CN108535160A - 页岩游离气饱和度计算方法及系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种页岩游离气饱和度计算方法及系统。该方法可以包括：针对中子测井信息与密度测井信息进行粘土与有机质校正，获得视中子孔隙度与视密度孔隙度；调节视中子孔隙度的坐标，使其与视密度孔隙度重叠，进而获得视中子孔隙度与视密度孔隙度的坐标差；计算视中子孔隙度与视密度孔隙度的数值差；基于坐标差与数值差，获得视中子孔隙度与视密度孔隙度的差异幅度；基于差异幅度，获得游离气饱和度。本发明采用页岩气储层中子测井信息及密度测井信息的“挖掘效应”，更准确简便地确定页岩储层游离气饱和度。

Description

页岩游离气饱和度计算方法及系统

技术领域

本发明涉及油气勘探领域，更具体地，涉及一种页岩游离气饱和度计算方法及系统。

背景技术

页岩气储层中游离气含量的确定是油气资源量和经济评价的关键参数，常用每吨岩石中游离天然气的体积表示游离气含量的大小。目前测井确定页岩中游离气含量基本步骤如下：首先，利用测井资料确定地下页岩储层孔隙中游离气饱和度(S_g)，即游离气体积占总孔隙体积的百分比(％)，然后将地下游离天然气体积换算成地面体积，以每吨岩石中所含游离气体积来表示(m³/ton)。其转换公式为公式(1)：

其中，G_free为游离气含量，φ_t为页岩储层孔隙度，S_g为游离气饱和度，ρ_b为地层密度，B_g为天然气体积系数，S_w为含水饱和度。

可见，页岩游离气饱和度(S_g)的确定是测井确定游离气含量的关键参数。目前在测井行业中，页岩游离气饱和度的确定是利用电阻率测井资料基于传统纯砂岩含油气饱和度模型(阿尔奇公式)和泥质砂岩含油气饱和度模型(Simandoux公式、Waxman-Smits双水模型等)。例如，张培先(2012)、冀昆(2013)直接利用阿尔奇公式确定页岩游离气饱和度；张作清等(2013)利用改进的Simandoux公式确定页岩游离气饱和度；赵鹏飞(2011)、莫修文(2011)利用双水模型确定页岩气游离气饱和度。Slunberger公司也是利用双水模型确定页岩游离气饱和度。然而，传统含油气饱和度模型是针对粒间孔隙的砂岩储层建立起来的，从理论基础上来讲不适于以粘土矿物为主的页岩气储层。

在常规砂岩储层中，利用孔隙度测井中密度测井与中子测井的天然气效应(“挖掘效应”)来定性识别天然气层，这是一种成熟的方法。理论研究及实践发现，在页岩气储层中，由于游离甲烷气存在，密度测井与中子测井也存在“挖掘效应”，例如，我国涪陵地区页岩气、美国banett页岩气储层中，密度测井与中子测井都存在“挖掘效应”，图4示出了页岩气储层中子测井及密度测井的“挖掘效应”的示意图。但目前尚无基于孔隙度测井“挖掘效应”的游离气饱和度定量评价方法。因此，有必要开发一种页岩游离气饱和度计算方法及系统。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明提出了一种页岩游离气饱和度计算方法及系统，其采用页岩气储层中子测井信息及密度测井信息的“挖掘效应”，更准确简便地确定页岩储层游离气饱和度。

根据本发明的一方面，提出了一种页岩游离气饱和度计算方法。所述方法可以包括：针对中子测井信息与密度测井信息进行粘土与有机质校正，获得视中子孔隙度与视密度孔隙度；调节所述视中子孔隙度的坐标，使其与视密度孔隙度重叠，进而获得所述视中子孔隙度与所述视密度孔隙度的坐标差；计算所述视中子孔隙度与所述视密度孔隙度的数值差；基于所述坐标差与所述数值差，获得所述视中子孔隙度与所述视密度孔隙度的差异幅度；基于所述差异幅度，获得所述游离气饱和度。

优选地，所述视中子孔隙度为：

φ_na＝φ_cn-N_clayV_clay-N_orgV_org (2)

其中，φ_na表示视中子孔隙度，φ_cn表示中子测井测量值，N_clay表示页岩中粘土骨架中子值，V_clay表示页岩中粘土体积含量，N_org表示有机质骨架中子值，V_org表示有机质体积含量。

优选地，所述视密度孔隙度为：

其中，φ_da表示视密度孔隙度，den表示密度测井测量值，den_ma表示页岩骨架密度值，den_f表示流体密度值，V_org表示有机质体积含量。

优选地，所述差异幅度为：

Δφ_cor＝Δφ_dn-Δφ_base (5)

其中，Δφ_cor表示差异幅度，Δφ_dn表示数值差，Δφ_base表示坐标差。

优选地，所述游离气饱和度为：

S_g＝A×Δφ_cor (6)

其中，S_g表示游离气饱和度，A表示计算因子，A的取值范围为4.2-4.5。

根据本发明的另一方面，提出了一种页岩游离气饱和度计算系统，所述系统可以包括：校正单元，用于基于中子测井信息与密度测井信息，通过粘土与有机质校正，获得视中子孔隙度与视密度孔隙度；调节坐标单元，用于调节所述视中子孔隙度的坐标，与视密度孔隙度重叠，进而获得所述视中子孔隙度与所述视密度孔隙度的坐标差；计算单元，用于基于所述视中子孔隙度与所述视密度孔隙度，计算所述视中子孔隙度与所述视密度孔隙度的数值差；基于所述坐标差与所述数值差，计算所述视中子孔隙度与所述视密度孔隙度的差异幅度；基于所述差异幅度，计算所述游离气饱和度。

优选地，所述视中子孔隙度为：

φ_na＝φ_cn-N_clayV_clay-N_orgV_org (2)

其中，φ_na表示视中子孔隙度，φ_cn表示中子测井测量值，N_clay表示页岩中粘土骨架中子值，V_clay表示页岩中粘土体积含量，N_org表示有机质骨架中子值，V_org表示有机质体积含量。

优选地，所述视密度孔隙度为：

其中，φ_da表示视密度孔隙度，den表示密度测井测量值，den_ma表示页岩骨架密度值，den_f表示流体密度值，V_org表示有机质体积含量。

优选地，所述差异幅度为：

Δφ_cor＝Δφ_dn-Δφ_base (5)

其中，Δφ_cor表示差异幅度，Δφ_dn表示数值差，Δφ_base表示坐标差。

优选地，所述游离气饱和度为：

S_g＝A×Δφ_cor (6)

其中，S_g表示游离气饱和度，A表示计算因子，A的取值范围为4.2-4.5。

本发明的有益效果在于：本发明为利用测井资料确定页岩气游离气含量提供了便利手段，方法中各种参数都可以依据测井资料获得。利用测井资料，可以更准确简便地确定页岩游离气饱和度。

本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的页岩游离气饱和度计算方法的步骤的流程图。

图2示出了根据本发明的一个实施例的视中子孔隙度与视密度孔隙度叠合关系的示意图。

图3示出了根据本发明的一个实施例的游离气饱和度与岩心测试饱和度的对比示意图。

图4示出了页岩气储层中子及密度测井含气响应的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

图1示出了根据本发明的页岩游离气饱和度计算方法的步骤的流程图。

在该实施方式中，根据本发明的页岩游离气饱和度计算方法可以包括：步骤101，针对中子测井信息与密度测井信息进行粘土与有机质校正，获得视中子孔隙度与视密度孔隙度；步骤102，调节视中子孔隙度的坐标，使其与视密度孔隙度重叠，进而获得视中子孔隙度与视密度孔隙度的坐标差；步骤103，计算视中子孔隙度与视密度孔隙度的数值差；步骤104，基于坐标差与数值差，获得视中子孔隙度与视密度孔隙度的差异幅度；以及步骤105，基于差异幅度，获得游离气饱和度。

该实施方式采用页岩气储层中子测井信息及密度测井信息的“挖掘效应”，更准确简便地确定页岩储层游离气饱和度。

下面详细说明根据本发明的页岩游离气饱和度计算方法的具体步骤。

在一个示例中，针对中子测井信息与密度测井信息进行粘土与有机质校正，获得视中子孔隙度与视密度孔隙度。

在一个示例中，视中子孔隙度为：

φ_na＝φ_cn-N_clayV_clay-N_orgV_org (2)

其中，φ_na表示视中子孔隙度，φ_cn表示中子测井测量值，N_clay表示页岩中粘土骨架中子值，V_clay表示页岩中粘土体积含量，N_org表示有机质骨架中子值，V_org表示有机质体积含量。

在一个示例中，视密度孔隙度为：

其中，φ_da表示视密度孔隙度，den表示密度测井测量值，den_ma表示页岩骨架密度值，den_f表示流体密度值，V_org表示有机质体积含量。

具体地，由于中子测井信息、密度测井信息受粘土含量、有机质含量及含气性共同影响，因此可以针对中子测井信息及密度测井信息进行粘土和有机质校正，进而求取孔隙度，其中，中子测井信息包括：中子测井测量值、页岩中粘土骨架中子值、页岩中粘土体积含量、有机质骨架中子值、有机质体积含量，将上述数据代入公式(2)中，求取视中子孔隙度；密度测井信息包括：密度测井测量值、页岩骨架密度值、流体密度值、有机质体积含量，将上述数据代入公式(3)中，求取视密度孔隙度。

通过计算校正后，可以消除量纲以及不同测井方法造成的偏差，同时消除了泥质及有机质对密度测井及中子测井的影响，突出了页岩中游离天然气的响应。

在一个示例中，调节视中子孔隙度的坐标，使其与视密度孔隙度重叠，进而获得视中子孔隙度与视密度孔隙度的坐标差。

具体地，可以通过重叠法确定坐标差，利用绘图软件显示两种孔隙度曲线，调节视中子孔隙度的坐标，使其与视密度孔隙度重叠，则视中子孔隙度坐标值减去视密度孔隙度坐标值，获得坐标差Δφ_base。

在一个示例中，计算视中子孔隙度与视密度孔隙度的数值差。

具体地，将视中子孔隙度与视密度孔隙度代入公式(4)：

Δφ_dn＝φ_da-φ_na (4)，

求得视中子孔隙度与视密度孔隙度的数值差Δφ_dn。

在一个示例中，基于坐标差与数值差，获得视中子孔隙度与视密度孔隙度的差异幅度。

在一个示例中，差异幅度为：

Δφ_cor＝Δφ_dn-Δφ_base (5)

其中，Δφ_cor表示差异幅度，Δφ_dn表示数值差，Δφ_base表示坐标差。

具体地，将坐标差与数值差代入公式(5)中，求得差异幅度。

在一个示例中，基于差异幅度，获得游离气饱和度。

在一个示例中，所述游离气饱和度为：

S_g＝A×Δφ_cor (6)

其中，S_g表示游离气饱和度，A表示计算因子。

具体地，由于差异幅度是变化的，并且其变化幅度与游离气饱和度相关，因此可以将差异幅度代入公式(6)中，计算游离气饱和度，其中，A表示计算因子，发明人通过大量岩心实测结果对比分析，确定A的取值范围在4.2-4.5之间，优选为4.3。

本方法为利用测井资料确定页岩气游离气含量提供了便利手段，方法中各种参数都可以依据测井资料获得。利用测井资料，可以更准确简便地确定页岩游离气饱和度。

应用示例

为便于理解本发明实施方式的方案及其效果，以下给出一个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。

对来自四川盆地涪陵地区页岩气测井资料进行处理，确定游离气饱和度，并与岩心测试的游离气饱和度结果对比。

图2示出了根据本发明的一个实施方式的视中子孔隙度与视密度孔隙度叠合关系的示意图。基于中子测井信息与密度测井信息具体数据，通过公式(2)与公式(3)分别求取视中子孔隙度与视密度孔隙度，并在绘图软件中绘制视中子孔隙度曲线与视密度孔隙度曲线，通过调整视中子孔隙度曲线的坐标，使之在非页岩气段，即2534-2540m气段与视密度孔隙度曲线重叠，此时，视中子孔隙度曲线的左刻度值为-3，视密度孔隙度曲线的左刻度值为0，用视中子孔隙度曲线的左刻度值(-3)减去视密度孔隙度曲线的左刻度值(0)等于-3，即坐标差Δφ_base＝-3；将视中子孔隙度与视密度孔隙度代入公式(4)，求得视中子孔隙度与视密度孔隙度的数值差，进而将坐标差与数值差代入公式(5)，确定经背景校正后的视密度孔隙度与视中子孔隙度的差异幅度；将差异幅度代入公式(6)，计算因子A取优化值为4.3，求得游离气饱和度并描绘游离气饱和度曲线。

图3示出了根据本发明的一个实施方式的游离气饱和度与岩心测试饱和度的对比示意图。其中，第二道实线为游离气饱和度，第二道圆点为岩心测量的含气饱和度，两者吻合度较高，表明利用本方法确定游离气饱和度是可靠的；第三道显示的是游离气含量与吸附气含量，其中，实线表示游离气含量，虚线表示吸附气含量，利用本发明方法确定游离气饱和度后，通过公式(1)确定游离气含量，并与现场测试含气量(短横线)对比，两者吻合度较高，进而计算游离气含量与吸附气含量之和为总含气量。

综上所述，本发明为利用测井资料确定页岩气游离气含量提供了便利手段，方法中各种参数都可以依据测井资料获得。利用测井资料，可以更准确简便地确定页岩游离气饱和度。

本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施方式的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施方式的有益效果，并不意在将本发明的实施方式限制于所给出的任何示例。

根据本发明的实施例，提供了一种页岩游离气饱和度计算系统，所述系统可以包括：校正单元，用于基于中子测井信息与密度测井信息，通过粘土与有机质校正，获得视中子孔隙度与视密度孔隙度；调节坐标单元，用于调节视中子孔隙度的坐标，与视密度孔隙度重叠，进而获得视中子孔隙度与视密度孔隙度的坐标差；计算单元，用于基于视中子孔隙度与视密度孔隙度，计算视中子孔隙度与视密度孔隙度的数值差；基于坐标差与数值差，计算视中子孔隙度与视密度孔隙度的差异幅度；基于差异幅度，计算游离气饱和度。

该实施例采用页岩气储层中子测井信息及密度测井信息的“挖掘效应”，更准确简便地确定页岩储层游离气饱和度。

在一个示例中，视中子孔隙度为：

φ_na＝φ_cn-N_clayV_clay-N_orgV_org (2)

其中，φ_na表示视中子孔隙度，φ_cn表示中子测井测量值，N_clay表示页岩中粘土骨架中子值，V_clay表示页岩中粘土体积含量，N_org表示有机质骨架中子值，V_org表示有机质体积含量。

在一个示例中，视密度孔隙度为：

其中，φ_da表示视密度孔隙度，den表示密度测井测量值，den_ma表示页岩骨架密度值，den_f表示流体密度值，V_org表示有机质体积含量。

在一个示例中，差异幅度为：

Δφ_cor＝Δφ_dn-Δφ_base (5)

其中，Δφ_cor表示差异幅度，Δφ_dn表示数值差，Δφ_base表示坐标差。

在一个示例中，游离气饱和度为：

S_g＝A×Δφ_cor (6)

其中，S_g表示游离气饱和度，A表示计算因子，A的取值范围为4.2-4.5。

以上已经描述了本发明的各实施方式，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施方式。在不偏离所说明的各实施方式的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施方式的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施方式。

Claims (10)

1.一种页岩游离气饱和度计算方法，包括：

针对中子测井信息与密度测井信息进行粘土与有机质校正，获得视中子孔隙度与视密度孔隙度；

调节所述视中子孔隙度的坐标，使其与视密度孔隙度重叠，进而获得所述视中子孔隙度与所述视密度孔隙度的坐标差；

计算所述视中子孔隙度与所述视密度孔隙度的数值差；

基于所述坐标差与所述数值差，获得所述视中子孔隙度与所述视密度孔隙度的差异幅度；

基于所述差异幅度，获得所述游离气饱和度。

2.根据权利要求1所述的页岩游离气饱和度计算方法，其中，所述视中子孔隙度为：

φ_na＝φ_cn-N_clayV_clay-N_orgV_org (2)

其中，φ_na表示视中子孔隙度，φ_cn表示中子测井测量值，N_clay表示页岩中粘土骨架中子值，V_clay表示页岩中粘土体积含量，N_org表示有机质骨架中子值，V_org表示有机质体积含量。

3.根据权利要求1所述的页岩游离气饱和度计算方法，其中，所述视密度孔隙度为：

其中，φ_da表示视密度孔隙度，den表示密度测井测量值，den_ma表示页岩骨架密度值，den_f表示流体密度值，V_org表示有机质体积含量。

4.根据权利要求1所述的页岩游离气饱和度计算方法，其中，所述差异幅度为：

Δφ_cor＝Δφ_dn-Δφ_base (5)

其中，Δφ_cor表示差异幅度，Δφ_dn表示数值差，Δφ_base表示坐标差。

5.根据权利要求4所述的页岩游离气饱和度计算方法，其中，所述游离气饱和度为：

S_g＝A×Δφ_cor (6)

其中，S_g表示游离气饱和度，A表示计算因子，A的取值范围为4.2-4.5。

6.一种页岩游离气饱和度计算系统，包括：

校正单元，用于针对中子测井信息与密度测井信息进行粘土与有机质校正，获得视中子孔隙度与视密度孔隙度；

调节坐标单元，用于调节所述视中子孔隙度的坐标，与视密度孔隙度重叠，进而获得所述视中子孔隙度与所述视密度孔隙度的坐标差；

计算单元，用于计算所述视中子孔隙度与所述视密度孔隙度的数值差，基于所述坐标差与所述数值差，计算所述视中子孔隙度与所述视密度孔隙度的差异幅度，基于所述差异幅度，计算所述游离气饱和度。

7.根据权利要求6所述的页岩游离气饱和度计算系统，其中，所述视中子孔隙度为：

φ_na＝φ_cn-N_clayV_clay-N_orgV_org (2)

其中，φ_na表示视中子孔隙度，φ_cn表示中子测井测量值，N_clay表示页岩中粘土骨架中子值，V_clay表示页岩中粘土体积含量，N_org表示有机质骨架中子值，V_org表示有机质体积含量。

8.根据权利要求6所述的页岩游离气饱和度计算系统，其中，所述视密度孔隙度为：

其中，φ_da表示视密度孔隙度，den表示密度测井测量值，den_ma表示页岩骨架密度值，den_f表示流体密度值，V_org表示有机质体积含量。

9.根据权利要求6所述的页岩游离气饱和度计算系统，其中，所述差异幅度为：

Δφ_cor＝Δφ_dn-Δφ_base (5)

其中，Δφ_cor表示差异幅度，Δφ_dn表示数值差，Δφ_base表示坐标差。

10.根据权利要求9所述的页岩游离气饱和度计算系统，其中，所述游离气饱和度为：

S_g＝A×Δφ_cor (6)

其中，S_g表示游离气饱和度，A表示计算因子，A的取值范围为4.2-4.5。