CN104101649A - 利用声速判定页岩中的有机质含量的方法 - Google Patents
利用声速判定页岩中的有机质含量的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104101649A CN104101649A CN201410270856.0A CN201410270856A CN104101649A CN 104101649 A CN104101649 A CN 104101649A CN 201410270856 A CN201410270856 A CN 201410270856A CN 104101649 A CN104101649 A CN 104101649A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- shale
- content
- sound
- velocity
- petrologen
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 claims abstract description 35
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims description 17
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 16
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims description 11
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 10
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- 239000004927 clay Substances 0.000 claims description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 7
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 6
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 5
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 claims description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 3
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 claims description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000010433 feldspar Substances 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
利用声速判定页岩中的有机质含量的方法,利用含有有机质的页岩中的声速与有机质含量的变化的特性判断页岩中有机质的含量,页岩在有机质含量变化后纵波和横波声速发生明显的变化;采用超声的方法无损检测页岩的有机质的含量,即采用测量页岩的声速随有机质含量的变化来检测页岩的有机质的含量;通过发射和接收超声换能器,测量声波在页岩样品的传播时间和样品的长度,得到页岩的声速,根据声速与页岩中有机质含量的关系来判定页岩中有机质的含量。
Description
一、技术领域
本发明涉及利用超声波进行页岩中有机质含量的判定的方法,尤其是对有机质含量较高的情况。
二、背景技术
页岩是一种沉积岩,成分复杂,但都具有薄页状或薄片层状的节理,主要是由黏土沉积经压力和温度形成的岩石,但其中混杂有石英、长石的碎屑以及其他化学物质。页岩通常会表现出各向异性,这种性质来源于沉积之前、过程中、和之后的地质过程的作用。页岩各向异性的物理模型需要多尺度的结构信息,包含粘土域中晶体和细小孔隙的结构,这些粘土域的队列去向,以及包含泥沙和富含有机质的粘土的细小分层。针对富含油母岩质的页岩,如何有效地判定其有机质的含量目前还没有很好的方法。
声速是声学的一个基本参量,它可以反映材料的弹性特性,有望反映页岩的有机质含量的变化。
三、发明内容
本发明的目的是:采用超声的方法来研究声速与有机质(油母质)含量的变化关系,即采用测量页岩的声速来判定页岩中的有机质含量的变化。
本发明的技术方案:利用声速判定页岩中的有机质含量的方法,利用含有有机质的页岩中的声速与有机质含量的变化的特性判断页岩中有机质的含量,页岩在有机质含量变化后纵波和横波声速发生明显的变化;采用超声的方法无损检测页岩的有机质的含量,即采用测量页岩的声速随有机质含量的变化来检测页岩的有机质的含量;通过发射和接收超声换能器,测量声波在页岩样品的传播时间和样品的长度,得到页岩中的料的声速,根据声速与页岩中有机质含量的关系来判定页岩中有机质的含量:
1)由不同矿物组成无油的自由“页岩”即干页岩,不同矿物被认为是各向同性的或各向异性的。不同矿物和它们各自的体积百分比,从X-射线衍射(XRD)分析得到的;粘土,石英,方解石等页岩的无机成分矿物存在于岩石的弹性常数使用Reuss-Voigt-Hill平均计算;
2)考虑油母质为背景材料,使用带自洽的各向异性微分有效介质模型添加“干页岩”包裹到油母质背景材料中,形成油母质和干页岩复合材料;
3)添加气孔进入油母质和干页岩复合材料,使用带自洽的各向异性微分有效介质模型重新估计带气孔油母质和干页岩的弹性模量;
4)添加液体进入气孔中,使用Brown-Korringa模型,获得流体饱和油母质和干页岩的弹性模量;根据上述模型计算得到饱和流体页岩的弹性模量随油母质含量的变化图;
5)根据弹性模量和声速的关系得到流体饱和油母质和干页岩中的纵波和横波的声速;得到饱和流体页岩的声速随油母质含量的变化曲线。
本发明尤其是对于Bazhenov页岩,可由图2根据测量到的声速来判定页岩中有机质的含量。本发明方法可推广到其他类型的页岩。
我们利用带自洽的各向异性微分有效介质模型得到页岩的弹性模量随有机质含量的变化关系,根据弹性模量与声速的关系可得到页岩中的声速,从而获得声速和有机质(油母质)含量的变化曲线,利用此变化曲线,可以通过测量声速来获得页岩中有机质(油母质)的含量。
本发明的有益效果:与现有技术相比具有的特点是:通过声学方法来测量页岩中声速随有机质含量的变化,寻求页岩声速随有机质含量之间的关系。此方法的特点是无损和实时,方法简单易行。这里主要针对有机质含量较高的页岩(有机质的体积比大于10%),因为有机质含量低,此模型可能失效。
发展页岩的有机质含量的检测,是一项具有重大现实意义的课题。因此目前页岩的研究已成为石油工业的热点课题,由于页岩材料的有机质含量的高低直接影响到页岩的开采利用的价值,因此准确和实时判定页岩有机质的含量显得特别的重要。利用声速判定其相变的方法。本发明以Bazhenov页岩为列来说明采用声速来判定有机质含量的方法。利用页岩的声速与有机质含量变化的敏感性,页岩在不同有机质含量后声速发生明显的变化;采用超声的方法无损检测页岩的声速,即根据页岩的声速和有机质的含量的关系来检测页岩的有机质的含量。
四、附图说明
图1饱和流体页岩的弹性模量随油母质含量的变化;
图2饱和流体页岩的声速随油母质含量的变化。
五、具体实现方案
本发明方法包括测量和计算,过程分为以下几步:
(1)矿物(粘土,石英,方解石等页岩的无机成分)存在于岩石中,干页岩体积模量和剪切模量使用Reuss-Voigt-Hill平均计算。矿物组成无油母质的自由“页岩”即干页岩,它可以被认为是各向同性的或各向异性的。矿物质和它们各自的体积百分比,通常可从X-射线衍射(XRD)分析得到的。
(2)考虑油母质为背景材料,使用带自洽的各向异性微分有效介质模型添加“干页岩”包裹到背景材料中,形成油母质和干页岩复合材料,
(3)添加气孔进入油母质和干页岩复合材料,使用带自洽的各向异性微分有效介质模型重新估计带气孔的油母质和干页岩的弹性模量。
(4)添加液体进入气孔中,使用Brown-Korringa模型,以获得流体饱和油母质和干页岩的弹性模量。根据上述模型计算得到饱和流体页岩的弹性模量随油母质含量的变化图;
(5)根据弹性模量和声速的关系得到流体饱和油母质和干页岩中的纵波和横波的声速;
得到饱和油母质页岩中的声速随油母质含量的变化曲线。
例如:根据Bazhenov页岩的参数:
由Reuss-Voigt-Hill模型知,
其中Mi是Voigt有效弹性模量,它可以是体积模量Kv或者剪切模量μV,φi和Mi是分别是第i种成分(粘土,石英,方解石等页岩的无机成分)的含量和弹性模量。
Mv,MR和Mvrh的定义与Mi相同,可以是体积模量或剪切模量。
代入数据计算得:
干页岩体积模量和剪切模量为:K=32.08GPa,μ=23.92GPa.
相应地,干页岩的各向异性微分有效介质模型中的有关参数(弹性模量):
C33=K+4μ/3=63.97GPa,C44=μ=23.92GPa,C12=K-2μ/3=16.13GPa.
油母质的各向异性微分有效介质模型中的有关参数(弹性模量):
C11=C33=6.5GPa,C44=C66=2.7GPa,C13=C12=C33-2C44=1.10GPa.
取油母质的体积分数为16.8%,干页岩的纵横比(纵波比横波声速a)为0.1,密度为g=2.34g/cm3,油母质-干页岩的混合物的弹性模量为:
C11=52.74GPa,C33=46.61GPa,C44=21.30GPa,C66=23.61GPa,C13=11.72GPa,
页岩可以看成是横向各向同性介质,横向各向同性介质的弹性张量由5个独立的弹性常数描述,用矩阵表示为:
其中
取孔隙率4.12%,得到带气孔的页岩的弹性模量:
C11=50.03GPa,C33=42.17GPa,C44=20.89GPa,C66=23.58GPa,C13=10.74GPa
用Brown-Korringa模型,得到饱和流体的页岩的弹性模量:
C11=50.45GPa,C33=42.60GPa,C44=21.30GPa,C66=23.61GPa,C13=11.16GPa
可根据上述模型计算得到饱和流体页岩的弹性模量随油母质含量的变化图(图1)根据(现有的公式):参见横向各向同性介质声波传播特性研究,《应用声学》1984年第04期作者:蔡忠理,刘克,梁治安,p31-35
可得到饱和流体页岩的声速随油母质含量的变化曲线(图2)。
Claims (3)
1.利用声速判定页岩中的有机质含量的方法,其特征是利用含有有机质的页岩中的声速与有机质含量的变化的特性判断页岩中有机质的含量,页岩在有机质含量变化后纵波和横波声速发生明显的变化;采用超声的方法无损检测页岩的有机质的含量,即采用测量页岩的声速随有机质含量的变化来检测页岩的有机质的含量;通过发射和接收超声换能器,测量声波在页岩样品的传播时间和页岩样品的长度,得到页岩的声速,根据声速与页岩中有机质含量的关系来判定页岩中有机质的含量:
1)由不同矿物组成无油的自由“页岩”即干页岩,不同矿物被认为是各向同性的或各向异性的;不同矿物和它们各自的体积百分比,从X-射线衍射分析得到的;包括粘土,石英,方解石的无机成分矿物存在于岩石的弹性常数使用Reuss-Voigt-Hill平均计算;
2)考虑油母质为背景材料,使用带自洽的各向异性微分有效介质模型添加“干页岩”包裹到油母质背景材料中,形成油母质和干页岩复合材料;
3)添加气孔进入油母质和干页岩复合材料,使用带自洽的各向异性微分有效介质模型重新估计带气孔油母质和干页岩的弹性模量;
4)添加液体进入气孔中,使用Brown-Korringa模型,获得流体饱和油母质和干页岩的弹性模量;根据上述模型计算得到饱和流体页岩的弹性模量随油母质含量的变化图;
5)根据弹性模量和声速的关系得到流体饱和油母质和干页岩中的纵波和横波的声速;得到饱和流体页岩的声速随油母质含量的变化曲线。
2.根据权利要求1所述的利用声速判定页岩中的有机质含量的方法,其特征是对于Bazhenov页岩根据测量到的声速来判定页岩中有机质的含量。
3.根据权利要求1所述的利用声速判定页岩中的有机质含量的方法,其特征是推广到其他类型的页岩。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410270856.0A CN104101649B (zh) | 2014-06-17 | 2014-06-17 | 利用声速判定页岩中的有机质含量的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410270856.0A CN104101649B (zh) | 2014-06-17 | 2014-06-17 | 利用声速判定页岩中的有机质含量的方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN104101649A true CN104101649A (zh) | 2014-10-15 |
CN104101649B CN104101649B (zh) | 2016-08-17 |
Family
ID=51669972
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201410270856.0A Expired - Fee Related CN104101649B (zh) | 2014-06-17 | 2014-06-17 | 利用声速判定页岩中的有机质含量的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN104101649B (zh) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104374623A (zh) * | 2014-11-17 | 2015-02-25 | 中国石油大学(北京) | 非规则页岩样品、制备方法及超声波测试装置 |
CN105606703A (zh) * | 2016-01-28 | 2016-05-25 | 中国石油大学(华东) | 页岩吸附气和游离气的计算方法及其测量装置 |
CN106226400A (zh) * | 2016-06-29 | 2016-12-14 | 中国石油大学(北京) | 页岩各向异性测量装置及测量方法 |
CN106370578A (zh) * | 2016-08-30 | 2017-02-01 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种确定页岩有机质孔隙度的方法及*** |
CN107575218A (zh) * | 2017-09-01 | 2018-01-12 | 中国地质大学(北京) | 一种快速判断富有机质成熟页岩的方法及应用 |
CN110836836A (zh) * | 2018-08-17 | 2020-02-25 | 中国石油化工股份有限公司 | 干酪根弹性模量测试方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1996008699A1 (en) * | 1994-09-14 | 1996-03-21 | Nyfotek A.S | Method for measuring sound velocity and sample holder |
US6430994B1 (en) * | 1999-11-26 | 2002-08-13 | Eni S.P.A. | Process for the continuous determination of the interaction between drilling fluids and shale formations |
US6435021B1 (en) * | 1999-11-26 | 2002-08-20 | Eni S.P.A. | Process for verifying the effectiveness of drilling fluids in stabilizing oil well walls |
AU2013246055A1 (en) * | 2012-04-13 | 2014-11-06 | Schlumberger Technology B.V. | Methods and appratus for simultaneous estimation of quantitative minerology, kerogen content and maturity in gas shale and oil-bearing shale |
-
2014
- 2014-06-17 CN CN201410270856.0A patent/CN104101649B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1996008699A1 (en) * | 1994-09-14 | 1996-03-21 | Nyfotek A.S | Method for measuring sound velocity and sample holder |
US6430994B1 (en) * | 1999-11-26 | 2002-08-13 | Eni S.P.A. | Process for the continuous determination of the interaction between drilling fluids and shale formations |
US6435021B1 (en) * | 1999-11-26 | 2002-08-20 | Eni S.P.A. | Process for verifying the effectiveness of drilling fluids in stabilizing oil well walls |
AU2013246055A1 (en) * | 2012-04-13 | 2014-11-06 | Schlumberger Technology B.V. | Methods and appratus for simultaneous estimation of quantitative minerology, kerogen content and maturity in gas shale and oil-bearing shale |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
LEV VERNIK ETAL: "《ultrasonic velocity and anisotropy of hydrocarbon source rocks》", 《GEOPHYSICS》, vol. 57, no. 5, 31 May 1992 (1992-05-31) * |
LEV VERNIK ETAL: "《velocity anisotropy in shales :a petrophysical study》", 《GEOPHYSICS》, vol. 62, no. 2, 31 December 1997 (1997-12-31) * |
彭晓群: "《总有机碳的地球物理响应-页岩气储层岩石-物理模型新突破》", 《青海石油》, vol. 31, no. 2, 30 June 2013 (2013-06-30) * |
邓继新等: "《泥岩、页岩声速各向异性及其影响因素分析》", 《地球物理学报》, vol. 47, no. 5, 30 September 2004 (2004-09-30) * |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104374623A (zh) * | 2014-11-17 | 2015-02-25 | 中国石油大学(北京) | 非规则页岩样品、制备方法及超声波测试装置 |
CN105606703A (zh) * | 2016-01-28 | 2016-05-25 | 中国石油大学(华东) | 页岩吸附气和游离气的计算方法及其测量装置 |
CN105606703B (zh) * | 2016-01-28 | 2018-07-31 | 中国石油大学(华东) | 页岩吸附气和游离气的计算方法及其测量装置 |
CN106226400A (zh) * | 2016-06-29 | 2016-12-14 | 中国石油大学(北京) | 页岩各向异性测量装置及测量方法 |
CN106226400B (zh) * | 2016-06-29 | 2019-04-30 | 中国石油大学(北京) | 页岩各向异性测量装置及测量方法 |
CN106370578A (zh) * | 2016-08-30 | 2017-02-01 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种确定页岩有机质孔隙度的方法及*** |
CN107575218A (zh) * | 2017-09-01 | 2018-01-12 | 中国地质大学(北京) | 一种快速判断富有机质成熟页岩的方法及应用 |
CN110836836A (zh) * | 2018-08-17 | 2020-02-25 | 中国石油化工股份有限公司 | 干酪根弹性模量测试方法 |
CN110836836B (zh) * | 2018-08-17 | 2022-08-16 | 中国石油化工股份有限公司 | 干酪根弹性模量测试方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN104101649B (zh) | 2016-08-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104101649B (zh) | 利用声速判定页岩中的有机质含量的方法 | |
Mondol et al. | Experimental mechanical compaction of clay mineral aggregates—Changes in physical properties of mudstones during burial | |
CN107678055B (zh) | 一种海域天然气水合物海底甲烷监测***及方法 | |
Gartner | Estimating suspended solids concentrations from backscatter intensity measured by acoustic Doppler current profiler in San Francisco Bay, California | |
Aydin | Upgraded ISRM suggested method for determining sound velocity by ultrasonic pulse transmission technique | |
Last | Mineralogical analysis of lake sediments | |
Jaya et al. | Temperature dependence of seismic properties in geothermal rocks at reservoir conditions | |
CN103760081A (zh) | 基于孔隙结构特征的碳酸盐岩储层的气藏预测方法及*** | |
Knuth et al. | Evolution of ultrasonic velocity and dynamic elastic moduli with shear strain in granular layers | |
Casteleyn et al. | An integrated study of the petrophysical properties of carbonate rocks from the “Oolithe Blanche” formation in the Paris Basin | |
Cheng et al. | Floe size effect on gravity wave propagation through ice covers | |
Kassab et al. | Porosity estimation from compressional wave velocity: A study based on Egyptian sandstone formations | |
CN103412323A (zh) | 富含固态有机质的岩石纵波速度预测方法 | |
Santos et al. | A new way to construct synthetic porous fractured medium | |
Jung et al. | The impact of shale preservation on the petrophysical properties of organic-rich shales | |
Agofack et al. | Effect of CO2 on P-and S-wave velocities at seismic and ultrasonic frequencies | |
Batzle et al. | Seismic-frequency loss mechanisms: Direct observation | |
Ma et al. | Effect of pore fluid on ultrasonic S-wave attenuation in partially saturated tight rocks | |
Hefny et al. | A laboratory approach for the calibration of seismic data in the western part of the Swiss Molasse Basin: the case history of well Humilly-2 (France) in the Geneva area | |
Blake et al. | Using velocities, density, and bulk modulus to predict the permeability evolution of microfractured rocks | |
Zhou et al. | Petrophysical characterization of organic-rich shales: a new standardized protocol | |
Yang et al. | Experimental study on the role of clay mineral and water saturation in ultrasonic P-wave behaviours across individual filled rock joints | |
Zhou et al. | A new standardized laboratory protocol to study the interaction of organic-rich shales with drilling and fracturing fluids | |
Zhu et al. | The effects of gas saturation on the acoustic velocity of carbonate rock | |
Vega et al. | Preliminary experiments to evaluate the Gassmann equation in carbonate rocks: Calcite and dolomite |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160817 Termination date: 20170617 |
|
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |