測定海相頁巖石墨化的方法與流程
2023-05-19 17:23:46 1
本發明涉及非常規油氣勘探開發技術，尤其涉及一種測定海相頁巖石墨化的方法。
背景技術：
頁巖氣是近些年來我國油氣領域重點研究的一種非常規天然氣。海相頁巖氣是我國的頁巖氣資源中最重要的類型。海相頁巖氣資源主要分布在我國南方揚子地區下古生界的下寒武統和上奧陶統—下志留統兩個層系，但是由於中國大陸是由一系列小型板塊組合而成的，使下古生界頁巖經歷了複雜的構造演化史和熱史，兩層系頁巖有機質的成熟度普遍較高，有些甚至達到石墨化階段，影響了頁巖的含氣性，所以需要首先判定頁巖是否石墨化。
通常來說，有機質的熱演化程度可用鏡質體反射率(ro)來表示，當ro>3.5％時就意味著頁巖有機質進入石墨化階段。現有技術中判斷頁巖的石墨化程度首先是對巖心進行取樣，然後對巖心的有機質進行瀝青反射率測定，再根據公式換算成等效的鏡質體反射率；或者，用雷射拉曼的方法來得到頁巖的等效鏡質體反射率。但是，通過測定瀝青反射率而計算得到等效鏡質體反射率誤差較大，而用雷射拉曼測定等效鏡質體反射率的方法時間長、費用高。
技術實現要素：
針對現有技術中的上述缺陷，本發明提供一種測定海相頁巖石墨化的方法，能夠準確、快速和低成本地判斷海相頁巖是否石墨化。
本發明提供一種測定海相頁巖石墨化的方法，包括：使用伽馬射線探測器測定頁巖氣井的自然伽馬測井曲線；對所述自然伽馬測井曲線進行分析，根據分析結果確定富有機質頁巖層的位置；使用鑽機鑽取所述富有機質頁巖層的巖心；測定所述巖心的參數，所述參數包括：粘土礦物中伊利石含量比例、密度、孔隙度和電阻率；將測定的各個參數與各自的預設值進行比較，當至少有一個參數與預設值的比較結果滿足預設條件時，判定所述富有機質頁巖層已經石墨化。
進一步地，當所述粘土礦物中伊利石含量比例大於66％時，判定所述富有機質頁巖層已經石墨化。
進一步地，當所述頁巖密度大於2.73g/cm3時，判定所述富有機質頁巖層已經石墨化。
進一步地，當所述頁巖孔隙度小於2.76％時，判定所述富有機質頁巖層已經石墨化。
進一步地，當所述頁巖電阻率值小於1歐姆·米，判定所述富有機質頁巖層已經石墨化。
進一步地，當所述參數中至少有兩個參數與各自的預設值的比較結果滿足各自的預設條件時，才判定所述富有機質頁巖層已經石墨化。
進一步地，所述對所述自然伽馬測井曲線進行分析，根據分析結果確定富有機質頁巖層的位置，包括：
將所述自然伽馬測井曲線的各自然伽馬測井值與預設自然伽馬測井值進行比較，當所述自然伽馬測井值大於所述預設自然伽馬測井值時，判定該所述自然伽馬測井值所在的巖層為富有機質頁巖層。
進一步地，所述預設自然伽馬測井值為160api。
進一步地，所述對所述自然伽馬測井曲線進行分析，根據分析結果確定富有機質頁巖層的位置，包括：使用以下公式計算頁巖氣井各巖層的總有機碳含量，
y＝6.479lnx-30.24
其中x代表自然伽馬測井值，y代表總有機碳含量；對計算得到的各巖層的總有機碳含量進行分析，根據分析結果確定富有機質頁巖層的位置。
進一步地，所述對計算得到的各巖層的總有機碳含量進行分析，根據分析結果確定富有機質巖層的位置，包括：
將各巖層的總有機碳含量與2％進行比較，當某個巖層的總有機碳含量大於2％時，判定該巖層為富有機質巖層。
本發明提供的測定海相頁巖石墨化的方法，根據自然伽馬測井曲線分析結果確定富有機質頁巖層的位置，然後再根據富有機質頁巖層巖心的粘土礦物中伊利石含量比例、密度、孔隙度和電阻率等數據與各自的預設值進行比較，當至少有一個參數與預設值的比較結果滿足預設條件時，判定富有機質頁巖層已經石墨化。僅通過對測井數據的分析以及富有機質頁巖層段中伊利石含量比例、密度、孔隙度和電阻率數據的測定、比對就能確定海相頁巖是否石墨化，省去了使用瀝青反射率以及雷射拉曼測定鏡質體反射率的方法，達到了準確、快速和低成本的判斷海相頁巖是否石墨化的目的。
附圖說明
圖1為本發明實施例測定海相頁巖石墨化的方法的流程示意圖；
圖2為本發明實施例一種優選地測定海相頁巖石墨化的方法的流程示意圖。
具體實施方式
為使本發明的技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
圖1為本發明實施例測定海相頁巖石墨化的方法的流程示意圖。如圖1所示，本發明實施例提供一種測定海相頁巖石墨化的方法，包括：
s100、使用伽馬射線探測器測定頁巖氣井的自然伽馬測井曲線。
具體地，自然伽馬測井是沿井身測量巖層的天然伽馬射線強度來認識巖層的一种放射性方法，測井儀器沿井身移動，就連續的記錄出井剖面上自然伽馬強度曲線，強度數值使用api單位。具體的測井方法，可以與現有技術類似，此處不再贅述。
s200、對自然伽馬測井曲線進行分析，根據分析結果確定富有機質頁巖層的位置。
具體地，有機質為頁巖氣的生成、儲存和富集提供物質基礎和賦存空間，富有機質頁巖更有利於頁巖氣存儲，因此，在本實施例中，預設自然伽馬測井值可以設置為160api。將自然伽馬測井曲線的各自然伽馬測井值與預設自然伽馬測井值進行比較，當自然伽馬測井值大於預設自然伽馬測井值時，判定該自然伽馬測井值所在的巖層為富有機質頁巖層。這樣一來，在富有機質頁巖層的基礎上進行進一步地判定，大大減少了測定過程的工作量。
進一步地，富有機質表明頁巖中具有較高的總有機碳含量，而自然伽馬測井曲線的數值能反映有機碳含量的高低，所以，在本實施例中，在確定富有機質巖層時，還能通過自然伽馬測井曲線的分析結果來確定頁巖層中的總有機碳含量，根據以下公式來計算頁巖氣井各巖層的總有機碳含量，
y＝6.479lnx-30.24
其中x代表自然伽馬測井值，y代表總有機碳含量。
對計算得到的各巖層的總有機碳含量進行分析，根據分析結果確定富有機質頁巖層的位置。具體地，當巖層中總有機碳含量大於2％時，則判定巖層為富有機質頁巖層，所以，在本實施例中，將各巖層的總有機碳含量與2％進行比較，當某個巖層的總有機碳含量大於2％時，通過該巖層所對應的自然伽馬測井曲線數值判定該巖層在頁巖氣井中的位置，以確定該位置的巖層為富有機質巖層。
s300、使用鑽機鑽取富有機質頁巖層的巖心。
具體地，在確定富有機質頁巖層的位置後，通過鑽機鑽取該富有機質頁巖層的巖心樣品以做進一步的判定。
s400、測定巖心的參數，參數包括：粘土礦物中伊利石含量比例、密度、孔隙度和電阻率。
具體地，在富有機質頁巖層，隨著熱演化程度的增加，頁巖內部成分會發生以下變化：
粘土礦物中的蒙脫石逐漸轉變為伊利石，伊利石佔粘土礦物的比例越高則證明石墨化越嚴重，所以，本實施例中，當粘土礦物中伊利石含量比例大於66％時，判定富有機質頁巖層已經石墨化。具體地，根據大量的實驗測定結果以及粘土礦物中伊利石含量比例與鏡質體反射率(ro)的回歸分析，得到以下公式：
y＝0.301x2-1.953x+3.809
其中x代表鏡質體反射率(ro)，y代表伊利石含量比例。
上述提到當ro>3.5％時，可判定頁巖石墨化，所以當x為3.5％時，伊利石含量比例為66％，當伊利石含量比例大於66％時，則可判定頁巖石墨化。
隨著深埋增大，使熱演化程度增加的同時，上覆地層壓力也變大，處於下部的頁巖受到壓縮，密度會變大，所以頁巖密度越大越能反映頁巖石墨化。在本實施例中，當頁巖密度大於2.73g/cm3時，判定富有機質頁巖層已經石墨化。具體地，根據大量的實驗測定結果以及頁巖密度與鏡質體反射率(ro)的回歸分析，得到以下公式：
y＝0.192x+2.054
其中x代表鏡質體反射率(ro)，y代表頁巖密度。
當ro為3.5％時，頁巖密度為2.73g/cm3，當頁巖密度大於2.73g/cm3時，則可判定頁巖石墨化。
頁巖的有機質開始生烴至石墨化，頁巖的生氣量逐漸下降，天然氣的散失卻在持續進行，頁巖有機質演化至石墨化階段時，由於長時間的散失，頁巖的含氣量較低，頁巖的有機孔無天然氣的支撐，在達到較大埋深時上覆地層壓力作用下，頁巖有機孔變小，連通性下降，所以用孔隙度的高低可以反映頁巖是否石墨化。在本實施例中，當頁巖孔隙度小於2.76％時，判定富有機質頁巖層已經石墨化。具體地，根據大量的實驗測定結果以及頁巖孔隙度與鏡質體反射率(ro)的回歸分析，得到以下公式：
y＝-0.03lnx+0.076
其中x代表鏡質體反射率(ro)，y代表頁巖孔隙度。
當ro為3.5％時，頁巖孔隙度為2.76％，當頁巖孔隙度小於2.76％時，則可判定頁巖石墨化。
頁巖有機質本身的電阻較大，電阻率較高，當有機質達到石墨化時，由於分子結構和元素組成的改變，電阻下降，電阻率較低，所以用電阻率的高低可以反映是否石墨化。在本實施例中，當頁巖電阻率值小於1歐姆·米時，判定富有機質頁巖層已經石墨化。具體地，根據大量的實驗測定結果以及頁巖電阻率與鏡質體反射率(ro)的回歸分析，得到以下公式：
y＝7×107e-5.267x
其中x代表鏡質體反射率(ro)，y代表頁巖電阻率。
當ro為3.5％時，頁巖電阻率近似為1歐姆·米，當頁巖電阻率小於1歐姆·米時，則可判定頁巖石墨化。
s500、將測定的各個參數與各自的預設值進行比較，當至少有一個參數與預設值的比較結果滿足預設條件時，判定富有機質頁巖層已經石墨化。
具體地，當測定的富有機質頁巖的伊利石含量比例大於66％時；頁巖密度大於2.73g/cm3時；頁巖孔隙度小於2.76％時；頁巖電阻率小於1歐姆·米時，當至少有一個參數滿足條件，則可判定富有機質頁巖已經石墨化。
進一步地，為了更加準確的判定頁巖是否石墨化，在本實施例中，優選上述提到的參數中至少有兩個參數與各自的預設值的比較結果滿足各自的預設條件時，才判定富有機質頁巖層已經石墨化。這樣一來就更加準確的判斷頁巖是否石墨化。
舉例來說，圖2提供了一種優選地測定海相頁巖石墨化的方法，如圖2所示，在測定時，
首先使用伽馬射線探測器對頁巖氣井進行測井，獲得頁巖氣井的自然伽馬測井曲線，也即自然伽馬測井值。
然後根據對自然伽馬測井數據的分析結果將頁巖氣井分為富有機質頁巖層和貧有機質頁巖層。具體的，當自然伽馬測井值小於160api時為低自然伽馬測井值，其所在的頁巖層為貧有機質頁巖；否則，為高自然伽馬測井值，其所在的頁巖層為富有機質頁巖。
在確定了富有機質頁巖層後，從該富有機質頁巖層中鑽取巖心來進行巖石參數的測定，例如，可以測定巖心的伊利石含量、密度、孔隙度以及電阻率。
最後將測得的上述巖石參數與各自的預設值進行比較，當比較結果滿足以下條件中的任意兩項時可以判定該頁巖層已經石墨化，此時判定結果更加準確：
伊利石含量高於66％；密度大於2.73g/cm3；孔隙度小於2.76％；電阻率小於1歐姆·米。
本發明提供的測定海相頁巖石墨化的方法，根據自然伽馬測井曲線分析結果確定富有機質頁巖層的位置，然後再根據富有機質頁巖層巖心的粘土礦物中伊利石含量比例、密度、孔隙度和電阻率等數據與各自的預設值進行比較，當至少有一個參數與預設值的比較結果滿足預設條件時，判定富有機質頁巖層已經石墨化。僅通過對測井數據的分析以及富有機質頁巖層段中伊利石含量比例、密度、孔隙度和電阻率數據的測定、比對就能確定海相頁巖是否石墨化，省去了使用瀝青反射率以及雷射拉曼測定鏡質體反射率的方法，達到了準確、快速和低成本地判斷海相頁巖是否石墨化的目的。
本領域技術人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，僅以上述各功能模塊的劃分進行舉例說明，實際應用中，可以根據需要而將上述功能分配由不同的功能模塊完成，即將裝置的內部結構劃分成不同的功能模塊，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的裝置的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應過程，在此不再贅述。
最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍。