页岩油气储层的微观地质特征确定方法和装置

摘要

本发明提供一种页岩油气储层的微观地质特征确定方法和装置，通过对页岩油气储层数字化三维地质体图像进行分轴处理后，确定X轴和Y轴所在水平方向上三维地质体图像的单元面积，并确定Z轴方向上三维地质体图像的单元高度；将单元面积和单元高度的乘积作为页岩油气储层的表征单元体积，采用根据页岩油气储层三维空间上水平方向单元面积和垂直方向单元高度相结合的方式，使得所确定的表征单元体积能够准确反映页岩油气储层的微观地质特征，提高了页岩油气储层的微观地质特征计算的准确度，解决了现有技术中所确定的页岩油气储层的微观地质特征参数不准确的技术问题。

说明书

技术领域

本发明涉及油气勘探技术，尤其涉及一种页岩油气储层的微观地质特征 确定方法和装置。

背景技术

页岩油气是非常规油气资源的重要组成部分，也是目前油气勘探的重点 和热点。页岩油气主要富集在页岩油气储层中，不同的页岩油气储层由于微 观地质特征的不同，导致其资源潜力和开发价值差别很大，页岩受沉积环境 的影响，微观地质特征在垂向上和水平上存在显著的差异，这种差异在微观 上对页岩油气的富集及开采具有十分重要的控制作用，但是这种差异在研究 页岩油气储层的开发特征时往往容易被忽略，导致目前很多勘探井的失利。 因此需要在页岩油气勘探与开发前准确确定页岩油气储层的微观地质特征。

现有技术中，对页岩油气储层的微观地质特征偏向于基于感性认识的定 性描述，忽略了其在水平方向和垂直方向上的差异，往往导致所确定的页岩 油气储层的微观地质特征不准确。也就是说，现有技术中，缺乏对页岩油气 储层的微观地质特征的定量确定方法，存在所确定的页岩油气储层的微观地 质特征准确度不高的技术问题。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明提供一种页岩油气储层的微观地质特 征确定方法和装置，用于提高所确定的页岩油气储层的微观地质特征的准确 度。

本发明提供一种页岩油气储层的微观地质特征确定方法，包括：

对页岩油气储层数字化三维地质体图像进行分轴处理，其中，Z轴与地 表垂直，X轴和Y轴与地表平行；

确定X轴和Y轴所在水平方向上，满足在不同第一矩形区域内，三维地 质体图像中各矿物质含量比值之间的差异小于第一预设阈值条件下的最小第 一矩形面积，并将最小第一矩形面积作为三维地质体图像的单元面积；

确定Z轴方向上，满足在不同高度下，三维地质体图像中各矿物质含量 比值之间的差异小于第二预设阈值条件下的最小高度，并将最小高度作为三 维地质体图像的单元高度；

将单元面积和单元高度的乘积作为页岩油气储层的表征单元体积。

在本发明的一实施例中，确定X轴和Y轴所在水平方向上，满足在不同 第一矩形区域内，三维地质体图像中各矿物质含量比值之间的差异小于第一 预设阈值条件下的最小第一矩形面积，并将最小第一矩形面积作为三维地质 体图像的单元面积，包括：

确定X轴方向上，满足在不同第二矩形区域内，三维地质体图像中各矿 物质含量比值之间的差异小于第三预设阈值条件下的最小第二矩形面积，并 将最小第二矩形面积作为三维地质体图像的X轴单元面积；其中，各第二矩 形区域与X轴平行的边长均等于三维地质体图像在X轴方向上的长度；

确定Y轴方向上，满足在不同第三矩形区域内，三维地质体图像中各矿 物质含量比值之间的差异小于第四预设阈值条件下的最小第三矩形面积，并 将最小第三矩形面积作为三维地质体图像的Y轴单元面积；其中，各第三矩 形区域与Y轴平行的边长均等于三维地质体图像在Y轴方向上的长度；

将X轴单元面积和Y轴单元面积的均值作为三维地质体图像的单元面 积。

在本发明的一实施例中，三维地质体图像为多个，将单元面积和单元高 度的乘积作为页岩油气储层的表征单元体积，包括：

将各三维地质体图像的单元面积和单元高度的乘积的均值作为页岩油气 储层的表征单元体积。

本发明还提供一种页岩油气储层的微观地质特征确定装置，包括：

分轴处理模块，用于对页岩油气储层数字化三维地质体图像进行分轴处 理，其中，Z轴与地表垂直，X轴和Y轴与地表平行；

面积确定模块，用于确定X轴和Y轴所在水平方向上，满足在不同第一 矩形区域内，三维地质体图像中各矿物质含量比值之间的差异小于第一预设 阈值条件下的最小第一矩形面积，并将最小第一矩形面积作为三维地质体图 像的单元面积；

高度确定模块，用于确定Z轴方向上，满足在不同高度下，三维地质体 图像中各矿物质含量比值之间的差异小于第二预设阈值条件下的最小高度， 并将最小高度作为三维地质体图像的单元高度；

体积确定模块，用于将单元面积和单元高度的乘积作为页岩油气储层的 表征单元体积。

在本发明的一实施例中，面积确定模块，具体用于：

确定X轴方向上，满足在不同第二矩形区域内，三维地质体图像中各矿 物质含量比值之间的差异小于第三预设阈值条件下的最小第二矩形面积，并 将最小第二矩形面积作为三维地质体图像的X轴单元面积；其中，各第二矩 形区域与X轴平行的边长均等于三维地质体图像在X轴方向上的长度；

确定Y轴方向上，满足在不同第三矩形区域内，三维地质体图像中各矿 物质含量比值之间的差异小于第四预设阈值条件下的最小第三矩形面积，并 将最小第三矩形面积作为三维地质体图像的Y轴单元面积；其中，各第三矩 形区域与Y轴平行的边长均等于三维地质体图像在Y轴方向上的长度；

将X轴单元面积和Y轴单元面积的均值作为三维地质体图像的单元面 积。

在本发明的一实施例中，三维地质体图像为多个，体积确定模块，具体 用于：

将各三维地质体图像的单元面积和单元高度的乘积的均值作为页岩油气 储层的表征单元体积。

本发明实施例提供的页岩油气储层的微观地质特征确定方法和装置，对 页岩油气储层数字化三维地质体图像进行分轴处理后，确定X轴和Y轴所在 水平方向上，满足在不同第一矩形区域内，三维地质体图像中各矿物质含量 比值之间的差异小于第一预设阈值条件下的最小第一矩形面积，并将最小第 一矩形面积作为三维地质体图像的单元面积；并确定Z轴方向上，满足在不 同高度下，三维地质体图像中各矿物质含量比值之间的差异小于第二预设阈 值条件下的最小高度，并将最小高度作为三维地质体图像的单元高度；将单 元面积和单元高度的乘积作为页岩油气储层的表征单元体积。由于采用了根 据页岩油气储层三维空间上水平方向单元面积和垂直方向单元高度相结合的 方式，使得所确定的表征单元体积能够准确反映页岩油气储层的微观地质特 征，提高了页岩油气储层的微观地质特征计算的准确度，解决了现有技术中 所确定的页岩油气储层的微观地质特征参数不准确的技术问题。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的页岩油气储层的微观地质特征确定方法的 流程示意图；

图2为本发明中进行分轴处理后的三维地质体图像的结构示意图；

图3为本发明实施例二提供的页岩油气储层的微观地质特征确定方法的 流程示意图；

图4为本发明提供的页岩油气储层的微观地质特征确定装置的结构示意 图。

附图标记说明：

10-分轴处理模块；

20-面积确定模块；

30-高度确定模块；

40-体积确定模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发 明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述， 显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获 得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例一提供的页岩油气储层的微观地质特征确定方法的 流程示意图，本实施例的执行主体可以是页岩油气储层的微观地质特征确定 装置，该装置可以集成在计算机等处理设备上。如图1所示，本实施例提供 的方法包括：

步骤S101、对页岩油气储层数字化三维地质体图像进行分轴处理。

具体的，对于采集的页岩油气储层样品，可以用扫描电镜获取其三维地 质体图像，然后进行数字化图像预处理获取数字化三维地质体图像，该数字 化三维地质体图像中包含不同大小的各种矿物质。为了便于说明，以下将数 字化三维地质体图像简称为图像。

对于获取到的图像，可以按照样品的三维采集方向进行分轴处理，将垂 直地表方向作为Z轴方向，与地表平行方向作为X、Y轴方向。图2为本发 明中进行分轴处理后的三维地质体图像的结构示意图，如图2所示，划分出 的Z轴与地表垂直，X轴和Y轴与地表平行。需要说明的是，图2中三维地 质体图像与X、Y、Z三轴的位置关系只是作为一种示例，X、Y、Z三轴也 可以穿过三维地质体图像，具体可根据需要确定。

步骤S102、确定X轴和Y轴所在水平方向上，满足在不同第一矩形区 域内，三维地质体图像中各矿物质含量比值之间的差异小于第一预设阈值条 件下的最小第一矩形面积，并将最小第一矩形面积作为三维地质体图像的单 元面积。

具体的，可以在X轴和Y轴所在水平方向上(即与地表平行的方向上)， 任意选取图像的一个截面，在截面内选取一个矩形区域，逐渐扩大该矩形区 域的面积，并计算各矩形区域内页岩油气储层所含的各矿物质含量比值；当 各矿物质含量比值随着矩形区域的扩大而趋于稳定，不再发生剧烈变化时， 将稳定状态下的最小矩形区域面积，即在不同矩形区域内三维地质体图像中 各矿物质含量比值之间的差异首次小于第一预设阈值的矩形区域面积，作为 三维地质体图像的单元面积。

以图2所示图像为例，假设图像大小为X*Y*Z＝2cm*1cm*1cm，在水平 方向上选取图像的一个截面，在截面内选取一个1mm*1mm的矩形区域，计 算该矩形区域内页岩油气储层的各矿物质含量比值；然后逐渐扩大该矩形区 域的面积，例如每次任意选取矩形区域一个边长扩大1mm，或者按照其他方 式扩大矩形区域，计算每次扩大后的矩形区域内页岩油气储层的各矿物质含 量比值；当各矿物质含量比值随着矩形区域的扩大而趋于稳定，不再发生剧 烈变化时，例如矩形区域在大小为16mm*7mm时与在大小为16mm*8mm以 及更大时，各矿物质含量比值相似，此时可将稳定状态下的最小矩形区域面 积，即16mm*7mm的矩形区域面积作为三维地质体图像的单元面积。

对于第一预设阈值，可以根据经验值选取，在该阈值下，各矿物质含量 比值差异较小，趋于稳定。另外，在计算矩形区域内所述三维地质体图像中 各矿物质含量比值时，可以根据各矿物质在矩形区域内所占的面积进行计算。

步骤S103、确定Z轴方向上，满足在不同高度下，三维地质体图像中各 矿物质含量比值之间的差异小于第二预设阈值条件下的最小高度，并将最小 高度作为三维地质体图像的单元高度。

Z轴方向上的图像与地层垂直，该方向上沉积时间较长，矿物组成特征 与水平方向不同，因此有必要对Z轴方向上的矿物质含量进行计算。具体的， 可以在Z轴方向上(即与地表垂直的方向上)，任意选取图像的一条直线， 逐渐扩大该直线的高度，并计算各直线上页岩油气储层的各矿物质含量比值； 当各矿物质含量比值随着矩形区域的扩大而趋于稳定，不再发生剧烈变化时， 将稳定状态下的最小直线高度，即在不同直线上三维地质体图像中各矿物质 含量比值之间的差异首次小于第二预设阈值的直线高度，作为三维地质体图 像的单元面积。

继续以图2所示图像为例，图像大小为X*Y*Z＝2cm*1cm*1cm，在Z轴 方向上选取图像的一条直线，例如距离图像底端高度为1mm的直线，计算该 直线上页岩油气储层的各矿物质含量比值；然后逐渐增加该直线的高度，例 如每次将直线向上增高1mm，计算每次增高后的直线上页岩油气储层的各矿 物质含量比值；当各矿物质含量比值随着直线高度的增加而趋于稳定，不再 发生剧烈变化时，例如直线高度在7mm时与在8mm以及更大时，各矿物质 含量比值相似，此时可将稳定状态下的最小直线高度，即7mm的高度作为三 维地质体图像的单元高度。

对于第二预设阈值，可以根据经验值选取，在该阈值下，各矿物质含量 比值差异较小，趋于稳定。另外，在计算直线上三维地质体图像中各矿物质 含量比值时，可以根据各矿物质在直线上所占的长度进行计算。

步骤S104、将单元面积和单元高度的乘积作为页岩油气储层的表征单元 体积。

根据在水平方向得到的单元面积S和垂直方向上得到的单元高度H，两 者的乘积即为该页岩油气储层的表征单元体积V，即：

V＝S*H(1)

该表征单元体积V即可反映页岩油气储层的微观地质特征。

需要说明的是，步骤S102和步骤S103之间没有严格的时序关系，步骤 S102也可以在步骤S103之后执行，还可以与步骤S103同时执行，具体执行 顺序本实施例不做限制。

本实施例提供的页岩油气储层的微观地质特征确定方法，对页岩油气储 层数字化三维地质体图像进行分轴处理后，确定X轴和Y轴所在水平方向上， 满足在不同第一矩形区域内，三维地质体图像中各矿物质含量比值之间的差 异小于第一预设阈值条件下的最小第一矩形面积，并将最小第一矩形面积作 为三维地质体图像的单元面积；并确定Z轴方向上，满足在不同高度下，三 维地质体图像中各矿物质含量比值之间的差异小于第二预设阈值条件下的最 小高度，并将最小高度作为三维地质体图像的单元高度；将单元面积和单元 高度的乘积作为页岩油气储层的表征单元体积。由于采用了根据页岩油气储 层三维空间上水平方向单元面积和垂直方向单元高度相结合的方式，使得所 确定的表征单元体积能够准确反映页岩油气储层的微观地质特征，提高了页 岩油气储层的微观地质特征计算的准确度，解决了现有技术中所确定的页岩 油气储层的微观地质特征参数不准确的技术问题。

图3为本发明实施例二提供的页岩油气储层的微观地质特征确定方法的 流程示意图，本实施例是对上述图1所示实施例中步骤S102的一种具体实现 方式的详细说明。在上述图1所示实施例的基础上，如图3所示，本实施例 中，步骤S102确定X轴和Y轴所在水平方向上，满足在不同矩形区域内， 三维地质体图像中各矿物质含量比值之间的差异小于第一预设阈值条件下的 最小矩形面积，并将最小矩形面积作为水平方向上的单元面积，具体包括：

步骤S201、确定X轴方向上，满足在不同第二矩形区域内，三维地质体 图像中各矿物质含量比值之间的差异小于第三预设阈值条件下的最小第二矩 形面积，并将最小第二矩形面积作为三维地质体图像的X轴单元面积。

具体的，可以在水平方向上任意选取图像的一个截面，在截面内选取一 个矩形区域，该矩形区域与X轴平行的边长固定，等于三维地质体图像在X 轴方向上的长度；逐渐扩大该矩形区域的面积，即扩大矩形区域与Y轴平行 的边长，并计算各矩形区域内页岩油气储层的各矿物质含量比值；当各矿物 质含量比值随着矩形区域的扩大而趋于稳定，不再发生剧烈变化时，将稳定 状态下的最小矩形区域面积，即在不同矩形区域内三维地质体图像中各矿物 质含量比值之间的差异首次小于第三预设阈值的矩形区域面积，作为三维地 质体图像的X轴单元面积。

继续以图2所示图像为例，图像大小为X*Y*Z＝2cm*1cm*1cm，在水平 方向上选取图像的一个截面，在截面内靠近原点处选取一个2cm*1mm的矩 形区域，计算该矩形区域内页岩油气储层的各矿物质含量比值；然后逐渐扩 大该矩形区域的另一个边长，例如每次扩大1mm，计算每次扩大后的矩形区 域内页岩油气储层的各矿物质含量比值；当各矿物质含量比值随着矩形区域 的扩大而趋于稳定，不再发生剧烈变化时，例如矩形区域在大小为2cm*7mm 时与在大小为2cm*8mm以及更大时，各矿物质含量比值相似，此时可将稳 定状态下的最小矩形区域面积，即2cm*7mm的矩形区域面积作为三维地质 体图像的X轴单元面积。

步骤S202、确定Y轴方向上，满足在不同第三矩形区域内，三维地质体 图像中各矿物质含量比值之间的差异小于第四预设阈值条件下的最小第三矩 形面积，并将最小第三矩形面积作为三维地质体图像的Y轴单元面积。

在水平方向上任意选取图像的一个截面，确定X轴单元面积后，可以继 续确定该截面中的Y轴单元面积。Y轴单元面积的计算原理与X轴单元面积 的计算原理类似，与计算X轴单元面积不同之处在于，选取的矩形区域与Y 轴平行的边长固定，等于三维地质体图像在Y轴方向上的长度；在逐渐扩大 矩形区域的面积时，扩大的是矩形区域与X轴平行的边长。具体获取Y轴单 元面积的其他过程与获取X轴单元面积时类似，此处不再赘述。

步骤S203、将X轴单元面积和Y轴单元面积的均值作为三维地质体图 像的单元面积。

X、Y轴方向上的图像与地层平行，两个方向上的矿物均于同期发生沉积， 具有随机性，因此，该类图像的单元面积为两个方向上求取的单元面积的平 均值。即，三维地质体图像的单元面积S为X轴单元面积S_x和Y轴单元面 积S_y的均值，用公式表示为：

S＝(S_x+S_y)/2(2)

需要说明的是，步骤S201和步骤S202之间没有严格的时序关系，步骤 S201也可以在步骤S202之后执行，还可以与步骤S202同时执行，具体执行 顺序本实施例不做限制。

对于上述第三预设阈值和第四预设阈值，都可以根据经验值选取，在该 阈值下，各矿物质含量比值差异较小，趋于稳定。第三预设阈值和第四预设 阈值可以相等，也可以不等。

作为本发明一种可选的实施方式，三维地质体图像可以为多个，则步骤 S104中将单元面积和单元高度的乘积作为页岩油气储层的表征单元体积，包 括：将各三维地质体图像的单元面积和单元高度的乘积的均值作为页岩油气 储层的表征单元体积。

具体的，为了提高所确定的页岩油气储层的微观地质特征的准确度，对 于页岩油气储层，可以采集多份样品，对每份样品采用上述方法获取其对应 的三维地质体图像的单元面积和单元高度；将各三维地质体图像的单元面积 和单元高度的乘积作为各三维地质体图像的表征单元体积，然后取各三维地 质体图像的表征单元体积的均值作为页岩油气储层的表征单元体积。

当然，也可以对各三维地质体图像的表征单元体积进行其他处理获取页 岩油气储层的表征单元体积，例如：观察各三维地质体图像的表征单元体积 的分布特征，对取值在某个区间段内的三维地质体图像的表征单元体积进行 加权平均或者取最大或最小值，作为页岩油气储层的表征单元体积。

本实施例提供的页岩油气储层的微观地质特征确定方法，通过获取三维 地质体图像的X轴单元面积和Y轴单元面积，来确定三维地质体图像的单元 体积，能够减小计算误差，进一步提高所确定的页岩油气储层的微观地质特 征的准确度。

图4为本发明提供的页岩油气储层的微观地质特征确定装置的结构示意 图，该装置可以集成在计算机等处理设备中，本实施例提供的装置包括：分 轴处理模块10、面积确定模块20、高度确定模块30和体积确定模块40，其 中，

分轴处理模块10，用于对页岩油气储层数字化三维地质体图像进行分轴 处理，其中，Z轴与地表垂直，X轴和Y轴与地表平行；

面积确定模块20，用于确定X轴和Y轴所在水平方向上，满足在不同第 一矩形区域内，三维地质体图像中各矿物质含量比值之间的差异小于第一预 设阈值条件下的最小第一矩形面积，并将最小第一矩形面积作为三维地质体 图像的单元面积；

高度确定模块30，用于确定Z轴方向上，满足在不同高度下，三维地质 体图像中各矿物质含量比值之间的差异小于第二预设阈值条件下的最小高 度，并将最小高度作为三维地质体图像的单元高度；

体积确定模块40，用于将单元面积和单元高度的乘积作为页岩油气储层 的表征单元体积。

本实施例提供的装置可以执行上述方法实施例，具体实现原理和技术效 果类似，此处不再赘述。

在本发明的一实施例中，面积确定模块20，具体用于：

确定X轴方向上，满足在不同第二矩形区域内，三维地质体图像中各矿 物质含量比值之间的差异小于第三预设阈值条件下的最小第二矩形面积，并 将最小第二矩形面积作为三维地质体图像的X轴单元面积；其中，各第二矩 形区域与X轴平行的边长均等于三维地质体图像在X轴方向上的长度；

确定Y轴方向上，满足在不同第三矩形区域内，三维地质体图像中各矿 物质含量比值之间的差异小于第四预设阈值条件下的最小第三矩形面积，并 将最小第三矩形面积作为三维地质体图像的Y轴单元面积；其中，各第三矩 形区域与Y轴平行的边长均等于三维地质体图像在Y轴方向上的长度；

将X轴单元面积和Y轴单元面积的均值作为三维地质体图像的单元面 积。

在本发明的另一实施例中，三维地质体图像为多个，体积确定模块40， 具体用于：将各三维地质体图像的单元面积和单元高度的乘积的均值作为页 岩油气储层的表征单元体积。

本实施例提供的装置可以执行上述方法实施例，具体实现原理和技术效 果类似，此处不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对 其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通 技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并 不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。