刻画泥页岩孔隙特征及其与页岩油富集关系的方法

摘要

本发明提供了一种刻画泥页岩孔隙特征及其与页岩油富集关系的方法，其中，该方法包括：获取多个岩心样品；对多个岩心样品进行高温热解，得到多个岩心样品中各个岩心样品的含油性；通过多于一种孔隙表征分析方法分别对多个岩心样品进行处理，得到多个岩心样品中各个岩心样品的孔隙发育特征；根据孔隙发育特征和含油性检测结果，确定出孔隙发育程度与含油性变化趋势一致的孔隙表征分析方法；将确定出的孔隙表征分析方法所适用的孔隙范围，确定为页岩油相对富集的孔隙。本发明解决了现有技术中没有提到的有关孔隙发育与页岩油气富集关系的研究问题，达到了对孔隙发育与页岩油气富集的关系的有效研究，从而可以有效指导油气勘测。

说明书

技术领域

本发明涉及石油勘探技术领域，特别涉及一种刻画泥页岩孔隙特征及其与页岩油 富集关系的方法。

背景技术

以往在油藏开发方面，泥页岩主要是被作为烃源岩，随着对泥页岩储层研究的不 断深入，泥页岩储层的研究也受到了越来越多的关注。目前，对多孔固体(例如：泥 页岩)孔隙表征的实验分析方法主要有以下三类：

1)图像分析法

图像分析法主要通过各类显微镜(例如：SEM)对样品进行直接观察，这种方法 可以给出岩石的孔隙分布最直观的认识。

2)流体注入法

流体注入法一般是使用汞等非润湿性流体，或者是N2和CO2等气体，在不同的 压力下注入样品并记录注入量，通过相应的理论方法计算出孔径分布、比表面积等信 息。

3)非物质注入法

非物质注入法一般是利用饱和流体样品的核磁信号，或者是利用射线，穿过样品 后的小角度散射或衰减(CT)来研究物质的内部结构。

虽然以前的研究已经表明了上述三种分析方法对孔隙发育的揭示具有各自的优 缺点，但对各种方法之间的全面对比仍旧比较欠缺，而且还没有有关孔隙发育与页岩 油气富集的关系的研究。

针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种刻画泥页岩孔隙特征与页岩油富集关系的方法，以确定 孔隙发育与页岩油气富集的关系，该方法包括：

获取多个岩心样品；

对所述多个岩心样品进行高温热解，得到所述多个岩心样品中各个岩心样品的含 油性；

通过多于一种孔隙表征分析方法分别对所述多个岩心样品进行处理，得到所述多 个岩心样品中各个岩心样品的孔隙发育特征；

根据所述孔隙发育特征和含油性检测结果，从所述多于一种孔隙表征分析方法 中，确定出孔隙发育程度与含油性变化趋势一致的孔隙表征分析方法；

将确定出的孔隙表征分析方法所适用的孔隙范围，确定为页岩油相对富集的孔 隙。

在一个实施方式中，所述一种孔隙表征分析方法包括以下孔隙表征分析方法中的 两种或两种以上：氩离子抛光扫描电镜法、低温N2吸附法、高压压汞法、和核磁共 振法。

在一个实施方式中，通过氩离子抛光扫描电镜法对所述多个岩心样品进行处理， 得到所述多个岩心样品中各个岩心样品的孔隙发育特征，包括：

通过高速离子束对所述多个岩心样品的表面进行轰击；

通过扫描电镜观察进行轰击后的岩心样品，得到页岩储层的二维孔隙结构特征。

在一个实施方式中，通过低温N2吸附法对所述多个岩心样品进行处理，得到所 述多个岩心样品中各个岩心样品的孔隙发育特征，包括：

获取所述多个岩心样品在不同压力下的氮气吸附量；

通过BJH方法和DFT方法对氮气吸附等温线的吸附和脱附分支分别进行计算， 得到各个岩心样品的孔隙发育特征。

在一个实施方式中，通过高压压汞法对所述多个岩心样品进行处理，得到所述多 个岩心样品中各个岩心样品的孔隙发育特征，包括：

通过Washburn方程得到页岩孔径与注入压力之间的关系；

根据所述关系和相应注入压力下的进汞量，确定出样品的孔径分布。

在一个实施方式中，通过核磁共振法对所述多个岩心样品进行处理，得到所述多 个岩心样品中各个岩心样品的孔隙发育特征，包括：

对所述多个岩心样品进行流体饱和，其中，所述流体多为原油和水；

对已饱和的岩心样品进行核磁共振；

根据核磁共振结果确定岩心样品的孔隙发育特征。

在一个实施方式中，根据核磁共振结果确定岩心样品的孔隙发育特征，包括：

通过以下公式将T2谱与压汞法和低温N2吸附法所得到的孔径分布进行形态对 应得到岩心样品的孔隙发育特征：

$\frac{1}{T_2}={\rho }_2\frac{S}{V}={\rho }_2\frac{F_S}{r}$

其中，T₂表示弛豫时间，单位为ms，ρ₂表示弛豫率，单位为μm/ms，S/V，表 示孔隙比表面积，单位为1/μm，F_S表示无量纲的形状因子，r表示孔隙半径，单位 为μm。

在本发明实施例中，通过确定各个岩心样品的含油性，以及不同孔隙表征分析方 法下岩心样品的孔隙发育特征，确定出孔隙发育程度与含油性变化趋势一致的孔隙表 征分析方法，然后将确定的孔隙表征分析方法所对应的孔隙范围作为页岩油相对富集 的孔隙。通过上述方式解决了现有技术中没有提到的有关孔隙发育与页岩油气富集关 系的研究技术问题，达到了对孔隙发育与页岩油气富集的关系的有效研究，从而可以 有效指导油气勘测。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不 构成对本发明的限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的刻画泥页岩孔隙特征与页岩油富集关系的方法流程 图；

图2是根据本发明实施例的低温氮气吸附解吸曲线的曲线示意图；

图3是根据本发明实施例的基于低温N2吸附实验的BJH和DFT孔径分布对比 图；

图4是根据本发明实施例的高压压汞和低温N2吸附实验所揭示的孔径分布对比 图；

图5是根据本发明实施例的核磁和低温N2吸附实验所揭示孔径分布对比图；

图6是根据本发明实施例的泥页岩含油性与不同方法所测孔隙发育情况的关系 图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图， 对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发 明，但并不作为对本发明的限定。

发明人考虑到，可以应用现有的孔隙表征分析方法对页岩的孔隙特征进行对比刻 画，并结合岩石的含油性分析确定不同类型孔隙发育对页岩富集的影响。具体的，在 本例中，提供了一种刻画泥页岩孔隙特征与页岩油富集关系的方法，如图1所示，包 括以下步骤：

步骤101：获取多个岩心样品；

步骤102：对所述多个岩心样品进行高温热解，得到所述多个岩心样品中各个岩 心样品的含油性；

步骤103：通过多于一种孔隙表征分析方法分别对所述多个岩心样品进行处理， 得到所述多个岩心样品中各个岩心样品的孔隙发育特征；

步骤104：根据所述孔隙发育特征和含油性检测结果，从所述多于一种孔隙表征 分析方法中，确定出孔隙发育程度与含油性变化趋势一致的孔隙表征分析方法；

步骤105：将确定出的孔隙表征分析方法所适用的孔隙范围，确定为页岩油相对 富集的孔隙。

在本例中，通过确定各个岩心样品的含油性，以及不同孔隙表征分析方法下岩心 样品的孔径分布，确定出孔隙发育程度与含油性变化趋势一致的孔隙表征分析方法， 然后将确定的孔隙表征分析方法所对应的孔隙范围作为页岩油相对富集的孔隙。通过 上述方式解决了现有技术中没有提到的有关孔隙发育与页岩油气富集关系的研究问 题，达到了对孔隙发育与页岩油气富集的关系的有效研究，从而可以有效指导油气勘 测。

在具体的实现的时候，主要可以有以下几种孔隙表征分析方法：

1)氩离子抛光扫描电镜法

该方法主要是通过高速离子束对岩心样品的表面进行轰击，然后通过扫描电镜观 察进行轰击后的岩心样品，得到页岩储层的二维孔隙结构特征。具体的，可以利用高 速离子束轰击样品表面以获得高质量的平面，然后结合扫描电镜进行观察，获得页岩 储层微纳孔隙的二维孔隙结构特征。

2)低温N2吸附法

该方法主要是先获取多个岩心样品在不同压力下的氮气吸附量，然后通过BJH 方法和DFT方法对氮气吸附等温线的吸附和脱附分支分别进行计算，得到各个岩心 样品的孔隙发育特征。具体地，可以是在抽真空的状态下，以高纯氮气为吸附质，测 定不同相对压力下的氮气的吸附量，然后根据BET直方图，获得样品的比表面积， 最后再采用BJH方法对氮气吸附等温线的吸附、脱附分支分别进行计算，以及DFT 模型，得到样品的孔径分布。

3)高压压汞法

该方法主要是先通过Washburn方程得到页岩孔径与注入压力之间的关系，然后 根据该关系和相应注入压力下的进汞量，确定出样品的孔径分布。具体的，可以通过 Washburn方程得到泥页岩孔径与注入压力的关系，并结合相应注入压力下的进汞量， 可得到样品的孔径分布。

4)核磁共振法

该方法主要是先对多个岩心样品进行流体饱和，其中，流体多为原油和水；对介 质已饱和的岩心样品进行核磁共振，根据核磁共振结果确定岩心样品的孔隙度和孔径 分布，然后，将T2谱与压汞法和低温N2吸附法所得到的孔径分布进行形态对应， 确定出样品的孔径分布。即，通过饱和水/油样品的核磁共振信号强度来反映核磁共 振的孔隙度，然后，通过将T2谱与压汞法和低温N2吸附法所得到的孔径分布进行 形态对应，获得岩样的孔径分布特征，其中，页岩孔径与弛豫时间T2的对应关系可 以表示为：

$\frac{1}{T_2}={\rho }_2\frac{S}{V}={\rho }_2\frac{F_S}{r}$

其中，T₂表示弛豫时间，单位为ms，ρ₂表示弛豫率，单位为μm/ms，S/V，表 示孔隙比表面积，单位为1/μm，F_S表示无量纲的形状因子，r表示孔隙半径，单位 为μm。对于一个特定岩样，弛豫率ρ₂和孔隙形状因子F_S均可近似看作是常数。

由于氩离子抛光扫描电镜法、低温N2吸附法、高压压汞法、和核磁共振法这三 种方法所揭示的孔径范围不同。例如，氩离子抛光扫描电镜法主要适用于揭示较大孔 隙的发育程度，低温N2吸附法主要适用于揭示介孔的发育程度，高压压汞法主要适 用于揭示较大孔隙的发育程度，核磁共振法对孔隙发育程度的揭示范围较广。因此， 通过将上述4种方法所揭示的孔隙特征分别与含油性(S1)变化趋势进行对应，哪种 方法与含油性呈较好的正相关，则说明其相应类型的孔隙含油性较好。

在本发明实施例中还提供了一个优选的实施例对上述确定泥页岩孔隙特征与页 岩油富集关系的方法进行描述，然而值得注意的，该具体实施例仅是为了更好地说明 本发明，并不构成对本发明的不当限定。

应用氩离子抛光扫描电镜法、低温N2吸附法、高压压汞法、和核磁共振法分别 对泥页岩进行孔隙发育情况的对比研究，并结合泥页岩含油性分析确定不同类型孔隙 发育对页岩油富集的影响，可以包括以下几个步骤：

1)通过氩离子抛光扫描电镜对泥页岩的孔隙发育情况进行研究

利用高速离子束轰击样品表面，获得高质量的平面，然后再结合扫描电镜进行观 察，获得页岩储层微纳孔隙的二维孔隙结构特征。

在同一井位中，选取6块泥页岩样品，进行氩粒子抛光扫描电镜分析后发现，这 6块样品的孔隙发育程度具有明显差异，其中，1号和2号页岩样品的孔隙最为发育， 3号和4号页岩样品的孔隙发育次之，5号和6号页岩样品的孔隙发育情况差。

虽然扫描电镜的分辨率可以达到几个纳米，但是在进行高分辨率观察时，视域面 积极其微小，而页岩孔隙发育又具有很强的非均质性，观察结果具有很强的随机性， 代表性差。因此，扫描电镜主要适用于揭示较大孔隙的发育程度。另外，扫描电镜分 析很难给出一个完整的定量的孔径分布曲线，只能对某些固定放大倍数下一定视域范 围内的孔隙发育情况进行定性描述和对比。

2)通过低温N2吸附对泥页岩的孔隙发育情况进行研究

在抽真空状态下，以高纯氮气为吸附质，测定不同相对压力下的氮气吸附量；然 后，根据BET直方图，获得样品的比表面积；最后，采用BJH方法对氮气吸附等温 线的吸附、脱附分支分别进行计算，以及DFT模型，得到样品的孔径分布。

其中，BET测试理论是根据希朗诺尔、埃米特和泰勒三人提出的多分子层吸附 模型，并推导出单层吸附量Vm与多层吸附量V间的关系方程，即著名的BET方程。 BET方程是建立在多层吸附的理论基础之上，与物质实际吸附过程更接近，因此测 试结果更准确。通过实测3-5组被测样品在不同氮气分压下多层吸附量，以P/P0为X 轴，P/V(P0-P)为Y轴，由BET方程做图进行线性拟合，得到直线的斜率和截距， 从而求得Vm值计算出被测样品比表面积。理论和实践表明，当P/P0取点在0.05～0.35 范围内时，BET方程与实际吸附过程相吻合，图形线性也很好，因此实际测试过程 中选点在此范围内。

根据Kelvin方程可知，孔径尺寸越大毛细管冷凝所需的相对压力越高，对于较 大孔隙，在发生毛细管凝聚时的压力接近饱和蒸气压。因此，如果样品中主要发育较 大孔隙，表现在等温吸附曲线上便是在相对压力接近1时吸附量骤然增大，且吸附等 温线可逆性强，滞后环不明显。如图2所示，在相对压力接近1时，1号到6号样品 吸附量增大的幅度逐渐降低，滞后环越发明显，这就表明较大孔隙发育程度逐渐减弱， 较小孔隙发育程度逐渐增大，其中，1号到6号样品分别对应图2中的a到f。

BJH模型和DFT模型是目前利用低温N2吸附/解吸实验计算多孔材料孔径分布 应用最广泛的模型。如图3所示，为通过不同模型、方法对页岩孔隙发育情况描述的 对比，其中，1号到6号样品分别对应图3中的a到f，从图3中可以看出，除1号 样品外，随着较小孔隙发育程度的逐渐增加，2号到6号样品脱附支BJH模型孔径分 布计算结果会在3.5nm到4nm处产生一个越来越明显的峰，但该峰在吸附支BJH模 型、DFT孔径分布计算结果中并未出现，这说明该峰是一个假峰，它的存在会对孔 径分布的准确性产生影响，因此不适宜利用脱附支数据进行孔径分布计算。

3)通过高压压汞对泥页岩孔隙发育情况进行研究

通过Washburn方程得到泥页岩孔径与注入压力之间的关系，并结合相应注入压 力下的进汞量，可得到样品的孔径分布。

其中，Washburn方程可以表示为：

h²＝crσcosθ·t(2η)^-1

其中，c表示毛细管形状系数，r表示平均毛细管半径，指定体系的cr为一定值, 称为形式半径，σ表示液体的表面张力，η表示液体粘度。

从图4所示的1号到6号样品的压汞实验结果与低温N2吸附实验结果的对比图 可以看出，对于100nm以下的孔隙，1号到6号样品的孔隙直径是逐渐减小的，该变 化趋势与低温N2吸附实验所揭示的结果一致，其中，1号到6号样品分别对应图4 中的a到f。但对比压汞与低温氮吸附实验结果可以看出，这种方法可能存在较大的 问题。在N2吸附所揭示的孔径分布范围内(<300nm)，2号到6号样品，随着小孔 隙发育程度的逐渐增大，低温N2吸附所揭示的孔隙发育情况要越发好于压汞，直到 N2吸附所揭示的孔径上限(～300nm)，而非50nm。而1号到4号样品高压压汞所检 测的小孔隙的发育程度高于N2吸附检测结果，且大孔隙越发育这种现象越明显，这 主要是因为超高的压力造成了孔隙的开裂。由此可见，低温氮吸附揭示孔径的有效范 围为2nm-300nm，而高压压汞所揭示孔径的有效范围为300nm以上。

4)通过核磁共振对泥页岩孔隙发育情况进行研究

通过饱和水/油样品的核磁共振信号强度来反映核磁共振孔隙度，然后再通过将 T2谱与压汞法和低温N2吸附法所得到的孔径分布进行形态对应，获得岩样的孔径分 布。具体的，所述依据的对应关系可以按照以下公式表示：

$\frac{1}{T_2}={\rho }_2\frac{S}{V}={\rho }_2\frac{F_S}{r}$

其中，T₂表示弛豫时间，单位为ms，ρ₂表示弛豫率，单位为μm/ms，S/V，表 示孔隙比表面积，单位为1/μm，F_S表示无量纲的形状因子，r表示孔隙半径，单位 为μm。

NMR(NuclearMagneticResonance，核磁共振)目前还不能直接得出孔隙的孔径， 需要通过上述公式，将T2谱与压汞法、低温N2吸附等方法所得的孔径分布进行对 应，以得到如图5所示为1号样品到6号样品的核磁共振实验孔隙半径分布图，其中， 1号到6号样品分别对应图5中的a到f。

从图5中可以看出，核磁共振与低温N2吸附实验所揭示的孔径分布具有很好的 相似性，不同的是核磁共振所揭示的孔径分布的范围大于低温N2吸附实验所揭示的 孔径分布范围，1号到4号样品核磁共振补充了更大孔隙的发育情况，5号到6号样 品核磁共振则补充了更小孔隙的发育情况。

5)对不同类型孔隙发育对泥页岩含油性的影响进行研究

由于氩离子抛光扫描电镜、低温N2吸附、高压压汞和核磁共振这四种方法揭示 的孔径范围不同(例如，扫描电镜主要适用于揭示较大孔隙的发育程度，低温N2吸 附主要适用于揭示介孔(孔径在2nm到50nm之间)的发育程度，高压压汞主要适用 于揭示较大孔隙的发育程度，核磁共振对孔隙发育程度的揭示范围较广)。

通过以上4种方法所揭示的孔隙特征分别与含油性(S1)变化趋势进行对应，哪 种方法与含油性呈较好的正相关，说明其相应类型的孔隙含油性较好。

对6块样品进行高温热解实验，得到6块样品各自的含油性，然后按照含油性从 高到底进行排序。从图6可以看出，1-6号样品的含油性(S1)与氩离子抛光扫描电 镜法、高压压汞法、和核磁共振法所揭示孔隙发育程度及低温N2吸附所揭示平均孔 径变化趋势一致，而与低温N2吸附所揭示孔隙发育程度的变化趋势相反，说明页岩 油主要富集在较大孔隙中。对于大孔隙发育的揭示氩离子抛光扫描电镜法、高压压汞 法、和核磁共振法都是比较有效的方法，而低温氮气吸附不能对大孔隙进行完全的揭 示，其所测孔隙度不适宜应用于页岩油勘探，但其孔径分布和平均孔径的变化可以反 映大孔隙发育程度的变化趋势。

从以上的描述中，可以看出，本发明实施例实现了如下技术效果：通过确定各个 岩心样品的含油性，以及不同孔隙表征分析方法下岩心样品的孔隙发育特征，确定出 孔隙发育程度与含油性成变化趋势一致的孔隙表征分析方法，然后将确定的孔隙表征 分析方法所对应的孔隙范围作为页岩油相对富集的孔隙。通过上述方式解决了现有技 术中没有提到的有关孔隙发育与页岩油气富集关系的研究问题，达到了对孔隙发育与 页岩油气富集的关系的有效研究，从而可以有效指导油气勘测。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以 用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算 装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而， 可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于 此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或 者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例 不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技 术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内， 所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。