CN107560994B - 一种评价泥页岩有机质、粘土和其它矿物中孔径分布方法 - Google Patents

Abstract

一种评价泥页岩有机质、粘土和其它矿物中孔径分布方法，属于天然气勘探领域。该方法可以评价泥页岩储层有机质、粘土矿物和其它矿物中纳米范围的孔隙体积分布特征。该方法的步骤为：对同一套泥页岩储层3个以上样品进行TOC、干酪根元素组成、全岩分析和低温氮气吸附‑解吸实验；利用各泥页岩储层样品TOC和干酪根元素组成分析结果计算各样品有机质含量；根据泥页岩储层样品有机质、粘土矿物、其它矿物含量和等温吸附实验结果，建立有机质、粘土矿物和其它矿物中各孔径范围的孔隙体积评价模型；计算泥页岩储层有机质、粘土矿物、其它矿物中各孔径范围的孔隙体积。

Description

一种评价泥页岩有机质、粘土和其它矿物中孔径分布方法

技术领域

本发明涉及一种评价泥页岩有机质、粘土和其它矿物中孔径分布方法，属于天然气勘探技术领域。

背景技术

页岩气是主体以吸附和游离状态赋存于具有生烃能力的泥岩及页岩等地层中的天然气聚集，游离气和吸附气是泥页岩储层中页岩气的两种主要赋存方式。游离气主要存在于泥页岩储层的裂缝、大孔和小孔中心空间，吸附气主要存在于纳米级孔隙的孔隙壁周围。泥页岩储层中纳米级别的孔隙对比表面积贡献突出，对赋存吸附态页岩气含量具有重要控制作用。尤其是纳米级别的有机孔隙、粘土矿物晶间孔隙对赋存吸附态页岩气具有重要贡献。目前，测量页岩纳米级别孔隙的方法有低温氮气吸附-解吸实验、电子显微成像、压汞法和三维重构技术。但这些方法无法分别评价泥页岩储层中有机质、粘土矿物和其它矿物中不同孔径的孔隙体积。低温氮气吸附-解吸实验可以获得泥页岩样品中不同孔径的孔隙体积，但其无法分别对有机质、粘土矿物和其它矿物中不同孔径的孔隙体积进行评价。电子显微成像技术可以有效的观察页岩孔隙微观结构、类型，但是仅获得二维平面的定性描述，缺少三维定量评价。压汞法测量的是与不同孔径的吼道相连的孔隙体积，且无法区分有机质、粘土矿物和其它矿物中不同孔径的孔隙体积。三维重构技术对页岩显微结构进行研究，可以确定微米级的页岩立方体中孔隙特征和孔隙体积，然而该技术分析的样品直径越小分辨率越高。其定量评价的页岩颗粒大小为1~5um，是否能够克服泥页岩储层的非均质性以及结果具有代表性存在疑问。

为此，本发明通过干酪根元素组成、全岩分析和低温氮气吸附-解吸实验结果，建立有机质、粘土矿物和其它矿物中各孔径范围的孔隙体积评价模型，定量评价泥页岩储层有机质、粘土矿物、其它矿物中各孔径范围的孔隙体积。

发明内容

本发明的目的是：提供一种评价泥页岩有机质、粘土和其它矿物中孔径分布方法，实现对泥页岩储层有机质、粘土矿物、其它矿物中各孔径范围孔隙体积的定量评价。克服现有技术、方法无法有效对泥页岩储层有机质、粘土矿物、其它矿物中各孔径范围孔隙体积开展评价的缺点。

本发明采用的技术方案是：评价泥页岩有机质、粘土和其它矿物中孔径分布方法，其特征在于：

步骤1：对同一套泥页岩储层3个以上样品进行TOC含量、干酪根元素组成、全岩分析和低温氮气吸附-解吸实验，获得各泥页岩储层样品中TOC的质量百分比分别为w_TOC1、w_TOC2、…和w_TOCn，干酪根中碳元素质量百分比分别为w_C1、w_C2、…和w_Cn，干酪根中氢元素质量百分比分别为w_H1、w_H2、…和w_Hn，干酪根中氧元素质量百分比分别为w_O1、w_O2、…和w_On，干酪根中氮元素质量百分比分别为w_N1、w_N2、…和w_Nn，干酪根中硫元素质量百分比分别为w_S1、w_S2、…和w_Sn，粘土矿物的质量百分比分别为w_粘土1、w_粘土2、…和w_粘土n，其它矿物的质量百分比分别为w_其它1、w_其它2、…和w_其它n，各泥页岩储层样品中孔径范围分别为<2nm、2-5nm、5-10nm、10-20nm、20-50nm、50-100nm和100-200nm的孔隙体积为V_ij，其中i=1、2、…、n，是泥页岩储层样品的编号，j=1、2、…、7，是孔径范围的编号，泥页岩储层样品中TOC、粘土矿物和其它矿物质量百分比的单位均为%，干酪根中碳、氢、氧、氮和硫元素质量百分比单位均为%，泥页岩储层样品各孔径范围的孔隙体积单位均为cm³/g;

步骤2：利用各泥页岩储层样品TOC质量百分比w_TOC1、w_TOC2、…和w_TOCn，干酪根中碳元素质量百分比w_C1、w_C2、…和w_Cn，按照下列公式计算各泥页岩储层样品中有机质质量百分比w_有机质1、w_有机质2、…和w_有机质n

w_有机质i=w_TOCi/ w_Ci×100%

式中，i=1、2、…、n，是泥页岩储层样品的编号,泥页岩储层样品TOC质量百分比、干酪根中碳元素质量百分比和泥页岩储层样品中有机质质量百分比的单位均为%；

步骤3：根据步骤1中获得各泥页岩样品粘土矿物的质量百分比w_粘土1、w_粘土2、…和w_粘土n，其它矿物的质量百分比w_其它1、w_其它2、…和w_其它n，以及单位质量各泥页岩样品中孔径范围分别为<2nm、2-5 nm、5-10nm、10-20nm、20-50nm、50-100nm和100-200nm的孔隙体积V_ij，和步骤2中获得的各泥页岩储层样品有机质的质量百分比w_有机质1、w_有机质2、…和w_有机质n，建立如下方程组和目标函数，当目标函数f(V_有机质j，V_粘土j，V_其它j)的值最小时，即可获得单位质量有机质、粘土矿物和其它矿物中编号为j的孔径范围的孔隙体积V_有机质j、V_粘土j和V_其它j，

其中，V_有机质j、V_粘土j和V_其它j分别是该套泥页岩储层的单位质量有机质、粘土矿物和其它矿物中编号为j的孔径范围的孔隙体积，j=1、2、…、7，是孔径范围的编号，i=1、2、…、n，是泥页岩储层样品的编号，泥页岩储层样品中有机质、粘土矿物和其它矿物的质量百分比单位均为%，单位质量泥页岩样品中各孔径范围的孔隙体积单位均为cm³/g，单位质量有机质、粘土矿物和其它矿物中各孔径范围的孔隙体积单位均为cm³/g；

步骤4：根据步骤3中的方程组和目标函数，计算泥页岩储层单位质量有机质、粘土矿物、其它矿物中孔径范围分别为<2nm、2-5nm、5-10nm、10-20nm、20-50nm、50-100nm和100-200nm的孔隙体积V_ij,其中 i=1、2、…、n，是泥页岩储层样品的编号, j=1、2、…、7，是孔径范围的编号，各孔径范围的孔隙体积单位均为cm³/g。

本发明的有益效果：本发明评价泥页岩有机质、粘土和其它矿物中孔径分布方法，实现了对泥页岩储层有机质、粘土矿物和其它矿物中各孔径范围孔隙体积的定量评价，而且该评价方法易于操作、费用低廉，所评价的泥页岩储层有机质、粘土矿物和其它矿物中各孔径范围孔隙体积是页岩气勘探中所必需的重要参数。

附图说明

图1是本发明的流程图。

具体实施方式：

实施例1：如图1所述，一种评价泥页岩有机质、粘土和其它矿物中孔径分布方法，含有以下步骤；

步骤1：对同一套泥页岩储层5个样品进行TOC含量、干酪根元素组成、全岩分析和低温氮气吸附-解吸实验，获得5个泥页岩储层样品中TOC的质量百分比分别为3.35%、2.84%、1.93%、1.43%和0.97%，干酪根中碳元素质量百分比分别为87.98%、85.57%、87.01%、86.19%和86.72%，干酪根中氢元素质量百分比分别为2.69%、1.96%、2.66%、1.54%和1.91%，干酪根中氧元素质量百分比分别为4.93%、6.39%、6.26%、7.24%和6.84%，干酪根中氮元素质量百分比分别为1.89%、2.42%、2.40%、2.30%和2.10%，干酪根中硫元素质量百分比分别为2.51%、3.66%、1.67%、2.73%和2.43%，粘土矿物的质量百分比分别为30.30%、25.70%、45.45%和41.60%，其它矿物的质量百分比分别为66.36%、71.71%、52.75%和56.91%，低温氮气吸附-解吸实验获得5个样品中孔径范围分别为<2nm、2-5 nm、5-10nm、10-20nm、20-50nm、50-100nm和100-200nm的孔隙体积的数据见表1。

表1

步骤2：利用5个泥页岩储层样品TOC质量百分比3.35%、2.84%、1.93%、1.43%和0.97%，干酪根中碳元素质量百分比87.98%、85.57%、87.01%、86.19%和86.72%，按照下列公式计算5个泥页岩储层样品有机质质量百分比分别为3.81%、3.32%、2.22%、1.66%和1.12%，

w_有机质i=w_TOCi/ w_Ci×100%

式中，i=1、2、…、5，是泥页岩储层样品的编号。

步骤3：根据步骤1中获得5个泥页岩样品粘土矿物的质量百分比30.30%、25.70%、45.45%和41.60%，其它矿物的质量百分比66.36%、71.71%、52.75%和56.91%，单位质量的5个泥页岩样品中孔径范围分别为<2nm、2-5 nm、5-10nm、10-20nm、20-50nm、50-100nm和100-200nm的孔隙体积，和步骤2中获得5个泥页岩储层样品有机质质量百分比3.81%、3.32%、2.22%、1.66%和1.12%，建立如下方程组和目标函数，当目标函数f(V_有机质j，V_粘土j，V_其它j)的值最小时，即可获得单位质量有机质、粘土矿物和其它矿物中编号为j的孔径范围的孔隙体积V_有机质j、V_粘土j和V_其它j，

其中，V_有机质j、V_粘土j和V_其它j分别是该套泥页岩储层的单位质量有机质、粘土矿物和其它矿物中编号为j的孔径范围的孔隙体积，j=1、2、…、7，是孔径范围的编号，i=1、2、3、4、5是泥页岩样品编号，w_有机质1、w_有机质2、w_有机质3、w_有机质4和w_有机质5分别是5个泥页岩样品的有机质质量百分比，w_粘土1、w_粘土2、w_粘土3、w_粘土4、…和w_粘土5分别是5个泥页岩样品的粘土矿物质量百分比，w_其它1、w_其它2、w_其它3、w_其它4和w_其它5分别是5个泥页岩样品的其它矿物的质量百分比，泥页岩储层样品中有机质、粘土矿物和其它矿物的质量百分比单位均为%，单位质量泥页岩样品中各孔径范围的孔隙体积单位均为cm³/g，单位质量有机质、粘土矿物和其它矿物中各孔径范围的孔隙体积单位均为cm³/g。

步骤4：根据步骤3中的方程组和目标函数，计算泥页岩储层单位质量有机质、粘土矿物、其它矿物中孔径范围分别为<2nm、2-5nm、5-10nm、10-20nm、20-50nm、50-100nm和100-200nm的孔隙体积，结果见表2。

表2

Claims (1)

1.一种评价泥页岩有机质、粘土和其它矿物中孔径分布方法，其特征在于：

步骤1：对同一套泥页岩储层3个以上样品进行TOC含量、干酪根元素组成、全岩分析和低温氮气吸附-解吸实验，获得各泥页岩储层样品中TOC的质量百分比分别为w_TOC1、w_TOC2、…和w_TOCn，干酪根中碳元素质量百分比分别为w_C1、w_C2、…和w_Cn，干酪根中氢元素质量百分比分别为w_H1、w_H2、…和w_Hn，干酪根中氧元素质量百分比分别为w_O1、w_O2、…和w_On，干酪根中氮元素质量百分比分别为w_N1、w_N2、…和w_Nn，干酪根中硫元素质量百分比分别为w_S1、w_S2、…和w_Sn，粘土矿物的质量百分比分别为w_粘土1、w_粘土2、…和w_粘土n，其它矿物的质量百分比分别为w_其它1、w_其它2、…和w_其它n，各泥页岩储层样品中孔径范围分别为<2nm、2-5 nm、5-10nm、10-20nm、20-50nm、50-100nm和100-200nm的孔隙体积为V_ij，其中i=1、2、…、n，是泥页岩储层样品的编号，j=1、2、…、7，是孔径范围的编号，泥页岩储层样品中TOC、粘土矿物和其它矿物质量百分比的单位均为%，干酪根中碳、氢、氧、氮和硫元素质量百分比单位均为%，泥页岩储层样品各孔径范围的孔隙体积单位均为cm³/g;

步骤2：利用各泥页岩储层样品TOC质量百分比w_TOC1、w_TOC2、…和w_TOCn，干酪根中碳元素质量百分比w_C1、w_C2、…和w_Cn，按照下列公式计算各泥页岩储层样品中有机质质量百分比w_有机质1、w_有机质2、…和w_有机质n

w_有机质i=w_TOCi/ w_Ci×100%

式中，i=1、2、…、n，是泥页岩储层样品的编号,泥页岩储层样品TOC质量百分比、干酪根中碳元素质量百分比和泥页岩储层样品中有机质质量百分比的单位均为%；

步骤3：根据步骤1中获得各泥页岩样品粘土矿物的质量百分比w_粘土1、w_粘土2、…和w_粘土n，其它矿物的质量百分比w_其它1、w_其它2、…和w_其它n，以及单位质量各泥页岩样品中孔径范围分别为<2nm、2-5 nm、5-10nm、10-20nm、20-50nm、50-100nm和100-200nm的孔隙体积V_ij，和步骤2中获得的各泥页岩储层样品有机质的质量百分比w_有机质1、w_有机质2、…和w_有机质n，建立如下方程组和目标函数，当目标函数f(V_有机质j，V_粘土j，V_其它j)的值最小时，即可获得单位质量有机质、粘土矿物和其它矿物中编号为j的孔径范围的孔隙体积V_有机质j、V_粘土j和V_其它j，

其中，V_有机质j、V_粘土j和V_其它j分别是该套泥页岩储层的单位质量有机质、粘土矿物和其它矿物中编号为j的孔径范围的孔隙体积，j=1、2、…、7，是孔径范围的编号，i=1、2、…、n，是泥页岩储层样品的编号，泥页岩储层样品中有机质、粘土矿物和其它矿物的质量百分比单位均为%，单位质量泥页岩样品中各孔径范围的孔隙体积单位均为cm³/g，单位质量有机质、粘土矿物和其它矿物中各孔径范围的孔隙体积单位均为cm³/g；

步骤4：根据步骤3中的方程组和目标函数，计算泥页岩储层单位质量有机质、粘土矿物、其它矿物中孔径范围分别为<2nm、2-5nm、5-10nm、10-20nm、20-50nm、50-100nm和100-200nm的孔隙体积V_ij,其中 i=1、2、…、n，是泥页岩储层样品的编号, j=1、2、…、7，是孔径范围的编号，各孔径范围的孔隙体积单位均为cm³/g。