CN117129509B - 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。
[1] 王民, 王文广, 卢双舫. 一种火山岩ct图像的预处理和确定分割阀值的方法. 2014.
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[3] 沈鹿易, 董旭, 陈国辉. 一种测试巴西劈裂法裂缝尺寸与核磁T2关系的方法. 发明专利2022.
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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 (4)
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;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;
S3:校正每个岩样的裂缝含量Sf;其中,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;
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,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。
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。
4.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。
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