文摘

准确评价页岩油气储层的具有重要意义的集成开发地质和工程。基于岩心分析、常规测井和阵列声波测井数据,总有机碳,生烃潜力,脆性,计算页岩储层的各向异性。纵波时差曲线计算的人工神经网络(ANN)方法和常规测井曲线拟合方法进行了比较。多分辨率的图论聚类(MRGC)方法用于页岩储层分为三个类别进行分类和评估的分类结果。脆性矿物,如石英和长石主要是发现存在于页岩水库和粘土矿物主要由伊利石。张7₃水库是富含有机质和生存有很大潜力。计算的纵波时差拟合公式的横波时差计显示精度高,不需要复杂的ANN模型。MRGC方法可以页岩储层类型进行分类。分类结果减少人为因素的干扰,更科学合理。本研究方法具有重要意义的科学分类和评价页岩储层。

1。介绍

作为非常规油气资源,页岩油已经成为一种很有前途的在全球石油和天然气勘探。随着勘探的深入实践和新技术的引入,中国的陆上页岩油资源可能有巨大的发展潜力1- - - - - -3]。储层物理性质、孔隙结构和流体发生模式,页岩油,常规石油和天然气储层显著不同。这些差异主要表现在两个方面。首先,石油和天然气是自生的和self-storing。第二,没有在自然条件下的生产能力。体积压裂必须获得石油和天然气工业流(4- - - - - -7]。这导致页岩油储层的评价和传统的水库。常规储层主要集中在储层物理性质、孔隙度、渗透率、含油饱和度等参数(8,9]。

页岩评价方法包括传统的测井曲线特征的方法,法、测井曲线重叠法(10- - - - - -13]。最常见的Passey等人提出的方法是在1990年,最初是用于富含有机物的定性识别烃源岩(14]。页岩气页岩厚度大的特点,良好的连续性,零钱在矿物成分15,16]。因此,方法取得了良好的效果在识别优质页岩页岩地层(17,18]。

岩石的应力-应变曲线,记录整个过程从加载失败,很简单,容易学习。最直观有效的方法定性评价岩石脆性(19,20.]。主要有两种方法描述岩石的脆性。一个是基于杨氏模量和泊松比。这种方法不考虑应力的影响环境和矿产脆性指数上的内容。它不适合地层埋藏深度和矿物类型的巨大变化。另一个是基于内容的比例的脆性矿物(如石英、长石和碳酸盐)在岩石中(21,22]。这个方法只考虑单一因素的影响的脆性岩石的矿物成分。它不考虑对脆性的影响过程中岩石成岩作用和演化。当使用矿物的方法,有必要找出脆性矿物的主要类型和成岩作用研究领域的背景以及建立适当的评价模型(20.]。

页岩油储层的评价应同时考虑地质特征和工程改造。众多研究了页岩油地质特征、形成机理、富集法,体积转换和提高原油采收率。然而,页岩主要是进行评价的同时考虑单一因素,和页岩油的地质和工程特点是很少结合,全面评估它的甜蜜点。页岩油田的勘探开发实践表明,即使生烃潜力高地质热点的并不总是最合适的体积压裂工程热点。页岩油气评价的主要目的是确定一个甜点区页岩发展,结合地质和工程因素和实现地质工程综合发展23- - - - - -34]。

我们计算了TOC、生烃潜力和储层的压力,同时考虑测井和岩心分析数据。的甜蜜点特征页岩油储层地质工程也评估通过整合的因素。本研究有重大影响页岩油储层的测井评价。

2。地质背景

鄂尔多斯盆地,跨越陕西、宁夏、甘肃、内蒙古和陕西两省,是中国第二大石油和含气盆地(图1(一))。盆地的三叠系沉积一个完整、典型的碎屑沉积体系以特徵相由于印尼运动在晚三叠世。根据沉积旋回,它可分为十含油地层(Chang 10-Chang 1)从下到上35,36]。Chang 10-Chang 7主要湖泊的扩张时期,和湖岸线迅速向外移动。常在7₃时期,湖盆的发展达到了顶峰。广泛深湖沉积的泥岩中生代盆地的主要烃源岩形成的。Chang 6-Chang 4时期,湖盆进入收缩阶段后经历一个湖洪水周期短。湖盆逐渐消失的Chang 3-Chang 1。多个含油层系形成垂直的众多有利的次生组合(图的形成1 (b))[37,38]。

济源油田坐落在伊陕斜坡和Tianhuan在鄂尔多斯盆地西部凹陷二级构造单元。考虑到三叠纪Chang 7期,它位于湖盆的沉积中心。水深大,深度开发lake-semideep湖的表面。厚层发育暗色泥岩沉积,湖富含有机物的主要岩盆地(图源1 (b))。根据岩心观察、张7主要发展碳质泥岩,其中包含植物碎片,鱼鳞和鱼石(图2)。烃源岩的厚度通常是超过40米。干酪根以腐泥的形成和镜质组为主,主要类型II和i .有机质的类型相对比较好。氯仿沥青的平均含量为0.8%,有机质丰度高。有机质的成熟度级别大于0.85时重要的生烃潜力(39]。

3所示。数据和方法

3.1。数据

本研究主要利用常规测井资料、阵列声波测井和岩心分析数据。常规测井资料从济源油田获得包括三个井(y - 285 y - 162,和y - 335)。目标层是三叠系7₃。包括自然伽马测井曲线、自然潜力,直径,声波传播时间、补偿密度、补偿中子、和深度浅电阻率。阵列声波测井得到的y - 162和y - 335包括密度、横波慢度,压缩波时差。岩心分析数据得到y - 285包括全岩分析、粘土矿物和岩石热解以及有机碳含量测试。

3.1.1。测井资料

地球物理测井方法被用来测量岩石的物理性质与深度点的点。常规测井曲线是用来计算有机碳含量、生烃潜力,横波时差,和地面压力。五个曲线主要是选择如下:

自然伽马(GR)。它测量总自然放射性物质的形成。

声波传播时间(Ac)。它测量地层的弹性波的传播速度。

补偿中子(CNL)。计算岩石的孔隙度测量中子能量损失的程度在一个多孔的形成。

密度(穴)。它在形成测量电子密度。

电阻率(RT)。它测量了液体的电导率在形成和毛孔。

3.1.2。岩心分析数据

核心分析获得7张₃页岩的y - 285。岩石热解分析和有机碳含量测定进行29个样品。7个样本选择全岩定量分析和粘土矿物分析。

3.2。方法

页岩油储层的评价,最直接的方法是使用核心分析。然而,由于取心和测试的成本高,不可能进行得很好,但每井常规测井曲线数据。因此,页岩油储层的参数计算和评估使用常规测井资料结合核心和常规测井资料。工作流图所示3。水库的有机碳含量是第一个基于常规测井资料计算。岩心分析结果被用来建立一个计算模型之间的有机碳和生烃潜力。不同深度的生烃潜力进行了计算。横波时差曲线的计算模型被建立了利用常规测井和阵列声波测井数据。页岩油的横波时差计算基于常规测井曲线。根据泊松比和杨氏模量,形成脆性指数和各向异性的计算通过使用纵波时差,横波时差和密度曲线。最后,有机碳,生烃潜力,脆性指数和各向异性指数全面用于分类和评估MRGC页岩油储层的方法。

3.2.1之上。总有机碳的计算

有机碳是一个重要的指标来评价有机质丰富的页岩储层。最直接、最可靠的方法是使用核心数据进行实验室测量。然而,连续数据无法获得由于取心的高成本。使用常规测井曲线计算总有机碳含量是评价不仅方便,而且便宜的页岩有机质含量。在这项研究中,总有机碳含量计算声波时差和电阻率曲线的叠加32]。页岩储层的总有机碳进行了计算 在哪里分化振幅的声学和电阻率曲线,包括岩石性质和烃源岩特征,日志(深)电阻率(Ω·米),是测量声波时差(μs /英尺),和电阻率(Ω·米)和声学传输时差基本价值,和该指数反映有机质的成熟度。

3.2.2。计算生烃潜力

生烃潜力是指在岩石热解烃和残余碳氢化合物的总和。它是一个重要的参数来评估页岩储层的生烃能力。它主要使用核心数据来直接测量生烃潜力。有很多日志数据,因为有限的取心研究区域中的数据。因此,岩石的生烃潜力计算测井和岩心分析相结合。自生烃潜力密切相关的有机物质,计算模型是由考虑获得的有机碳含量。通过热解生烃潜力。方程(4)代表了计算公式。 在哪里总有机碳含量,岩石热解烃,是残余烃,和分别是拟合系数和常数。

3.2.3。地应力的计算

页岩油可以获得工业油流只有通过压裂改造。因此,岩石脆性评价是至关重要的优化压裂刺激间隔(40]。脆性指数通常是基于岩心分析或计算阵列声波测井数据。没有核心或开发井阵列声波测井。因此,有必要使用常规测井曲线计算脆性指数。

(1)计算横波时差。常规测井地层的纵波时差只有措施。它不测量横波时差。因此,有必要计算横波时差曲线形成之前,利用常规测井资料计算地应力。单因素方法和安方法被用来建立横波时差计算模型,同时考虑到声波测井数据。横波时差计算模型被发现适合研究区后比较每种方法的结果。

(2)脆性指数。(一)岩石脆性计算基于日志的方法

脆性指数的计算通常是基于Poisson-Young方法(泊松比和杨氏模量法)确定岩石力学参数。泊松比、杨氏模量和其他岩石力学参数等测井曲线可以计算的密度、纵波和横波的时间差异。接下来的计算方法(41] 在哪里是岩石的动态泊松比(无量纲)体积密度(克/厘米吗³),是纵波时差(μs / m),横波时差(μs / m) ( )。

随后的脆性指数计算模型(32,42,43] 在哪里是脆性指数(%),杨氏模量的岩石(GPa),然后呢是岩石的泊松比(无量纲)。下标的和代表该参数的最大和最小值在某一层部分,分别。和脆性指数计算杨氏模量和泊松比,分别。(b)旋塞脆性基于矿物组成内容

整个岩石矿物成分(质量分数)的岩石是由XRD分析,定量分析脆性矿物的相对含量和塑料矿物质在水库。在页岩储层脆性矿物含量越高,越容易形成在压裂裂缝网络。在考虑其他脆性矿物(脆性白云石),塑料矿物质(塑料灰岩),和总有机质含量(TOC),一个新的计算公式,提出了岩石脆性指数。根据研究地区页岩的矿物成分,采用以下的脆性矿物含量评价模型(44]: 在哪里是石英的内容,长石的含量,碳酸盐矿物的含量,粘土矿物的含量,是脆性指数计算了岩石矿物成分。

(3)各向异性。原位,压力通常可以分为垂直压力,水平最大应力、水平最低压力和地层压力(孔隙流体压力)45]。孔隙流体压力可以由伊顿法计算基于声学渡越时间日志(方程(11))(46]。垂直应力主要是由上覆地层的严重性。因此,它可以通过密度计算曲线积分法(方程(12))。 在哪里是表土地层压力(MPa),是地层水静液压力(MPa),是伊顿指数,和是测量声波时差和正常的流体压力声波时差,垂直应力(MPa),深度(米)体积密度(公斤/米³),是重力加速度(m / s²)。

在这项研究中,黄光裕的模型(方程(13)和(14)是首选的最大和最小主应力水平(47]。黄光裕的模型及其改进模型已经广泛应用于油田压力评价(48,49]。 在哪里和的水平和水平最低的最大应力(MPa),分别孔隙压力(MPa),是静态泊松比,是表土地层压力(MPa),有效应力系数,和是建筑修正量。

3.2.4。多分辨率图论聚类

页岩储层是独一无二的,因此,地质因素和开发因素综合考虑储层分类。总有机碳等参数,生烃潜力,脆性指数,选择各向异性和全面MRGC分类的方法。MRGC多维点阵图像识别方法是基于非参数 - - - - - -邻居和图形数据表示方法。自从MRGC方法不依赖类的分类域来确定类别,它依赖于周围相邻的有限样本的分类。MRGC方法比其他方法更适合与重叠的类域核心样本集。采样点之间的相似性在MRGC方法是由欧几里得距离决定。采样点之间的关系吸引和被吸引被认为根据欧几里得距离矩阵。考虑到吸附每个采样点之间的关系和其他采样点,每个采样点的吸引能力所表达的所有其他采样点是最近邻指数(NI)。采样点最大的倪价值被认为是最后的引力中心。整个样本集分为多个景点集,和吸引力的中心是由内核表示指数(KRI)表示。分类的数量在每个水平多级分类是通过内核表示指数的降序排列。最终的分类结果通过多级融合的吸引力(50- - - - - -52]。MRGC聚类分析过程中,储层岩石的地质和工程参数综合考虑。分类结果减少人为因素造成的误差,更合理。

4所示。结果与讨论

4.1。岩心分析结果

总有机碳(TOC)的分布在12.8%和1.33之间,平均为7.3%。分布在2.08 ~ 6.13毫克/克平均为3.93毫克/克。分布在4.78 ~ 37.33毫克/克平均为20.43毫克/克。分布在0.03 - -0.67毫克/克平均为0.24毫克/克。最大热解峰值温度442 ~ 454°C平均为449.1°C(表1)。

页岩主要由石英、粘土矿物、和长石41.1%,32.5%,和14.9%的平均含量分别(图4(一)和表2)。粘土矿物分析说明伊利石为主要矿物的相对含量平均为54.2%。高岭石的平均含量为18.4%。绿泥石的平均含量为13.7%。伊利石/蒙皂石混合层的平均含量为13.7%(图4 (b)和表3)。

4.2。分析储层参数的计算结果

图5代表Chang的测井图7所示₃的y - 335。第九条曲线显示了岩性特征。黑色页岩开发在2480 ~ 2540米的深度。第一条曲线GR,两条曲线在页岩开发部分显示明显的镜像特征。第六频道代表了声波时差与电阻率叠加图。第七密度和电阻率的叠加图表示。第八频道中子曲线的叠加和电阻率来表示。页岩储层显示“四高和一个低”的特点,在常规测井响应曲线(GR、NPHI高、高DT, RT,高和低窝)。高GR是由于页岩沉积环境有一个深湖和semideep湖。泥沙颗粒相对较细,和粘土矿物含量相对较高。 A higher number of radioactive substances were adsorbed which showed a higher value in the GR logging response. The high value of NPHI was attributed to the reservoir being dominated by fine-grained sediments. As the bound water content was high, it leads to the rapid attenuation of neutrons in the reservoir and the high response value of the NPHI logging curve. The high DT was attributed to the shale reservoir being composed of clay minerals and organic matter. As the content of light minerals was high, it resulted in low density and high DT. High RT indicated that the reservoir was rich in organic matter. The conductivity of organic matter was poor, and the reservoir showed high resistivity. According to the logging response characteristics of shale oil reservoirs, conventional logging curves can be used to qualitatively identify shale reservoirs (Table4)。

图6显示了TOC的交集和岩心分析的生烃潜力。两个参数之间的相关性非常高,相关系数为0.87。的值和在方程(4)分别为2.8021和3.9297,分别。

图7显示了页岩的交会图内容、中子测井、密度测井,纵波时差,横波时差。他们都是与横波时差呈正相关。横波时差不同计算模型建立的曲线拟合方法。安法计算纵波时差在使用2019年Geolog脸图像模块软件。安是一个神经网络建模方法,该方法广泛应用领域的分类和识别。神经网络由输入层、隐层和输出层。这是一个误差反向传播算法训练的多层前馈网络。它的主要功能是根据误差反向传播网络学习和训练的方法。网络学习可以存储大量的输入和输出模式映射关系51]。建模曲线选择从y - 335,包括泥质含量、中子测井、密度测井,纵波时差。预测曲线是横波时差。为了消除不同建模之间的尺寸误差曲线,曲线之前规范化建模。图8(一个)显示了原始曲线分布,图8 (b)显示了归一化曲线分布。安法模型的横波时差曲线,和模型应用于其他井52]。

图9显示了横波时差的计算结果的检验。跟踪5显示了横波时差的叠加计算泥质含量和测量横波时差。6日到9日渠道代表之间的比较测量横波时差曲线和横波时差曲线计算了中子,密度、纵波时差,和安的方法。黑色的曲线代表了横波时差测量声波的数组。红色曲线获得了利用测井曲线。横波时差曲线的误差计算的泥内容被发现是重要的,同时考虑到第五曲线的比较结果。横波时差曲线计算了中子曲线和密度曲线证明nonshale重大错误的部分。在页岩部分误差是相对较低。安的横波时差曲线计算方法和横波时差曲线计算的纵波时差曲线证明高一致性的测量曲线。第十跟踪表示相对误差分析。 The green track represented the relative error of the p-wave time difference calculation curve, and the red track illustrated the relative error of the ANN calculation result. The error calculated by the p-wave time difference and the ANN method was controlled within 0.05%. The calculation accuracy was found to be accurate.

图10显示了TOC的计算结果和生烃潜力。第六频道代表了比较计算的总有机碳含量的常规测井曲线和核心的有机碳含量分析。蓝色曲线说明了总有机碳日志记录、计算和红色柱状图代表了核心的总有机碳分析。这两个曲线是一致的,这表明,页岩储层的总有机碳含量的计算方法是可靠的。第七跟踪显示,对比计算生烃潜力通过测井和岩心分析结果。绿色曲线显示,生烃潜力日志记录、计算和红杆显示核心的分析结果。他们被发现是高度一致的。

图11显示了计算脆性值和页岩储层的各向异性。第五个跟踪显示计算结果的杨氏模量和泊松比。第六频道显示,孔隙流体压力计算。第七跟踪显示,计算最大和最小水平主应力值。第八跟踪显示,脆性指数计算。水库的有机质含量越高,越低脆性指数以及相对贫穷的压缩性。

图12显示了交会图的脆性指数计算了日志记录和计算出的脆性指数矿物含量。两种方法计算的结果有很好的相关性。然而,也有一定的差异。错误造成的脆弱性评价方法基于矿物内容主要是由两个原因造成的。这种方法取决于岩石的脆性矿物含量,但是不同的矿物成分对脆性岩石在不同的地区有不同的影响。另一方面,这种方法只考虑矿物成分的内容而忽略成岩作用的影响,胶结和围压。脆弱性评价方法基于弹性参数也有一定的缺点。使用弹性参数的公式计算脆性指数具有较强地区的适用性。计算公式主要是基于岩石样本在不同地区和贫穷的普遍性。当计算动态弹性参数,考虑到时差,p波和s波,声波时差很容易受到TOC。 Moreover, the static elastic parameters are determined by laboratory experiments, and hence, their brittleness characteristics are easily affected by confining pressure, temperature, and other factors.

由于没有原位压力测试在实验室里,是不可能直接比较理性的原位应力和各向异性值计算了阵列声波测井。然而,考虑地应力的计算阵列声波测井,岩石在形成一个三维应力状态。钻井取心时,核心的原始应力状态,可以释放压力。应力释放过程中,大量的小裂缝可能形成。微裂隙的发展程度有一个内在的遗传与地应力的大小和方向之间的关系。声波传播速度是最慢的最大水平主应力的方向岩石。相反,声波的传播速度是最快的最小水平主应力的方向。波速的差异(时差)在不同的方向,即各向异性,是带来的地应力的存在。正交偶极子阵列的使用日志可以确定地应力的方向基于横波各向异性效应由压力引起的。沿着最大应力的横波偏振方向是快剪切波偏振垂直于这个方向。 Therefore, the state and orientation of in situ stress can be inferred. The intersection of the fast and slow bending wave dispersion curves in the orthogonal dipole data was found to be significant. The direction of the minimum principal stress was determined. Therefore, the maximum and minimum principal stresses and anisotropy calculated by array acoustic logging are reliable.

图(13日)显示了TOC的分布特征, ,BI, ,和正常化。图13 (b)显示了归一化后的分布特征。标准化消除了错误造成的空间曲线的区别。阶段的集群和直方图源自规范化自组织映射(SOM)的每个参数在图14表明,聚类效果相对较好。

图15显示了页岩储层的分类结果在y - 335。第四频道显示,总有机碳,第五频道显示,生烃潜力。第六频道表示脆性指数,第七频道显示最大和最小水平主应力。第八频道显示岩性剖面,第九频道代表储层分类的结果。页岩储层被分成三个相。Facies_1水库被标记为红色,粉红色Facies_2, Facies_3黄色。张7₃页岩油储层主要由Facies_1和Facies_2水库。的平均总有机碳Facies_1水库是10.99。生烃潜力为34.72毫克/克,脆性指数为24.75,最大水平主应力为45.61 MPa。水库是富含有机质,压缩率相对较低。Facies_2水库的总有机碳平均为7.22,生烃潜力为24.17毫克/克,脆性指数为28.34,最大水平主应力为45.4 MPa。的平均总有机碳Facies_3水库为3.46,生烃潜力为13.61毫克/克,脆性指数为34.02,最大水平主应力为44.27 MPa。水库的有机质含量较差(表5)。

5。结论

(1)页岩储层脆性矿物含量平均为58.8%,主要由石英和长石的平均含量为41.1%和14.9%,分别。粘土矿物的含量相对较高,而达到32.5%(以伊利石为主)的相对含量为54.2%(2)张总有机碳的7₃济源地区页岩储层范围从1.33%到12.8%,平均7.3%的价值。平均3.93毫克/克。平均分布的20.43毫克/克。平均0.24毫克/克。平均最高热解温度峰值为449.1°C。储层通常是一个良好的页岩油储层(3)纵波时差曲线的误差和计算的纵波时差曲线安方法控制在0.05%以内。计算精度高。因此,纵波时差曲线拟合公式可直接用于计算横波时差不使用复杂的神经网络模型(4)水库的Facies_1富含有机质,它被认为是最好的储层。总有机碳平均为10.99%,生烃潜力为34.72毫克/克,和脆性指数为24.75。的总有机碳和生烃潜力Facies_2水库都相对较低。TOC的平均含量为7.22,生烃潜力为24.17毫克/克,和脆性指数为28.34。Facies_3水库是可怜的总有机碳平均为3.46,13.61毫克/克的生烃潜力,脆性指数为34.02

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

本文得到了由陕西省教育部资助科研项目(项目号22 jk0504)和中国陕西省自然科学基础研究计划(项目号2023 jcqn0314)。