CN112014907B

CN112014907B - 一种页岩油储层评价方法和装置

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Publication number: CN112014907B
Application number: CN202010784322.5A
Authority: CN
Inventors: 章新文; 谢春安; 王优先; 杨云飞; 张永华; 朱颜; 程文举; 谭静娟; 袁玉哲
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Exploration and Development Research Institute of Sinopec Henan Oilfield Branch Co
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Exploration and Development Research Institute of Sinopec Henan Oilfield Branch Co
Priority date: 2020-08-06
Filing date: 2020-08-06
Publication date: 2022-08-12
Anticipated expiration: 2040-08-06
Also published as: CN112014907A

Abstract

本发明属于页岩油开采技术领域，具体涉及一种页岩油储层评价方法和装置。该方法首先确定待评价页岩油储层的待测岩心样品的古气候，然后获取待测岩心样品的有利发育保存指标、页岩油富集度指标和脆性指标，以确定待评价页岩油储层的页岩油富集程度为富集且为有利于页岩油开采的储层。本发明从多方面对页岩油储层进行评价，以有效、准确确定待评价储层是否为页岩油富集的有利区以及该区域是否有利页岩油开采，可有效指导页岩油的甜点区选取以及页岩油有效开采。

Description

一种页岩油储层评价方法和装置

技术领域

本发明属于页岩油开采技术领域，具体涉及一种页岩油储层评价方法和装置。

背景技术

随着常规油气资源的不断消耗和经济发展对能源需求的不断攀升，非常规油气在能源结构中的地位日趋重要，其中一种便是页岩油，页岩油是指赋存于富有机质纳米级孔喉页岩底层中的石油。

受益于水平井压裂等关键开发技术的突破，北美页岩油资源已进入大规模开发阶段，证明了其拥有巨大的资源潜力。中国学者近年来对陆相页岩油的勘探开发进行了大量研究。但近几年专门针对页岩油的勘探，效果远不如预期，远达不到美国页岩油井的产能。即使是效果相对最好的、国内陆相页岩油首个重大突破区南阳油田泌阳凹陷泌页HF1井泥页岩层分段压裂后获23.6m³/日的高产油流。但产量也很快降到1m³左右。如何提高页岩油的探勘开采的效率，成为页岩油领域的研究热点。

为了确定页岩油富集的有利区以及是否该区域是否有利页岩油开采，需要对目标区域进行研究与分析，根据分析结果以确定目标区域是否为页岩油富集的有利区以及是否有利页岩油开采。现有的分析方法往往存在对页岩油储层的特性分析不够全面的问题，从而不能有效、准确确定目标区域是否为页岩油富集的有利区以及该区域是否有利页岩油开采。

发明内容

本发明提供了一种页岩油储层评价方法和装置，用以解决现有技术对目标区域研究不够全面导致无法有效、准确确定待评价储层是否为页岩油富集的有利区以及该区域是否有利页岩油开采。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案包括：

本发明提供了一种页岩油储层评价方法，包括如下步骤：

确定待评价页岩油储层的待测岩心样品的古气候，所述古气候为干旱古气候、半干旱古气候或者湿润古气候；

获取待测岩心样品的有利发育保存指标，所述有利发育保存的指标包括古氧化还原指标Th/U值和水体盐度指标Sr/Ba值中的至少一种；

获取待测岩心样品的页岩油富集度指标，所述页岩油富集度指标包括有机质丰度指标总有机碳含量TOC、有机质类型指标H/C值、页岩含油性指标游离烃含量S1和页岩油可动性指标游离烃含量/粘土矿物含量S1/Clay中的至少一种；

获取待测岩心样品的脆性指标脆性系数BI；

若所述古气候为干旱或者半干旱、有利发育保存指标在对应的有利发育保存指标范围内、页岩油富集度指标大于对应的富集度指标阈值、且BI＞X5，则确定待评价页岩油储层的页岩油富集程度为富集且为有利于页岩油开采的储层；其中，X5为BI阈值；页岩含油性指标游离烃含量S1对应的有利发育保存指标范围为S1＞X6，X6为S1阈值；页岩油可动性指标游离烃含量/粘土矿物含量S1/Clay对应的有利发育保存指标范围为S1/Clay＞X7，X7为S1/Clay阈值。

上述技术方案的有益效果为：本发明针对待评价页岩油储层，获取其有利发育保存指标、页岩油富集度指标和脆性指标，并分别进行比较判断，以确定待评价页岩油储层是否处于有利于有机质发育保存的古环境，是否为页岩油富集的有利区，是否可压裂性较好以有利页岩油开采，从多种因素出发对页岩油储层进行多方面评价，以有效、准确确定待评价储层是否为页岩油富集的有利区以及该区域是否有利页岩油开采，可有效指导页岩油的甜点区选取以及页岩油有效开采。

进一步的，古氧化还原指标Th/U值对应的有利发育保存指标范围为Th/U＜X1，X1为Th/U阈值；水体盐度指标Sr/Ba值对应的有利发育保存指标范围为Sr/Ba＞X2，X2为Sr/Ba阈值。

进一步的，有机质丰度指标总有机碳含量TOC对应的页岩油富集度指标范围为TOC＞X3，X3为TOC阈值；有机质类型指标H/C值对应的页岩油富集度指标范围为H/C＞X4，X4为H/C阈值。

进一步的，根据待测岩心样品的陆源碎屑输入含量、水体生产力指标Al/Ti值和古气候指数c，或者根据陆源碎屑输入含量和水体生产力指标Al/Ti值，或者根据古气候指数c，确定待测岩心样品的古气候；其中，干旱、半干旱古气候的陆源碎屑输入含量小于湿润古气候的陆源碎屑输入含量；干旱、半干旱古气候的水体生产力指标Al/Ti值大于湿润古气候的水体生产力指标Al/Ti值；c≤0.4为干旱古气候，0.4＜c≤0.6为半干旱古气候，0.6＜c≤1.0为湿润古气候。当根据陆源碎屑输入含量、水体生产力指标Al/Ti值和古气候指数c中的至少两种因素来确定待测岩心样品的古气候，可准确确定待测岩心样品的古气候。

进一步的，所述脆性系数BI为：BI＝(Qz+Car)/(Qz+Car+Fels+Clay)×100％，式中，Qz为石英含量，Car为方解石加上白云石的含量，Fels为长石含量，Clay为粘土矿物含量。

进一步的，BI阈值X5为40％。

进一步的，Th/U阈值X1为4，Sr/Ba阈值X2为0.8，S1阈值X6为1.5，S1/Clay阈值X7为10。

进一步的，TOC阈值X3为2，H/C阈值X4为1。

本发明还提供了一种页岩油储层评价装置，包括存储器和处理器，所述处理器用于执行存储在存储器中的指令以实现上述介绍的页岩油储层评价方法，并达到与方法相同的效果。

附图说明

图1为本发明的页岩油储层评价方法的流程图；

图2为本发明的古环境分类标准的示意图；

图3为本发明的古气候指数c与古环境分类的关系图；

图4为本发明的陆源碎屑输入含量与古氧化还原指标Th/U值的关系图；

图5为本发明的陆源碎屑输入含量与水体盐度指标Sr/Ba值的关系图；

图6为本发明的水体生产力指标Al/Ti值与机质丰度指标总有机碳含量TOC的关系图；

图7为本发明的水体生产力指标Al/Ti值与有机质类型指标H/C值的关系的示意图；

图8为本发明的水体生产力指标Al/Ti值与页岩含油性指标S1之间的关系图；

图9为本发明的水体生产力指标Al/Ti值与页岩油可动性指标S1/Clay之间的关系的示意图；

图10-1为本发明的陆源碎屑输入含量与粘土矿物之间的关系图；

图10-2为本发明的陆源碎屑输入含量与方解石之间的关系图；

图10-3为本发明的陆源碎屑输入含量与石英之间的关系图；

图10-4为本发明的陆源碎屑输入含量与白云石之间的关系图；

图10-5为本发明的陆源碎屑输入含量与长石之间的关系图；

图10-6为本发明的陆源碎屑输入含量与脆性指标BI之间的关系图；

图11-1为本发明的脆性指标BI与页岩含油性指标S1之间的关系图；

图11-2为本发明的脆性指标BI与页岩油可动性指标S1/Clay之间的关系图；

图12为本发明的页岩油储层评价装置的结构图。

具体实施方式

本发明基于实验分析结果，针对页岩油储层的各种特性，确定影响页岩油富集和有利页岩油可采的影响，根据这些因素来确定待评价页岩油储层的页岩油是否富集且是否为有利于页岩油开采的储层。下面先对实验分析过程进行说明。

步骤一，根据陆源碎屑输入含量、水体生产力和古气候指数，确定古气候。古气候划分如图2所示，古气候包括干旱、半干旱和湿润。

陆源碎屑输入含量与古河流运动有关。温暖湿润的古气候条件下，河水携带了大量的陆源碎屑矿物，沉积区的陆源碎屑输入含量高；干旱、半干旱的古环境下，河水流量较低，陆源碎屑比例输入较低。陆源碎屑输入含量(Terrigenous)为：Terrigenous％＝(Tisample/Tishale)*100％，其中，Tisample为样品中Ti元素含量(单位为ppm)，Tishale为后太古界澳大利亚沉积岩(PASS)中Ti含量为0.5995ppm。

水体生产力是指水体中生物的繁盛程度。在干旱的古气候条件下，会表现出浓缩的效应，Al/Ti含量表现出高值；而湿润的古气候条件下会随着河水注入造成稀释作用，表现为低值。

古气候指数为c＝Σ(Fe+Mn+Cr+V+Co+Ni)/Σ(Ca+Mg+Sr+Ba+Na+K)。由于不同的古气候环境的影响，元素的活性与富集能力有很大的差异。铁、锰、铬、钒、钴、镍等常微量元素，在温暖潮湿的古气候条件下，具有很强的活动能力，在岩石中含量高。钙、镁、钾、钠、锶和钡元素属于干旱气候型元素，在干旱的条件下，他们趋于集中。根据这种元素和气候之间的关系，引入了古气候指数对古气候变化给予定量分析。如图3所示，c值越大，古气候环境越湿润，越小越干旱。当c≤0.4为干旱气候，0.4＜c≤0.6为半干旱气候，0.6＜c≤1.0为湿润气候。

根据上述陆源碎屑与Al/Ti古环境分类图版的点进行古气候指数计算，得出干旱古气候环境下，平均c值为0.27，半干旱古气候环境下古气候指数均值为0.45，湿润古环境下为0.62。陆源碎屑输入含量与Al/Ti古环境分类图版划分结果与古气候指数计算结果有很好的一致性。

步骤二，对不同古气候环境下页岩的古氧化还原条件和水体盐度进行分析，确定有利于页岩有机质发育、保存的古气候。

古氧化还原指标为Th/U。其中，Th/U＜4为强还原环境，4≤Th/U＜10为还原环境，10≤Th/U＜30为弱还原到弱氧化环境，Th/U＞30为强氧化环境。

水体盐度指标为Sr/Ba。其中，Sr/Ba＜0.5为淡水沉积，0.5≤Sr/Ba＜1为半咸水沉积，Sr/Ba＞1为咸水沉积。

样品中Th/U的变化范围为0.43～9.86，均值3.24，沉积环境为还原环境。从图4中可以看出随着陆源碎屑的增加，环境的氧化程度逐渐增加，干旱、半干旱的古环境下，Th/U的均值为2.35，环境为强还原环境；湿润的古环境下，Th/U为3.96，还原程度有所降低。

如图5所示，随着陆源碎屑输入含量的增加，盐度逐渐降低；陆源碎屑含量低的干旱古环境，拥有较高的水体盐度，平均Sr/Ba值为1.52，水体生产力强。

步骤三，对不同古气候环境下页岩的有机质丰度、有机质类型、页岩含油性、页岩油的可动性的变化特征，分析有利于页岩油富集的古气候。

有机质丰度指标为总有机碳含量TOC。如图6所示，随着沉积古环境越趋向于干旱，页岩中的TOC含量越高，且湿润古环境的TOC与干旱、半干旱古环境的TOC值相比有明显的降低。

有机质类型指标为H/C。如图7所示，随着沉积古环境趋向于干旱，有机质类型逐渐变好，且干旱、半干旱的古环境下的H/C相对于湿润古环境下的H/C有明显的上升。

页岩含油性指标为游离烃含量S1。如图8所示，页岩含油性与水体生产力呈正相关性，且含油性上限受控于水体生产力，另外随着古环境趋向于干旱，页岩的含油性逐渐升高。

页岩油的可动性的指标为游离烃含量/粘土矿物含量(S1/Clay)。对于生油窗内的页岩，有机质孔不发育。粘土矿物具有很大的比表面积，对页岩油的吸附能力增强，因此限制了页岩油的可动性。S1/Clay含量代表着页岩油的可动性，表征着页岩油中以游离态存在的页岩油所占的比例。粘土矿物的输入主要依靠于陆源碎屑的输入。由图9可看出，温暖湿润的古环境条件下，河流的承载能力很强，搬运的陆源碎屑中含有大量粘土矿物增强了页岩对原油的吸附能力；而干旱的古环境条件下，粘土矿物含量较低，页岩油的可动性好，有利于页岩油的开发。

步骤四，确定不同古气候下页岩的矿物组成以及脆性的变化特征，分析有利于页岩可压裂性的古气候。

页岩的矿物组成包括：石英、粘土矿物、长石、白云石、方解石。由图10-1至图10-5中可以看出，随着河流运动携带陆源碎屑输入含量变高，石英、白云石、方解石等脆性矿物含量降低。粘土矿物与长石主要来源于河流携带的陆源碎屑输入。长石质、粘土质页岩陆源碎屑输入较高，发育在较温暖湿润的环境，干旱、半干旱环境下主要为硅质页岩以及灰质页岩，少量为云质页岩。

脆性指标为脆性指数(BI)，BI＝(Qz+Car)/(Qz+Car+Fels+Clay)×100％，其中，BI是岩石的脆性指数，Qz为石英含量，Car为方解石加上白云石的含量，Fels为长石含量，Clay为粘土矿物含量。从图10-6中可以看出，随着陆源碎屑输入含量的增加，岩石脆性逐渐变差，可压裂性逐渐变差，干旱、半干旱的古环境条件下岩石具有较好的可压裂性。不同的古环境条件下形成的页岩的脆性是不同的，BI值等于40％可以作为一个评价页岩可压裂性的标准。干旱、半干旱古环境下形成的页岩具有明显较高的脆性，大部分页岩的BI值高于40％，平均值为61.85％，具有明显好的可压裂性，湿润古环境下形成的页岩BI值多数位于40％以下，平均值为28.71％，可压裂性较差。半干旱古环境条件下形成的页岩的BI值介于湿润和干旱环境之间，平均为35.94％。另外，在图11-1和图11-2中，根据脆性指数BI与含油性以及可动性的关系可以看出，脆性指数越高，页岩的含油性以及可动性越好，这种含油性与可压裂性的统一与古环境有关。

综上，可以分析得出，干旱、半干旱古气候条件下，页岩中有机质具备更好的发育、保存条件。页岩油含油性以及页岩的可压裂性均较好，是有利页岩油富集可采的古环境。影响页岩油储存评价的因素包括陆源碎屑输入比例、水体生产力指标Al/Ti和古气候指数c，古氧化还原指标Th/U值和水体盐度指标Sr/Ba值，有机质丰度指标总有机碳含量TOC和有机质类型指标H/C值，页岩含油性指标游离烃含量S1和页岩油可动性指标游离烃含量S1/粘土矿物含量S1/Clay，以及脆性指标BI等。基于该分析结果，可以实现本发明的一种页岩油储层评价方法，以有效指导页岩油的甜点区选取以及页岩油有效开采。

下面结合附图及实施例，对本发明的页岩油储层评价方法进行详细说明。

方法实施例：

本发明的一种页岩油储层评价方法实施例如图1所示：

步骤一，对待评价页岩油储层进行采样，获取待测岩心样品。获取待测岩心样品的陆源碎屑输入比例、水体生产力指标Al/Ti和古气候指数c，以确定古环境是否为干旱或者半干旱古环境。其中，若陆源碎屑输入比例＜50％，水体生产力指标Al/Ti＞21，c≤0.4，表明古气候为干旱；若陆源碎屑输入比例≥50％，水体生产力指标Al/Ti＞21，0.4＜c≤0.6，表明古气候为半干旱；若陆源碎屑输入比例≥50％，水体生产力指标Al/Ti≤21，c＞0.6，表明古气候为湿润。

步骤二，确定待测岩心样品的古氧化还原指标Th/U值和水体盐度指标Sr/Ba值，并对这两个值分别进行比较判断，以确定判断结果是否为Th/U＜X1且Sr/Ba＞X2，以确定待评价页岩油储层的古氧化还原条件和水体盐度进行分析。其中，X1为Th/U阈值，X2为Sr/Ba阈值，X1、X2的具体取值分别为：X1＝4、X2＝0.8。

步骤三，确定待测岩心样品的有机质丰度指标总有机碳含量TOC和有机质类型指标H/C值，并对这两个值分别进行比较判断，确定判断结果是否为TOC＞X3且H/C＞X4，以确定待评价页岩油储层的有机质丰度和有机质类型。进一步确定待测岩心样品的页岩含油性指标游离烃含量S1和页岩油可动性指标游离烃含量/粘土矿物含量S1/Clay，确定判断结果是否为S1＞X6且S1/Clay＞X7，以确定待评价页岩油储层的页岩含油性、页岩油的可动性的变化特征。该步骤获取的各个参数可以确定页岩油是否富集。其中，X3为总有机碳含量TOC阈值，X4为H/C阈值，X6为S1阈值，X7为S1/Clay阈值，X3、X4、X6、X7的具体取值分别为：X3＝2、X4＝1、X6＝1.5、X7＝10。

步骤四，确定待测岩心样品的脆性指标BI：BI＝(Qz+Car)/(Qz+Car+Fels+Clay)×100％，并对BI进行判断，以确定判断结果是否为BI＞40％，以确定待评价页岩油储层是否为有利页岩油可采的储层。

步骤五，若步骤一至步骤四的判断结果为：古气候为干旱或者半干旱、Th/U＜4、Sr/Ba＞0.8、TOC＞2、H/C＞1、BI＞40％、S1＞1.5、且S1/Clay＞10，则确定测评页岩油储层的页岩油程度为富集且为有利于页岩油开采的储层。则可对待评价页岩油储层进行有效开采。

本实施例的步骤一中，根据陆源碎屑输入比例、水体生产力指标Al/Ti和古气候指数c三种参数来确定古环境是否为干旱、半干旱古环境。作为其他实施方式，可只根据古气候指数c来判断古环境是否为干旱、半干旱古环境，或者结合陆源碎屑输入比例和水体生产力指标Al/Ti来判断古环境是否为干旱、半干旱古环境。

本实施例的步骤二中，根据古氧化还原指标Th/U值和水体盐度指标Sr/Ba值两种参数来确定待测岩心样品是否处于有利于有机质发育保存的古环境。作为其他实施方式，可只考虑其中的一种参数来确定待测岩心样品是否处于有利于有机质发育保存的古环境。

本实施例的步骤三中，根据待测岩心样品的有机质丰度指标总有机碳含量TOC和有机质类型指标H/C值、以及页岩含油性指标游离烃含量S1和页岩油可动性指标游离烃含量/粘土矿物含量S1/Clay，共四种参数来确定待测岩心样品是否处于有利页岩油富集的古环境。作为其他实施方式，可只考虑其中的一种、两种或者三种参数来确定待测岩心样品是否处于有利页岩油富集的古环境。

装置实施例：

本实施例提供了一种页岩油储层评价装置，如图12所示，包括存储器、处理器和总线，存储器和处理器之间通过总线完成相互间的数据交互与通信。

处理器可为微处理器MCU、可编程逻辑器件FPGA等。

存储器可为高速随机存储器，还可为非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存等。

处理器可以调用存储器中的逻辑指令，以实现一种页岩油储层评价方法。关于该方法的具体内容，可见方法实施例中关于该方法的介绍，这里不再赘述。

而且，上述存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

Claims

1.一种页岩油储层评价方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取待测岩心样品的页岩油富集度指标，所述页岩油富集度指标包括有机质丰度指标总有机碳含量TOC、有机质类型指标H/C值、页岩含油性指标游离烃含量S1和页岩油可动性指标游离烃含量/粘土矿物含量S1/Clay值中的至少一种；

获取待测岩心样品的脆性指标，所述脆性指标为脆性系数BI；

若所述古气候为干旱或者半干旱、有利发育保存指标在对应的有利发育保存指标范围内、页岩油富集度指标在对应的页岩油富集度指标范围内、且BI＞X5，则确定待评价页岩油储层的页岩油富集程度为富集且为有利于页岩油开采的储层；其中，X5为BI阈值；

所述页岩油是指赋存于富有机质纳米级孔喉页岩底层中的石油；

所述脆性系数BI为：

BI＝(Qz+Car)/(Qz+Car+Fels+Clay)×100％

式中，Qz为石英含量，Car为方解石加上白云石的含量，Fels为长石含量，Clay为粘土矿物含量。

2.根据权利要求1所述的页岩油储层评价方法，其特征在于，古氧化还原指标Th/U值对应的有利发育保存指标范围为Th/U＜X1，X1为Th/U阈值；水体盐度指标Sr/Ba值对应的有利发育保存指标范围为Sr/Ba＞X2，X2为Sr/Ba阈值；页岩含油性指标游离烃含量S1对应的有利发育保存指标范围为S1＞X6，X6为S1阈值；页岩油可动性指标游离烃含量/粘土矿物含量S1/Clay对应的有利发育保存指标范围为S1/Clay＞X7，X7为S1/Clay阈值。

3.根据权利要求1所述的页岩油储层评价方法，其特征在于，有机质丰度指标总有机碳含量TOC对应的页岩油富集度指标范围为TOC＞X3，X3为TOC阈值；有机质类型指标H/C值对应的页岩油富集度指标范围为H/C＞X4，X4为H/C阈值。

4.根据权利要求1所述的页岩油储层评价方法，其特征在于，根据待测岩心样品的陆源碎屑输入含量、水体生产力指标Al/Ti值和古气候指数c，或者根据陆源碎屑输入含量和水体生产力指标Al/Ti值，或者根据古气候指数c，确定待测岩心样品的古气候；

其中，干旱、半干旱古气候的陆源碎屑输入含量小于湿润古气候的陆源碎屑输入含量；干旱、半干旱古气候的水体生产力指标Al/Ti值大于湿润古气候的水体生产力指标Al/Ti值；c≤0.4为干旱古气候，0.4＜c≤0.6为半干旱古气候，0.6＜c≤1.0为湿润古气候。

5.根据权利要求1～4任一项所述的页岩油储层评价方法，其特征在于，BI阈值X5为40％。

6.根据权利要求2所述的页岩油储层评价方法，其特征在于，Th/U阈值X1为4，Sr/Ba阈值X2为0.8，S1阈值X6为1.5，S1/Clay阈值X7为10。

7.根据权利要求3所述的页岩油储层评价方法，其特征在于，TOC阈值X3为2，H/C阈值X4为1。

8.一种页岩油储层评价装置，其特征在于，包括存储器和处理器，所述处理器用于执行存储在存储器中的指令以实现如权利要求1～7任一项所述的页岩油储层评价方法。