一种评价目的层段泥页岩孔隙度方法

摘要

一种评价目的层段泥页岩孔隙度方法,属于石油、地质、矿业勘探开发技术领域。该方法可以评价页岩气井目的层段泥页岩的总孔隙度、有机孔隙度和无机孔隙度。该方法的步骤为：（1）确定目的层段各深度点单位质量泥页岩样品骨架中各种成分质量和烘干后样品块体密度，结合各种矿物真密度，计算各深度点泥页岩总孔隙度；（2）利用化学动力学计算目的层段泥页岩生烃所形成有机孔隙度Φorganic’；（3）根据同一深度点多块氩离子抛光样品扫描电镜照片求取有机孔隙度Φorganic；（4）利用有机孔隙度Φorganic校正化学动力学计算的有机孔隙度Φorganic’；（5）利用总孔隙度和校正后有机孔隙度差值求取无机孔隙度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种评价目的层段泥页岩孔隙度方法,属于石油、地质、矿业勘探开发技术领域。 

背景技术

在对页岩油、页岩气的勘探开发过程中，泥页岩储层总孔隙度、有机孔隙度和无机孔隙度是计算页岩油、页岩气资源量和制定开采方案的关键参数。页岩油和页岩气储层的总孔隙度直接影响页岩油和页岩气的资源量计算，并用于评价页岩油和页岩气开发井的生产周期。另外，需要分别弄清泥页岩储层中有机孔隙度和无机孔隙度，为进一步计算页岩油、页岩气赋存量以及它们以游离态、吸附态存在的含量,以及为评价页岩油气储层及优选有利钻探目标提供依据。目前国内还没有较好的方法评价目的层段泥页岩总孔隙度、有机孔隙度和无机孔隙度。为此，本发明提供一种评价目的层段泥页岩孔隙度方法。该方法易于操作、费用低廉、测定精度高。 

发明内容

本发明的目的是：提供一种评价目的层段泥页岩孔隙度方法，实现对目的层段泥页岩总孔隙度、有机孔隙度和无机孔隙度的定量评价。克服现有技术、方法难以准确测量泥页岩总孔隙度、有机孔隙度和无机孔隙度的不足，同时节省利用氩离子抛光及场发射扫描电镜对目的层段泥页岩有机孔隙进行密集取样分析的昂贵费用。 

本发明采用的技术方案是：评价目的层段泥页岩孔隙度的方法，其特征在于： 

步骤1：对目的层段泥页岩不同深度点的样品进行X衍射全岩分析、X衍射粘土矿物相对含量和有机碳含量分析，确定质量为M的泥页岩骨架中各种成分的质量m₁、m₂、m₃…m_n，质量的单位为g，依据各种矿物的真密度ρ_true1、ρ_true2、ρ_true3…ρ_truen，各种矿物的真密度ρ_true1、ρ_true2、ρ_true3…ρ_truen的单位是g/cm³，计算质量为M的泥页岩骨架中各种成分所占的体积V₁、V₂、V₃…V_n，各种成分所占的体积的单位是cm³，将泥页岩样品在60～80℃温度下进行烘干处理，烘干时间为24～48小时，除去泥页岩中的流体成分，利用电子天平测量泥页岩烘干样品质量m,泥页岩烘干样品质量m的单位是g，采用浸没法测量泥页岩烘干样品的视体积V_apparent，泥页岩烘干样品的视体积V_apparent的单位是cm³，利用泥页岩烘干样品质量m与视体积V_apparent的比值求取各深度点泥页岩烘干样品的视密度ρ_apparent，泥页岩烘干样品的视密度ρ_apparent的单位是g/cm³，根据以下公式计算泥页岩样品的总孔隙度Φ_total，泥页岩样品的总孔隙度Φ_total的单位是%：

；

步骤2：选取成熟度较低的目地层泥页岩样品（或与目地层源岩类型相近的低成熟度的泥页岩）和目地层源岩排出的原油样品（或母质源岩与目地层源岩相似的原油样品）进行高温热模拟实验，根据热模拟实验结果，利用化学动力学方法计算不同升温速率条件下各温度点泥页岩干酪根成油转化率F_o、泥页岩干酪根成气转化率F_g和原油裂解成气转化率F_g^’， 干酪根成油转化率、干酪根成气的转化率和原油裂解成气转化率的单位均为%，计算干酪根成油、干酪根成气和原油裂解成气的反应活化能分布，反应活化能的单位为KJ/mol；结合研究区目地层段泥页岩沉积埋藏史和热史，计算地质历史时期泥页岩干酪根成油转化率F_o、干酪根成气转化率F_g和原油裂解成气转化率F_g^’，干酪根成油转化率F_o、干酪根成气转化率F_g和原油裂解成气转化率F_g^’的单位均为%，恢复目的层段泥页岩原始氢指数和原始有机碳，原始氢指数I_H0单位为mg/g，原始有机碳TOC₀的单位为%，按以下公式计算目的层段不同深度点泥页岩样品的有机孔隙度Φ_organic^’，泥页岩样品的有机孔隙度Φ_organic^’的单位是%：

；

步骤3：对目的层段泥页岩一个深度点的样品进行氩离子抛光和场发射扫描电子显微镜观察，统计若干各视域面上有机颗粒上有机孔隙的平均面孔率，求取有机孔隙度，有机孔隙度的单位为%。在统计有机颗粒上有机孔隙面孔率的过程中，可以直接统计孔隙直径大于2nm的有机孔隙的分布频率，依据不同孔隙直径的有机孔隙分布规律推测场发射扫描电子显微镜照片中无法识别的孔隙直径范围为0-2nm的有机孔隙分布频率，对场发射扫描电子显微镜照片中无法识别的孔隙直径小于2nm的有机孔隙按照近似圆形求取它们的面孔率。在求取不同孔隙直径有机孔隙的面孔率之后，按照以下公式求取有机孔隙度Φ_organic，泥页岩样品的有机孔隙度Φ_organic的单位是%:

式中：Φ_organic为页岩样品有机孔隙度，单位为%；SPR是页岩样品的有机质颗粒上的平均有机孔隙面孔率，单位为%；TOC是页岩样品的有机碳含量，单位为%；ρ_rock是页岩样品的密度，单位为g/cm³；ρ_organic是页岩样品中有机质的密度，单位为g/cm³；

步骤4：计算在相同深度点步骤3得到的有机孔隙度与步骤2计算的有机孔隙度比值的平均值，再用该平均值乘以步骤2中利用化学动力学方法计算目的层段内不同深度点泥页岩样品的有机孔隙度，获得目的层段泥页岩内中不同深度点校正后的泥页岩样品有机孔隙度，有机孔隙度的单位为%；

步骤5：计算步骤1中获得的目的层段各深度点泥页岩样品的总孔隙度和步骤4中获得各深度点泥页岩样品的有机孔隙度在相同深度点的差值，即得到目的层段各深度点泥页岩样品的无机孔隙度，无机孔隙度的单位为%。

测量泥页岩烘干样品的视体积V_apparent。将待测泥页岩样品全部浸没入在水中，两次读数的体积差是泥页岩样品的视体积V_apparent。对于吸水的泥页岩样品可以用细粉末（如粉砂、面粉等）代替水采用浸没法测量其视体积。 

利用化学动力学方法计算泥页岩干酪根成油、泥页岩干酪根成气和原油裂解成气转化率及相应的活化能分布，地质历史时期泥页岩干酪根成油、泥页岩干酪根成气和原油裂解成气转化率，原始氢指数和原始有机碳计算等可以参考卢双舫所著《有机质成烃动力学理论及其应用》（出版日期：1996-12-01，ISBN:9787502117375，出版社：石油工业出版社）。 

本发明的有益效果：本发明评价目的层段泥页岩孔隙度的方法，实现了对目的层段泥页岩孔隙度的评价,而且该评价方法易于操作、费用低廉、测定精度高，所评价的目的层段泥页岩储层孔隙度是页岩油、页岩气的勘探和开发中所必需的重要的评价参数。 

  

附图说明

图1是泥页岩干酪根成油转化率与温度及升温速率的关系图。 

图2是泥页岩干酪根成气转化率与温度及升温速率的关系图。 

图3是泥页岩原油裂解成气转化率与温度及升温速率的关系图。 

图4是泥页岩干酪根成油反应活化能分布图。 

图5是泥页岩干酪根成气反应活化能分布图。 

图6是泥页岩原油裂解成气反应活化能分布图。 

图7是泥页岩沉积埋藏史和热史图。 

图8是各地质时期泥页岩干酪根成油转化率、干酪根成气转化率和原油裂解成气转化率图。 

图9是泥页岩原始有机碳恢复结果图。 

图10是泥页岩原始氢指数恢复结果图。 

图11是肉眼观察泥页岩氩离子抛光-场发射扫描电镜照片中有机质颗粒上不同孔径有机孔隙频率图。 

图12是校正后泥页岩氩离子抛光-场发射扫描电镜照片中有机质颗粒上不同孔径有机孔隙频率图。 

图13是泥页岩有机孔隙度校正前和校正后对比图。 

图14是采用本发明方法评价某口页岩气井目的层段泥页岩孔隙度的结果。 

图15是本发明的流程图。 

具体实施方式： 

实施例1：如图15所述，一种评价目的层段泥页岩孔隙度方法，含有以下步骤；

步骤1：对目的层段不同深度点泥页岩样品分别进行X衍射全岩分析、X衍射粘土矿物相对含量和有机碳含量分析，确定目的层段泥页岩不同深度点质量为M的泥页岩骨架中各种成分的质量m₁、m₂、m₃…m_n，质量的单位为g，依据各种矿物的真密度ρ_true1、ρ_true2、ρ_true3…ρ_truen，各种矿物的真密度ρ_true1、ρ_true2、ρ_true3…ρ_truen的单位是g/cm³，计算质量为M的泥页岩骨架中各种成分所占的体积V₁、V₂、V₃…V_n，泥页岩骨架中各种成分所占的体积的单位是cm³，将泥页岩样品在60～80℃温度下进行烘干处理，烘干时间为24～48小时，除去泥页岩中的流体成分，利用电子天平测量泥页岩烘干样品质量m,泥页岩烘干样品质量m的单位是g，采用浸没法测量泥页岩烘干样品的视体积V_apparent，泥页岩烘干样品的视体积V_apparent的单位是cm³，利用泥页岩烘干样品质量m与视体积V_apparent的比值求取各深度点泥页岩烘干样品的块体密度ρ_apparent，泥页岩烘干样品的块体密度ρ_apparent的单位是g/cm³，根据以下公式计算泥页岩样品的总孔隙度Φ_total，泥页岩样品的总孔隙度Φ_total的单位是%：

,目的层段不同深度点泥页岩骨架质量M的泥页岩骨架中各种成分的质量m₁、m₂、m₃…m_n和块体密度ρ_apparent数据见表1，各种矿物的真密度ρ_true1、ρ_true2、ρ_true3…ρ_truen数据见表2，各种矿物的体积V₁、V₂、V₃…V_n数据见表3；

表1

   表2

 表3

步骤2：选取成熟度较低的目地层泥页岩样品（或与目地层源岩类型相近的低成熟度的泥页岩）和目地层源岩排出的原油样品（或母质源岩与目地层源岩相似的原油样品）利用Rock-Eval-II型热解仪进行高温热模拟实验；将泥页岩样品分为2组，从200℃开始，分别以30℃/min和40℃/min的升温速率将泥页岩样品加热至600℃；将原油样品分为2组，从350℃开始，分别以2℃/min和20℃/min的升温速率将原油样品加热至700℃；实时记录泥页岩样品产油量、产气量随温度（或时间）的变化，以及和原油样品裂解产气量随温度（或时间）的变化，得到不同升温速率条件下各温度点干酪根成油转化率F_o和干酪根成气转化率F_g和原油裂解成气转化率F_g^’，干酪根成油转化率F_o和干酪根成气转化率F_g和原油裂解成气转化率F_g^’单位为%，实验结果参见图1、图2、图3；利用高温热模拟实验获得的不同升温速率条件下各温度点泥页岩成油、成气和油裂解成气转化率，利用化学动力学方法计算不同升温速率条件下各温度点泥页岩成油转化率F_o、泥页岩成气转化率F_g和原油裂解成气转化率F_g^’，成油转化率和成气的转化率单位为%，计算结果参见图1、图2、图3；同时，计算泥页岩干酪根成油、干酪根成气和原油裂解成气的反应活化能分布，反应活化能的单位为KJ/mol，计算结果参见图4、图5、图6；结合研究区目地层段泥页岩沉积埋藏史和热史,研究区目地层段泥页岩沉积埋藏史和热史参见图7，计算地质历史时期泥页岩干酪根成油转化率F_o、泥页岩干酪根成气转化率F_g和原油裂解成气转化率F_g^’，干酪根成油转化率、干酪根成气转化率和原油裂解成气转化率的单位均为%，计算结果参见图8；依据计算的泥页岩干酪根成油转化率F_o、泥页岩干酪根成气转化率F_g和原油裂解成气转化率F_g^’等按照以下公式恢复泥页岩原始氢指数I_H0和原始有机碳TOC₀，原始氢指数I_H0单位为mg/g，原始有机碳TOC₀的单位为%，计算结果参见图9、图10；然后根据以下公式计算目的层段不同深度点泥页岩样品的有机孔隙度Φ_organic，

其中：I_H0为单位质量泥页岩样品原始氢指数，单位为mg/g；I_H为单位质量泥页岩样品残余氢指数，单位为mg/g；F_o为泥页岩中干酪根成油转化率，单位为%；B_o为泥页岩中原生沥青（非干酪根热降解成因）的量，单位为mg；B由氯仿“A”经轻烃补偿校正得到的单位质量泥页岩中残油量或者是烃指数I_HC经重烃补偿校正得到的单位质量泥页岩中残油量，单位为mg/g；F_g为泥页岩中干酪根成气转化率，单位为%；F_g^’为泥页岩中原油裂解成气转化率，单位为%；TOC₀为泥页岩原始有机碳质量分数，单位为%；TOC为泥页岩残余有机碳质量分数，单位为%；ΔI_H为氢指数恢复量，单位为mg/g；K为有机质转化为有机碳的系数，取0.85；Φ_organic为泥页岩样品的有机孔隙度，单位为%；ρ_rock为泥页岩样品的密度，单位为g/cm³；ρ_organic为泥页岩样品的密度，单位为g/cm³；

步骤3：对目的层段2135m深度点处的泥页岩样品进行氩离子抛光和场发射扫描电子显微镜观察，统计3个照片中有机颗粒上不同孔径有机孔隙的频率百分比，频率百分比的单位为%，统计结果参见图11，因为0-2nm的有机孔隙在氩离子抛光和场发射扫描电子显微镜照片中无法有效识别，因此按照不同孔径有机孔隙的频率规律进行校正，校正后的结果参见图12，对肉眼无法识别的有机孔隙按照圆面积求取其面孔率，结合肉眼观察，得到3个照片中有机颗粒上有机孔隙面孔率分别为21.64%、24.51%和28.64%，平均有机面孔率为24.94%，该深度点泥页岩样品的有机质含量为1.45%，密度为2.6cm³/g，有机质密度为1.2cm³/g，根据下列公式计算该深度泥页岩样品的有机孔隙度为0.78%，

式中：Φ_organic为页岩样品有机孔隙度，单位为%；SPR是页岩样品的有机质颗粒上的平均有机孔隙面孔率，单位为%；TOC是页岩样品的有机碳含量，单位为%；ρ_rock是页岩样品的密度，单位为g/cm³；ρ_organic是页岩样品中有机质的密度，单位为g/cm³；

步骤4：计算在相同深度点步骤3得到的有机孔隙度与步骤2计算的有机孔隙度比值，用该比值乘以步骤2中利用化学动力学方法计算目的层段内不同深度点泥页岩样品的有机孔隙度，获得目的层段泥页岩内中不同深度点校正后的泥页岩样品有机孔隙度，有机孔隙度的单位为%，校正前后的有机孔隙度计算结果参见图13。

步骤5：计算步骤1中获得的目的层段各深度点泥页岩样品的总孔隙度和步骤4中获得各深度点泥页岩样品的有机孔隙度在相同深度点的差值，即得到目的层段各深度点泥页岩样品的无机孔隙度，无机孔隙度的单位为%，计算结果参见图14。