CN117129509A - 一种基于ki-ct计算页岩裂缝核磁共振测井t2截止值的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于KI‑CT计算页岩裂缝核磁共振测井T2截止值的方法，本发明运用饱和称重和纳米CT技术标定核磁共振测井T2谱裂缝截止时间，该方法适用于评价页岩连续地层裂缝分布特征。该方法包括如下步骤：1）岩样饱和碘化钾水溶液（KI）称重法测试总孔隙度；2）纳米CT扫描（KI‑CTnm）量化裂缝孔隙度并校正裂缝含量Sf；3）建立裂缝含量预测模型K‑Sf，计算不同深度点裂缝含量ΔSf；4）ΔSf代入测井核磁T2谱计算连续地层裂缝截止值T2fC。本发明采用KI‑CTnm量化裂缝含量，相比常规方法计算精度更高；突破了传统技术（如离心法）在样品制备上的限制，新方法适用于任意形状的页岩样品。本发明拓展了核磁测井技术在页岩裂缝评价中的应用，本发明具有科学性和普适性。
Description
技术领域
本发明涉及一种页岩裂缝的测定方法，尤其是涉及一种基于KI-CT计算页岩裂缝核磁共振测井T2截止值的方法。
背景技术
常规油气藏的成藏过程包括4个步骤：生、排、运、聚。生就是生烃，排就是初次运移，运就是二次运移，聚就是油气在圈闭中的聚集。生油层通常离圈闭很远。生油层生出的油气，在浮力的作用下向上运移进入储集层，这就是初次运移，也是生油层的排烃过程，初次运移的方向都是向上的。油气进入储集层之后，在浮力的作用下继续向上运移，遇到障碍就转向进行侧向运移，这就是二次运移，二次运移的方向可以向上，也可以侧向上。油气运移到圈闭中，遇到盖层和遮挡层就无法继续运移了，只好聚集起来形成油气藏，这就是油气聚集。然而，页岩油气藏为非常规油气藏，它的成藏过程不同于常规油气藏。页岩是由泥岩（基质）和砂条（砂或粗泥）组成的，它们都很薄，以页理的形式存在。如果没有砂条，页岩就变成了泥岩。页岩的基质即是生油层，又是盖层和围岩；砂条为储集层，也是微型圈闭。页岩的生储盖齐全，生油层离圈闭很近。生油层生出的油气，在浮力的作用下，直接排烃到圈闭中聚集起来，油气经过了初次运移，却没有经过二次运移。因此，页岩油气藏的成藏过程只包括三个步骤：生、排、聚。二次运移给跨过了。
页岩油气藏在全球油气资源中占有重要地位。裂缝是该类油气藏主要的存储空间和运移通道，明确裂缝分布特征是页岩储层评价的关键问题。目前，裂缝评价方法主要分两类：1）直接观测法，如光学显微镜、扫描电镜等，观测结果为二维图像且半定量；2）间接观测法，主要观测手段有压汞、一维核磁共振（NMR T2）和CT扫描等，测试结果为定量的孔径分布曲线。上述方法中仅有NMR和CT能够实现样品无损测试，且NMR是唯一能够开展井下连续测试（核磁共振测井）的方法。二维核磁由T2和T1两部分组成，T1与流体性质相关，T2与孔径相关。二维核磁技术（T1-T2）日渐成熟，但目前还缺少利用二维核磁评价裂缝核磁参数的相关技术，无法直观评价裂缝含油特征。
进一步的，对于油的品质来说，不同组分原油填充裂缝时，裂缝的二维核磁呈现显著差别。受油品T2驰豫性质（弛豫是物理学用语，指的是在某一个渐变物理过程中，从某一个状态逐渐地恢复到平衡态的过程。高能物理中，在外加射频脉冲RF(B1)的作用下，原子核发生磁共振达到稳定的高能态后，从外加的射频一消失开始，到恢复至发生磁共振前的磁矩状态为止，这整个过程叫弛豫过程，也就是物理态恢复的过程。其所需的时间叫弛豫时间。弛豫时间有两种即t1和t2，t1为自旋-点阵或纵向驰豫时间，t2为自旋-自旋或横向弛豫时间）影响，油品越重核磁T2谱发生偏移越明显，校正后才能准确反映岩石孔径，T1-T2叫二维核磁，T2也叫一维核磁，T2截止值（T2c）是T2一维核磁谱上的一个横坐标值，用来区分不同的量。本发明要计算裂缝含量，在T2谱上大于T2C部分视作裂缝，小于T2C的视做基质孔隙。因此需要结合地层原油成分绘制裂缝二维核磁图版。
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发明内容
本发明提供了一种基于KI-CT计算页岩裂缝核磁共振测井T2截止值的方法，解决了对于伊利石或伊蒙间层发育的页岩，采用核磁共振测井T2截止值的问题，其技术方案如下所述：
一种基于KI-CT计算页岩裂缝核磁共振测井T2截止值的方法，包括以下步骤：
S1：取多个岩样制备并烘干，每块均通过饱和水实验以及饱和油实验，计算每个岩样的总孔隙度Øt；
S2：对每个饱和水实验的柱塞样品进行纳米CT扫描实验，量化裂缝孔隙度；
S3：校正每个岩样的裂缝含量Sf；
S4：建模预测裂缝含量，通过测井渗透率K建立裂缝含量预测模型K-Sf；
S5：计算不同深度点裂缝含量ΔSf，通过提取不同深度点的测井渗透率K代入裂缝含量预测模型K-Sf实现；
S6：计算裂缝截止值ΔT2fC。
进一步的，步骤S1中，岩样制备并烘干，通过饱和水实验以及饱和油实验，计算总孔隙度Øt；包括以下步骤：
S11：岩样制备，选取不少于5块的裂缝发育的页岩作为岩样，裂缝发育的页岩的质量大于30g；
S12：每个岩样烘干，将上述岩样在200°C的温度下进行烘干，然后静置至室温待用；
S13：每个岩样饱和处理，对烘干岩样抽真空加压饱和碘化钾水溶液24小时；
S14：计算每个岩样的总孔隙度Øt：
Øt=((ms-md)/ρ)/Vb （公式1）
其中，ρ为水溶液密度，ms为饱和水实验的样品质量；md为干燥岩样质量，Vb为干燥岩样的测量总体积。
进一步的，步骤S2中，对饱和水实验的柱塞样品进行纳米CT扫描实验，量化裂缝孔隙度，包括以下步骤：
S21：对饱和碘化钾水水溶液实验的柱塞样品进行纳米CT扫描实验；
S22：通过数字图像处理技术区分孔缝，给出裂缝孔隙度Øf和基质孔孔隙度Ø2；
ØCT = Ø2 + Ø3 （公式2）
Øf = Ø3 （公式3）
ØCT表示CT孔隙度，Ø2表示CT扫描识别出的基质孔隙的孔隙度；Øf = Ø3表示CT扫描识别出的所有裂缝，Øt表示总孔隙度，ØCT < Øt。
进一步的，步骤S3中，校正裂缝含量Sf，公式如下：
Sf =Ø3 / Øt = Øf / Øt （公式4）
其中：Øt = Øm + Øf = Ø1 + Ø2 + Ø3 = Ø1 + ØCT （公式5）
其中，Øt表示总孔隙度；Øf代表CT扫描识别出的所有裂缝；Øm表示基质孔隙度；Ø1表示低于CT扫描仪分辨率而丢失的基质孔隙；Ø2表示CT扫描识别出的基质孔隙的孔隙度。
进一步的，步骤S4中，建模预测裂缝含量，包括以下步骤：
S41：提取测试样品的测井渗透率K；
S42：统计测试样品渗透率与裂缝含量关系，建立裂缝含量预测模型K-Sf。
进一步的，步骤S5中，计算不同深度点裂缝含量ΔSf；包括以下步骤：
S51：提取不同深度点的测井渗透率K。
S52：代入K-Sf模型，推导各深度点裂缝含量ΔSf。
进一步的，步骤S6中，计算裂缝截止值ΔT2fC；包括以下步骤：
S61：选择各深度点核磁测井T2谱最大值ΔT2max；
S62：计算各深度点裂缝截止值ΔT2fC；
ΔT2fC = (100-ΔSf)/100× T2max （公式6）
其中，ΔSf是不同深度点裂缝含量；ΔT2max是不同深度点核磁测井T2谱最大值；
S63：测井应用，在核磁测井T2谱上连续插入ΔT2fC标定页岩地层裂缝分布，位于ΔT2fC右侧的是裂缝，左测的是基质孔隙。
S64：结束。
所述基于KI-CT计算页岩裂缝核磁共振测井T2截止值的方法，适用于伊利石或伊蒙间层发育的页岩，不适用于强吸水性粘土（高岭石、蒙脱石）大量发育的页岩。该方法默认测井T2反映全孔隙信息，不存在小孔隙信号丢失的情况。建模精度受样品数量限制，样品数量越多建模精度越高。
附图说明
图1是所述基于KI-CT计算页岩裂缝核磁共振测井T2截止值的方法的流程示意图；
图2是所述孔隙度的分布示意图。
具体实施方式
如图1所示，所述基于KI-CT计算页岩裂缝核磁共振测井T2截止值的方法，包括以下步骤：
S1：岩样制备并烘干，通过饱和水实验以及饱和油实验，计算总孔隙度Øt；包括以下步骤：
S11：岩样制备。
选取不少于5块的裂缝发育页岩作为岩样，样品越多建模越准确，所述裂缝发育页岩是存在有裂缝的页岩。每块裂缝发育的页岩的质量大于30g，页岩取样时易碎形状会变得不规则，因此一般不用体积来描述。大于30g是为了最低限度保障岩石中有充分流体满足核磁测试精度，样品质量太少对应核磁信号量就会弱，测得核磁谱的效果就会变差。
S12：岩样烘干。
将上述岩样在200°C的温度下进行烘干，然后静置至室温待用，称量每块干燥岩样的质量md，并测量各样品的外表总体积Vb。每块样品单独称量单独计算。选5块是为了得到更多样品的数据，样品越多数据越丰富，建模越准确，在后续步骤S42进行统计计算之前，下面的步骤均为对每块样品进行操作。
S13：岩样饱和。
对烘干岩样抽真空加压饱和碘化钾水溶液24小时（KI，2000-5000ppm），所述压力为32MPa。
S14：计算岩样的总孔隙度Øt。
Øt=((ms-md)/ρ)/Vb （公式1）
其中，ρ为水溶液密度，ms为饱和水实验的样品质量；md为干燥岩样质量（g），Vb为干燥岩样的测量总体积。
S2：对饱和水实验的柱塞样品进行纳米CT扫描实验（KI-CTnm），量化裂缝孔隙度。
S21：对饱和碘化钾水水溶液实验的柱塞样品进行纳米CT扫描实验（KI-CTnm）。
S22：通过数字图像处理技术区分孔缝，给出裂缝孔隙度Øf和基质孔孔隙度Ø2。孔是基质孔，缝就是裂缝。
ØCT = Ø2 + Ø3 （公式2）
Øf = Ø3 （公式3）
如图2所示，Ø2为CT扫描识别出的基质孔隙的孔隙度（“基质孔2”部分）。理论上讲，低于CT仪器分辨率的基质孔会被仪器视为骨架。因此CT存在丢失孔隙的可能。图2中“基质孔1”代表低于CT扫描仪分辨率而丢失的基质孔隙，其孔隙度为Ø1；“基质孔2”代表CT扫描识别出的基质孔隙，其孔隙度为Ø2；“裂缝3”代表CT扫描识别出的所有裂缝（Ø3=Øf）。ØCT表示CT孔隙度，Øt表示总孔隙度，ØCT < Øt。
S3：校正裂缝含量Sf。
Sf =Ø3 / Øt = Øf / Øt （公式4）
其中：Øt = Øm + Øf = Ø1 + Ø2 + Ø3 = Ø1 + ØCT （公式5）
其中，Øt表示总孔隙度；Øf代表CT扫描识别出的所有裂缝；Øm表示基质孔隙度；Ø1表示低于CT扫描仪分辨率而丢失的基质孔隙；Ø2表示CT扫描识别出的基质孔隙的孔隙度。
饱和称重法计算孔隙度更准确，但无法分辨孔和缝。纳米CT扫描的特点则与之相反，区分孔缝优势明显，但受分辨率影响存在小孔隙（基质孔隙）丢失的问题。所以，Ø3与ØCT的比值不能反映真实的裂缝含量（%），双孔隙度方法校正裂缝含量，避免了CT扫描丢失孔隙导致的裂缝含量计算误差增大，相比常规方法计算精度更高。
S4：建模预测裂缝含量。裂缝是影响岩石渗透率的关键因素，因此本发明建立地层渗透率与裂缝含量关系式，目的是实现全井段裂缝含量标定，其中实验样品数量会影响模型精度。
包括以下步骤：
S41：提取测试样品的测井渗透率K。
从深浅侧向电阻率测井数据道提取测试岩心渗透率K。测井中的探测深度指的都是垂直井轴向地层方向，因此，深侧向是指能反映离井眼相对较远的电阻率信息，而浅侧向则更多地反映离井眼较近的电阻率信息。由于深浅侧向电阻率的探测深度不同而形成了幅度差，在油气层处浅探测电阻率低于深探测电阻率。当泥浆滤液侵入地层时，可以根据深、浅电阻率测井值的变化来判断泥浆滤液侵入的深浅程度。泥浆侵入越深说明地层渗透性越好，反之越差。因此用深浅侧向电阻率可以计算得到地层岩心的渗透率K。
S42：统计测试样品渗透率与裂缝含量关系，建立裂缝含量预测模型K-Sf。
这里有5个样品，提取每块样品的渗透率和裂缝含量（就统计这两个参数），把5个样品的数据组合到一起，渗透率做横坐标，裂缝含量做纵坐标，绘制散点图，画拟合趋势线得到拟合公式，这个公式就是所谓“建立裂缝含量预测模型K-Sf”。
S5：计算不同深度点裂缝含量ΔSf。包括以下步骤：
S51：提取不同深度点的测井渗透率K。
S52：将测井渗透率K代入K-Sf模型，推导各深度点裂缝含量ΔSf。
S6：计算裂缝截止值ΔT2fC。 T2截止值（T2c）是T2一维核磁谱上的一个横坐标值，用来区分不同的量。本发明要计算裂缝含量，在T2谱上大于T2C部分视作裂缝，小于T2C的视做基质孔隙。包括以下步骤：
S61：选择各深度点核磁测井T2谱最大值ΔT2max。
S62：计算各深度点裂缝截止值ΔT2fC。
ΔT2fC = (100-ΔSf)/100× T2max （公式6）
其中，ΔSf是不同深度点裂缝含量；ΔT2max是不同深度点核磁测井T2谱最大值；
S63：测井应用。在核磁测井T2谱上连续插入ΔT2fC标定页岩地层裂缝分布。位于ΔT2fC右侧的是裂缝，左测的是基质孔隙。
S64：结束。
本发明中涉及的关键缩略词释意如下：
1）T2：横向驰豫时间，也称一维核磁T2谱，ms；
2）KI-CTnm：饱和碘化钾样品纳米CT扫描；
3）Øt：总孔隙度，%；
4）Øm：基质孔隙度，包括“基质孔1”和“基质孔2”两部分，%；
5）Ø1：“基质孔1”孔隙度，代表低于CT扫描仪分辨率而丢失的基质孔隙的量，%；
6）Ø2：“基质孔2”孔隙度，代表CT扫描识别出的基质孔隙的量，%；
7）Øf，Ø3：裂缝孔隙度，%；
8）ØCT：CT孔隙度，%；
9）K：测井渗透率，mD；
10）Sf：被测试岩样的裂缝含量，%；
11）ΔSf：各深度点裂缝含量，%；
12）ΔA：各深度点核磁测井T2谱面积；
13）Cf：裂缝在测井T2谱中的占比，%；
14）ΔT2fC：核磁共振测井T2谱裂缝截止值，ms；
15）ΔT2max：核磁共振测井T2最大值，ms。
实施方案中的关键点：
1）CT扫描是裂缝定量评价的基础，本发明先通过CT扫描技术标定裂缝含量。现有利用CT图像区分基质孔和裂缝的方法很多（如王俊杰，2020，碳酸盐岩储层多尺度孔洞缝的识别与表征），本发明沿用现有人工智能图像处理技术提取基质孔和裂缝，不深入讨论孔缝CT识别分类技术细节。
2）在饱和碘化钾溶液岩样中开展CT扫描，是实现利用纳米CT准确区分页岩基质孔和裂缝的关键。碘化钾(KI)具有增强CT信号的作用，孔隙中饱和碘化钾溶液后CT图像会变亮，从而增大岩样基质孔隙、裂缝和骨架颗粒三者的CT区分度。同时KI又不会影响NMR信号精度。
常规方法是干岩样CT扫描提取孔隙信息，本发明在饱和碘化钾样品上开展CT扫描，有两大优势：1）裂缝大量发育导致岩样孔缝区分度变差，饱和碘化钾溶液更利于区分孔和缝。2）CT信号强度增大利于在分辨率允许条件下准确提取“基质孔隙2”，从而明确“基质孔隙1”和“基质孔隙2”边界（图1）。
3）本发明通过饱和称重和CT扫描两种方法计算裂缝孔隙度，避免了因CT扫描丢失孔隙而导致的裂缝含量计算不准确的问题。
4）适用性1：本发明适用于伊利石或伊蒙间层发育的页岩，不适用于强吸水性粘土（高岭石、蒙脱石）大量发育的页岩。
5）适用性2：本发明默认测井T2反映全孔隙信息，不存在小孔隙信号丢失的情况。
实施后的效果：
本发明通过建立裂缝含量与测井渗透率关系，实现在测井核磁T2谱上连续标定裂缝分布的目的，拓展了核磁测井技术在页岩裂缝评价中的应用。
Claims (7)
1.一种基于KI-CT计算页岩裂缝核磁共振测井T2截止值的方法，包括以下步骤：
S1：取多个岩样制备并烘干，每块均通过饱和水实验以及饱和油实验，计算每个岩样的总孔隙度Øt；
S2：对每个饱和水实验的柱塞样品进行纳米CT扫描实验，量化裂缝孔隙度；
S3：校正每个岩样的裂缝含量Sf；
S4：建模预测裂缝含量，通过测井渗透率K建立裂缝含量预测模型K-Sf；
S5：计算不同深度点裂缝含量ΔSf，通过提取不同深度点的测井渗透率K代入裂缝含量预测模型K-Sf实现；
S6：计算裂缝截止值ΔT2fC。
2.根据权利要求1所述的基于KI-CT计算页岩裂缝核磁共振测井T2截止值的方法，其特征在于：步骤S1中，岩样制备并烘干，通过饱和水实验以及饱和油实验，计算总孔隙度Øt；包括以下步骤：
S11：岩样制备，选取不少于5块的裂缝发育的页岩作为岩样，裂缝发育的页岩的质量大于30g；
S12：每个岩样烘干，将上述岩样在200°C的温度下进行烘干，然后静置至室温待用；
S13：每个岩样饱和处理，对烘干岩样抽真空加压饱和碘化钾水溶液24小时；
S14：计算每个岩样的总孔隙度Øt：
Øt=((ms-md)/ρ)/Vb （公式1）
其中，ρ为水溶液密度，ms为饱和水实验的样品质量；md为干燥岩样质量，Vb为干燥岩样的测量总体积。
3.根据权利要求1所述的基于KI-CT计算页岩裂缝核磁共振测井T2截止值的方法，其特征在于：步骤S2中，对饱和水实验的柱塞样品进行纳米CT扫描实验，量化裂缝孔隙度，包括以下步骤：
S21：对饱和碘化钾水水溶液实验的柱塞样品进行纳米CT扫描实验；
S22：通过数字图像处理技术区分孔缝，给出裂缝孔隙度Øf和基质孔孔隙度Ø2；
ØCT = Ø2 + Ø3 （公式2）
Øf = Ø3 （公式3）
ØCT表示CT孔隙度，Ø2表示CT扫描识别出的基质孔隙的孔隙度；Øf = Ø3表示CT扫描识别出的所有裂缝，Øt表示总孔隙度，ØCT < Øt。
4.根据权利要求3所述的基于KI-CT计算页岩裂缝核磁共振测井T2截止值的方法，其特征在于：步骤S3中，校正裂缝含量Sf，公式如下：
Sf =Ø3 / Øt = Øf / Øt （公式4）
其中：Øt = Øm + Øf = Ø1 + Ø2 + Ø3 = Ø1 + ØCT （公式5）
其中，Øt表示总孔隙度；Øf代表CT扫描识别出的所有裂缝；Øm表示基质孔隙度；Ø1表示低于CT扫描仪分辨率而丢失的基质孔隙；Ø2表示CT扫描识别出的基质孔隙的孔隙度。
5.根据权利要求1所述的基于KI-CT计算页岩裂缝核磁共振测井T2截止值的方法，其特征在于：步骤S4中，建模预测裂缝含量，包括以下步骤：
S41：提取测试样品的测井渗透率K；
S42：统计测试样品渗透率与裂缝含量关系，建立裂缝含量预测模型K-Sf。
6.根据权利要求1所述的基于KI-CT计算页岩裂缝核磁共振测井T2截止值的方法，其特征在于：步骤S5中，计算不同深度点裂缝含量ΔSf；包括以下步骤：
S51：提取不同深度点的测井渗透率K；
S52：代入K-Sf模型，推导各深度点裂缝含量ΔSf。
7.根据权利要求1所述的基于KI-CT计算页岩裂缝核磁共振测井T2截止值的方法，其特征在于：步骤S6中，计算裂缝截止值ΔT2fC；包括以下步骤：
S61：选择各深度点核磁测井T2谱最大值ΔT2max；
S62：计算各深度点裂缝截止值ΔT2fC；
ΔT2fC = (100-ΔSf)/100× T2max （公式6）
其中，ΔSf是不同深度点裂缝含量；ΔT2max是不同深度点核磁测井T2谱最大值；
S63：测井应用，在核磁测井T2谱上连续插入ΔT2fC标定页岩地层裂缝分布，位于ΔT2fC右侧的是裂缝，左测的是基质孔隙；
S64：结束。
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