CN110161208B - 页岩非均质性定量表征方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种页岩非均质性定量表征方法，包括：基于对待测区域的页岩样本的实验测试，确定对储层和含油气性控制的多个非均质性参数；对多个非均质性参数定量赋值和归一化；基于信息量权数法，确定多个非均质性参数的权重；计算多个非均质性参数的非均质性指数SHI。本发明的优点在于：基于页岩非均质性目前仅限于定性描述的现状和存在对勘探及开发不直接关联的问题，提出的一种页岩非均质性定量表征方法。该方法延伸了非均质性的应用范围，达到降本增效地预测高质量的页岩储层和页岩油气富集区及帮助预测生产甜点的目标，能加快页岩油气勘探开发的进程。

Description

页岩非均质性定量表征方法

技术领域

本发明涉及资源勘探开发领域，更具体地，涉及一种页岩非均质性定量表征方法。

背景技术

岩石非均质性是在沉积成岩以及后期构造作用的综合影响下，岩石的空间分布和各项属性的非均质变化。储层非均质性研究始于20世纪70-80年代，油气储层的非均质性是用来描述储层地质的复杂程度(Alpay，1972)。油气储集层的非均质性是一种普遍的现象,是指油气储集层在沉积、成岩以及后期构造作用的综合影响下,储集层的空间分布和各项属性的不均匀变化(张传河等，2011，洪峰等，2015)。非均质性来自不同的方面，即使对于黑色页岩，也有颗粒大小变化、沉积构造特征变化、岩性和岩相变化、是否有夹层、孔隙度和渗透率空间变化、孔隙结构变化、成岩程度变化、油气聚集程度等。储集层非均质性直接影响其孔隙度和渗透率、含油气饱和度及油气的富集与分布，一些学者通过物理模拟实验等手段进行过储集层非均质性与砂岩储集层含油气性的关系研究(曾溅辉，2000；郭松等，2013；马中良等，2008)。储层非均质性研究是油气勘探中储层质量、油气成藏及油气藏描述中最核心的内容。油气勘探中非均质性研究有助于研究储层属性空间变化、预测有利的储层分布和有利油气聚集带。

美国能源部从70年代开始资助研究美国东部裂缝发育的页岩，海相页岩(包括Barnett,Marcellus,Bakken,Eagle Ford,Niobrara等)油气的成功开发是美国能源史上一次重要革命(Curtis,2002；EIA,2013)，美国当前油气进口大大减少并影响当前全球油价。中国和南美及欧洲等地的页岩研究最近五年也取得了重大进展。页岩资源调查表明中国页岩气资源量在全球排名靠前，致密油和页岩油也具有广阔前景(张金川，2008；邹才能，2011)。四川盆地五峰-龙马溪海相页岩在涪陵的成功开发表明页岩油气在中国具有很大前景(郭彤楼，2013)。但中国海相页岩和北美海相页岩相比，构造和沉积背景均有一定的差异，尤其中国海相页岩在经历从早古生代加里东到新生带多期复杂构造运动影响下，不同沉积相页岩气储层和保存条件制约了页岩气勘探和开发的步伐(徐政语等，2015；Jiang etal.，2015，2016)。在页岩宏观沉积研究的同时，页岩微观实验沉积研究随着技术的进步取得了重大突破。页岩水槽实验表明页岩沉积过程复杂(Schieber，2011)。页岩精细沉积相研究、岩矿测试XRD、压汞等孔吼结构表征、FIB/SEM高精度扫描电镜和QEMSCAN等对页岩观察表明页岩储层非均值性严重，只有在一定沉积相带和沉积构造及一定矿物组分内页岩才是可压裂的好的储层(Loucks and Ruppel；2007；Suarez-Rivera,2009；Jiang,2014；Stincoet al.,2014；郭英海和赵迪斐，2015)。但对页岩储层非均质性表征研究国内外刚起步，仅处于非均质性宏观和微观简单描述阶段。在页岩气资源勘探开发的持续推进过程中，页岩气储层盆地到纳米尺度非均质性研究的重要性不断凸显，已成为评价沉积盆地中页岩气藏是否能够成藏、成藏效率和规模及甜点的时空分布的关键和基础，导致页岩物性的差异原因主要有沉积作用、成岩作用和构造改造作用，因此沉积作用和构造作用等都是非均质研究的核心内容。尤其对处于复杂构造和沉积环境及经历多期构造运动和成岩演化的页岩，储层非均质性定量表征对预测全球页岩优质储层和中国页岩气勘探及高效开发至关重要。但页岩的非均质性研究目前仅处于定性描述阶段，而且不能有效用于页岩地质研究和页岩油气的勘探及开发。

因此，有必要开发一种能够深化非均质性研究，具有准确快速描述页岩的非均质、预测高质量页岩储层、页岩油气聚集的层位和地区等特点的非均质性定量表征方法。

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非均质性定量表征方法及系统，其能够通过决定页岩储层和含油气的关键参数的定性和定量的统计分析，建立页岩非均质性的定量模型，实现更加准确和快速表征页岩的非均质特点，预测高质量页岩储层和页岩油气聚集的层位和地区及未来生产的甜点。

根据本发明提出了一种页岩非均质性定量表征方法，包括：

基于对待测区域的页岩样本的实验测试，确定对储层和含油气性控制的多个非均质性参数；

对所述多个非均质性参数定量赋值和归一化；

基于信息量权数法，确定所述多个非均质性参数的权重；

计算所述多个非均质性参数的非均质性指数SHI。

优选地，所述多个非均质性参数分别是有机质含量X1、孔隙度X2、渗透率X3、矿物组成X4、纹层X5和裂缝X6。

优选地，所述非均质性指数SHI为：

SHI＝a*X1+b*X2+c*X3+d*X4+e*X5+f*X6 (1)

其中，有机质含量X1、孔隙度X2、渗透率X3、矿物组成X4、纹层X5和裂缝X6对应的权重分别为a，b，c，d，e，f，且a+b+c+d+e+f＝1。

优选地，根据所述多个非均质性参数归一化数值求取相应的多个变异系数。

优选地，根据所述变异系数归一化获取所述多个非均质性参数的权重。

优选地，所述变异系数归一化的方法为：

其中：W_i为第i个参数的变异系数归一化值；

V_i为第i个参数的变异系数。

优选地，所述有机质含量X1，所述孔隙度X2，所述渗透率X3的归一化方法为：

其中，P_i为X1，X2，X3归一化数值；

P₀为原始值；

P_max为最大值；

P_min为最小值。

优选地，所述矿物组成X4归一化方法为：

其中，K_i为X4归一化数值；

K₀为原始值；

K_max为最大值；

K_min为最小值。

优选地，所述纹层X5根据统计的数据采用以下归一化方法：

X5＜10，X5归一化数值为0；

10≤X5＜50，X5归一化数值为0.25；

50≤X5＜100，X5归一化数值为0.5；

100≤X5＜200，X5归一化数值为0.75。

优选地，所述裂缝X6根据统计的数据采用以下归一化方法：

X6＜10，X6归一化数值为0；

10≤X6＜20，X6归一化数值为0.25；

20≤X6＜30，X6归一化数值为0.5；

30≤X6＜40，X6归一化数值为0.75。

根据本发明的一种页岩非均质性定量表征方法，其优点在于：拓展了页岩属性的研究内涵，促进了页岩储层地质学的发展，为非常规资源勘探开发提供了一种实用工具，有利于准确快速地预测有利页岩储层发育的层位和平面分布及页岩油气生产的甜点。

本发明的方法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例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例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例进行更详细的描述，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例中，相同的附图标记通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的一种页岩非均质性定量表征方法的步骤的流程图。

图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的某地区一口海相页岩气井的非均质性指数SHI的示意图。

图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的某地区十三口不同海相页岩气井的非均质性指数变化示意图。

图4示出了根据本发明的一个示例性实施例的某地区页岩非均质性指数SHI和原位含气量之间的关系示意图。

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例，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例所限制。相反，提供这些实施例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。

本发明提出了一种页岩非均质性定量表征方法，包括：基于对待测区域的页岩样本的实验测试，确定对储层和含油气性控制的多个非均质性参数；对多个非均质性参数定量赋值和归一化；基于信息量权数法，确定多个非均质性参数的权重；计算多个非均质性参数的非均质性指数SHI。

首先，对不同沉积相页岩选样，在实验室开展地化、先进矿物岩石定量可视化(QEMSCAN)、聚焦离子束扫描电子显微镜(FIB/SEM)、X射线衍射(XRD)、致密岩石分析(TRA)等岩石物理测试，总结页岩沉积、地化、岩石矿物及储层岩石物理(孔渗物性)等属性垂向变化特征。

优选地，通过大量的野外露头和岩心观察、宏观到微观沉积描述及地球化学、岩石物理、岩矿测试数据和大量原地含气量测试结果分析表明有机质含量(TOC)、孔隙度、渗透率、矿物组成、纹层和裂缝六个参数是定义页岩的储层好坏及影响含气量的关键参数。

接下来，对非均质性参数定量赋值和归一化。

在定性分析技术上，归纳出影响储层关键属性，提炼出这些属性对储层有利和不利因素，将这些属性进行非均质性定量赋值和归一化。

优选地，假设机质含量为X1、孔隙度为X2、渗透率为X3、矿物组成为X4、纹层为X5及裂缝为X6。

作为优选方案，有机质含量X1，孔隙度X2，渗透率X3的归一化方法采用：

其中，P_i为X1，X2，X3归一化数值；

P₀为原始值；

P_max为最大值；

P_min为最小值。

作为优选方案，矿物组成X4归一化方法采用：

其中，K_i为X4归一化数值；

K₀为原始值；

K_max为最大值；

K_min为最小值。

作为优选方案，纹层X5根据统计的数据采用以下归一化方法：

X5＜10，X5归一化数值为0；

10≤X5＜50，X5归一化数值为0.25；

50≤X5＜100，X5归一化数值为0.5；

100≤X5＜200，X5归一化数值为0.75。

作为优选方案，裂缝X6根据统计的数据采用以下归一化方法：

X6＜10，X6归一化数值为0；

10≤X6＜20，X6归一化数值为0.25；

20≤X6＜30，X6归一化数值为0.5；

30≤X6＜40，X6归一化数值为0.75。

进一步，基于信息量权数法，确定上述六个非均质性参数的权重。

其中，X1-X6对应的权重分别为a，b，c，d，e，f，且a+b+c+d+e+f＝1。

a，b，c，d，e，f的获取方法采用信息量权数法，根据信息分辨多少(变异系数)给予权重。

作为优选方案，根据多个非均质性参数归一化数值求取相应的多个变异系数(Fitch et al.，2015)。将得到的六个参数的变异系数归一化即得到a，b，c，d，e，f的值。

其中，变异系数归一化方法为：

其中：W_i为第i个参数的变异系数归一化值；

V_i为第i个参数的变异系数。

最后，计算非均质性参数的非均质性指数SHI。

作为优选方案，非均质性指数SHI为：

SHI＝a*X1+b*X2+c*X3+d*X4+e*X5+f*X6 (1)。

页岩定量非均质表征是前人基础上的创新，拓展了页岩属性的研究内涵，促进了页岩储层地质学的发展。该页岩非均质性定量表征方法为非常规资源勘探开发提供了一种实用工具，有利于准确快速地预测有利页岩储层发育的层位和平面分布及页岩油气生产的甜点。该发明在海相页岩气的勘探和开发中已经取得了成功运用。

实施例

图1示出了根据本发明的一种页岩非均质性定量表征方法的步骤的流程图。

本实施例的一种页岩非均质性定量表征方法，包括：

基于对待测区域的页岩样本的实验测试，确定对储层和含油气性控制的多个非均质性参数；

对多个非均质性参数定量赋值和归一化；

基于信息量权数法，确定多个非均质性参数的权重；

计算多个非均质性参数的非均质性指数SHI。

通过对某地区一海相页岩的有机质含量X1、孔隙度X2、渗透率X3、矿物组成X4、纹层X5和裂缝X6六个参数的361组样品中筛选出328组有效数据进行统计相关性分析得到不同参数的变异系数，然后根据变异系数算出归一化权重(如表1所示)：

表1 某一海相页岩非均质性参数的权重分析结果

由表1可以获得：a＝0.25，b＝0.19，c＝0.12，d＝0.13，e＝0.17，f＝0.14。

表1中TOC、孔隙度、渗透率、粘土矿物是通过实验获取，纹层发育程度和裂缝发育程度是基于岩心统计的；均值、标准差、变异系数通过下文公式获取；权重由变异系数归一化公式(4)获取。

其中，

为参数的均值；

A_i为参数值；

N为样品总数；

σ为参数的标准差；

V为参数的变异系数。

则通过公式(1)得到该地区非均质性指数SHI为：

SHI＝0.25*X1+0.19*X2+0.12*X3+0.13*X4+0.17*X5+0.14*X6。

X1-X6分别为非均质性参数有机质含量(TOC)X1、孔隙度X2、渗透率X3、矿物组成X4、纹层发育程度X5和裂缝发育程度X6。

图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的某地区一口海相页岩的非均质性指数SHI的示意图。

根据本发明的方法选择某地区一口典型的海相页岩气井的非均质性定量计算及其在页岩油气资源评价中的应用。首先进行有机质含量(TOC)、孔隙度、渗透率、矿物组成、纹层和裂缝参数非均质性指数的计算，然后综合各参数的权重计算出总的非均质性指数SHI。如图2所示，从SHI和含气量及页岩资源指数(SQI，代表资源富集程度)的关系可以看出它们之间呈正比关系。

图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的某地区十三口不同海相页岩气井的非均质性指数变化示意图。图4示出了根据本发明的一个示例性实施例的某地区页岩非均质性指数SHI和原位含气量之间的关系示意图。

进一步将此方法运用到该地区13口不同海相页岩体系域(海进体系域-TST，高位体系域-HST)的页岩非均质性定量评价中，如图3所示，大量页岩含气量和非均质性指数SHI的统计表明高的SHI对应的地下原位含气量也高(如图4所示)，表明该地区页岩非均质性指数SHI和资源分布成正比关系。由此表明图3中左边高SHI井分布区域比右边低SHI井分布区域的资源量高。

以上已经描述了本发明的实施例，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实施例。在不偏离所说明的实施例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，旨在最好地解释实施例的原理、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实施例。

Claims (6)

1.一种页岩非均质性定量表征方法，包括：

基于对待测区域的页岩样本的实验测试，确定对储层和含油气性控制的多个非均质性参数；

对所述多个非均质性参数定量赋值和归一化；

基于信息量权数法，确定所述多个非均质性参数的权重；

计算所述多个非均质性参数的非均质性指数SHI；

其中，所述多个非均质性参数分别是有机质含量X1、孔隙度X2、渗透率X3、矿物组成X4、纹层X5和裂缝X6；

其中，根据所述多个非均质性参数归一化数值求取相应的多个变异系数；

其中，根据所述变异系数归一化获取所述多个非均质性参数的权重；

其中，所述非均质性指数SHI为：

SHI=a*X1+b*X2+c*X3+d*X4+e*X5+f*X6 （1）

其中，有机质含量X1、孔隙度X2、渗透率X3、矿物组成X4、纹层X5和裂缝X6对应的权重分别为a，b，c，d，e，f，且a+b+c+d+e+f=1。

2.根据权利要求1所述的页岩非均质性定量表征方法，其中，所述变异系数归一化的方法为：

（4）

其中：W _i 为第i个参数的变异系数归一化值；

V _i 为第i个参数的变异系数。

3.根据权利要求1所述的页岩非均质性定量表征方法，其中，所述有机质含量X1，所述孔隙度X2，所述渗透率X3的归一化方法为：

（2）

其中，P_i为X1，X2，X3归一化数值；

P₀为原始值；

P_max为最大值；

P_min为最小值。

4.根据权利要求1所述的页岩非均质性定量表征方法，其中，所述矿物组成X4归一化方法为：

（3）

其中，K_i为X4归一化数值；

K₀为原始值；

K_max为最大值；

K_min为最小值。

5.根据权利要求1所述的页岩非均质性定量表征方法，其中，所述纹层X5根据统计的数据采用以下归一化方法：

X5＜10，X5归一化数值为0；

10≤X5＜50，X5归一化数值为0.25；

50≤X5＜100，X5归一化数值为0.5；

100≤X5＜200，X5归一化数值为0.75。

6.根据权利要求1所述的页岩非均质性定量表征方法，其中，所述裂缝X6根据统计的数据采用以下归一化方法：

X6＜10，X6归一化数值为0；

10≤X6＜20，X6归一化数值为0.25；

20≤X6＜30，X6归一化数值为0.5；

30≤X6＜40，X6归一化数值为0.75。

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