CN111022040B - 一种页岩气储层岩心有机化合物体积的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种页岩气储层岩心有机化合物体积的计算方法，包括以下步骤：步骤1、建立待测岩心有机化合物的体积百分含量的计算关系式；步骤2、根据有机化合物的体积百分含量、待测岩心有机化合物的平均密度和待测岩心的总质量建立关于岩心有机化合物体积的二元一次方程组，最后求解二元一次方程组得出待测岩心有机化合物的体积。本发明基于岩心实物资料的骨架矿物、有机化合物和流体的体积模型计算岩心有机化合物的体积，可有效对测井模型计算结果进行标定，使之更具指导意义。

Description

一种页岩气储层岩心有机化合物体积的计算方法

技术领域

本发明属于石油天然气工业勘探开发技术领域，尤其涉及一种页岩气储层岩心有机化合物体积的计算方法。

背景技术

页岩气，系指赋存于富含有机质的页岩岩系中的自生自储的非常规天然气，按照中华人民共和国地质矿产行业标准DZ/T 0254-2014，页岩气被定义为“赋存于富含有机质的页岩层段中，以吸附气、游离气和溶解气状态储藏的天然气，主体上是自生自储成藏的连续性气藏；属于非常规天然气，可通过体积压裂改造获得商业气流”。

目前，评价页岩气主要依赖测录井和岩心、岩屑等实物资料的静态评价参数，包括：总有机碳含量(TOC)、脆性矿物及含量(Brittle mineral and content)、总含气量(Cz)、镜质体反射率(R0)等。其中，总有机碳含量(TOC)用来表征页岩气岩层或者样品中单位质量的有机质丰度，单位％，富有机质页岩厚度与有机质成熟度被认为是决定页岩气区带经济可行性的关键因素(Rokosh et al，2009)。

岩心实验分析的结果是评价目标区域最为直接的资料，也是可信度最高的资料，测井计算结果往往都需要用岩心资料来标定或是用岩心资料来建立测井解释模型。但是评价页岩气储层中的一个重要参数--总有机碳含量(TOC)的实验分析结果并不能直接用于测井体积模型计算的标定，原因是，实验得到的TOC是把有机质经过加热或燃烧等工序后得到的总含碳量的百分体积，而不同成熟度和丰度的有机质转换成的TOC百分体积各不相同，故没有一个通用的转换公式可以把TOC换算成有机质体积，所以现今测井计算的地层有机质体积都无法通过岩心实验分析结果来标定，从而会影响到地层其他矿物的计算结果精度(体积模型认为地层中的骨架矿物、黏土矿物与流体的百分体积之和为100％)，导致计算出来的结果可信度降低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种页岩气储层岩心有机化合物体积的计算方法，本发明基于岩心实物资料的骨架矿物、有机化合物和流体的体积模型计算岩心有机化合物的体积，可有效对测井模型计算结果进行标定，使之更具指导意义。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种页岩气储层岩心有机化合物体积的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、建立待测岩心有机化合物的体积百分含量的计算关系式；

步骤2、根据有机化合物的体积百分含量、待测岩心有机化合物的平均密度和待测岩心的总质量建立关于岩心有机化合物体积的二元一次方程组，最后求解二元一次方程组得出待测岩心有机化合物的体积。

所述步骤1中，设ρ_i为待测岩心全岩矿物分析得到的第i种矿物的理论骨架密度，V_i为待测岩心全岩矿物分析得到的第i种矿物的体积百分含量，根据岩心样品全岩分析原理，其测量结果得到的各矿物百分含量之和为1，即

∑ρ_iV_i＝1 (1)

设定待测岩心全岩分析时岩心内部的赋存流体和有机化合物不挥发散失，且待测岩心除储集空间外的固态骨架部分为均质体，则可在式(1)的基础上建立单位体积状态下待测岩心骨架、流体和有机化合物三者平均密度的关系式，建立的关系式为：

∑ρ_i*(V_i*(1-(V_流体+V_{有机化合物})))+ρ_流体*V_流体+ρ_{有机化合物}*V_{有机化合物}＝ρ (2)

式(2)中，

ρ表示待测岩心样品平均密度，可通过测量岩心样品的体积和质量求得，g/cm³；

V_流体表示流体所占百分体积，可通过岩心物性分析实验确定，％；

ρ_流体表示待测岩心储集空间赋存流体平均密度，可通过岩心物性分析实验确定，g/cm³；

V_{有机化合物}表示待测岩心有机化合物的体积百分含量，％；

ρ_{有机化合物}表示有机化合物平均密度，g/cm³。

所述步骤2的具体实施过程为：用M表示待测岩心样的总质量，v_岩表示待测岩心的总体积，ρ表示待测岩心样品平均密度，则：

v_岩＝M/ρ (3)

式(3)中M表示待测岩心样的总质量，g；

v_岩表示待测岩心的总体积，cm³；

ρ表示待测岩心样品平均密度，可通过测量岩心样品的体积和质量求得，g/cm³；

根据完全燃烧通式和质量守恒定律：

CxHy+(x+y/4)O₂→(x)CO₂+(y/2)H₂O (4)

通过确定生成的CO₂和H₂O与注入的O₂的质量，确定出有机化合物的质量m_{有机化合物}，又因为：

v_{有机化合物＝}v_岩*V_{有机化合物} (5)

v_{有机化合物}＝m_{有机化合物}/ρ_{有机化合物} (6)

式(5)中v_{有机化合物}表示待测岩心有机化合物实际体积，cm³

那么将式(6)代入式(5)，得到：

m_{有机化合物}/ρ_{有机化合物}＝v_岩*V_{有机化合物} (7)

又由于式(2)中的ρ、V_流体和ρ_流体均为已知，因此将式(2)简写为：

V_{有机化合物}＝α*ρ_{有机化合物}+β (8)

式(8)中α、β表示有机化合物的体积百分含量与有机化合物平均密度之间的关系系数；

则建立的二元一次方程组为：

V_{有机化合物}＝α*ρ_{有机化合物}+β

m_{有机化合物}/ρ_{有机化合物}＝v_岩*V_{有机化合物}

求解得出ρ_{有机化合物}和V_{有机化合物}，再把V_{有机化合物}代入式(6)即得出待测岩心有机化合物的体积v_{有机化合物}。

采用本发明的优点在于：

本发明基于岩心实物资料的骨架矿物、有机化合物和流体的体积模型计算岩心有机化合物的体积，能够定量确定岩心的有机化合物实际体积而不是转化后的总有机碳含量，能够对测井模型计算结果进行标定，使之更具指导意义。

附图说明

具体实施方式

本发明公开了一种页岩气储层岩心有机化合物体积的计算方法，包括以下步骤：

步骤1、建立待测岩心有机化合物的体积百分含量的计算关系式，具体为：

设ρ_i为待测岩心全岩矿物分析得到的第i种矿物的理论骨架密度，V_i为待测岩心全岩矿物分析得到的第i种矿物的体积百分含量，根据岩心样品全岩分析原理，其测量结果得到的各矿物百分含量之和为1，即

∑ρ_iV_i＝1 (1)

设定待测岩心全岩分析时岩心内部的赋存流体和有机化合物不挥发散失，即不考虑待测岩心全岩分析时岩心内部赋存流体和有机化合物的挥发和散失，且待测岩心除储集空间外的固态骨架部分为均质体，则可在式(1)的基础上建立单位体积状态下待测岩心骨架、流体和有机化合物三者平均密度的关系式，建立的关系式为：

∑ρ_i*(V_i*(1-(V_流体+V_{有机化合物})))+ρ_流体*V_流体+ρ_{有机化合物}*V_{有机化合物}＝ρ (2)

式(2)中，

ρ表示待测岩心样品平均密度，可通过测量岩心样品的体积和质量求得，g/cm³；

V_流体表示流体所占百分体积，可通过岩心物性分析实验确定，％；

ρ_流体表示待测岩心储集空间赋存流体平均密度，可通过岩心物性分析实验确定，g/cm³；

V_{有机化合物}表示待测岩心有机化合物的体积百分含量，％；

ρ_{有机化合物}表示有机化合物平均密度，g/cm³。

步骤2、根据有机化合物的体积百分含量、待测岩心有机化合物的平均密度和待测岩心的总质量建立关于岩心有机化合物体积的二元一次方程组，最后求解二元一次方程组得出待测岩心有机化合物的体积。

本步骤的具体实施过程为：用M表示待测岩心样的总质量，v_岩表示待测岩心的总体积，ρ表示待测岩心样品平均密度，则：

v_岩＝M/ρ (3)

式(3)中M表示待测岩心样的总质量，g；

v_岩表示待测岩心的总体积，cm³；

ρ表示待测岩心样品平均密度，可通过测量岩心样品的体积和质量求得，g/cm³；

根据完全燃烧通式和质量守恒定律：

CxHy+(x+y/4)O₂→(x)CO₂+(y/2)H₂O(4)

可知，完全燃烧有机化合物CxHy产生x份CO₂和y/2份H₂O，通过收集完全燃烧后的CO₂和H₂O与注入的O₂的质量，就能够确定出有机化合物的质量m_{有机化合物}，又因为：

v_{有机化合物＝}v_岩*V_{有机化合物} (5)

v_{有机化合物}＝m_{有机化合物}/ρ_{有机化合物} (6)

式(5)中v_{有机化合物}表示待测岩心有机化合物实际体积，cm³。

那么将式(6)代入式(5)，得到：

m_{有机化合物}/ρ_{有机化合物}＝v_岩*V_{有机化合物} (7)

又由于式(2)中的ρ、V_流体和ρ_流体均为已知，因此将式(2)简写为：

V_{有机化合物}＝α*ρ_{有机化合物}+β (8)

式(8)中α、β表示有机化合物的体积百分含量与有机化合物平均密度之间的关系系数；

则建立的二元一次方程组为：

V_{有机化合物}＝α*ρ_{有机化合物}+β

m_{有机化合物}/ρ_{有机化合物}＝v_岩*V_{有机化合物}

求解二元一次方程组得出ρ_{有机化合物}和V_{有机化合物}，再把V_{有机化合物}代入式(6)即得出待测岩心有机化合物的体积v_{有机化合物}。

本发明基于岩心实物资料的骨架矿物、有机化合物和流体的体积模型计算岩心有机化合物的体积，能够定量确定岩心的有机化合物实际体积而不是转化后的总有机碳含量，能够对测井模型计算结果进行标定，使之更具指导意义。

Claims (1)

1.一种页岩气储层岩心有机化合物体积的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、建立待测岩心有机化合物的体积百分含量的计算关系式；

步骤2、根据有机化合物的体积百分含量、待测岩心有机化合物的平均密度和待测岩心的总质量建立关于岩心有机化合物体积的二元一次方程组，最后求解二元一次方程组得出待测岩心有机化合物的体积；

所述步骤1中，设ρ_i为待测岩心全岩矿物分析得到的第i种矿物的理论骨架密度，V_i为待测岩心全岩矿物分析得到的第i种矿物的体积百分含量，根据岩心样品全岩分析原理，其测量结果得到的各矿物百分含量之和为1，即

∑ρ_iV_i＝1 (1)

设定待测岩心全岩分析时岩心内部的赋存流体和有机化合物不挥发散失，且待测岩心除储集空间外的固态骨架部分为均质体，则可在式(1)的基础上建立单位体积状态下待测岩心骨架、流体和有机化合物三者平均密度的关系式，建立的关系式为：

∑ρ_i*(V_i*(1-(V_流体+V_{有机化合物})))+ρ_流体*V_流体+ρ_{有机化合物}*V_{有机化合物}＝ρ (2)

式(2)中，

ρ表示待测岩心样品平均密度，g/cm³；

V_流体表示流体所占百分体积，％；

ρ_流体表示待测岩心储集空间赋存流体平均密度，g/cm³；

V_{有机化合物}表示待测岩心有机化合物的体积百分含量，％；

ρ_{有机化合物}表示有机化合物平均密度，g/cm³；

所述步骤2的具体实施过程为：用M表示待测岩心样的总质量，v_岩表示待测岩心的总体积，ρ表示待测岩心样品平均密度，则：

v_岩＝M/ρ (3)

式(3)中M表示待测岩心样的总质量，g；

v_岩表示待测岩心的总体积，cm³；

ρ表示待测岩心样品平均密度，g/cm³；

根据完全燃烧通式和质量守恒定律：

CxHy+(x+y/4)O₂→(x)CO₂+(y/2)H₂O (4)

通过确定生成的CO₂和H₂O与注入的O₂的质量，确定出有机化合物的质量m_{有机化合物}，又因为：

v_{有机化合物}＝v_岩*V_{有机化合物} (5)

v_{有机化合物}＝m_{有机化合物}/ρ_{有机化合物} (6)

式(5)中v_{有机化合物}表示待测岩心有机化合物实际体积，cm³；

那么将式(6)代入式(5)，得到：

m_{有机化合物}/ρ_{有机化合物}＝v_岩*V_{有机化合物} (7)

又由于式(2)中的ρ、V_流体和ρ_流体均为已知，因此将式(2)简写为：

V_{有机化合物}＝α*ρ_{有机化合物}+β (8)

式(8)中α、β表示有机化合物的体积百分含量与有机化合物平均密度之间的关系系数；

则建立的二元一次方程组为：

V_{有机化合物}＝α*ρ_{有机化合物}+β

m_{有机化合物}/ρ_{有机化合物}＝v_岩*V_{有机化合物}

求解得出ρ_{有机化合物}和V_{有机化合物}，再把V_{有机化合物}代入式(6)即得出待测岩心有机化合物的体积v_{有机化合物}。