一种页岩油气“甜点区”有机碳含量下限值的确定方法

摘要

本发明提供了一种页岩油气“甜点区”有机碳含量下限值的确定方法。该方法包括以下步骤：测定直井岩心分析参数和水平井EUR；以Ro平均、EUR平均为横、纵坐标作图，确定获Ro_limt；以Ro、Sw为横、纵坐标作图，得到Ro≥a％的含水饱和度上限值；选取a％≤Ro<(a+b)％的Sw和Ph数据作图，得到Sw_a与外、内包络线和中值线相交的点对应的Ph3、Ph1、Ph2；选取a％≤Ro<(a+b)％的Ph和TOC数据作图，得到Ph3、Ph1、Ph2分别与外、内包络线和中值线相交的点对应的TOC3、TOC1、TOC2，最小值为a％≤Ro<(a+b)％的TOC下限值。本发明的方法避免了经验取值的误差。

说明书

技术领域

本发明涉及石油勘探开发的评价方法技术领域，具体涉及一种页岩油气“甜点区” 有机碳含量下限值的确定方法。

背景技术

随着油气勘探开发由常规油气藏向非常规油气发展，页岩油气逐渐成为油气勘探 开发的重要领域。我国页岩油气资源量很大，页岩气可采资源量约为12万亿立方米， 页岩油可采资源量超过2000亿吨(中国工程院，2012)，页岩油气勘探开发潜力大。 在页岩油气勘探开发中，在目前经济技术条件下，能获得商业油气流的区域称为“甜 点区”，有机碳含量是控制页岩油气产能和优选“甜点区”的关键参数，也是页岩油 气来源的物质基础。

不同沉积环境下形成的页岩特征、后期演化过程存在很大差别，因此，造成不同 地区的页岩油气地质条件存在很大差别。页岩油气产量不但与有机碳含量有关系，同 时受有机质热演化程度(即镜质体反射率Ro)、孔隙度、含烃饱和度等参数控制，几 个关键参数综合对页岩油气产量起控制作用，但其关系尚无人开展研究。

一般情况下，页岩油气产量与其有机碳含量呈正相关关系。当有机质成熟度在一 定范围内时，有机碳含量必须大于一定值，才能获得商业油气产量。国内外根据生产 情况，依据经验推测的能够获得商业油气产量的页岩有机碳含量差别很大，其范围为 0.5％-5％，按着这个宽泛的有机碳含量下限值确定的页岩油气“核心区”钻井获得商 业油气产量的概率约为50％，急需要采用合适准确的方法技术，确定页岩油气“甜点 区”的有机碳含量下限值，指导页岩油气勘探开发部署，提高页岩油气评价精度和获 得商业油气产量的概率。

目前，确定页岩油气“甜点区”有机碳含量下限值的方法技术，均是根据生产经 验和类似地区推测得到，但不同地区的页岩油气地质条件差别很大，有机碳含量下限 值也差别很大，因此，在页岩油气勘探开发最成功的北美地区，根据生产经验和类似 地区推得的页岩油气“甜点区”的有机碳含量下限值为2％-5％，而在中国确定的页 岩油气“甜点区”的有机碳含量下限值为0.5％-3％。根据生产经验及类似地区对比的 方法，即人为经验，确定页岩油气“甜点区”有机碳含量下限值，不准确、误差大、 没有理论依据。有机碳含量下限值差别大，是造成目前页岩油气“甜点区”评价误差 大、获得商业油气产量井成功率小的主要原因之一。尚不存在理论依据的确定页岩油 气“甜点区”有机碳含量下限值的方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中存在的无法准确确定页岩油气“甜点区”有 机碳含量下限值的不足，提供一种页岩油气“甜点区”有机碳含量下限值的确定方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种页岩油气“甜点区”有机碳含量下限值的 确定方法，其包括以下步骤：

步骤A：通过测定和/或计算得到页岩油气“甜点区”研究区目的层段的系统取 心直井岩心分析的有机质成熟度Ro、有机碳含量TOC、孔隙度POR、含水饱和度 Sw、含烃孔隙度Ph，以及所有系统取心直井一定距离内所有水平井的油气最终采出 量EUR；

步骤B：计算每口系统取心直井的有机质成熟度Ro的平均值Ro_平均，以及每口 系统取心直井一定距离内所有水平井的油气最终采出量EUR的平均值EUR_平均，以 Ro_平均为横坐标、EUR_平均为纵坐标作图，如图2所示，以该研究区目的层段的水平井 的最低经济技术油气最终采出量EUR值为界限，确定获得商业油气产量的最低Ro 值Ro_limt；

步骤C：采用系统取心直井岩心分析的有机质成熟度Ro和含水饱和度Sw数据， 以Ro为横坐标、Sw为纵坐标作图，如图3所示，在图中做出所有合理数据的外包 络线，某一个Ro大于Ro_limt的a值与横轴垂直且与外包络线相交的点对应的Sw 的值Sw_a，即是Ro≥a％条件下，能获得的商业油气产量的含水饱和度上限值；

步骤D：选取系统取心直井岩心分析数据中a％≤Ro<(a+b)％的含水饱和度Sw和 含烃孔隙度Ph数据，以Ph为横坐标、Sw为纵坐标作图，如图4所示，在图中做出 所有合理数据的外、内包络线和中值线，取Sw为Sw_a的值垂直于纵轴分别与外、 内包络线和中值线相交的点，对应的Ph值分别为Ph3、Ph1、Ph2；

步骤E：选取系统取心直井岩心分析数据中a％≤Ro<(a+b)％的含烃孔隙度Ph和 有机碳含量TOC数据，以TOC为横坐标、Ph为纵坐标作图，如图5所示，在图中 做出所有合理数据的外、内包络线和中值线，取Ph分别为Ph3、Ph1、Ph2的值，垂 直于纵轴且分别与外、内包络线和中值线相交的点，对应的TOC值分别为TOC3、 TOC1、TOC2，取TOC3、TOC1、TOC2三者中的最小值作为a％≤Ro<(a+b)％范围 内TOC的下限值。

根据本发明的具体实施方式，优选地，上述的页岩油气“甜点区”有机碳含量下 限值的确定方法还包括步骤F：重复步骤B-E，确定不同Ro范围内页岩油气“甜点 区”的有机碳含量TOC下限值。

在上述的页岩油气“甜点区”有机碳含量下限值的确定方法中，优选地，所述步 骤A中，研究区目的层段的系统取心直井岩心分析为采用研究区目的层段全部的直 井，并对每口直井按一定间距进行岩心取样进行分析。

在上述的页岩油气“甜点区”有机碳含量下限值的确定方法中，优选地，所述步 骤A中，与系统取心直井对应的一定距离内的水平井为在该距离内地质参数变化小 或基本不变，油气产量差异主要来源于工程因素的水平井，该距离对于海相地层而言 为2km-3.5km，对于陆相地层而言为1.5km-2.5km。

在上述的页岩油气“甜点区”有机碳含量下限值的确定方法中，优选地，所述步 骤A中，岩心有机质成熟度Ro是按照沉积岩中镜质体反射率测定方法(SY/T  5124-2012)而测定得到的；岩心有机碳含量TOC是按照沉积岩中总有机碳的测定 (GB/T 19145-2003)而测定得到的；岩心孔隙度POR是按照GRI(Gas research  institute)页岩孔隙度测量方法而测定得到的；岩心含水饱和度Sw是按照岩石油水饱 和度蒸馏仪校准方法(SY/T 6811-2010)而测定得到的；岩心含烃孔隙度Ph是通过 岩心含油气饱和度与岩心孔隙度POR的乘积而计算得到的，其中岩心含油气饱和度 是通过岩石中孔隙体积与含水体积之差计算得到的；水平井的油气最终采出量EUR 是根据研究区开发时间较长的生产井的油气生产数据得到的。在上述的页岩油气“甜 点区”有机碳含量下限值的确定方法中，优选地，所述步骤B中，以Ro_平均为横坐标、 EUR_平均为纵坐标作图采用的是线性坐标系。

在上述的页岩油气“甜点区”有机碳含量下限值的确定方法中，优选地，所述步 骤B中，所述水平井的最低经济技术油气最终采出量EUR值为按当下的经济技术条 件，在该研究区目的层段范围内综合考虑生产成本、税收、投资回报率因素，计算出 来的最低商业油气累计产量。本领域技术人员能够根据实际情况对研究区目的层段的 水平井的最低经济技术油气最终采出量EUR值进行确定。通过最低经济技术油气最 终采出量EUR值确定获得商业油气产量的Ro下限值，烃源岩Ro低于该下限值没有 开采价值。

在上述的页岩油气“甜点区”有机碳含量下限值的确定方法中，优选地，所述步 骤C中，以Ro为横坐标、Sw为纵坐标作图采用的是线性坐标系。

在上述的页岩油气“甜点区”有机碳含量下限值的确定方法中，优选地，所述步 骤C中，a％≤Ro<(a+b)％中的b的范围为(a+0.1)≤b≤(a+0.3)。研究区目的层段的烃源 岩有机质成熟度研究范围a％≤Ro<(a+b)％不宜太宽，一般范围为0.1％-0.3％为宜，可 适当放宽。

在上述的页岩油气“甜点区”有机碳含量下限值的确定方法中，优选地，所述步 骤D中，以Ph为横坐标、Sw为纵坐标作图采用的是线性坐标系。外、内包络线为 数据分布包络线中以某一横轴值做平行于纵轴的线，与外、内包络线交两个点，纵轴 值大的方向交点所在的包络线为外包络线，其余一条为内包络线；中值线是垂直于外 包络线的线与外、内包络线相交，两交点的中值连线；Ph3为与外包络线交点的横坐 标Ph值，Ph1为与内包络线交点的横坐标Ph值，Ph2为与中值线交点的横坐标Ph 值。

在上述的页岩油气“甜点区”有机碳含量下限值的确定方法中，优选地，所述步 骤D中，所述合理数据为符合分布规律且分布相对比较集中的数据。

在上述的页岩油气“甜点区”有机碳含量下限值的确定方法中，优选地，所述步 骤E中，以TOC为横坐标、Ph为纵坐标作图采用的是线性坐标系。TOC3是过纵轴 Ph3平行于横轴线与外包络线的交点对应的横轴TOC值，TOC1是过纵轴Ph1平行于 横轴线与内包络线的交点对应的横轴TOC值，TOC2是过纵轴Ph2平行于横轴线与 中值线的交点对应的横轴TOC值。

在本发明中，有机碳含量下限值的确定方法所依据的原理为：当烃源岩达到一定 成熟度后才能形成页岩油气，所以页岩油气“甜点区”必须在一定的Ro之上(图2)； 页岩层系生成的油气充满其自身空间后，才开始向外排出，页岩层系随着Ro增大， Sw减小，所以，不同Ro对应的Sw上限不同(图3)；页岩油气经济技术开发主要 取决于其中的含油气量，即含烃孔隙度，孔隙包括有机孔隙和无机孔隙，有机孔隙随 着Ro增大而增大，无机孔隙随着Ro增大而减小，二者叠加对含烃孔隙的贡献有一 定范围，所以，利用Ro一定范围内Sw上限对应的含烃孔隙度，考虑了不同孔隙类 型及演化情况(图4)；根据不同含烃孔隙度对应的TOC下限值，取一定的Ro范围 内确定的TOC下限值的最小值为其下限值(图5)。

本发明提供的页岩油气“甜点区”有机碳含量下限值的确定方法，采用系统取心 直井岩心分析的静态地质参数与对应水平井动态生产数据相结合的方法，考虑的影响 因素更全面；通过经济技术EUR产量确定获得商业油气产量的Ro下限值，与经济 效益建立联系，选出的“甜点区”TOC更符合实际情况；在确定TOC下限值时，考 虑了一定Ro范围内的Sw、POR等因素，更能体现实际生产控制因素；给出了在一 定Ro范围内，获得商业油气产量的“甜点区”的TOC下限值，为页岩油气优先评 价勘探开发区的选择提供了依据。与目前根据人为经验确定页岩油气“甜点区”TOC 下限值的方法相比，本发明的方法存在理论依据，不同Ro地区确定的TOC下限值 不同，更为准确，避免了现有技术中根据人为经验取值，不考虑Ro对TOC下限的 影响，而带来的误差。

附图说明

图1为本发明的的一个具体实施例的页岩油气“甜点区”有机碳含量下限值确定 方法的流程图。

图2为本发明的页岩油气“甜点区”烃源岩成熟度下限值确定原理图。

图3为本发明的页岩油气“甜点区”烃源岩不同成熟度的含水饱和度上限值确定 原理图。

图4为本发明的页岩油气“甜点区”含烃孔隙度界限值确定原理图。

图5为本发明的页岩油气“甜点区”有机碳含量下限值确定原理图。

图6为本发明的一个具体实施例中，页岩油气“甜点区”烃源岩成熟度下限值确 定图。

图7为本发明的一个具体实施例中，页岩油气“甜点区”烃源岩不同成熟度的含 水饱和度上限值确定图。

图8为本发明的一个具体实施例中，页岩油气“甜点区”含烃孔隙度界限值确定 图。

图9为本发明的一个具体实施例中，页岩油气“甜点区”有机碳含量下限值确定 图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技 术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

以下为本发明一具体实施例。

本实施例提供了一种页岩油气“甜点区”有机碳含量下限值的确定方法，如图 1所示，其包括以下步骤：

步骤A：通过测定和/或计算得到页岩油气“甜点区”研究区目的层段的系统取 心直井岩心分析的有机质成熟度Ro、有机碳含量TOC、孔隙度POR、含水饱和度 Sw、含烃孔隙度Ph，以及所有系统取心直井一定距离内所有水平井的油气最终采出 量EUR；其中，岩心有机质成熟度Ro是按照沉积岩中镜质体反射率测定方法(SY/T 5124-2012)而测定得到的；岩心有机碳含量TOC是按照沉积岩中总有机碳的测定 (GB/T 19145-2003)而测定得到的；岩心孔隙度POR是按照GRI(Gas research  institute)页岩孔隙度测量方法而测定得到的；岩心含水饱和度Sw是按照岩石油水饱 和度蒸馏仪校准方法(SY/T 6811-2010)而测定得到的；岩心含烃孔隙度Ph是通过 岩心含油气饱和度与岩心孔隙度POR的乘积而计算得到的，其中岩心含油气饱和度 是通过岩石中孔隙体积与含水体积之差计算得到的；水平井的油气最终采出量EUR 是根据研究区开发时间较长的生产井的油气生产数据得到的；

步骤B：计算每口系统取心直井的有机质成熟度Ro的平均值Ro_平均，以及每口 系统取心直井一定距离内所有水平井的油气最终采出量EUR的平均值EUR_平均，以 Ro_平均为横坐标、EUR_平均为纵坐标作图，以该研究区目的层段的水平井的最低经济技 术油气最终采出量EUR值为界限，确定获得商业油气产量的最低Ro值Ro_limt；

步骤C：采用系统取心直井岩心分析的有机质成熟度Ro和含水饱和度Sw数据， 以Ro为横坐标、Sw为纵坐标作图，在图中做出所有合理数据的外包络线，某一个 Ro大于Ro_limt的a值与横轴垂直且与外包络线相交的点对应的Sw的值Sw_a，即 是Ro≥a％条件下，能获得的商业油气产量的含水饱和度上限值；

步骤D：选取系统取心直井岩心分析数据中a％≤Ro<(a+b)％的含水饱和度Sw和 含烃孔隙度Ph数据，其中含烃孔隙度Ph(是指烃类体积所占总孔隙体积的百分比) 为含油气饱和度与孔隙度POR的乘积，以Ph为横坐标、Sw为纵坐标作图，在图中 做出所有合理数据的外、内包络线和中值线，取Sw为Sw_a的值垂直于纵轴分别与 外、内包络线和中值线相交的点，对应的Ph值分别为Ph3、Ph1、Ph2；

步骤E：选取系统取心直井岩心分析数据中a％≤Ro<(a+b)％的含烃孔隙度Ph和 有机碳含量TOC数据，以TOC为横坐标、Ph为纵坐标作图，在图中做出所有合理 数据的外、内包络线和中值线，取Ph分别为Ph3、Ph1、Ph2的值，垂直于纵轴且分 别与外、内包络线和中值线相交的点，对应的TOC值分别为TOC3、TOC1、TOC2， 取TOC3、TOC1、TOC2三者中的最小值作为a％≤Ro<(a+b)％范围内TOC的下限值；

步骤F：重复步骤B-E，确定不同Ro范围内页岩油气“甜点区”的有机碳含量 TOC下限值。

利用本实施例的方法，对鹰滩页岩油气中0.9％≤Ro<1.1％的页岩油烃源岩有机 碳下限值进行确定。

通过测定和/或计算得到鹰滩系统取心直井43口的岩心有机质成熟度Ro、有机 碳含量TOC、孔隙度POR、含水饱和度Sw、含烃孔隙度Ph，与每一口系统取心直 井对应的3km范围内的共516口水平井的EUR，该研究区目的层段的水平井的最低 经济技术油气最终采出量EUR值为3万吨，利用每一口系统取心直井的Ro_平均和其 对应的3km范围内的所有水平均的EUR_平均关系，确定鹰滩能获得商业油气产量的 Ro_平均下限值为0.85％(图6)，当烃源岩Ro小于0.85％时不能获得经济技术产量； 选取0.9％≤Ro<1.1％的系统取心直井页岩岩心分析的Ro与Sw数据建立关系，根据 所有合理数据点做出的外包络线，Ro＝0.9％时对应的Sw值为32％(图7)；选取0.9％ ≤Ro<1.0％系统取心直井页岩岩心分析的Sw与Ph数据建立关系，做出所有合理数 据的外、内包络线和中值线，取Sw＝32％垂直于Sw轴分别与外、内包络线和中值线 的交点，对应的Ph值分别为7.7％、2.15％、4.9％(图8)；选取0.9％≤Ro<1.1％系 统取心直井页岩岩心分析的Ph与TOC数据建立关系，做出所有合理数据的外、内包 络线和中值线，取Ph分别为7.7％、2.15％、4.9％的点，分别垂直于Ph轴与外、内包 络线和中值线的交点，对应的TOC值分别为2.4％、2.5％、2.7％，取三者的最小值作 为0.9％≤Ro<1.1％时，页岩油气“甜点区”TOC的下限值，即TOC取2.4％(图9)。

本实施例的页岩油气“甜点区”有机碳含量下限值的确定方法，采用系统取心直 井岩心分析的静态地质参数与对应水平井动态生产数据相结合，通过经济技术EUR 产量确定获得商业油气产量的烃源岩Ro下限值为0.85％，更符合实际情况，而现有 技术中依据人为经验确定的方法，不同人经验不同，确定的Ro下限值差别很大；页 岩随着成熟度增大，含水饱和度降低，采用不同Ro页岩的Sw上限不同，更符合地 下实际情况，如Ro＝0.85％时、Sw＝34％，Ro＝0.9％时、Sw＝32％，现有技术中并没有 考虑Sw随Ro变化而变化；决定页岩油气商业产量能力的重要因素之一是其含烃孔 隙度，因此在Ro、Sw变化的基础上，叠加了POR的变化，通过Ph、Sw与TOC的 关系，确定了0.9％≤Ro<1.1％对应的页岩油“甜点区”TOC下限值为2.4％，落在通 过人为经验确定的北美页岩油气开发成功区TOC下限值2％-5％范围之内，其值更准 确、依据更充分，同时，远大于中国专家确定的TOC下限值0.5％。