CN113959919B - 一种页岩层段内有机质孔隙度的计算方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种页岩层段内有机质孔隙度的计算方法及其应用。该方法包括以下步骤：S1，根据标准井页岩层段的有机碳质量百分比Morg，获得所述标准井页岩层段有机质的体积含量Vorg；S2，确定所述标准井页岩层段的不同类型有机质的构成比例和不同类型有机质的面孔率Φ面孔率；S3，根据所述标准井页岩层段的不同类型有机质的构成比例和不同类型有机质的面孔率建立标准井页岩层段内有机孔隙度ΦTorg的计算公式；S4，获取待测页岩层段的有机质的体积含量Vorg，根据建立的标准井页岩层段内有机孔隙度ΦTorg的计算公式，计算待测页岩层段内有机质孔隙度。该方法能够比较客观地计算有机质孔隙度，获得有机质孔在页岩层段纵向上的变化特征。
Description
技术领域
本发明属于页岩气勘探开发技术领域，具体涉及一种页岩层段内有机质孔隙度的计算方法及其应用。
背景技术
有机质孔是页岩气藏区别其它油气藏的主要孔隙类型，被认为是页岩气储层中的主要孔隙类型，能在页岩中形成三维连通的有机质孔隙网络，对页岩气的富集和产出具有重要的控制作用，但有机质孔的发育载体、形成机理、演化历史、分布规律、占储层总孔隙的比例以及对储层的贡献还存在较多争议。明确有机质孔的发育过程及不同有机质类型对有机质孔的控制作用，是预测页岩气藏储集能力和生产能力的关键因素。一种观点认为成熟页岩样品中的有机质孔可能在沥青中发育，而不是发育在干酪根中(成烃生物)，且残留沥青的含量决定了页岩含气量。基于此认识，有机质孔的发育在很大程度上与干酪根(成烃生物)无关，有机质孔隙的预测、评价主要是预测滞留原油以及运移原油的含量。另一些研究人员发现有机质孔隙不仅发育在固体沥青中，而且在干酪根中广泛存在，认为有机质孔隙与干酪根有一定的结构成因联系(Reed,R.M.,R.G.Loucks,and S.C.Ruppel,2014,Commenton“Formation of nanoporous pyrobitumen residues during maturation of theBarnett Shale(Fort Worth Basin)”by Bernard et al.(2012):International Journalof Coal Geology,v.127,p.111-113.Nie,H.,Z.Jin,and J.Zhang,2018,Characteristicsof three organic matter pore types in the Wufeng-Longmaxi Shale of theSichuan Basin,Southwest China:Scientific Reports,v.8,p.7014.)，有机质物理化学结构的差异对有机孔隙的形成与演化具有重要作用(马中良,郑伦举,徐旭辉,鲍芳,余晓露,2017,富有机质页岩有机孔隙形成与演化的热模拟实验:石油学报,v.38,p.23-30.)，而“结构继承”可以解释这种有机质孔的生成机理，即可能与成烃生物的原始结构有关(Nie,H.,Z.Jin,and J.Zhang,2018,Characteristics of three organic matter pore typesin the Wufeng-Longmaxi Shale of the Sichuan Basin,Southwest China:ScientificReports,v.8,p.7014.)。最近的研究表明有机质孔来源于成烃生物和沥青两种成因(He,Z.,H.Nie,J.Zhao,W.Liu,F.Bao,and W.Zhang,2017,Types and Origin of NanoscalePores and Fractures in Wufeng and Longmaxi Shale in Sichuan Basin and ItsPeriphery:Journal of Nanoscience&Nanotechnology,v.17,p.6626-6633；Ko,L.T.,R.Loucks,S.Ruppel,T.Zhang,and S.Peng,2017,Origin and characterization ofEagle Ford pore networks in the South Texas Upper Cretaceous shelf,v.101,p.387-418)，具体有机质孔类型和有机质孔隙度需要视不同的页岩气藏具体分析而定。研究表明，四川盆地五峰组—龙马溪组页岩的有机质主要包括藻类(单细胞藻类和多细胞藻类)、疑源类等成烃生物、沥青、笔石以及其他动物碎屑等多种有机质类型，不同类型有机质的有机质孔发育特征差异较大，且相同总有机碳含量的不同层段页岩中，有机质类型及其构成亦存在较大差异。
目前的技术主要存在以下不足：(1)使用扫描电镜虽然能够定量分析岩心的有机质孔和有机质面孔率，但此方法难以获取连续深度下页岩储层的有机孔隙度及其变化规律。(2)根据地层有机质的体积含量Vorg(有机质的体积含量)与单位体积有机质内的总孔隙含量ΦTorg(单位体积/面积有机质内的总孔隙)得到页岩气储层的不同层段的有机孔隙度Φorg，该方法未考虑有机质类型对有机质孔的控制，实际上，不同类型有机质的孔隙发育程度差异较大，采用统一的单位体积有机质内的孔隙总量ΦTorg来计算页岩的有机质孔隙度，放大或缩小了实际有机质孔隙度，不能真实客观反映有机质孔隙度数据，无法满足页岩气勘探开发生产实践的需要。
页岩储层有机质孔的发育程度是决定页岩气储层品质与含气性的关键因素之一。因此，有必要在有机质构成和不同类型有机质中孔隙发育程度两种条件约束下，综合分析得出有机质孔隙度的计算方法，以提高页岩气储层有机质孔的计算精度，为页岩气勘探开发提供技术支持，为页岩气有利层段评价和页岩气井的可采储量、产量预测提供接近地质实际的有机质孔数据。
发明内容
为克服现有技术的不足，合理计算有机质孔隙度，本发明提供了一种考虑有机质类型的页岩层段内有机质孔隙度的计算方法。本发明通过获得特定页岩层段的总有机碳含量、有机质构成及其比例、不同类型有机质中有机质孔的发育程度，在有机质构成和不同类型有机质中孔隙发育程度两种条件约束下，综合分析得出页岩层段内有机质孔隙度的计算方法，能够比较客观地计算有机质孔隙度，获得有机质孔在页岩层段纵向上的变化特征。本发明所述方法可为页岩气有利层段评价和页岩气井的可采储量、产量预测提供接近地质实际的有机质孔隙度数据。
为此，本发明第一方面提供了一种页岩层段内有机质孔隙度的计算方法，其包括以下步骤：
S1，根据标准井页岩层段的有机碳质量百分比Morg，获得所述标准井页岩层段有机质的体积含量Vorg；
S2，确定所述标准井页岩层段的不同类型有机质的构成比例和不同类型有机质的面孔率Φ面孔率；
S3，根据所述标准井页岩层段的不同类型有机质的构成比例和不同类型有机质的面孔率建立标准井页岩层段内有机孔隙度ΦTorg的计算公式；
S4，获取待测页岩层段的有机质的体积含量Vorg，根据建立的标准井页岩层段内有机孔隙度ΦTorg的计算公式，计算待测页岩层段内有机质孔隙度。
本发明中，不同类型有机质的面孔率Φ面孔率即为不同类型有机质中有机质孔的发育程度。
本发明中，所述标准井页岩层段的有机碳质量百分比Morg可通过实验室测得。
在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述Vorg＝ρroc/ρorg×Morg。也即，有机质的体积含量＝ρroc/ρorg×有机碳质量百分比，其中ρroc为岩石密度，ρorg为有机质密度。
本发明中，步骤S4中，获取所述待测井页岩层段的有机质的体积含量Vorg的计算公式同样为：Vorg＝ρroc/ρorg×Morg；其中Morg为所述页岩层段的有机碳质量百分比，ρroc为所述页岩层段的岩石密度，ρorg为所述页岩层段的有机质密度。
在本发明的一些具体实施方式中，步骤S2具体包括以下步骤：
T1，基于标准井页岩层段的扫描电镜照片，确定所述标准井页岩层段的不同类型有机质的面孔率Φ面孔率；
T2，统计标准井页岩层段纵向上有机碳含量构成，确定所述标准井页岩层段的不同类型有机质的构成比例。
在本发明的另一些具体实施方式中，步骤T2具体包括：统计标准井页岩层段纵向上有机碳含量构成，然后判断所述标准井页岩层段属于富有机质页岩层段或贫有机质页岩层段，进而确定所述标准井页岩层段的不同类型有机质的构成比例。
在本发明的一些实施方式中，所述不同类型有机质包括多细胞藻类、单细胞藻类和沥青。本发明中，不同类型的有机质还包括笔石和动物碎屑等，但是由于其含量过低、有机质孔发育差，一般在计算中不予考虑。
在本发明的另一些实施方式中，所述多细胞藻类的面孔率为50％～80％；所述单细胞藻类的面孔率为5％～10％；所述沥青的面孔率为5％～10％。
在有机质孔隙度的计算中，面孔率可以近似为单位体积有机质的体积含量。如表1所示，基于标准井页岩层段的扫描电镜照片，进而确定所述标准井页岩层段的不同类型有机质的面孔率Φ面孔率。
表1：不同类型有机质的面孔率
在本发明的一些实施方式中，当所述标准井页岩层段属于富有机质页岩层段(WF2-LM4笔石带页岩)时，所述多细胞藻类的含量占有机碳含量的60～80％，平均约为70％；所述单细胞藻类的含量占有机碳含量的10～20％，平均约为15％；所述沥青的含量占有机碳含量的10～20％，平均约为15％(如图4)。
在本发明的另一些实施方式中，当所述标准井页岩层段属于贫有机质页岩层段(LM5-LM8笔石带页岩)时，所述多细胞藻类的含量占有机碳含量的20～40％，平均约为30％；所述单细胞藻类的含量占有机碳含量的20～30％，平均约为35％；所述沥青的含量占有机碳含量的20～30％，平均约为25％(如图4)。
在本发明的一些实施方式中，当所述标准井页岩层段属于富有机质页岩层段时，所述标准井页岩层段内有机孔隙度的计算公式为：
ΦTorg富＝Vorg×Φ面孔率＝ρroc/ρorg×Morg×Φ面孔率＝ρroc/ρorg×Morg×(a×Φa+b×Φb+c×Φc)＝ρroc/ρorg×Morg×(70％×65％+15％×7.5％+15％×7.5％)；
其中，a为多细胞藻类含量的平均值，Φa为多细胞藻类面孔率的平均值；b为单细胞藻类含量的平均值，Φb为单细胞藻类面孔率的平均值；c为沥青含量的平均值，Φc为沥青面孔率的平均值，ρroc为岩石密度，ρorg为有机质密度。
在本发明的另一些实施方式中，当所述标准井页岩层段属于贫有机质页岩层段，所述标准井页岩层段内有机孔隙度的计算公式为：
ΦTorg贫＝Vorg×Φ面孔率＝ρroc/ρorg×Morg×Φ面孔率＝ρroc/ρorg×Morg×(a×Φa+b×Φb+c×Φc)＝ρroc/ρorg×Morg×(30％×65％+35％×7.5％+35％×7.5％)；
其中，a为多细胞藻类含量的平均值，Φa为多细胞藻类面孔率的平均值；b为单细胞藻类含量的平均值，Φb为单细胞藻类面孔率的平均值；c为沥青含量的平均值，Φc为沥青面孔率的平均值，ρroc为岩石密度，ρorg为有机质密度。
本发明所述方法的特点为：(1)考虑了有机质构成和不同类型有机质中有机质孔发育程度两种条件，比目前采用的统一的有机孔发育程度更符合地质实际情况。(2)可以快速、简单、连续地计算有机质孔隙度含量，从整体上反映页岩储层中有机质孔隙度的分布状况。(3)可以根据本发明计算的有机质孔隙度直接优选页岩气水平井穿行层段(Φorg>3％)。
本发明第二方面提供了一种如本发明第一方面所述方法在页岩气勘探开发中的应用。
本发明所述方法属于页岩气勘探开发技术领域，适用于不同气藏压力、储层类型的页岩气藏中有机质孔隙度的计算，与镜下鉴定和单一的有机质发育程度计算相比，本发明的计算方法更符合地质实际情况，适合大规模工业化测试，应用前景乐观。
本发明的有益效果为：本发明所述有机质孔隙度的计算方法，避免了目前采用统一的有机孔发育程度计算有机质孔隙度方法放大或缩小了实际有机质孔隙度的不足。且所述方法能够快速、简单、连续获得页岩储层中有机质孔隙度，根据本方法计算的有机质孔隙度(>3％)与页岩气水平井穿行层段具有良好的对应关系(威页1井、永页1井、丁页1井、焦页8井、胜页1和盐志1井等)。为页岩气富集有利层段、水平井穿行层段优选提供了可靠的有机质孔隙度数据，提高了页岩气水平井穿行层段的优选精度。
附图说明
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
图1为多细胞藻类有机质的扫描电镜图。
图2为单细胞藻类有机质的扫描电镜图。
图3为沥青有机质的扫描电镜图。
图4包括图4-1和图4-2，其为焦页1井五峰组-龙马溪组主要成烃生物类型；其中图4-1为图4的左部，图4-2为图4的右部。
图5示出了本发明所述有机质孔隙度计算方法的流程图。
图6包括图6-1和图6-2，其为威页1井、永页1井、丁页1井、焦页1井、焦页8井、胜页1井和盐志1井有机质孔隙度连井图。
具体实施方式
为使本发明更加容易理解，下面将结合实施例来进一步详细说明本发明，这些实施例仅起说明性作用，并不局限于本发明的应用范围。本发明中所使用的原料或组分若无特殊说明均可以通过商业途径或常规方法制得。
本发明基于焦页1井提出的发明内容中涉及的方法，已经在威页1井、永页1井、丁页1井、焦页8井、胜页1和盐志1井等井中得到了验证，如计算的这几口井的有机质孔隙度大于3％的厚度分别为3.8m、10.1m、8.9m、11.6m、7.2m和9.2m，与这些页岩气水平井穿行层段具有良好的对应关系。具体步骤如下：
(1)基于标准井焦页1井，根据本发明所述有机质孔隙度的计算方法建立标准井页岩层段内有机质孔隙度的计算公式。
(2)获得威页1井、焦页8井、丁页1井、永页1井、胜页1井、盐志1井等井页岩层段有机质的体积含量Vorg。
(3)根据标准井建立的计算公式及对新钻井页岩层段的已有划分，选择公式ΦTorg富或ΦTorg贫计算有机质孔隙度。
实施例1：
(1)基于标准井焦页1井，根据本发明所述有机质孔隙度的计算方法建立标准井页岩层段内有机质孔隙度的计算公式。
具体为：标准井焦页1井在富有机质页岩层段内有机孔隙度的计算公式为：
ΦTorg富＝Vorg×Φ面孔率＝ρroc/ρorg×Morg×Φ面孔率＝ρroc/ρorg×Morg×(a×Φa+b×Φb+c×Φc)＝ρroc/ρorg×Morg×(70％×65％+15％×7.5％+15％×7.5％)；
标准井焦页1井在贫有机质页岩层段内有机孔隙度的计算公式为：
ΦTorg贫＝Vorg×Φ面孔率＝ρroc/ρorg×Morg×Φ面孔率＝ρroc/ρorg×Morg×(a×Φa+b×Φb+c×Φc)＝ρroc/ρorg×Morg×(30％×65％+35％×7.5％+35％×7.5％)。
(2)获得威页1井在3560.3-3588.9m处井页岩层段有机质的体积含量Vorg在0.58-13.02m3/m3之间。
(3)威页1井3586.0-3588.9m井段为富有机质页岩层段，3560.0-3586.0m为贫有机质页岩层段，据标准井建立的计算公式选择公式ΦTorg富或ΦTorg贫计算有机质孔隙度，结果分别为4.12％-6.21％和0.14％-1.90％。其中，有机质孔隙度大于3％的厚度为3.8m(如图6-1)。
实施例2：
(1)基于标准井焦页1井，根据本发明所述有机质孔隙度的计算方法建立标准井页岩层段内有机质孔隙度的计算公式。
具体为：标准井焦页1井在富有机质页岩层段内有机孔隙度的计算公式为：
ΦTorg富＝Vorg×Φ面孔率＝ρroc/ρorg×Morg×Φ面孔率＝ρroc/ρorg×Morg×(a×Φa+b×Φb+c×Φc)＝ρroc/ρorg×Morg×(70％×65％+15％×7.5％+15％×7.5％)；
标准井焦页1井在贫有机质页岩层段内有机孔隙度的计算公式为：
ΦTorg贫＝Vorg×Φ面孔率＝ρroc/ρorg×Morg×Φ面孔率＝ρroc/ρorg×Morg×(a×Φa+b×Φb+c×Φc)＝ρroc/ρorg×Morg×(30％×65％+35％×7.5％+35％×7.5％)。
(2)获得焦页8井在2736-2822.6m处井页岩层段有机质的体积含量Vorg在2.13-11.968m3/m3之间。
(3)焦页8井中2805-2822.9m井段为富有机质页岩层段，2736-2805m井段为贫有机质页岩层段，根据标准井建立的计算公式选择公式ΦTorg富或ΦTorg贫计算有机质孔隙度，结果分别为2.73％-5.71％和0.49％-1.84％。其中，有机质孔大于3％的厚度为11.6m(如图6-2)。
与目前的有机质孔隙度计算方法相比，本发明提出的有机质孔隙度计算方法，能够考虑不同的有机质类型对有机质孔的控制，客观反映真实的有机质孔隙度数据，从而提高了有机质孔的计算精度，为页岩气有利层段评价和页岩气井的储量、产量预测提供接近地质实际的有机质孔数据。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。
Claims (3)
1.一种页岩层段内有机质孔隙度的计算方法，其包括以下步骤：
S1，根据标准井页岩层段的有机碳质量百分比Morg，获得所述标准井页岩层段有机质的体积含量Vorg；所述Vorg＝ρroc/ρorg×Morg，其中ρroc为岩石密度，ρorg为有机质密度；
S2，确定所述标准井页岩层段的不同类型有机质的构成比例和不同类型有机质的面孔率Φ面孔率；
T1，基于标准井页岩层段的扫描电镜照片，确定所述标准井页岩层段的不同类型有机质的面孔率Φ面孔率；
T2，统计标准井页岩层段纵向上有机碳含量构成，确定所述标准井页岩层段的不同类型有机质的构成比例；
S3，根据所述标准井页岩层段的不同类型有机质的构成比例和不同类型有机质的面孔率建立标准井页岩层段内有机孔隙度ΦTorg的计算公式；所述不同类型有机质包括多细胞藻类、单细胞藻类和沥青；所述多细胞藻类的面孔率为50％～80％；所述单细胞藻类的面孔率为5％～10％；所述沥青的面孔率为5％～10％；
当所述标准井页岩层段属于富有机质页岩层段时，所述多细胞藻类的含量占有机碳含量的60～80％，所述单细胞藻类的含量占有机碳含量的10～20％，所述沥青的含量占有机碳含量的10～20％；当所述标准井页岩层段属于贫有机质页岩层段时，所述多细胞藻类的含量占有机碳含量的20～40％，所述单细胞藻类的含量占有机碳含量的30～40％，所述沥青的含量占有机碳含量的30～40％；
S4，获取待测页岩层段的有机质的体积含量Vorg，根据建立的标准井页岩层段内有机孔隙度ΦTorg的计算公式，计算待测页岩层段内有机质孔隙度；
当所述标准井页岩层段属于富有机质页岩层段时，所述标准井页岩层段内有机孔隙度的计算公式为：
ΦTorg富＝Vorg×Φ面孔率＝ρroc/ρorg×Morg×Φ面孔率＝ρroc/ρorg×Morg×(a×Φa+b×Φb+c×Φc)；
其中，a为多细胞藻类含量的平均值，Φa为多细胞藻类面孔率的平均值；b为单细胞藻类含量的平均值，Φb为单细胞藻类面孔率的平均值；c为沥青含量的平均值，Φc为沥青面孔率的平均值；
当所述标准井页岩层段属于贫有机质页岩层段时，所述标准井页岩层段内有机孔隙度的计算公式为：
ΦTorg贫＝Vorg×Φ面孔率＝ρroc/ρorg×Morg×Φ面孔率＝ρroc/ρorg×Morg×(a×Φa+b×Φb+c×Φc)；
其中，a为多细胞藻类含量的平均值，Φa为多细胞藻类面孔率的平均值；b为单细胞藻类含量的平均值，Φb为单细胞藻类面孔率的平均值；c为沥青含量的平均值，Φc为沥青面孔率的平均值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤T2具体包括：统计标准井页岩层段纵向上有机碳含量构成，然后判断所述标准井页岩层段属于富有机质页岩层段或贫有机质页岩层段，进而确定所述标准井页岩层段的不同类型有机质的构成比例。
3.一种如权利要求1或2所述方法在页岩气勘探开发中的应用。
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