CN114295674B - 一种确定沉积盆地中原位热导率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的是一种确定沉积盆地中原位热导率的方法，它包括：（1）选出具有代表性的砂岩、泥岩和粉砂质泥岩的岩心样品，并对岩心样品在室温常压下进行全岩XRD衍射、孔隙度测定和热导率测试，得到黏土矿物含量，孔隙度以及骨架颗粒体积含量；（2）根据深度与温压间的关系，建立原位热导率和所测得的热导率间的拟合公式；（3）建立评价岩石热导率的计算模型：（4）确定评价岩石热导率的计算模型中的黏土矿物含量、骨架颗粒体积含量和孔隙度；（5）确定不同岩性中虚介质热导率公式中的待定参数，确定全井段岩石热导率；（6）将所计算的热导率转化为地下的原位热导率。本发明建立用于可全井段评价岩石原位热导率的方法，精度为95%以上。
Description
技术领域
本发明涉及的是沉积盆地中全井段原位热导率的有效预测和评价技术，具体涉及一种确定沉积盆地中原位热导率的方法。
背景技术
岩石的热导率是岩石中最重要的热物性参数之一，对确定沉积盆地地温场、岩石圈热结构、地球深部动力学特征等均有着重要的影响。常规的热导率样品分析仅可以确定岩石样品在地下某个深度的热导率特征，并不能准确的反映岩石热导率在全井段纵向的变化特征；此外，温度和压力对岩石热导率的影响很大。一般情况下，岩石的热导率随着温度的升高而降低，随压力增加而增大，在实验室所测量的热导率与地下原位热导率仍存在较大的差异，实验室所测量的热导率并不能反映地下岩石真实的原位热导率值。因此，亟需一种方法可以实现沉积盆地中全井段原位热导率的有效预测和评价。
对称各项异性理论的基础是麦克斯韦理论，它使宏观麦克斯韦方程具有非常简单的本构关系，消除了在组分层面模拟物质相互作用的复杂性。目前，对称各项异性理论在油气勘探中主要应用于砂岩储层含水饱和度计算，而针对热导率评价方面并无相关的研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种确定沉积盆地中原位热导率的方法，这种确定沉积盆地中原位热导率的方法用于解决目前常规岩石热导率样品分析不能准确的定量预测全井段岩石原位热导率变化特征的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种确定沉积盆地中原位热导率的方法包括以下步骤：
步骤(1)根据岩心资料，选出具有代表性的砂岩、泥岩和粉砂质泥岩的岩心样品，明确岩心样品在地下所处的温度和压力，并分别对所述岩心样品在室温常压下进行全岩XRD衍射、孔隙度测定和热导率测试，得到黏土矿物含量，孔隙度以及骨架颗粒体积含量；
步骤(2)对所取的岩心样品进行不同温压条件下的热导率测试，根据深度与温压间的关系，建立原位热导率和所测得的热导率间的拟合公式；
K原位＝-0.0012×T-3.2×10-10p4+2.5×10-7p3-4.6×10-5p2+5.9×10-3p+K实测
其中，K原位为地层原位热导率，是温度为T，压力为P时的岩石热导率，W(m·K)；K实测所得的热导率，W(m·K)；T为地层所处的温度，P为地层所处的压力；
步骤(3)根据对称各项异性理论，建立评价岩石热导率的计算模型：
其中，K为岩石热导率，W(m·K)；KCl为黏土矿物热导率，KW为地层水热导率，Ksa为骨架颗粒热导率，Vcl石中的黏土矿物含量，φw为孔隙度、Vsa体积含量；
根据对称各项异性理论的推导原理，将虚介质热导率Kog整理得到虚介质热导率公式：
其中，αcl渗滤速率，无量纲，αw为层水的渗滤速率，无量纲，αsa为骨架颗粒的渗滤速率，无量纲；βcl为岩石中泥质的渗滤指数，无量纲，βw为层水的渗滤指数，无量纲，βsa为骨架颗粒的渗滤指数，无量纲；
步骤(4)根据测井数据资料，确定评价岩石热导率的计算模型中的黏土矿物含量、骨架颗粒体积含量和孔隙度；
步骤(5)根据步骤(1)实测的黏土矿物含量，孔隙度以及骨架颗粒体积含量，分别对不同岩性，采用优化算法，确定不同岩性中虚介质热导率公式中的待定参数，利用步骤(3)中所建立的评价岩石热导率的计算模型确定全井段岩石热导率；
(6)利用步骤(2)所建立的原位热导率和所测得的热导率间的拟合公式，将步骤(5)测井所计算的热导率转化为地下的原位热导率。
上述方案中步骤(4)的具体方法：
根据GR测井资料，按照以下公式计算黏土矿物含量：
其中，Vcl为黏土矿物含量；GCUR为地层年代系数，新地层GCUR＝3.7，新地层为第三系地层，老地层GCUR＝2.0；CL为黏土矿物含量指数，
其中，GR为自然伽马的曲线值；GRmax为自然伽马曲线的极大值，GRmin为自然伽马曲线的极小值；
根据声波时差测井资料，按照以下公式计算孔隙度：
其中，φw为孔隙度；Δt为声波时差曲线读值；Δtma为岩石骨架声波时差；Δtf为地层流体的声波时差；
按照以下公式计算骨架颗粒体积含量：
Vsa＝1-Vcl-φw
其中，Vsa为骨架颗粒体积含量，Vcl为黏土矿物含量，φw为孔隙度。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明弥补了实验室所测量的热导率数据点少，并且不能反映地下岩石真实的原位热导率值的缺点，本发明所计算的热导率值更具有准确性。
2、本发明利用对称各项异性模型，从岩石的导热性能入手，建立用于可全井段评价岩石原位热导率的方法，精度为95％以上，远高于其他的测井预测方法，具有广泛的适用性。
3、地热资源的勘探开发是实现碳中和碳达峰目标的重要内容，通过本发明可以精确地了解地下岩石的导热性能，进而可用于地热资源量的评价和分析，对实现碳中和碳达峰的目标具有重大意义。
附图说明：
图1为本发明方法的原理示意图。
图2为温度与热导率间关系图。
图3压力与热导率间关系图。
图4是本发明实施例中的实测热导率值与计算热导率的拟合关系示意图。
图5是本发明实施例中的X井热导率成果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
如图1所示，这种确定沉积盆地中原位热导率的方法包括以下步骤：
步骤(1)根据岩心资料，选出具有代表性的砂岩、泥岩和粉砂质泥岩的岩心样品，明确岩心样品在地下所处的温度和压力，并分别对所述岩心样品在室温常压下进行全岩XRD衍射、孔隙度测定和热导率测试，得到黏土矿物含量，孔隙度以及骨架颗粒体积含量；
步骤(2)对所取的岩心样品进行不同温压条件下的热导率测试，根据深度与温压间的关系，建立原位热导率和所测得的热导率间的拟合公式；
K原位＝-0.0012×T-3.2×10-10p4+2.5×10-7p3-4.6×10-5p2+5.9×10-3p+K实测
其中，K原位为地层原位热导率，是温度为T，压力为P时的岩石热导率，W(m·K)；K实测为岩心样品在实验室所得的热导率，W/(m·K)；T为地层所处的温度，P为地层所处的压力；
步骤(3)根据对称各项异性理论，建立评价岩石热导率的计算模型：
其中，K为岩石热导率，W/(m·K)；KCl为黏土矿物热导率，KW为地层水热导率，Ksa为骨架颗粒热导率，Vcl为岩石中的黏土矿物含量，φw为孔隙度含量、Vsa为骨架颗粒体积含量；
根据对称各项异性理论的推导原理，将K0g参数化，整理得到公式：
其中，αcl为岩石中黏土矿物的渗滤速率，无量纲，αw为层水的渗滤速率，无量纲，αsa为骨架颗粒的渗滤速率，无量纲；βcl为岩石中泥质的渗滤指数，无量纲，βw为层水的渗滤指数，无量纲，βsa为骨架颗粒的渗滤指数，无量纲；
步骤(4)根据测井数据资料，确定所述的计算模型中的黏土矿物含量、骨架颗粒体积含量和孔隙度；
根据GR测井资料，按照以下公式计算黏土矿物含量：
其中，Vcl为黏土矿物含量；GCUR为地层年代系数，新地层(第三系地层)GCUR＝3.7，老地层GCUR＝2.0；CL为黏土矿物含量指数，
(其中，GR为自然伽马的曲线值；GRmax，GRmin为自然伽马曲线的极大值和极小值)。
根据声波时差测井资料，按照以下公式计算孔隙度：
其中，φw为孔隙度；Δt为声波时差曲线读值；Δtma为岩石骨架声波时差；Δtf为地层流体的声波时差；
按照以下公式计算骨架颗粒体积含量：
Vsa＝1-Vcl-φw
其中，Vsa为骨架颗粒体积含量，Vcl为黏土矿物含量，φw为孔隙度。
步骤(5)根据步骤(1)实测的黏土矿物含量，孔隙度以及骨架颗粒体积含量，分别对不同岩性，采用优化算法，确定不同岩性中将虚介质热导率K0g参数化，整理得到虚介质热导率公式中的待定参数，利用步骤(3)中所建立的评价岩石热导率的计算模型确定全井段岩石热导率；
需要确定的几何参数：αcl、αw、αsa、βcl、βw、βsa，本发明根据不同的岩性(泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩)，利用实测的岩心数据，通过优化算法对模型进行优化，确定参数αcl、αw、αsa、βcl、βw、βsa，在一个实施例中，各参数如表1所示。
表1
(6)利用步骤(2)所建立的温度与压力和热导率间的(即原位热导率和所测得的热导率间的)拟合公式，将步骤(5)测井所计算的热导率转化为地下的原位热导率。
实施例1：
这种确定沉积盆地中原位热导率的方法，以松辽盆地某一油田区块的X井作为研究对象，通过以下步骤完成：
(1)对岩心样品进行全岩XRD衍射、孔隙度测定和热导率测试：
根据岩心资料，选出具有代表性的砂岩、泥岩和粉砂质泥岩的岩心样品，明确样品在地下所处的温度和压力，并分别对所述岩心样品进行全岩XRD衍射、孔隙度测定和热导率测试，其目的是为确定计算模型中的待定参数提供实测数据，表2为实施例中部分所测得的黏土矿物含量、孔隙度和热导率。
表2
(2)对所取的岩心样品进行不同温压条件下的热导率测试，建立原位热导率和所测得的热导率间的拟合公式；
表3
分别对所取的岩心样品进行不同温压条件下的热导率测试(表3)，温度与压力和热导率间的关系如图2和图3所示，可以发现，岩石的热导率随着温度的升高而线性降低，随压力增加而增大。根据温度和压力数据建立原位热导率和所测得的热导率间的拟合公式：
K原位＝-0.0012×T-3.2×10-10p4+2.5×10-7p3-4.6×10-5p2+2.9×10-3p+K实测
其中，K原位为地层原位热导率，即温度为T，压力为P时的岩石热导率，W(m·K)；K实测为岩石样品在实验室所得的热导率，W(m·K)；T为地层所处的温度(℃)，P为地层所处的压力(MPa)。
研究区地温梯度平均值为42℃/km，地表温度为15℃，因此获得温度与压力和深度间的关系：
T＝42×Z+15
P＝9.8×Z
其中，Z为岩石样品原位深度，km；T为地层所处的温度，℃；P为地层所处的压力，MPa。
最后，获得深度与原位热导率间的关系表达式：
K原位＝-0.0012×(42×Z+15)-3.2×10-10(9.8×Z)4+2.5×10-7(9.8×Z)3-4.6×10-5(9.8×Z)2+2.9×10-3×9.8×Z+K实测
其中，Z为岩石样品原位深度，km。
(3)根据对称各项异性理论，建立评价岩石热导率的计算模型：
其中，K为岩石热导率，W(m·K)；K0g为虚介质的热导率，W(m·K)；Kcl、Kw、Ksa分别为黏土矿物热导率，地层水热导率，骨架颗粒热导率，W/(m·K)；Vcl、Φw、Vsa分别为岩石中的黏土矿物含量、孔隙度含量、骨架颗粒体积含量。
根据对称各项异性理论的推导原理，将K0g参数化，整理得到公式：
其中，αcl、αw、αsa分别为岩石中黏土矿物、地层水和骨架颗粒的渗滤速率，无量纲；βcl、βw、βsa分别为岩石中泥质、地层水和骨架颗粒的渗滤指数，无量纲；Kcl、Kw、Ksa分别为黏土矿物热导率，地层水热导率，骨架颗粒热导率，W/(m·K)。
(4)根据测井数据资料，确定所述计算模型中的泥质含量、骨架颗粒体积含量和孔隙度；
根据GR测井资料，按照以下公式计算黏土矿物含量：
其中，Vcl为黏土矿物含量；GCUR为地层年代系数，新地层(第三系地层)GCUR＝3.7，老地层GCUR＝2.0；CL为黏土矿物含量指数，
(其中，GR为自然伽马的曲线值；GRmax，GRmin为自然伽马曲线的极大值和极小值)。
根据声波时差测井资料，按照以下公式计算孔隙度：
其中，φw为孔隙度；Δt为声波时差曲线读值；Δtma为岩石骨架声波时差；Δtf为地层流体的声波时差。
按照以下公式计算骨架颗粒体积含量：
Vsa＝1-Vcl-φw
其中，Vsa为骨架颗粒体积含量，Vcl为黏土矿物含量，φw为孔隙度。
(5)根据所述实验结果，采用优化算法，确定不同岩性中原位热导率计算模型中的待定参数。
需要确定的几何参数：αcl、αw、αsa、βcl、βw、βsa，本发明根据不同的岩性(泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩)，利用实测的岩心数据，通过优化算法对模型进行优化，确定参数αcl、αw、αsa、βcl、βw、βsa，各参数如表4所示。
表4
获得了热导率计算模型中的待定参数后，然后带入热导率的计算模型，最后可求得热导率值。图4是本发明实施例中的实测热导率值与计算热导率的拟合关系示意图。结果表明，该模型计算的热导率与实测的热导率具有很好的相关性，相关系数高达0.92，说明用该模型计算热导率是可行的。最后，利用所建立的热导率计算模型确定全井段岩石热导率。
(6)利用所建立的深度与原位热导率间的关系表达式，将测井所计算的热导率转化为地下的原位热导率。
利用所建立的深度与原位热导率间的关系表达式，即可将测井所计算的热导率转化为地下的原位热导率。图5是本发明实施例中的X井热导率成果图，可以实现全井段热导率的有效预测和评价，精确地了解地下岩石的导热性能，进而可用于地热资源量的评价和分析，具有广泛的适用性。
Claims (2)
1.一种确定沉积盆地中原位热导率的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤(1)根据岩心资料，选出具有代表性的砂岩、泥岩和粉砂质泥岩的岩心样品，明确岩心样品在地下所处的温度和压力，并分别对所述岩心样品在室温常压下进行全岩XRD衍射、孔隙度测定和热导率测试，得到黏土矿物含量，孔隙度以及骨架颗粒体积含量；
步骤(2)对所取的岩心样品进行不同温压条件下的热导率测试，根据深度与温压间的关系，建立原位热导率和所测得的热导率间的拟合公式；
K原位＝-0.0012×T-3.2×10-10p4+2.5×10-7p3-4.6×10-5p2+5.9×10-3p+K实测
其中，K原位为地层原位热导率，是温度为T，压力为P时的岩石热导率，W/(m·K)；K实测为岩心样品在实验室所得的热导率，W/(m·K)；T为地层所处的温度，P为地层所处的压力；
步骤(3)根据对称各项异性理论，建立评价岩石热导率的计算模型：
其中，K为岩石热导率,W/(m·K)；Kcl为黏土矿物热导率,KW为地层水热导率，Ksa为骨架颗粒热导率，Vcl为岩石中的黏土矿物含量，φw为孔隙度、Vsa为骨架颗粒体积含量；
根据对称各项异性理论的推导原理，将虚介质热导率K0g参数化，整理得到虚介质热导率公式：
其中，αcl为岩石中黏土矿物的渗滤速率，无量纲，αw为层水的渗滤速率，无量纲，αsa为骨架颗粒的渗滤速率，无量纲；βcl为岩石中泥质的渗滤指数，无量纲，βw为层水的渗滤指数，无量纲，βsa为骨架颗粒的渗滤指数，无量纲；
步骤(4)根据测井数据资料，确定评价岩石热导率的计算模型中的黏土矿物含量、骨架颗粒体积含量和孔隙度；
步骤(5)根据步骤(1)实测的黏土矿物含量，孔隙度以及骨架颗粒体积含量，分别对不同岩性，采用优化算法，确定不同岩性中虚介质热导率公式中的待定参数，利用步骤(3)中所建立的评价岩石热导率的计算模型确定全井段岩石热导率；
(6)利用步骤(2)所建立的原位热导率和所测得的热导率间的拟合公式，将步骤(5)测井所计算的热导率转化为地下的原位热导率。
2.根据权利要求1所述的确定沉积盆地中原位热导率的方法，其特征在于：所述的步骤(4)的具体方法：
根据GR测井资料，按照以下公式计算黏土矿物含量：
其中，Vcl为黏土矿物含量；GCUR为地层年代系数，新地层GCUR＝3.7，新地层为第三系地层，老地层GCUR＝2.0；CL为黏土矿物含量指数，
其中，GR为自然伽马的曲线值；GRmax为自然伽马曲线的极大值，GRmin为自然伽马曲线的极小值；
根据声波时差测井资料，按照以下公式计算孔隙度：
其中，φw为孔隙度；Δt为声波时差曲线读值；Δtma为岩石骨架声波时差；Δtf为地层流体的声波时差；
按照以下公式计算骨架颗粒体积含量：
Vsa＝1-Vcl-φw
其中，Vsa为骨架颗粒体积含量，Vcl为岩石中的黏土矿物含量，φw为孔隙度。
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- 2022-01-07 CN CN202210018572.7A patent/CN114295674B/zh not_active Expired - Fee Related
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| Title |
|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114295674A (zh) | 2022-04-08 |
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