CN110954942A - 粘土含量识别的图版制作方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种粘土含量识别的图版制作方法及系统，该方法包括：S1、获取岩石样品中各种矿物组分的矿物类型及其对应的矿物含量；矿物组分包括粘土；S2、根据矿物类型构建岩石物理模型；S3、使岩石物理模型的矿物类型保持不变，将粘土的矿物含量和孔隙度按照一定的间隔变化，建立粘土含量识别的图版。该系统包括：模型构建单元，用于根据获取到的岩石样品中各种矿物组分的矿物类型构建岩石物理模型；矿物组分包括粘土；图版制作单元，用于使岩石物理模型的矿物类型保持不变，将粘土的矿物含量和孔隙度按照一定的间隔变化，建立粘土含量识别的图版。本发明填补了利用地震资料来识别粘土类型及含量的空白。
Description
技术领域
本发明属于地球物理研究领域，具体涉及一种基于岩石物理的页岩气储层粘土识别图版的制作方法。
背景技术
页岩骨架矿物中粘土的类型及分布复杂，对页岩的物理性质及地球物理响应产生显著的影响。前人通常都是利用自然伽马能谱测井，通过多元回归的方法将铀、钍、钾含量与预测的粘土类型联系起来，甚至元素俘获能谱测井开展页岩矿物成分定量计算和预测，鲜见利用常规测井资料来开展页岩主要矿物成分含量计算研究，这使得利用各种地震反演获得的弹性参数来开展页岩气储层评价几乎还是空白。
岩石物理模型可将地震数据(纵、横波速度等)与储层参数(矿物组分、孔隙度、流体饱和度等)联系起来。页岩的地震弹性性质受岩石自身的结构特征所控制，从微观尺度准确给出页岩岩石的结构特征是建立表征页岩地震弹性性质的岩石物理模型关键所在。
发明内容
本发明的特征和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本发明而学习。
为克服现有技术的问题，本发明提供一种粘土含量识别的图版制作方法，包括：
S1、获取岩石样品中各种矿物组分的矿物类型及其对应的矿物含量；所述矿物组分包括粘土；
S2、根据所述矿物类型构建岩石物理模型；
S3、使所述岩石物理模型的矿物类型保持不变，将粘土的矿物含量和孔隙度按照一定的间隔变化，绘制粘土含量的敏感弹性参数的交会，建立粘土含量识别的图版。
可选地，所述步骤S2包括：
S21、获取背景矿物的等效模量；
S22、在所述背景矿物中加入孔隙；
S23、在所述孔隙中填充流体。
可选地，所述步骤S21包括：利用Voigt-Reuss-Hill平均计算除粘土外的矿物组分混合后的弹性模量，利用Backus平均将粘土加入。
可选地，所述步骤S22包括：使用DEM模型和Kuster-Toksoz模型将粒间孔隙和有机质孔隙填入背景矿物中，利用Hudson二阶近似添加垂直裂缝，利用Pade近似添加水平裂缝。
可选地，所述步骤S23包括：使用Brown-Korringa公式计算饱和岩石的体积模量和剪切模量，进行流体替换。
可选地，所述粘土的矿物含量在0至60％之间进行变化，其间隔为15％～25％。
可选地，所述孔隙度在0至15％之间进行变化，其间隔为3％～8％。
可选地，所述步骤S1包括获取所述岩石样品的弹性参数；所以步骤S3之后，包括将所述岩石样品的弹性参数投入图版中，进行验证。
本发明提供一种粘土含量识别的图版制作系统，包括：
模型构建单元，用于根据获取到的岩石样品中各种矿物组分的矿物类型构建岩石物理模型；所述矿物组分包括粘土；
图版制作单元，用于使所述岩石物理模型的矿物类型保持不变，将粘土的矿物含量和孔隙度按照一定的间隔变化，绘制粘土含量的敏感弹性参数的交会，建立粘土含量识别的图版。
可选地，所述模型构建单元用于：
利用Voigt-Reuss-Hill平均计算除粘土外的矿物组分混合后的弹性模量，利用Backus平均将粘土加入；
使用DEM模型和Kuster-Toksoz模型将粒间孔隙和有机质孔隙填入背景矿物中，利用Hudson二阶近似添加垂直裂缝，利用Pade近似添加水平裂缝；
使用Brown-Korringa公式计算饱和岩石的体积模量和剪切模量，进行流体替换。
本发明基于页岩岩石物理模型来构建粘土类型及含量与弹性参数之间的变化关系，为有效地震预测、压裂施工等关键问题提供理论依据，从而填补了利用地震资料来识别粘土类型及含量的空白。
附图说明
图1为本发明实施例的粘土含量识别的图版制作方法的流程示意图；
图2为本发明实施例的粘土含量识别的图版制作系统的结构示意图；
图3为粘土中各矿物组分的直方图；
图4为不同伊蒙混层含量下的弹性参数交会图；
图5为岩石物理模型示意图；
图6为粘土含量识别的图版的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
如图1所示，本发明提供了一种粘土含量识别的图版制作方法，包括：
S1、获取岩石样品中各种矿物组分的矿物类型及其对应的矿物含量；所述矿物组分包括粘土。
矿物组分包括石英、碳酸盐岩、有机质、粘土。其中粘土包含伊利石、高岭石、蒙脱石、绿泥石等。
本实施例中，采用全岩X射线衍射获得石英、碳酸盐岩、粘土等矿物的含量，然后再利用粘土X射线衍射分析来获得粘土中伊利石、高岭石、蒙脱石、绿泥石等矿物含量。有机质含量可以通过碳硫仪法测试获得。
此外，可以采用X射线衍射分析，将所获得的实际样品中的某种矿物的X射线衍射特征与标准矿物的衍射特征进行对比，来确定矿物类型。在此基础上，利用各种矿物相衍射峰的强度、高度关系等计算各自的相对百分含量。
S2、根据所述矿物类型构建岩石物理模型；
S3、使所述岩石物理模型的矿物类型保持不变，将粘土的矿物含量和孔隙度按照一定的间隔变化，绘制粘土含量的敏感弹性参数的交会，建立粘土含量识别的图版。所述粘土为伊利石、高岭石、蒙脱石、绿泥石中的一种。可以分别建立伊利石、高岭石、蒙脱石、绿泥石对应的粘土含量识别的图版。
更具体地，将孔隙度在0至15％之间进行变化，其间隔为3％～8％，例如5％；粘土的矿物含量在0至60％之间进行变化，其间隔为15％～25％，例如是20％，每一种孔隙度需要与不同的粘土的矿物含量进行组合，每一种粘土的矿物含量也要与不同的孔隙度进行组合。也就是说，孔隙度和粘土的矿物含量是一个变得时候，保持另一个不变。需要说明的是粘土的矿物含量在变化时，石英、碳酸盐岩、有机质等矿物可以按比例变化。粘土为单一组分，可以选自伊利石、高岭石、蒙脱石、绿泥石中的一种。
可见，为了量化不同岩石物理参数对粘土含量的敏感程度，将矿物类型保持不变，将不同的粘土含量和孔隙度按照一定的间隔变化，绘制粘土含量的敏感弹性参数的交会，建立粘土类型(即伊利石、高岭石、蒙脱石、绿泥石)及含量识别的量版，达到对目的区进行定量分析的目的。
步骤S2中，在本发明的一个实施例中，步骤S2具体包括：
S21、获取背景矿物的等效模量；
首先参照步骤S1中获取的矿物含量利用Voigt-Reuss-Hill平均计算除粘土外的矿物组分(即石英、碳酸盐岩及有机质等)混合后的弹性模量，在此基础上，再利用Backus平均将粘土(伊利石、高岭石、蒙脱石、绿泥石等中的一种)加入，最终获得背景矿物的等效模量。
S22、在所述背景矿物中加入孔隙；
首先使用DEM模型(微分等效介质模型)和Kuster-Toksoz模型将粒间孔隙和有机质孔隙填入背景矿物中，再利用Hudson二阶近似添加垂直裂缝，利用Pade近似添加水平裂缝，最终获得岩石干骨架的等效模量。
缝隙的添加是根据页岩的孔隙类型种类来进行的。
S23、在所述孔隙中填充流体；
一般地，流体是油气水的混合物，作用是使岩石成为饱和岩石，来模拟地下真实的情况。本实施例中，使用Brown-Korringa公式计算饱和岩石的体积模量和剪切模量，对岩石进行流体替换，将流体加入岩石干骨架中最终获得饱和岩石的等效纵波速度和横波速度。
在图1对应的实施例的基础上，还可以加入验证步骤，更具体地：
在步骤S1中包括获取所述岩石样品的弹性参数；
在步骤S3之后，可以将岩石样品的弹性参数投入图版中，进行验证。
其中，在获取所述岩石样品的纵波速度和横波速度时，可以采用超声测试获取，更具体地，对采集来的岩石样品，利用钻机、切割机、磨平机，将其制备为直径25mm、长度50mm和直径50mm、长度100mm的柱塞样。对制备好的岩心样品利用MTS815岩石物理参数测试系统，开展弹性参数超声测试，同时获得岩石样品的纵波速度和横波速度。
超声测试采用脉冲传输法，测量脉冲从样品的一端到另外一端的旅行时，用下列公式(1)计算纵波速度或横波速度：
式中，V是纵波速度或横波速度，L是已经经过压力和温度校正的样品长度，△T是样品中的旅行时。
弹性参数包括杨氏模量E、泊松比υ、体积模量K、剪切模量μ、纵横波速度比Vp/Vs、纵波阻抗AI等。
AI＝ρVP
如图2所示，本发明提供一种粘土含量识别的图版制作系统，包括：
模型构建单元10，用于根据获取到的岩石样品中各种矿物组分的矿物类型构建岩石物理模型；所述矿物组分包括粘土；
图版制作单元20，与模型构建单元10相连，用于使所述岩石物理模型的矿物类型保持不变，将粘土的矿物含量和孔隙度按照一定的间隔变化，绘制粘土含量的敏感弹性参数的交会，建立粘土含量识别的图版。
模型构建单元10具体用于：利用Voigt-Reuss-Hill平均计算除粘土外的矿物组分混合后的弹性模量，利用Backus平均将粘土加入；使用DEM模型和Kuster-Toksoz模型将粒间孔隙和有机质孔隙填入背景矿物中，利用Hudson二阶近似添加垂直裂缝，利用Pade近似添加水平裂缝；使用Brown-Korringa公式计算饱和岩石的体积模量和剪切模量，对岩石进行流体替换。
图版制作单元20具体用于：将孔隙度在0至15％之间进行变化，其间隔为3％～8％，例如5％；粘土的矿物含量在0至60％之间进行变化，其间隔为15％～25％，例如是20％，每一种孔隙度需要与不同的粘土的矿物含量进行组合，每一种粘土的矿物含量也要与不同的孔隙度进行组合。也就是说，孔隙度和粘土的矿物含量是一个变得时候，保持另一个不变。需要说明的是粘土的矿物含量在变化时，石英、碳酸盐岩、有机质等矿物可以按比例变化。粘土为单一组分，可以选自伊利石、高岭石、蒙脱石、绿泥石中的一种。
本发明基于考虑粘土类型和含量的岩石物理模型，制作了高精度的粘土识别图版来定量表征不同粘土类型及含量时地震属性相对变化的差异，这为利用地球物理方法进行粘土类型及含量的地震预测提供了理论基础。
下面，将本发明实施例提供的方法应用于实际的页岩工区以进一步阐述本发明。对于采集的页岩岩心样品，结合薄片鉴定和粘土相对含量X射线衍射数据，统计分析了粘土中矿物的分布情况，如图3所示，其横坐标是岩心样品的取样深度，纵坐标是粘土含量。通过测试分析，发现：粘土主要为伊利石，伊/蒙混层和绿泥石。其中伊利石相对含量13％-68％，平均39.83％，伊/蒙混层相对含量25-85％，平均54.02％，绿泥石相对含量1-20％，平均6.15％。
对工区的岩心样品开展弹性参数超声测试，获得纵波速度、横波速度。利用测试获得的速度和密度来估算样品的弹性参数，如纵波阻抗、纵横波速度比。图3给出了不同矿物含量的弹性参数交会图，横坐标是纵波阻抗，纵坐标是纵波速度与横波速度的比值。将纵波阻抗和纵横波速度比交会能很好地识别出粘土含量高的区域。粘土含量增加时，纵横波速度比减小。
在此基础上构建考虑粘土含量和类型的岩石物理模型，如图5所示，包括石英、碳酸盐岩、有机质、伊利石、伊/蒙混层、绿泥石以及粒间孔隙、有机质孔、裂缝、流体。利用该模型，将孔隙度在0至15％之间进行变化，其间隔为5％，粘土含量在0至60％之间进行变化，其间隔为20％，绘制了如图6所示的粘土含量的识别图版，横坐标为纵波阻抗，纵坐标为纵波速度与横波速度的比值；图中实线代表孔隙度的变化，虚线代表粘土含量的变化。将实际的测试数据点投入，发现该模版具有很好的识别能力。
粘土作为页岩的重要组成部分，其特殊的物理化学性质对页岩气藏的形成和开发效果起着重要的作用。本发明提供一种基于岩石物理的页岩气储层粘土识别图版的制作方法，所述方法包括：开展岩石样品的X射线衍射分析，确定其粘土类型和含量；结合弹性参数测试数据，将含有不同粘土含量的样品的弹性参数进行交会分析，研究其引起的弹性参数变化；通过引入Backus平均将粘土(伊利石、高岭石、蒙脱石、绿泥石等)加入基质，构建了考虑粘土类型和含量的岩石物理模型，并将不同的粘土含量和孔隙度按照一定的间隔，建立粘土识别图版。
上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。
Claims (10)
1.一种粘土含量识别的图版制作方法，其特征在于，包括：
S1、获取岩石样品中各种矿物组分的矿物类型及其对应的矿物含量；所述矿物组分包括粘土；
S2、根据所述矿物类型构建岩石物理模型；
S3、使所述岩石物理模型的矿物类型保持不变，将粘土的矿物含量和孔隙度按照一定的间隔变化，绘制粘土含量的敏感弹性参数的交会，建立粘土含量识别的图版。
2.根据权利要求1所述粘土含量识别的图版制作方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
S21、获取背景矿物的等效模量；
S22、在所述背景矿物中加入孔隙；
S23、在所述孔隙中填充流体。
3.根据权利要求2所述粘土含量识别的图版制作方法，其特征在于，所述步骤S21包括：利用Voigt-Reuss-Hill平均计算除粘土外的矿物组分混合后的弹性模量，利用Backus平均将粘土加入。
4.根据权利要求2所述粘土含量识别的图版制作方法，其特征在于，所述步骤S22包括：使用DEM模型和Kuster-Toksoz模型将粒间孔隙和有机质孔隙填入背景矿物中，利用Hudson二阶近似添加垂直裂缝，利用Pade近似添加水平裂缝。
5.根据权利要求2所述粘土含量识别的图版制作方法，其特征在于，所述步骤S23包括：使用Brown-Korringa公式计算饱和岩石的体积模量和剪切模量，进行流体替换。
6.根据权利要求1所述粘土含量识别的图版制作方法，其特征在于，所述粘土的矿物含量在0至60％之间进行变化，其间隔为15％～25％。
7.根据权利要求1所述粘土含量识别的图版制作方法，其特征在于，所述孔隙度在0至15％之间进行变化，其间隔为3％～8％。
8.根据权利要求1所述粘土含量识别的图版制作方法，其特征在于，所述步骤S1包括获取所述岩石样品的弹性参数；所以步骤S3之后，包括将所述岩石样品的弹性参数投入图版中，进行验证。
9.一种粘土含量识别的图版制作系统，其特征在于，包括：
模型构建单元，用于根据获取到的岩石样品中各种矿物组分的矿物类型构建岩石物理模型；所述矿物组分包括粘土；
图版制作单元，用于使所述岩石物理模型的矿物类型保持不变，将粘土的矿物含量和孔隙度按照一定的间隔变化，绘制粘土含量的敏感弹性参数的交会，建立粘土含量识别的图版。
10.根据权利要求9所述粘土含量识别的图版制作系统，其特征在于，所述模型构建单元用于：
利用Voigt-Reuss-Hill平均计算除粘土外的矿物组分混合后的弹性模量，利用Backus平均将粘土加入；
使用DEM模型和Kuster-Toksoz模型将粒间孔隙和有机质孔隙填入背景矿物中，利用Hudson二阶近似添加垂直裂缝，利用Pade近似添加水平裂缝；
使用Brown-Korringa公式计算饱和岩石的体积模量和剪切模量，进行流体替换。
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