CN114167510B - 一种确定页岩气储层粘土矿物含量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于非常规油气勘探开发领域，公开了一种确定页岩气储层粘土矿物含量的方法。所述方法基于页岩气储层沉积水深与页岩气储层粘土矿物沉积速度的关系，利用自然伽马能谱测井资料，定量计算页岩气储层粘土矿物含量。所述方法的步骤包括：利用自然伽马能谱测井钍、铀曲线计算钍铀比曲线；分析确定粘土矿物含量与钍铀比曲线在半对数坐标系下的线性正相关关系；建立钍铀比曲线与所述页岩气储层粘土矿物含量的关系式，实现粘土矿物含量的定量计算。本发明对海相与陆相页岩气储层具有较好的普适性，无需要针对具体地区、具体井、具体层(段/组)确定模型参数或回归系数，为非常规页岩气储层参数定量评价提供了有效的技术手段。
Description
技术领域
本发明属于非常规油气勘探开发领域，更具体地，涉及一种确定页岩气储层粘土矿物含量的方法。
背景技术
依据自然伽马(Gamma Ray)测井资料评价粘土矿物含量，是油气勘探领域的常用手段(Bassiouni z,1994)。依据待评价井中纯泥岩段、纯岩性段(砂岩/碳酸盐岩等)的自然伽马值，确定自然伽马最大/最小值(GRmax,GRmin)，可以利用公式Clay＝(GR-GRmin)/(GRmax-GRmin)或相关变形公式计算粘土矿物含量。对非常规页岩气储层，沿用上述方法开展粘土矿物含量评价误差较大。其根本原因在于，自然伽马放射性强度除了受到粘土矿物影响外，有机质对放射性铀元素的富集同样会造成自然伽马响应的增强，从而造成评价结果偏高。
近年来，大量针对页岩气储层粘土矿物含量评价的方法不断出现。主要思路有两大类：一类，是以自然伽马能谱测井钍含量(TH)曲线、或去铀伽马曲线(KTH)，替代自然伽马(GR)曲线，以期去除有机质富集铀元素的影响，实现粘土矿物含量的定量评价(李亚男，2014)；另一类，是以单曲线回归或多元回归为手段，结合粘土矿物含量分析资料，建立各类测井曲线与粘土矿物含量的相关关系，实现粘土矿物含量的测井评价(颜磊，2019；耿斌，2016；丁安徐，2015)。上述两类主流方法，都需要结合某区域、某井、某层(系/段)、岩心粘土矿物含量确定模型参数、回归系数等，具有明显的地区局限性，通用性与普适性较差。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种确定页岩气储层粘土矿物含量的方法。本发明利用自然伽马能谱测井资料，建立了具有普适性的粘土矿物含量计算方法，该方法无需针对某区域、某井、某层(系/段)单独确定模型参数。
为了实现上述目的，本发明提供一种确定页岩气储层粘土矿物含量的方法，所述方法基于页岩气储层沉积水深与页岩气储层粘土矿物沉积速度的关系，利用自然伽马能谱测井资料，定量计算页岩气储层粘土矿物含量。
根据本发明，优选地，所述自然伽马能谱测井资料包括自然伽马能谱钍曲线TH和自然伽马能谱铀曲线U。
根据本发明，优选地，所述方法包括如下步骤：
(1)根据所述自然伽马能谱钍曲线TH和自然伽马能谱铀曲线U，计算得到钍铀比曲线THU；
(2)建立钍铀比曲线THU与所述页岩气储层粘土矿物含量的关系式；
(3)根据步骤(2)建立的关系式，定量计算所述页岩气储层粘土矿物含量。
根据本发明，优选地，所述钍铀比曲线THU用于反映页岩气储层沉积水深。当THU<2时，所述页岩气储层为水深较深的海相沉积，还原环境；当2≤THU≤7时，所述页岩气储层为水深较浅的海相沉积，氧化还原过渡带；当THU>7时，所述页岩气储层为为浅水陆相沉积。
根据本发明，优选地，步骤(1)中，根据式(1)所示的公式计算得到所述钍铀比曲线THU：
THU＝TH/U (1)；
其中，所述自然伽马能谱钍曲线TH和所述自然伽马能谱铀曲线U的单位均为ppm。
根据本发明，优选地，利用自然伽马能谱测井仪获得所述自然伽马能谱钍曲线TH和所述自然伽马能谱铀曲线U。
根据本发明，优选地，所述步骤(2)是通过对比并分析钍铀比曲线THU与岩心实验得到的粘土矿物含量的关系来实现的。
根据本发明，优选地，所述页岩气储层粘土矿物含量与钍铀比曲线THU在半对数坐标系下为线性正相关关系。具体为，钍铀比曲线THU的对数值越小，反映沉积环境水深越深，粘土矿物沉积速度越慢，页岩气储层中粘土矿物含量越小；反之亦然。
根据本发明，优选地，钍铀比曲线THU与所述页岩气储层粘土矿物含量的关系式如式(2)所示：
CLAY_THU＝[log10(THU)+1]/3×100 (2)；
其中，CLAY_THU为所述页岩气储层粘土矿物含量，单位为％。
本发明的技术方案具有如下有益效果：
(1)本发明丰富了非常规页岩气储层参数评价方法，为不适用于传统粘土矿物含量评价方法的海相/陆相页岩气储层粘土矿物含量评价问题提供了有效途径。
(2)本发明不受具体区域、具体井、具体层(段/组)限制，对海相与陆相页岩气储层粘土矿物含量评价问题，无需再针对具体储层，确定模型参数或回归系数等，具有较好普适性。
(3)本发明应用于四川盆地及周缘海相与陆相页岩气储层粘土矿物含量定量评价时，表现出了较好的通用性，以及较好计算精度。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明提供的一种确定页岩气储层粘土矿物含量的方法确定的钍铀比曲线THU与岩心实验得到的粘土矿物含量的关系的示意图。
图2示出了根据本发明的实施例1、实施例2、对比例1和对比例2中对四川盆地及周缘海相的页岩气储层粘土矿物含量进行评价的各口井分布图。
图3示出了根据本发明的实施例1和对比例1对四川盆地及周缘海相的五峰组-龙马溪组的页岩气储层粘土矿物含量进行评价的评价图。
图4示出了根据本发明的实施例2和对比例2对四川盆地及周缘海相的寒武统筇竹寺组的页岩气储层粘土矿物含量进行评价的评价图。
图5示出了根据本发明的实施例3和对比例3对四川盆地陆相的页岩气储层粘土矿物含量进行评价的4口井的分布图。
图6示出了根据本发明的实施例3和对比例3对南华北盆地开封坳陷的山西组-太原组的牟页1井和四川盆地陆相的4口井的页岩气储层粘土矿物含量进行评价的评价图。
其中：(1)为山西组-太原组的牟页1井；(2)为建页HF-1井东岳庙段；(3)为涪页10井东岳庙段；(4)为元陆4井大安寨-马鞍山东岳庙段；(5)为兴隆101井大安寨-马鞍山-东岳庙段。
图7示出了本发明提出的一种确定页岩气储层粘土矿物含量的方法的主要技术步骤框图。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
下述各个实施例均利用本发明的一种确定页岩气储层粘土矿物含量的方法评价海相/陆相的页岩气储层粘土矿物含量；通过将本发明方法分别应用于多个地区、不同层(组/段)、不同评价井的页岩气储层，并通过与岩心XRD分析取得的粘土矿物含量结果进行对比，对本发明方法的适应性与有效性进行验证。其中，图1横坐标中的unitness表示无单位。图3、4、6中的第一道为深度道，深度道中的reference(m)表示深度道参考比例。
实施例1
本实施例提供一种确定页岩气储层粘土矿物含量的方法，利用所述方法对四川盆地及周缘海相的五峰组-龙马溪组的8口井的页岩气储层粘土矿物含量进行评价，如图2所示，所述8口井分别为威页23-1井、焦页1井、焦页41-5井、焦页5井、南页1井、丁页1井、仁页1井、彭页1井。
所述方法基于页岩气储层沉积水深与页岩气储层粘土矿物沉积速度的关系，利用8口井的自然伽马能谱测井资料，分别定量计算8口井的页岩气储层粘土矿物含量。所述自然伽马能谱测井资料包括自然伽马能谱钍曲线TH和自然伽马能谱铀曲线U。利用自然伽马能谱测井仪获得8口井的所述自然伽马能谱钍曲线TH和所述自然伽马能谱铀曲线U。
所述方法包括如下步骤：
(1)根据所述自然伽马能谱钍曲线TH和自然伽马能谱铀曲线U，并根据式(1)所示的公式计算得到钍铀比曲线THU：
THU＝TH/U (1)；
其中，所述自然伽马能谱钍曲线TH和所述自然伽马能谱铀曲线U的单位均为ppm。
所述钍铀比曲线THU用于反映页岩气储层沉积水深，当THU<2时，所述页岩气储层为水深较深的海相沉积，还原环境；当2≤THU≤7时，所述页岩气储层为水深较浅的海相沉积，氧化还原过渡带；当THU>7时，所述页岩气储层为为浅水陆相沉积。
(2)建立钍铀比曲线THU与所述页岩气储层粘土矿物含量的关系式；具体地，如图1所示，通过对比并分析钍铀比曲线THU与岩心实验得到的粘土矿物含量的关系可知，所述页岩气储层粘土矿物含量与钍铀比曲线THU在半对数坐标系下为线性正相关关系，因此，所述钍铀比曲线THU与所述页岩气储层粘土矿物含量的关系式如式(2)所示：
CLAY_THU＝[log10(THU)+1]/3×100 (2)；
其中，CLAY_THU为所述页岩气储层粘土矿物含量，单位为％。
(3)根据步骤(2)建立的关系式，定量计算8口井的页岩气储层粘土矿物含量，如图3所示。
图3中的各井第1道为深度道；
图3中的各井第2道的实线表示的是根据各井的自然伽马能谱钍曲线TH、铀曲线U，计算的各井的按对数坐标显示的钍铀比曲线THU；
图3中的各井第4道的连续实线表示的是根据关系式(2)计算的页岩气储层粘土矿物含量的按线性刻度显示的结果；图3中的各井第4道中的杆状线表示的是利用岩心XRD分析取得的粘土矿物含量结果。将依据本发明方法的计算结果与利用岩心XRD分析取得的粘土矿物含量结果进行对比，表明依据本发明方法计算的粘土矿物含量，在各井均具有较好的一致性。可证明本发明提出的方法，对上述四川盆地及周缘海相的五峰组-龙马溪组的页岩气储层均有较好的普适性，且具有较好评价精度。
实施例2
本实施例提供一种确定页岩气储层粘土矿物含量的方法，利用所述方法对四川盆地及周缘海相的寒武统筇竹寺组的金页1井的页岩气储层粘土矿物含量进行评价，所述金页1井的分布如图2所示。
所述方法基于页岩气储层沉积水深与页岩气储层粘土矿物沉积速度的关系，利用金页1井的自然伽马能谱测井资料，定量计算金页1井的页岩气储层粘土矿物含量。所述自然伽马能谱测井资料包括自然伽马能谱钍曲线TH和自然伽马能谱铀曲线U。利用自然伽马能谱测井仪获得金页1井的所述自然伽马能谱钍曲线TH和所述自然伽马能谱铀曲线U。
实现所述方法的步骤与实施例1相同。
定量计算所述页岩气储层粘土矿物含量，如图4所示。
图4中的金页1井第1道为深度道；
图4中的金页1井第2道的中实线表示的是根据金页1井的自然伽马能谱钍曲线TH、铀曲线U，计算的金页1井的按对数坐标显示的钍铀比曲线THU；
图4中的金页1井第4道的连续实线表示的是根据关系式(2)计算的页岩气储层粘土矿物含量的按线性刻度显示的结果；图4中的金页1井第4道中的杆状线表示的是利用岩心XRD分析取得的粘土矿物含量结果。将依据本发明方法的计算结果与利用岩心XRD分析取得的粘土矿物含量结果进行对比，表明依据本发明方法计算的粘土矿物含量，在金页1井具有较好的一致性。可证明本发明提出的方法，对上述四川盆地及周缘海相的寒武统筇竹寺组的页岩气储层均有较好的普适性，且具有较好评价精度。
实施例3
本实施例提供一种确定页岩气储层粘土矿物含量的方法，利用所述方法对南华北盆地开封坳陷的山西组-太原组的牟页1井以及对四川盆地陆相的4口井的页岩气储层粘土矿物含量进行评价，如图5所示，所述四川盆地陆相的4口井分别为建页HF-1井东岳庙段、涪页10井东岳庙段、元陆4井大安寨-马鞍山东岳庙段、兴隆101井大安寨-马鞍山-东岳庙段。
所述方法基于页岩气储层沉积水深与页岩气储层粘土矿物沉积速度的关系，利用上述5口井的自然伽马能谱测井资料，分别定量计算上述5口井的页岩气储层粘土矿物含量。所述自然伽马能谱测井资料包括自然伽马能谱钍曲线TH和自然伽马能谱铀曲线U。利用自然伽马能谱测井仪获得上述5口井的所述自然伽马能谱钍曲线TH和所述自然伽马能谱铀曲线U。
实现所述方法的步骤与实施例1相同。
定量计算所述页岩气储层粘土矿物含量，如图6所示。
图6中的各井第1道均为深度道；
图6中的各井第2道的中实线均表示的是根据各井的自然伽马能谱钍曲线TH、铀曲线U，计算的各井的按对数坐标显示的钍铀比曲线THU；
图6中的各井第4道的连续实线表示的是根据关系式(2)计算的页岩气储层粘土矿物含量的按线性刻度显示的结果；图6中的各井第4道中的杆状线表示的是利用岩心XRD分析取得的粘土矿物含量结果。将依据本发明方法的计算结果与利用岩心XRD分析取得的粘土矿物含量结果进行对比，表明依据本发明方法计算的粘土矿物含量，在各井均具有较好的一致性。可证明本发明提出的方法，对上述不同盆地、不同层(组/段)的陆相的页岩气储层均有较好的普适性，且具有较好评价精度。
对比例1
本对比例利用自然伽马能谱测井仪获得实施例1提到的8口井的去铀伽马KTH曲线，利用去铀伽马KTH曲线与所述页岩气储层粘土矿物含量的关系式，对实施例1提到的的8口井的页岩气储层粘土矿物含量进行评价，如图2所示，所述8口井分别为威页23-1井、焦页1井、焦页41-5井、焦页5井、南页1井、丁页1井、仁页1井、彭页1井。
所述去铀伽马KTH曲线与所述页岩气储层粘土矿物含量的关系式如式(3)所示：
CLAY_KTH＝0.75×KTH-15.30 (3)，
其中，式(3)中，所述去铀伽马KTH曲线单位为API；CLAY_KTH为所述页岩气储层粘土矿物含量，单位为％。
根据式(3)定量计算8口井的页岩气储层粘土矿物含量，如图3所示。
图3中的各井第2道的点状线表示的是各井的去铀伽马KTH曲线；
图3中的各井第3道的连续实线表示的是根据关系式(3)计算的页岩气储层粘土矿物含量的按线性刻度显示的结果；图3中的各井第3道中的杆状线表示的是利用岩心XRD分析取得的粘土矿物含量结果。将对比例1的计算结果与利用岩心XRD分析取得的粘土矿物含量结果进行对比，表明在采用同样的关系式条件下，对比例1的方法在不同地区，普适性很差，除在威远地区(如威页23-1井)评价精度较高以外，在其他各地区评价效果均不佳；同时，还可以注意到，即使在同一地区，如焦石坝地区，焦页1井、焦页41-5井、焦页5井，采用同样的关系式，评价结果在焦页1井中较好，但其他两井误差均较大。
从实施例1和对比例1的对比可知，本发明提出的确定页岩气储层粘土矿物含量的方法，具有更好的普适性，且在各地区、各井中应用均取得较好评价精度。
对比例2
本对比例利用自然伽马能谱测井仪获得的实施例2提到的金页1井的去铀伽马KTH曲线，利用去铀伽马KTH曲线与所述页岩气储层粘土矿物含量的关系式，对实施例2提到的金页1井的页岩气储层粘土矿物含量进行评价，所述金页1井的分布如图2所示。
所述去铀伽马KTH曲线与所述页岩气储层粘土矿物含量的关系式如式(3)所示：
CLAY_KTH＝0.75×KTH-15.30 (3)
其中，式(3)中，所述去铀伽马KTH曲线单位为API；CLAY_KTH为所述页岩气储层粘土矿物含量，单位为％。
根据式(3)定量计算金页1井的页岩气储层粘土矿物含量，如图4所示。
图4中的金页1井第2道的点状线表示的是金页1井的去铀伽马KTH曲线；
图4中的金页1井第3道的连续实线表示的是根据关系式(3)计算的页岩气储层粘土矿物含量的按线性刻度显示的结果；图4中的金页1井第3道中的杆状线表示的是利用岩心XRD分析取得的粘土矿物含量结果。将对比例2的结果与利用岩心XRD分析取得的粘土矿物含量结果进行对比，表明在采用同样的关系式条件下，对比例2的方法仅在局部井段(3305m-3315m，3525m-3535m)精度较好，其他井段精度较差。
从实施例2和对比例2的对比可知，本发明提出的确定页岩气储层粘土矿物含量的方法，具有更好的普适性，在海相寒武统筇竹寺组的页岩气储层应用，也可取得较好评价精度。
对比例3
本对比例利用自然伽马能谱测井仪获得实施例3提到的5口井的去铀伽马KTH曲线，利用去铀伽马KTH曲线与所述页岩气储层粘土矿物含量的关系式，对实施例3提到的5口井的页岩气储层粘土矿物含量进行评价，其中，实施例3提到的5口井中的属于四川盆地陆相的4口井的分布如图5所示。
所述去铀伽马KTH曲线与所述页岩气储层粘土矿物含量的关系式如式(3)所示：
CLAY_KTH＝0.75×KTH-15.30 (3)
其中，式(3)中，所述去铀伽马KTH曲线单位为API；CLAY_KTH为所述页岩气储层粘土矿物含量，单位为％。
根据式(3)定量计算5口井的页岩气储层粘土矿物含量，如图6所示。
图6中的各井第2道的点状线表示的是各井的去铀伽马KTH曲线；
图6中的各井第3道的连续实线表示的是根据关系式(3)计算的页岩气储层粘土矿物含量的按线性刻度显示的结果；图6中的各井第3道中的杆状线表示的是利用岩心XRD分析取得的粘土矿物含量结果。将对比例3的计算结果与利用岩心XRD分析取得的粘土矿物含量结果进行对比，表明在采用同样的关系式条件下，对比例3在建页HF-1井东岳庙段精度较好，其他口井精度较差。
从实施例3和对比例3的对比可知，本发明提出的确定页岩气储层粘土矿物含量的方法，具有更好的普适性，且在上述盆地的海相及陆相页岩气储层中应用均取得较好评价精度。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (5)
1.一种确定页岩气储层粘土矿物含量的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)根据自然伽马能谱钍曲线TH和自然伽马能谱铀曲线U，计算得到钍铀比曲线THU；
(2)通过对比并分析钍铀比曲线THU与岩心实验得到的粘土矿物含量的关系建立钍铀比曲线THU与所述页岩气储层粘土矿物含量的关系式；所述页岩气储层粘土矿物含量与钍铀比曲线THU在半对数坐标系下为线性正相关关系；
钍铀比曲线THU与所述页岩气储层粘土矿物含量的关系式如式(2)所示：
CLAY_THU＝ [ log10(THU) + 1 ] / 3×100 (2)；
其中，CLAY_THU为所述页岩气储层粘土矿物含量，单位为％；
(3)根据步骤(2)建立的关系式，定量计算所述页岩气储层粘土矿物含量。
2.根据权利要求1所述的确定页岩气储层粘土矿物含量的方法，其中，所述钍铀比曲线THU用于反映页岩气储层沉积水深。
3.根据权利要求1所述的确定页岩气储层粘土矿物含量的方法，其中，步骤(1)中，根据式(1)所示的公式计算得到所述钍铀比曲线THU：
THU＝TH/U (1)；
其中，所述自然伽马能谱钍曲线TH和所述自然伽马能谱铀曲线U的单位均为ppm。
4.根据权利要求1所述的确定页岩气储层粘土矿物含量的方法，其中，利用自然伽马能谱测井仪获得所述自然伽马能谱钍曲线TH和所述自然伽马能谱铀曲线U。
5.根据权利要求2所述的确定页岩气储层粘土矿物含量的方法，其中，
当THU<2时，所述页岩气储层为水深较深的海相沉积，还原环境；
当2≤THU≤7时，所述页岩气储层为水深较浅的海相沉积，氧化还原过渡带；
当THU>7时，所述页岩气储层为浅水陆相沉积。
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