CN111122408A - 一种孔径介于0.3-10nm的页岩有机孔隙度估算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种孔径介于0.3‑10nm的页岩有机孔隙度估算方法，包括以下步骤：通过页岩样品二氧化碳和氮气吸附测试，利用密度函数理论DFT模型计算页岩样品内孔径为0.3‑10nm的孔隙体积；建立页岩样品孔径介于0.3‑10nm的孔隙体积与TOC含量的线性正相关关系；估算0.3‑10nm有机孔隙体积以及占总孔体积的比值，结合页岩总孔隙度估算页岩孔径介于0.3‑10nm的页岩有机孔隙度，该方法思路清晰、技术可靠、涉及的参数物理意义明确、估算方法和计算公式应用方便。
Description
技术领域
本发明涉及页岩气储层研究及页岩气勘探，具体涉及一种孔径介于0.3-10nm的页岩有机孔隙度估算方法。
背景技术
页岩气储层总有机孔隙度是指页岩气储层中全部有机质孔隙体积与页岩气储层总体积的比值，可用百分比表示。页岩气储层中有机质孔隙或称有机孔隙是页岩有机质在热演化裂解生气过程中形成的孔隙，有机孔隙是页岩气储层中广泛存在且是最重要的孔隙类型，有机孔隙发育在页岩气储层中的有机质颗粒内，以纳米级孔隙为主，有时也发育少量的微米级孔隙，是页岩气赋存的主要孔隙空间。页岩气储层有机孔隙度是页岩储气能力和含气性评价的重要参数，在页岩气的勘探开发过程中，页岩气储层有机孔隙度也是计算页岩气储量和制定开发方案的关键参数。页岩气储层中有机孔隙度计算是页岩气储层评价的重要内容，也是优选页岩气有利钻探目标的依据。
页岩气储层有机孔隙度无法通过仪器测定，而目前国内也还没有标准的页岩气储层有机孔隙度的计算公式。现在常用的是利用扫描电镜镜下观察有机孔面孔率，通过有机孔面孔率计算页岩有机孔隙度，但此方法仍然受限于场发射扫描电镜(FE-SEM)的分辨率，具有极高的分辨率FE-SEM可基本解决孔径＞10nm有机孔隙的观察统计，但也不能完全观察统计孔径2-10nm的有机孔隙，更不可能观察统计孔径＜2nm的有机微孔；纳米CT和FIB-SEM三维重构也仅能解决大于20nm有机孔隙的估算。页岩中0.3-10nm的有机孔隙数量众多、比表面积大、占总孔隙体积的比例约在10-30％，占全有机孔隙体积的比例约在20-50％，是页岩气吸附气和游离气富集的孔隙空间。
目前孔径介于0.3-10nm页岩有机孔隙度的估算是有机孔隙度评价的难点问题，仍未见到有效解决该问题的相关报道，故本专利提出一种孔径介于0.3-10nm页岩有机孔隙度的估算方法，该方法可解决页岩气储层中孔径介于0.3-10nm有机孔隙度的评价，该方法思路清晰、技术可靠、涉及的参数物理意义明确、估算方法和计算公式应用方便。
孔径介于0.3-10nm的页岩孔隙体积与TOC有非常好的正相关关系，且微孔-中孔主要发育在高成熟-过成熟页岩中，从而可以在沉积环境、岩石学、地球化学和成岩作用等地质条件相似的页岩层系，可根据页岩样品孔隙体积与TOC的关系获得孔径介于0.3-10nm的无机孔体积的变化范围，一般接近并取某一固定值，进而可根据TOC含量估算该部分有机孔体积。该方法计算误差主要来自孔径介于0.3-10nm的有机孔体积的计算。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种孔径介于0.3-10nm的页岩有机孔隙度估算方法。
本发明提供一种孔径介于0.3-10nm的页岩有机孔隙度估算方法，包括以下步骤：
步骤1：利用二氧化碳吸附测试的密度函数理论DFT模型计算出页岩孔径介于0.3-1.4nm范围内的孔隙体积及其孔径分布；利用氮气吸附测试中的QSDFT模型计算页岩孔径介于1.4-30nm的孔隙体积及其孔径分布，再运用BJH模型计算出大于30nm以上的孔隙体积及其孔径分布，结合三类模型计算得到页岩气储层总孔隙体积V总孔以及孔径介于0.3-10nm的页岩孔隙体积V10；
步骤2：建立孔径介于0.3-10nm的页岩孔隙体积V10与其页岩样品TOC值之间的线性正相关关系，得到介于0.3-10nm的页岩孔隙体积V10与其页岩样品TOC值的线性关系式，其中页岩样品TOC值由实验室实验仪器测试页岩样品得到；
步骤3：在地质条件包括沉积环境、岩石学、地球化学和成岩作用相似的页岩层系，根据页岩孔隙体积V10与其页岩样品TOC值的关系获得孔径介于0.3-10nm的无机孔隙体积，即步骤2线性关系式中TOC值为零时的孔隙体积，然后根据TOC值计算得到页岩孔径0.3-10nm范围的有机孔隙体积V10oc，以及V10oc与页岩气储层总孔隙体积V总孔的比值K10oc；
步骤4：页岩孔径介于0.3-10nm的有机孔隙体积与总孔隙体积的比值K10oc，乘以页岩气储层总孔隙度
即为孔径介于0.3-10nm的页岩有机孔隙度
进一步地，步骤2中孔径介于0.3-10nm的页岩孔隙体积V10与其页岩样品TOC值的线性关系式如下所示：
V10＝0.0018*TOC+0.0067cc/g
进一步地，步骤3中，有机孔隙体积V10oc以及有机孔隙体积与总孔隙体积的比值K10oc的计算公式分别如下：
V10oc＝V10–0.0067cc/g
K10oc＝V10oc/V总孔
其中，参数0.0067cc/g为无机孔隙体积，是依据孔径介于0.3-10nm的页岩孔隙体积V10与其页岩样品TOC值之间线性正相关关系得出的，即TOC值为零时得到的值；V10oc为有机孔隙体积，V总孔为页岩气储层总孔隙体积，V10为孔径介于0.3-10nm的页岩孔隙体积。
进一步地，步骤4中，孔径介于0.3-10nm的页岩有机孔隙度
计算公式为：
其中，K10oc为页岩孔径介于0.3-10nm的有机孔隙体积与页岩气储层总孔隙体积V总孔的比值，
为页岩气储层总孔隙度，由实验室实验仪器测试页岩样品得到。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：解决页岩气储层中孔径介于0.3-10nm有机孔隙度的评价，该方法思路清晰、技术可靠、涉及的参数物理意义明确、估算方法和计算公式应用方便。
附图说明
图1是本发明一种孔径介于0.3-10nm的页岩有机孔隙度估算方法流程图；
图2是本发明一种孔径介于0.3-10nm的页岩有机孔隙度估算方法中DFT模型结合BJH模型计算的页岩纳米孔隙的孔径分布图；
图3是本发明一种孔径介于0.3-10nm的页岩有机孔隙度估算方法DFT模型计算的孔径介于0.3-10nm孔隙体积与样品TOC关系图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种孔径介于0.3-10nm的页岩有机孔隙度估算方法。
步骤1：利用二氧化碳吸附测试的密度函数理论DFT模型计算出页岩孔径介于0.3-1.4nm范围内的孔隙体积及其孔径分布；利用氮气吸附测试中的QSDFT模型计算页岩孔径介于1.4-30nm的孔隙体积及其孔径分布，再运用BJH模型计算出大于30nm以上的孔隙体积及其孔径分布，结合三类模型计算得到页岩气储层总孔隙体积V总孔以及孔径介于0.3-10nm的页岩孔隙体积V10，见图2和表1：
表1DFT模型结合BJH模型计算的孔径介于0.3-10nm孔隙体积和有机孔体积计算表
步骤2：建立孔径介于0.3-10nm的页岩孔隙体积V10与其页岩样品TOC值之间的线性正相关关系，得到介于0.3-10nm的页岩孔隙体积V10与其页岩样品TOC值的线性关系式，其中页岩样品TOC值由实验室实验仪器测试岩石样品得到，参考图3，关系式如下所示：
V10＝0.0018*TOC+0.0067cc/g
步骤3：在地质条件包括沉积环境、岩石学、地球化学和成岩作用相似的页岩层系，根据页岩孔隙体积V10与其页岩样品TOC值的关系获得孔径介于0.3-10nm的无机孔隙体积，即步骤2线性关系式中TOC值为零时的孔隙体积，如图1关系式中的0.0067cc/g，然后根据TOC值计算得到页岩孔径0.3-10nm范围的有机孔隙体积V10oc，以及V10oc与页岩气储层总孔隙体积V总孔的比值K10oc，计算公式分别如下：
V10oc＝V10–0.0067cc/g
K10oc＝V10oc/V总孔
其中，参数0.0067cc/g为无机孔体积，是依据孔径介于0.3-10nm内的页岩孔隙体积V10与其页岩样品TOC值之间线性正相关关系得出的，即TOC值为零时得到的值；V10oc为有机孔隙体积，V总孔为页岩气储层孔隙总体积，V10为孔径介于0.3-10nm内的页岩孔隙体积。
步骤4：页岩孔径介于0.3-10nm的有机孔隙体积与总孔隙体积的比值K10oc，乘以页岩气储层总孔隙度
即为孔径介于0.3-10nm的页岩有机孔隙度
如表1中的估算结果，计算公式为：
其中，K10oc为页岩孔径介于0.3-10nm的有机孔隙体积与页岩气储层总孔隙体积V总孔的比值，
为页岩气储层总孔隙度，由实验室实验仪器测试岩石样品得到。
由于二氧化碳和和氮气吸附实验的限制，页岩气储层孔隙总体积可能不完全，可结合压汞实验获得页岩气储层全孔径的孔隙体积，本实施例中的页岩气储层孔隙总体积是由二氧化碳和氮气吸附实验计算获得，此类计算孔径范围限于350nm以内的孔隙体积，与全孔体积有所差异。在观察同页岩层系的页岩样品的压汞实验数据中，孔径在350nm以上的孔隙体积基本集中在0.001-0.002cc/g，增加此类孔隙体积后，计算的孔径介于0.3-10nm的有机孔隙度会有10％以内的误差。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种孔径介于0.3-10nm的页岩有机孔隙度估算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：利用二氧化碳吸附测试的密度函数理论DFT模型计算出页岩孔径介于0.3-1.4nm范围内的孔隙体积及其孔径分布；利用氮气吸附测试中的QSDFT模型计算页岩孔径介于1.4-30nm的孔隙体积及其孔径分布，再运用BJH模型计算出大于30nm以上的孔隙体积及其孔径分布，结合三类模型计算得到页岩气储层总孔隙体积V总孔以及孔径介于0.3-10nm的页岩孔隙体积V10；
步骤2：建立孔径介于0.3-10nm的页岩孔隙体积V10与其页岩样品TOC值之间的线性正相关关系，得到介于0.3-10nm的页岩孔隙体积V10与其页岩样品TOC值的线性关系式，其中页岩样品TOC值由实验室实验仪器测试页岩样品得到；
步骤3：在地质条件包括沉积环境、岩石学、地球化学和成岩作用相似的页岩层系，根据页岩孔隙体积V10与其页岩样品TOC值的关系获得孔径介于0.3-10nm的无机孔隙体积，即步骤2线性关系式中TOC值为零时的孔隙体积，然后根据TOC值计算得到页岩孔径0.3-10nm范围的有机孔隙体积V10oc，以及V10oc与页岩气储层总孔隙体积V总孔的比值K10oc；
步骤4：页岩孔径介于0.3-10nm的有机孔隙体积与总孔隙体积的比值K10oc，乘以页岩气储层总孔隙度
即为孔径介于0.3-10nm的页岩有机孔隙度
2.根据权利要求1所述的一种孔径介于0.3-10nm的页岩有机孔隙度估算方法，其特征在于，步骤2中孔径介于0.3-10nm的页岩孔隙体积V10与其页岩样品TOC值的线性关系式如下所示：
V10＝0.0018*TOC+0.0067cc/g 。
3.根据权利要求1所述的一种孔径介于0.3-10nm的页岩有机孔隙度估算方法，其特征在于，步骤3中，有机孔隙体积V10oc以及有机孔隙体积与总孔隙体积的比值K10oc的计算公式分别如下：
V10oc＝V10–0.0067cc/g
K10oc＝V10oc/V总孔
其中，参数0.0067cc/g为无机孔隙体积，是依据孔径介于0.3-10nm的页岩孔隙体积V10与其页岩样品TOC值之间线性正相关关系得出的，即TOC值为零时得到的值；V10oc为有机孔隙体积，V总孔为页岩气储层总孔隙体积，V10为孔径介于0.3-10nm的页岩孔隙体积。
4.根据权利要求3所述的一种孔径介于0.3-10nm的页岩有机孔隙度估算方法，其特征在于，步骤4中，孔径介于0.3-10nm的页岩有机孔隙度
计算公式为：
其中，K10oc为页岩孔径介于0.3-10nm的有机孔隙体积与页岩气储层总孔隙体积V总孔的比值，
为页岩气储层总孔隙度，由实验室实验仪器测试页岩样品得到。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20200508 |
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