CN110596165A - 一种改进的基于矿物组成的页岩脆性指数确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改进的基于矿物质组成的页岩脆性指数确定方法，该方法包括通过干酪根镜鉴识别待测页岩中干酪根类型，通过有机碳分析确定页岩中总有机碳含量Wo；计算有机质体积分数Vo，进而求得有机质体积含量Vorganic；通过X衍射全岩矿物分析确定页岩中长英质矿物含量Wflesic、碳酸盐矿物含量Wcarbonate、黏土矿物含量Wclay和无机矿物含量总和Vim，进行归一化处理求得碳酸盐矿物体积含量Vcarbonate、长英质矿物体积含量Vflesic和黏土矿物体积含量Vcarbonate，得出计算改进的基于矿物组成的页岩脆性指数Brit，该方法既可以体现碳酸盐矿物质对页岩可压性的双重作用，又提高了页岩脆性指数的精准度。

Description

一种改进的基于矿物组成的页岩脆性指数确定方法
技术领域
本发明涉及地质勘探技术领域，特别涉及一种改进的基于矿物组成的页岩脆性指数确定方法。
背景技术
岩石矿物组成对页岩的改造性影响大，传统的基于矿物组成的页岩脆性指数计算方法有三种：
(1)Brit＝Vquartz/(Vquartz+Vcarbonate)*100，
(2)Brit＝Vfelsic/(Vfelsic+Vcarbonate)*100，
(3)Brit＝(Vfelsic+Vcarbonate)/(Vfelsic+Vcarbonate+Vclay)*100。
碳酸盐矿物对页岩可压性具有双重作用，即一定量的碳酸盐矿物可以增加脆性，而过量的碳酸盐矿物导致强度增大，断裂韧性增加，不利于改造，这与实际压裂过程中将碳酸盐岩当作压裂隔挡层、天然裂缝中止于碳酸盐岩层吻合；而传统的基于矿物组成的页岩脆性指数计算方法无法体现碳酸盐矿物对对页岩可压性的双重作用。
有机质的塑性对页岩脆性的是有影响的，例如，成岩作用强度偏弱时，有机质含量增加，页岩静态杨氏模量和泊松比降低，脆性减弱，这决定了富有机质页岩可压性差，而传统的计算方法均未考虑有机质的塑性对页岩脆性的影响，所以其计算出来的页岩脆性指数不够准确。
因此，如何能够更好的体现碳酸盐矿物对页岩可压性的双重作用，并且考虑到有机质对页岩脆性的影响，提高获得的页岩脆性指数的精确度成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于，可以体现碳酸盐矿物质对页岩可压性的双重作用，提高页岩脆性指数的精准度；提出的一种改进的基于矿物组成的页岩脆性指数确定方法；解决了无法体现碳酸盐矿物对对页岩可压性的双重作用以及未考虑有机质塑性对页岩脆性影响的问题。
为了解决上述技术问题，本发明实施例一种改进的基于矿物组成的页岩脆性指数确定方法，包括：
S11通过干酪根镜鉴识别待测页岩中干酪根类型；所述干酪根类型为Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型；
S12、通过有机碳分析确定页岩中总有机碳含量Wo；
S13、根据所述干酪根的类型以及演化阶段确定转换系数K，根据所述总有机碳含量Wo、所述转换系数K、有机质密度ρo和岩石密度ρm，计算有机质体积分数Vo，并转换为有机质体积含量Vorganic；
S14、通过X衍射全岩矿物分析确定页岩中长英质矿物含量Wflesic、碳酸盐矿物含量Wcarbonate、黏土矿物含量Wclay和无机矿物含量总和Vim；
S15、根据所述有机质体积含量Vorganic、所述无机物矿物含量总和Vim，所述碳酸盐矿物含量Wcarbonate、所述长英质矿物含量Wflesic和所述黏土矿物含量Wclay进行归一化处理，得出碳酸盐矿物体积含量Vcarbonate、长英质矿物体积含量Vflesic和黏土矿物体积含量Vclay；
S16、根据所述有机质体积含量Vorganic、所述碳酸盐矿物体积含量Vcarbonate、所述长英质矿物体积含量Vflesic和所述黏土矿物体积含量Vclay，得出计算改进的基于矿物组成的页岩脆性指数Brit。
在一个实施例中，所述步骤S12，包括：将待测页岩样品用稀盐酸除去无机碳，使有机碳在高温氧气流中燃烧氧化转化为CO2，使用检测器检测CO2的含量，计算出所述总有机碳含量Wo。
在一个实施例中，所述步骤S13，包括：有机质体积分数Vo的公式为：
Vo＝Wo×K×ρm/ρo； (4)
其中，Vo为有机质体积分数；Wo为总有机碳含量；K为有机质转化系数；ρm为页岩密度，取值为2.5g/cm3；ρo为有机质密度，取值为1.0g/cm3；
由Vorganic＝Vo×Vm求得有机质体积含量Vorganic。Vm为整个页岩样品体积，看作为1。
在一个实施例中，不同类型的所述干酪根的所述转化系数K在不同的演化阶段取值不同；
所述Ⅰ型干酪根在成岩阶段的取值为1.25，在深成阶段末期取值为1.2；
所述Ⅱ型干酪根在成岩阶段的取值为1.34，在深成阶段末期取值为1.19；
所述Ⅲ型干酪根在成岩阶段的取值为1.48，在深成阶段末期取值为1.18。
在一个实施例中，所述步骤S14，包括：将待测页岩样品研制成200目的粉末，置于X射线衍射仪器样品室中进行X射线扫描和矿物分析，分别获得碳酸盐矿物含量Wcarbonate、长英质矿物含量Wflesic、黏土矿物含量Wclay以及无机矿物含量总和Vim。
在一个实施例中，所述步骤S15，包括：
长英质矿物体积含量为Vflesic＝Wflesic/Vim×(Vm-Vorganic)；
碳酸盐矿物体积含量为Vcarbonate＝Wcarbonate/Vim×(Vm-Vorganic)；
黏土矿物体积含量为Vclay＝Wclay/Vim×(Vm-Vorganic)。
在一个实施例中，所述步骤S16，包括：页岩脆性指数的公式为：
Brit＝(Vflesic+Vcarbonate)/(Vclay+Vflesic+Vcarbonate+Vorganic)； (5)
将S15中得到的数值以及所述S13中的有机质体积含量Vorganic代入公式得到页岩脆性指数Brit。
本发明的优点在于，提供了一种改进的基于矿物组成的页岩脆性指数确定方法，该方法根据碳酸盐矿物的力学性质和考虑有机质塑性影响，对基于矿物组成的页岩脆性指数的计算方法做出了改进，其能够体现碳酸盐矿物对页岩可压性的双重作用，并考虑到有基质对岩石脆性的影响，提高页岩脆性指数的精确度。
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所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
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，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例提供的改进的基于矿物组成的页岩脆性指数确定方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的改进的基于矿物组成的页岩脆性指数确定方法和基于岩石力学参数的页岩脆性指数相关性分析示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开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能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明实施例提供了一种改进的基于矿物组成的页岩脆性指数确定方法，参照图1所示，包括：
S11、通过干酪根镜鉴识别待测页岩中干酪根类型；干酪根类型为Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型；
S12、通过有机碳分析确定页岩中总有机碳含量Wo；
S13、根据干酪根的类型以及演化阶段确定转换系数K，根据总有机碳含量Wo、转换系数K、有机质密度ρo和岩石密度ρm，计算有机质体积分数Vo，并转换为有机质体积含量Vorganic；S14、通过X衍射全岩矿物分析确定页岩中长英质矿物含量Wflesic、碳酸盐矿物含量Wcarbonate、黏土矿物含量Wclay和无机矿物含量总和Vim；
S15、根据有机质体积含量Vorganic、无机物矿物含量总和Vim，碳酸盐矿物含量Wcarbonate、长英质矿物含量Wflesic和黏土矿物含量Wclay进行归一化处理，得出碳酸盐矿物体积含量Vcarbonate、长英质矿物体积含量Vflesic和黏土矿物体积含量Vclay；
S16、根据有机质体积含量Vorganic、碳酸盐矿物体积含量Vcarbonate、长英质矿物体积含量Vflesic和黏土矿物体积含量Vclay，得出计算改进的基于矿物组成的页岩脆性指数Brit。
本实施例中，通过根据碳酸盐矿物的力学性质和考虑有机质塑性影响，对基于矿物组成的页岩脆性指数的计算方法做出了改进，其能够体现碳酸盐矿物对页岩可压性的双重作用，并考虑到有基质对岩石脆性的影响，提高页岩脆性指数的精准度。
下面分别对上述各个步骤进行详细说明。
上述步骤S11中，在进行干酪根镜鉴之前，需要先进行干酪根分离，然后将分离出来的干酪根放置于光学显微镜下，进行干酪根组分鉴定，例行的镜鉴组分分类为：煤质、木质、草本、藻类和无定形等组分，通过镜鉴组分分类来判断干酪根的类型。
步骤S12中，将样品用稀盐酸除去无机碳，使有机碳在高温氧气流中燃烧氧化转化为CO2，使用检测器检测CO2的含量，计算出所述总有机碳含量Wo。
步骤S13中，首先根据步骤S11识别出的干酪根的类型和干酪根的演化阶段确定对应的转化系数K；计算有机质体积分数Vo的公式为：
Vo＝Wo×K×ρm/ρo； (4)
其中，转换系数K为有机碳含量转换为有机质含量，页岩密度ρm取值为2.5g/cm3，有机质密度ρo取值为1.0g/cm3，将步骤S12中获得的总有机碳含量Wo，待测页岩的干酪根类型对应的转换系数K，以及页岩密度ρm和有机质密度ρo代入公式即可求得有机质体积分数Vo，然后将有机质体积分数Vo以及整个页岩样品体积Vm(Vm＝1)，代入公式Vorganic＝Vo×Vm求得有机质体积含量Vorganic。
在本实施例中，不同类型的干酪根在不同的演化阶段对应的转化系数K不同，介于1.1-1.5，是根据泥页岩中有机质类型和成岩演化阶段确定的，其对应关系如下：
Ⅰ型干酪根在成岩阶段的取值为1.25，在深成阶段末期取值为1.2；
Ⅱ型干酪根在成岩阶段的取值为1.35，在深成阶段末期取值为1.19；
Ⅲ型干酪根在成岩阶段的取值为1.48，在深成阶段末期取值为1.18。
如表1所示。
表1有机质转化系数K表(据Tissot和Welte,1978)
上述步骤S14中，将待测页岩样品研制成200目的粉末，置于X射线衍射仪器样品室中进行X射线扫描和矿物分析，分别获得碳酸盐矿物含量Wcarbonate、长英质矿物含量Wflesic、黏土矿物含量Wclay以及无机矿物含量总和Vim。
其中，有关X衍射定量分析的原理：物相定量分析的任务是用X射线衍射技术准确测定混合物中各相的衍射强度,从而求出多相物质中各相的含量。其理论基础是物质参与衍射的体积或者重量与其所产生的衍射强度成正比。因此,可通过衍射强度的大小求出混合物中某相参与衍射的体积分数或者重量分数,从而确定混合物中某相的含量。
上述步骤S15中，归一化处理后求分别得到了长英质矿物体积含量为Vflesic＝Wflesic/Vim×(Vm-Vorganic)；碳酸盐矿物体积含量为Vcarbonate＝Wcarbonate/Vim×(Vm-Vorganic)；黏土矿物体积含量为Vclay＝Wclay/Vim×(Vm-Vorganic)。
上述步骤S16中，将在步骤S13和步骤S15中求得有机质体积含量Vorganic、长英质矿物体积含量Vflesic、碳酸盐矿物体积含量为Vcarbonate、黏土矿物体积含量Vclay代入公式(5)
Brit＝(Vflesic+Vcarbonate)/(Vclay+Vflesic+Vcarbonate+Vorganic) (5)
即可求得页岩脆性指数。
下面通过具体实施例来详细说明本发明的技术方案，并对本方案的正确性进行验证：
以大港油田孔二段页岩为例，按照上述几个步骤进行计算，获取页岩样品17块，分别标记为A1至A17，这里以样品A1为例具体说明具体计算过程。
第一步、通过干酪根镜鉴，结果显示A1样品为Ⅰ型干酪根，根据所述干酪根的类型确定转换系数K。
第二步、通过有机碳分析确定页岩中总有机碳含量Wo，将待测样品用稀盐酸除去无机碳，在高温氧气流中燃烧氧化，有机碳转化为CO2，再经检测器检测CO2的含量，从而计算出总有机碳的含量，有机碳测定仪器测得样品A1总有机碳含量为Wo＝5.471％。
第三步、在确定页岩A1处于成岩阶段后，对照有机质转化系数表1取转化系数K＝1.25，利用有机质体积分数公式(4)计算A1中有机质体积分数Vo＝Wo×K×ρm/ρo＝5.471％×1.25×2.5/1.0＝17.100％，将整个页岩样品体积看作Vm＝1，得有机质体积含量Vorganic＝Vo×Vm＝17.100％×1＝17.100％。
第四步、通过X射线衍射全岩矿物分析确定页岩中无机矿物的体积分数。将待检测样品研磨成200目的粉末，置于X射线衍射仪器样品室中进行X射线衍射扫描和矿物分析。X射线衍射全岩矿物分析结果显示，A1中长英质矿物含量Wflesic＝47，碳酸盐矿物含量为Wcarbonate＝26，黏土矿物含量为Wclay＝20，各种无机矿物含量总和为Vim＝100；
第五步、归一化后，求得的长英质矿物体积含量Vflesic＝Wflesic/Vim×(Vm-Vorganic)＝47/100×(1-17.100％)＝38.963％，碳酸盐矿物体积含量Vcarbonate＝Wcarbonate/Vim×(Vm-Vorganic)＝26/100×(1-17.100％)＝21.554％，黏土矿物体积含量Vclay＝Wclay/Vim×(Vm-Vorganic)＝16.580％。
第六步、由公式(5)基于矿物组成的页岩脆性指数得到：
Brit＝(Vflesic+Vcarbonate)/(Vclay+Vflesic+Vcarbonate+Vorganic)＝(38.963％+21.554％)/(16.580％+38.963％+21.554％+17.100％)＝0.642；按照上述步骤可依次计算A2到A17各样品中改进的基于矿物组成的页岩脆性指数。
进一步地，可验证本发明实施例提供的改进的基于矿物组成的页岩脆性指数确定方法的正确性：
基于岩石力学参数的页岩脆性指数是目前评价页岩脆性的最准确的方法，其计算方法是通过岩石三轴力学试验获得页岩的杨氏模量和泊松比，进而对杨氏模量和泊松比归一化，并按照0.5的权值进行加权求和。
通过岩石三轴力学试验获得各页岩样品的杨氏模量和泊松比，分别记为E1到E17和μ1到μ17，求取对应的最值Emax＝MAX{E1,E2,…,E17}、Emin＝MIN{E1,E2,…，E17}、μmax＝MAX{μ1,μ2,…,μ17}、μmin＝MIN{μ1,μ2,…，μ17},由此得到各样品ERriti＝(Ei-Emin)/(Emax-Emin)×100和μRriti＝(μmax-μi)/(μmax-μmin)×100，由公式Briti＝(ERriti+μRriti)/2获得页岩脆性指数，其中i表示样品标记，i＝1,2,…,17；
E为杨氏模量，ERriti为归一化的杨氏模量，μ为泊松比，μRriti为归一化的泊松比，Briti为脆性指数。
经由上述步骤得到改进的基于矿物组成的页岩脆性和基于岩石力学参数的页岩脆性指数进行相关性分析，两者具有很好的线性正相关关系如图2所示，由此可以表明改进的基于矿物组成的页岩脆性指数确定方法的正确性可以用于页岩脆性的评价。
本发明提供了一种改进的基于矿物组成的页岩脆性指数确定方法，该方法根据碳酸盐矿物的力学性质和考虑有机质塑性影响，对基于矿物组成的页岩脆性指数的计算方法做出了改进，其能够体现碳酸盐矿物对页岩可压性的双重作用，并考虑到有基质对岩石脆性的影响，提高页岩脆性指数的精确度。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种改进的基于矿物质组成的页岩脆性指数确定方法，其特征在于，包括：
S11、通过干酪根镜鉴识别待测页岩中干酪根类型；所述干酪根类型为Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型；
S12、通过有机碳分析确定页岩中总有机碳含量Wo；
S13、根据所述干酪根的类型以及演化阶段确定转换系数K，根据所述总有机碳含量Wo、所述转换系数K、有机质密度ρo和岩石密度ρm，计算有机质体积分数Vo，并转换为有机质体积含量Vorganic；
S14、通过X衍射全岩矿物分析确定页岩中长英质矿物含量Wflesic、碳酸盐矿物含量Wcarbonate、黏土矿物含量Wclay和无机矿物含量总和Vim；
S15、根据所述有机质体积含量Vorganic、所述无机物矿物含量总和Vim，所述碳酸盐矿物含量Wcarbonate、所述长英质矿物含量Wflesic和所述黏土矿物含量Wclay进行归一化处理，得出碳酸盐矿物体积含量Vcarbonate、长英质矿物体积含量Vflesic和黏土矿物体积含量Vclay；
S16、根据所述有机质体积含量Vorganic、所述碳酸盐矿物体积含量Vcarbonate、所述长英质矿物体积含量Vflesic和所述黏土矿物体积含量Vclay，得出计算改进的基于矿物组成的页岩脆性指数Brit。
2.根据权利要求1所述的一种改进的基于矿物质组成的页岩脆性指数确定方法，其特征在于，所述步骤S12，包括：
将待测页岩样品用稀盐酸除去无机碳，使有机碳在高温氧气流中燃烧氧化转化为CO2，使用检测器检测CO2的含量，计算出所述总有机碳含量Wo。
3.根据权利要求1所述的一种改进的基于矿物质组成的页岩脆性指数确定方法，其特征在于，所述步骤S13，包括：
有机质体积分数Vo的公式为：
Vo＝Wo×K×ρm/ρo；
(4)
其中，Vo为有机质体积分数；Wo为总有机碳含量；K为有机质转化系数；ρm为页岩密度，取值为2.5g/cm3；ρo为有机质密度，取值为1.0g/cm3；
由Vorganic＝Vo×Vm求得有机质体积含量Vorganic。Vm为整个页岩样品体积，看作为1。
4.根据权利要求3所述的一种改进的基于矿物质组成的页岩脆性指数确定方法，其特征在于，不同类型的所述干酪根的所述转化系数K在不同的演化阶段取值不同；
所述Ⅰ型干酪根在成岩阶段的取值为1.25，在深成阶段末期取值为1.2；
所述Ⅱ型干酪根在成岩阶段的取值为1.34，在深成阶段末期取值为1.19；
所述Ⅲ型干酪根在成岩阶段的取值为1.48，在深成阶段末期取值为1.18。
5.根据权利要求1所述的一种改进的基于矿物质组成的页岩脆性指数确定方法，其特征在于，所述步骤S14，包括：
将待测页岩样品研制成200目的粉末，置于X射线衍射仪器样品室中进行X射线扫描和矿物分析，分别获得碳酸盐矿物含量Wcarbonate、长英质矿物含量Wflesic、黏土矿物含量Wclay以及无机矿物含量总和Vim。
6.根据权利要求1所述的一种改进的基于矿物质组成的页岩脆性指数确定方法，其特征在于，所述步骤S15，包括：
长英质矿物体积含量为Vflesic＝Wflesic/Vim×(Vm-Vorganic)；
碳酸盐矿物体积含量为Vcarbonate＝Wcarbonate/Vim×(Vm-Vorganic)；
黏土矿物体积含量为Vclay＝Wclay/Vim×(Vm-Vorganic)。
7.根据权利要求5所述的一种改进的基于矿物质组成的页岩脆性指数确定方法，其特征在于，所述步骤S16，包括：
页岩脆性指数的公式为：
Brit＝(Vflesic+Vcarbonate)/(Vclay+Vflesic+Vcarbonate+Vorganic)；
(5)
将所述S15中得到的数值以及所述S13中的有机质体积含量Vorganic代入公式得到页岩脆性指数Brit。
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