供了一种优选地测定海相页岩石墨化的方法，如图2所示，在测定时，

首先使用伽马射线探测器对页岩气井进行测井，获得页岩气井的自然伽马测井曲线，也即自然伽马测井值。

然后根据对自然伽马测井数据的分析结果将页岩气井分为富有机质页岩层和贫有机质页岩层。具体的，当自然伽马测井值小于160API时为低自然伽马测井值，其所在的页岩层为贫有机质页岩；否则，为高自然伽马测井值，其所在的页岩层为富有机质页岩。

在确定了富有机质页岩层后，从该富有机质页岩层中钻取岩心来进行岩石参数的测定，例如，可以测定岩心的伊利石含量、密度、孔隙度以及电阻率。

最后将测得的上述岩石参数与各自的预设值进行比较，当比较结果满足以下条件中的任意两项时可以判定该页岩层已经石墨化，此时判定结果更加准确：

伊利石含量高于66％；密度大于2.73g/cm³；孔隙度小于2.76％；电阻率小于1欧姆·米。

本发明提供的测定海相页岩石墨化的方法，根据自然伽马测井曲线分析结果确定富有机质页岩层的位置，然后再根据富有机质页岩层岩心的粘土矿物中伊利石含量比例、密度、孔隙度和电阻率等数据与各自的预设值进行比较，当至少有一个参数与预设值的比较结果满足预设条件时，判定富有机质页岩层已经石墨化。仅通过对测井数据的分析以及富有机质页岩层段中伊利石含量比例、密度、孔隙度和电阻率数据的测定、比对就能确定海相页岩是否石墨化，省去了使用沥青反射率以及激光拉曼测定镜质体反射率的方法，达到了准确、快速和低成本地判断海相页岩是否石墨化的目的。

本领域技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种测定海相页岩石墨化的方法，其特征在于，包括：

使用伽马射线探测器测定页岩气井的自然伽马测井曲线；

对所述自然伽马测井曲线进行分析，根据分析结果确定富有机质页岩层的位置；

使用钻机钻取所述富有机质页岩层的岩心；

测定所述岩心的参数，所述参数包括：粘土矿物中伊利石含量比例、密度、孔隙度和电阻率；

将测定的各个参数与各自的预设值进行比较，当至少有一个参数与预设值的比较结果满足预设条件时，判定所述富有机质页岩层已经石墨化；其中，当所述页岩孔隙度小于2.76％时，判定所述富有机质页岩层已经石墨化；

所述对所述自然伽马测井曲线进行分析，根据分析结果确定富有机质页岩层的位置，包括：

使用以下公式计算页岩气井各岩层的总有机碳含量，

y＝6.479lnx-30.24

其中x代表自然伽马测井值，y代表总有机碳含量；

对计算得到的各岩层的总有机碳含量进行分析，根据分析结果确定富有机质页岩层的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述粘土矿物中伊利石含量比例大于66％时，判定所述富有机质页岩层已经石墨化。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述页岩密度大于2.73g/cm³时，判定所述富有机质页岩层已经石墨化。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述页岩电阻率值小于1欧姆·米，判定所述富有机质页岩层已经石墨化。

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，当所述参数中至少有两个参数与各自的预设值的比较结果满足各自的预设条件时，才判定所述富有机质页岩层已经石墨化。

6.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述对所述自然伽马测井曲线进行分析，根据分析结果确定富有机质页岩层的位置，包括：

将所述自然伽马测井曲线的各自然伽马测井值与预设自然伽马测井值进行比较，当所述自然伽马测井值大于所述预设自然伽马测井值时，判定该所述自然伽马测井值所在的岩层为富有机质页岩层。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预设自然伽马测井值为160API。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对计算得到的各岩层的总有机碳含量进行分析，根据分析结果确定富有机质岩层的位置，包括：

将各岩层的总有机碳含量与2％进行比较，当某个岩层的总有机碳含量大于2％时，判定该岩层为富有机质岩层。

Images