一种泥页岩油气饱和度的计算模型

摘要

本发明公开了一种泥页岩油气饱和度的计算模型，包括以下步骤：A.建立等效物理模型；B.给出假设条件；C.确定数学模型公式；D.模型中各参数的确定；E.岩电实验数据拟合模型公式参数a、b、m、n；F.模型验证。本发明能够解决泥页岩储层由于骨架矿物复杂、孔隙结构复杂、孔隙润湿性复杂等问题带来的非阿尔奇现象，准确计算泥页岩储层含油气饱和度，为测井评价储层以及油田开发提供帮助，在计算泥页岩储层含水饱和度方面具备其它饱和度模型无可比拟的优势，实际应用效果显著，因此极具推广价值。在目前公开发表文献和商业应用软件中尚无类似方法的提出与应用。

主权项

一种泥页岩油气饱和度的计算模型，首先根据泥页岩骨架矿物组分与孔隙类型给出泥页岩岩石体积物理模型，然后在适当的假设条件下，根据物理模型推导出泥页岩导电数学公式，随后给出公式中各项参数的求取方法，具体步骤如下：A.建立等效物理模型：根据泥页岩骨架矿物类型和孔隙类型给出泥页岩岩石体积物理模型，将页岩分为两大系统和四大孔隙组分；B.给出假设条件：模型的提出是基于以下假设的：(1)在泥页岩储层，骨架矿物除黄铁矿以外，有机质和其余骨架矿物是完全不导电的，在泥页岩储层中主要含有四种孔隙类型，分别为粘土孔隙、基质孔隙、微裂缝和有机孔隙；(2)粘土孔隙、基质孔隙、微裂缝是亲水的水润湿、有机质孔隙是亲油气的油润湿，并且有机质孔隙中是100％含油气的，即油气饱和度为100％；粘土孔隙是粘土矿物之间的微细孔隙，与有机质孔隙不同，粘土孔隙表面表现为亲水性特征，对水分子吸附能力强；在构建游离气体积计算模型时，假设粘土孔隙100％含水，不含油气；(3)泥页岩储层基质孔隙主要为残余原生孔隙和不稳定矿物溶蚀孔；(4)岩石的电阻率主要受四部分影响：①100％含水的粘土；②导电矿物黄铁矿；③有机质；④基质孔隙和微裂隙空间的地层水；假设以上导电成分是并联导电的；C.确定数学模型公式：根据泥页岩岩石体积物理模型，认为泥页岩电阻率主要受粘土、黄铁矿、有机质四部分影响:计算每一部分的电阻率然后并联起来，最终得到泥页岩饱和度导电模型；构建如下页岩并联导电模型：$\frac{1}{R_t}=\frac{V_{\mathrm{cl}}}{R_{\mathrm{cl}}}+\frac{V_{\mathrm{py}}-V_{\mathrm{py}\_\mathrm{cut}}}{R_{\mathrm{py}}}+\frac{V_{\mathrm{TOC}}}{R_{\mathrm{TOC}}}+\frac{{\phi }^m{S}_w^n}{\mathrm{ab}{R}_w}(1-V_{\mathrm{cl}}-V_{\mathrm{py}}-V_k)$在实际处理过程中，通常认为有机质不导电，所以上式可以化简为：$\frac{1}{R_t}=\frac{V_{\mathrm{cl}}}{R_{\mathrm{cl}}}+\frac{V_{\mathrm{py}}-V_{\mathrm{py}\_\mathrm{cut}}}{R_{\mathrm{py}}}+\frac{{\phi }^m{S}_w^n}{\mathrm{ab}{R}_w}(1-V_{\mathrm{cl}}-V_{\mathrm{py}}-V_{\mathrm{TOC}})$变形可得：$S_w=n\sqrt{(\frac{1}{R_t}-\frac{V_{\mathrm{cl}}}{R_{\mathrm{cl}}}-\frac{V_{\mathrm{py}}-V_{\mathrm{py}\_\mathrm{cut}}}{R_{\mathrm{py}}})·\frac{\mathrm{ab}{R}_w}{(1-V_{\mathrm{cl}}-V_{\mathrm{py}}-V_{\mathrm{TOC}}){\phi }^m}}$则油气饱和度为：$S_h=1-n\sqrt{(\frac{1}{R_t}-\frac{V_{\mathrm{cl}}}{R_{\mathrm{cl}}}-\frac{V_{\mathrm{py}}-V_{\mathrm{py}\_\mathrm{cut}}}{R_{\mathrm{py}}})·\frac{\mathrm{ab}{R}_w}{(1-V_{\mathrm{cl}}-V_{\mathrm{py}}-V_{\mathrm{TOC}}){\phi }^m}}$式中，R_t表示页岩的电阻率，实际计算时可以用深探测电阻率代替；R_cl为100％含水粘土的电阻率，V_cl为粘土的体积百分数；R_py为黄铁矿的电阻率，V_py为黄铁矿的体积百分数；V_{py_cut}是黄铁矿体积百分数截止值，只有当当黄铁矿体积百分含量大于截止值时才能构成连通相，具有导电性；V_TOC为有机质体积百分数，R_TOC为有机质电阻率；φ为基质孔隙、微裂隙之和，S_w为以上两类孔隙的含水饱和度，R_w为地层水电阻率，a、b、m、n为模型参数；D.模型中各参数的确定：①粘土含量、黄铁矿含量、有机质含量的计算：粘土含量V_cl可以由自然伽马测井或自然伽马能谱测井直接计算也可以由测井曲线与岩心分析数据统计回归计算；黄铁矿含量V_py可以由测井曲线与岩心分析统计回归直接计算；黄铁矿含量截止值V_{py_cut}可以通过数字岩心模拟技术给出；随着黄铁矿含量的增大，岩心的电阻率有降低的趋势；但是在黄铁矿含量低的时候，电阻率几乎没有变化，这是由于黄铁矿分散在岩心中，只有在达到一定含量的时候，与孔隙相相连成为连续相，才对岩心电阻率产生影响，V_{py_cut}约为5％到6％之间；有机质V_TOC由于密度低、声波传播速度第(低)、含氢指数高以及不导电的特性，造成鲜明的测井响应特征，同时富有机质页岩还表现为高自然伽马特征，在自然伽马能谱测井响应上表现为高铀含量特征，可以用这些测井特征定量计算有机质含量，也可以由测井曲线与岩心分析统计回归直接计算；②粘土孔隙度、有机质孔隙度、无机质孔隙度的计算：粘土孔隙是粘土矿物之间的微细孔隙，是束缚水的主要赋存空间；粘土孔隙度的计算公式如下：φ_cl＝φ_tclV_cl式中φ_cl为粘土孔隙度，φ_tcl为纯粘土段孔隙度，V_cl由邻近泥岩测井响应确定；利用扫描电镜测试技术可以直观的确定有机孔隙大小及其分布，估算有机孔隙的面孔率；利用平均面孔率对测井计算的V_TOC进行刻度，获得有机质孔隙度，其计算公式如下：φ_TOC＝aV_TOC其中a为有机质面孔率，由扫描电镜分析确定；页岩储层总孔隙度可以通过岩心刻度测井的方法求的；通过实验测量的氦气孔隙度与孔隙度敏感测井曲线，有声波、密度或中子曲线建立关系，可以计算储层总孔隙度φ_t；因此基质孔隙、微裂隙之和φ可以通过下式计算φ＝φ_t‑φ_TOC‑φ_cl；E.岩电实验数据拟合模型公式参数a、b、m、n：利用岩电实验数据回归得出：当没有岩心实验数据时，可以采用默认值，一般认为a＝b＝1，对于微裂缝发育型，m值约为1.1‑1.5，n值约为1；对于孔隙发育型，m值约为1.5‑2.5，n值约为2；F.模型验证：取a＝b＝1，m＝1.5,n＝1.3，φ＝0.05，R_cl＝40Ω，R_PY＝0.5Ω，R_W＝0.12，V_cl＝0.2，V_PY＝0.05，TOC＝0.05，ρ_TOC＝1.2g/cm³，ρ_b＝2.62g/cm³；利用如下公式计算了泥页岩导电性与含水饱和度之间的关系，$S_w=n\sqrt{(\frac{1}{R_t}-\frac{V_{\mathrm{cl}}}{R_{\mathrm{cl}}}-\frac{V_{\mathrm{py}}-V_{\mathrm{py}\_\mathrm{cut}}}{R_{\mathrm{py}}})·\frac{\mathrm{ab}{R}_w}{(1-V_{\mathrm{cl}}-V_{\mathrm{py}}-V_{\mathrm{TOC}}){\phi }^m}}$并与岩石物理实验结果进行对比，对比结果具有很好的吻合性。