本發(fā)明涉及油氣勘探技術領域，尤其涉及一種根據(jù)有機質(zhì)含量對壓實曲線進行校正的方法。

背景技術：

壓實作用是沉積物最重要的成巖作用之一，具體指沉積物沉積后，由于上覆沉積物不斷加厚，在重荷壓力下所發(fā)生的作用。壓實過程中負荷壓力下內(nèi)部的流體不能及時排出，常伴生異常高壓的發(fā)育，長期以來一直將泥巖欠壓實作用作為油氣初次運移的主要動力。因此，泥巖壓實現(xiàn)象一直是石油地質(zhì)學家們關注的熱點問題。

在壓實作用下沉積物將發(fā)生孔隙水排出、致密，孔隙度不斷降低，密度不斷增大。對于抗壓性較弱、受膠結(jié)作用影響較小的泥巖來說，其孔隙度隨深度的變化可以直接反映壓實作用的歷史和特征。但實際上，泥巖孔隙度很難準確測得。美國巖石學家Wyllie在大量實驗基礎上提出孔隙度與聲波時差之間存在線性關系：即巖性均一時，巖層的聲波時差基本上可以反映其孔隙度的變化。因此，聲波時差與深度的關系曲線(即壓實曲線)是目前研究泥巖壓實作用最常用的手段。

鑒于泥巖壓實的復雜性和重要性，實測的泥巖聲波時差通常受到很多地質(zhì)因素的影響。因此，在研究過程中需要不斷對獲得的泥巖壓實曲線進行各種影響因素的校正。然而在現(xiàn)有技術中，對于烴源巖中有機質(zhì)造成的聲波時差影響鮮有人進行研究，通常不予考慮，將其全部歸結(jié)為泥巖欠壓實作用。有機質(zhì)本身具有高聲波時差的特性，其導致的聲波時差異常往往不能客觀反映孔隙度的變化，特別是具有高豐度有機質(zhì)的烴源巖層系內(nèi)的油頁巖。因此基于有機質(zhì)的影響，根據(jù)聲波時差異常獲取的壓實規(guī)律(如地層壓力)或者地質(zhì)認識在一定程度中勢必存在誤差甚至是錯誤。

因此，如何消除有機質(zhì)對聲波時差的影響，已經(jīng)成為目前油氣勘探技術領域亟待解決的重要技術問題。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種壓實曲線校正方法。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述的技術方案：

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，其提供一種壓實曲線校正方法，包括如下步驟：基于Wylle方程構(gòu)建烴源巖巖石體積模型，其中該巖石體積模型中包括泥巖骨架部分、固體有機質(zhì)部分、孔隙部分以及孔隙流體部分；根據(jù)實測的泥巖骨架聲波時差、有機質(zhì)密度、巖石密度以及有機質(zhì)含量、孔隙流體聲波時差、有機質(zhì)聲波時差，確定聲波時差增加量△t_TOC與有機質(zhì)含量w之間的關系；基于所確定的聲波時差增加量與有機質(zhì)含量之間的關系，采用平衡深度法計算出地層壓力與剩余壓力，進而繪制得到經(jīng)過校正后的壓實曲線。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，聲波時差增加值△t_TOC與有機質(zhì)含量w之間符合下述關系式：

${\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{TOC}}=\mathrm{\Δt}+\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{om}}\·(A-\mathrm{B\Δt})}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{om}}\·C+\mathrm{\ρ}\·D\·w\left(\mathrm{TOC}\right)}-E$

其中，△t為實測的泥巖骨架聲波時差，ρ為巖石密度，ρ_om為有機質(zhì)密度，w(TOC)表示有機質(zhì)含量與有機碳含量之間的函數(shù)關系式，A，B，C，D，E對于特定地區(qū)為常數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，針對含油率高的段，將所述孔隙流體聲波時差近似取值為石油聲波時差。

根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，針對普通泥巖段，將所述孔隙流體聲波時差近似取值為地層水聲波時差。

根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，其中，常數(shù)A，B，C，D，E分別通過下列關系式計算得到：

A＝{Δt_ma-[(1-T)Δt_w+TΔt_oil]}[(1-T)Δt_w+TΔt_oil]

B＝Δt_ma-[(1-T)Δt_w+TΔt_oil]

C＝Δt_ma-[(1-T)Δt_w+TΔt_oi

D＝Δt_om-Δt_ma

E＝(1-T)Δt_w+TΔt_oil

其中，△t_ma為骨架聲波時差，△t_w為地層水聲波時差，△t_oil為石油聲波時差，△t_om為有機質(zhì)聲波時差。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，根據(jù)平衡深度法確定的地層壓力和剩余壓力通過下式獲得：

$P={\mathrm{\γ}}_{w}Z+({\mathrm{\γ}}_b-{\mathrm{\γ}}_w)\×\frac{-1}{c}\ln \left\{\frac{\mathrm{\Δt}-{\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{TOC}}}{{\mathrm{\Δt}}_0}\right\}$

$\mathrm{\ΔP}=({\mathrm{\γ}}_b-{\mathrm{\γ}}_w)\×\frac{-1}{c}\ln \left\{\frac{\mathrm{\Δt}-{\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{TOC}}}{{\mathrm{\Δt}}_0}\right\}$

其中，γ_w表示地層水靜水壓力梯度，取決于地層水的平均密度，約為0.1015；γ_b表示實際深度與等效深度之間巖性柱的壓力梯度，與巖石平均密度有關，約為0.231；Z表示深度；c表示壓實曲線回歸斜率(壓實系數(shù))；△t₀表示地表聲波時差。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，其中，通過巖石熱解法獲得所述有機碳含量。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，其中，通過密度測井曲線獲得所述巖石密度，并取有機質(zhì)密度為1.0-1.1g/cm³。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明將有機質(zhì)引入到巖石體積模型中，在Wyllie方程的基礎上經(jīng)過一系列計算推導，建立起有機質(zhì)含量與聲波時差增加值之間的關系，基于二者關系，采用平衡深度法計算得到經(jīng)過校正后的地層壓力與剩余壓力。計算結(jié)果更接近實際地質(zhì)情況。因此本發(fā)明對于正確分析一個地區(qū)的地層壓力演化、超壓形成與分布以及成藏動力構(gòu)成及其演化等均具有重要的現(xiàn)實意義。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要的附圖做簡單的介紹：

圖1為本發(fā)明所提供的壓實曲線校正方法的流程圖；

圖2為紅河21井有機質(zhì)校正前后壓實曲線對比圖；

圖3為紅河109井有機質(zhì)校正前后壓實曲線對比圖；

圖4為鎮(zhèn)涇地區(qū)有機質(zhì)校正前后的壓實曲線、地層壓力、剩余壓力以及壓力系數(shù)的對比圖；

圖5為鎮(zhèn)涇地區(qū)單井泥巖剩余壓力數(shù)值模擬結(jié)果圖。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖及實施例來詳細說明本發(fā)明的實施方式，借此對本發(fā)明如何應用技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。需要說明的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結(jié)合，所形成的技術方案均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

本發(fā)明所提供的壓實曲線校正方法在經(jīng)典的Wyllie方程的基礎上進行了修正。Wyllie方程成立的假設條件是將巖石體積模型簡化為巖石骨架、孔隙和孔隙流體三部分。本發(fā)明為了考慮烴源巖中有機質(zhì)(干酪根)對于聲波時差的影響，將有機質(zhì)引入到巖石體積模型中，將巖石骨架進一步劃分為泥巖骨架和有機質(zhì)兩部分。根據(jù)Wyllie方程進行計算和推導，建立起有機質(zhì)含量與孔隙度之間的關系。根據(jù)計算的孔隙度進一步獲得校正后的聲波時差。校正后的聲波時差不僅可以消除有機質(zhì)影響，同時還可以將其代入平衡深度法的地層壓力與剩余壓力計算公式中，消除有機質(zhì)對于地層壓力和剩余壓力的影響，獲得更為準確的地質(zhì)參數(shù)。

有機質(zhì)導致聲波時差增量公式的推導過程如下：

假設烴源巖孔隙度為有機質(zhì)含量為v(體積百分比)，根據(jù)Wyllie公式，烴源巖的聲波時差可以表示為：

式中，為孔隙度，％；Δt為聲波時差，μs/m；Δt_fm為骨架聲波時差，μs/m；Δt_f為孔隙流體聲波時差，μs/m。

基于前述構(gòu)建的烴源巖等效體積模型，烴源巖骨架包含泥巖骨架和有機質(zhì)2部分，假定有機質(zhì)含量為ν(體積百分比)，則烴源巖骨架聲波時差Δt_fm可以修改為：

Δt_fm＝(1-ν)Δt_ma+νΔt_om (2)

烴源巖孔隙流體由烴類與地層水組成，假定烴類占孔隙流體的體積百分比為T，則孔隙流體聲波時差Δt_f可以表示為：

Δt_f＝(1-T)Δt_w+TΔt_oil (3)

烴源巖含油率采用低溫干餾法進行實驗室測定，也可以通過擬合有機碳含量與實測含油率關系獲得。

式中有機質(zhì)含量(ν)與有機碳含量(TOC)，并不是一個概念，有機碳含量指的是質(zhì)量百分比，v與TOC之間關系可用下式表示：

$v=\frac{\mathrm{\ρ}}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{om}}}\×\mathrm{TOC}---\left(4\right)$

其中，ρ為巖石密度，可由密度測井曲線獲得，包括巖石骨架密度和流體密度。ρ_om為有機質(zhì)密度。由于有機質(zhì)的密度較小，接近于1.0g/cm³，而黏土質(zhì)礦物的骨架密度為2.7g/cm³，地層密度的變化對應于有機質(zhì)豐度的變化，因此，當有機質(zhì)取代巖石骨架時，就會使巖石的密度減小，有機碳含量與密度值呈負相關直線關系，即隨著密度值的增大有機碳含量逐漸降低。

因此，由式(1)、(2)可得烴源巖的聲波時差為：

由此，當聲波時差為Δt時，烴源巖層孔隙度為：

式中，Δt為實測的聲波時差值(μs/m)；為泥巖孔隙度(％)；w為有機質(zhì)含量(％)；Δt_ma為骨架聲波時差(μs/m)；Δt_f為孔隙流體聲波時差(μs/m)；Δt_om為有機質(zhì)聲波時差(μs/m)。

假定在聲波時差值完全不受有機質(zhì)影響的情況下，與烴源巖具有相同孔隙度和相似孔隙流體的等當泥巖的聲波時差Δt'應為：

對于一定有機質(zhì)含量w的烴源巖與具相同孔隙度的非烴源巖層段相比，其聲波時差增加值Δt_TOC為：

Δt_TOC＝Δt-Δt' (8)

將式(6)代入(7)，消除孔隙度項，再代入式(8)，最后整理得到Δt_TOC的計算公式為：

${\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{TOC}}=\mathrm{\Δt}-{\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{sh}}+\frac{[(1-w){\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{ma}}+w{\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{om}}-\mathrm{\Δt}]({\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{sh}}-{\mathrm{\Δt}}_w)}{(1-w){\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{ma}}+w{\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{om}}-{\mathrm{\Δt}}_f}---\left(9\right)$

將式(3)與式(4)代入式(9)，整理可得Δt_TOC與有機碳含量w(TOC)之間關系：

${\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{TOC}}=\mathrm{\Δt}+\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{om}}\·(A-\mathrm{B\Δt})}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{om}}\·C+\mathrm{\ρ}\·D\·w\left(\mathrm{TOC}\right)}-E---\left(10\right)$

其中，A、B、C、D、E對于某地區(qū)應為常數(shù)，根據(jù)以下關系求得：

A＝{Δt_ma-[(1-T)Δt_w+TΔt_oil]}[(1-T)Δt_w+TΔt_oil]；

B＝Δt_ma-[(1-T)Δt_w+TΔt_oil]；

C＝Δt_ma-[(1-T)Δt_w+TΔt_oi；

D＝Δt_om-Δt_ma；

E＝(1-T)Δt_w+TΔt_oil

對烴源巖層段聲波時差進行有機質(zhì)含量校正之后，將式(10)代入平衡深度法壓力和剩余壓力計算公式：

$P={\mathrm{\γ}}_{w}Z+({\mathrm{\γ}}_b-{\mathrm{\γ}}_w)\×\frac{-1}{c}\ln \left\{\frac{\mathrm{\Δt}}{{\mathrm{\Δt}}_0}\right\}---\left(11\right)$

$\mathrm{\ΔP}=({\mathrm{\γ}}_b-{\mathrm{\γ}}_w)\×\frac{-1}{c}\ln \left\{\frac{\mathrm{\Δt}}{{\mathrm{\Δt}}_0}\right\}---\left(12\right)$

其中，γ_w表示地層水靜水壓力梯度，取決于地層水的平均密度，約為0.1015；γ_b表示實際深度與等效深度之間巖性柱的壓力梯度，與巖石平均密度有關，約為0.231；Z表示深度；c表示壓實曲線回歸斜率(壓實系數(shù))；△t₀表示地表聲波時差。通過上式，可獲得校正后的等效深度計算公式，整理可得烴源巖段地層壓力與剩余壓力值表達式：

$P={\mathrm{\γ}}_{w}Z+({\mathrm{\γ}}_b-{\mathrm{\γ}}_w)\×\frac{-1}{c}\ln \left\{\frac{\mathrm{\Δt}-[\mathrm{\Δt}+\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{om}}\·(A-\mathrm{B\Δt})}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{om}}\·C+\mathrm{\ρ}\·D\·w\left(\mathrm{TOC}\right)}-E]}{{\mathrm{\Δt}}_0}\right\}---\left(13\right)$

$\mathrm{\ΔP}=({\mathrm{\γ}}_b-{\mathrm{\γ}}_w)\×\frac{-1}{c}\ln \left\{\frac{\mathrm{\Δt}-[\mathrm{\Δt}+\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{om}}\·(A-\mathrm{B\Δt})}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{om}}\·C+\mathrm{\ρ}\·D\·w\left(\mathrm{TOC}\right)}-E]}{{\mathrm{\Δt}}_0}\right\}---\left(14\right)$

由上推導可知，當考慮了有機質(zhì)對聲波時差的影響時，求取的異常壓力可以很好地反映實際地質(zhì)情況。

基于上述推論，提出本發(fā)明。本發(fā)明的校正壓實曲線的方法流程請參見圖1。其具體包括如下步驟：基于Wylle方程構(gòu)建烴源巖巖石體積模型，其中該巖石體積模型中包括泥巖骨架部分、固體有機質(zhì)部分、孔隙部分以及孔隙流體部分；根據(jù)實測的泥巖骨架聲波時差、有機質(zhì)密度、巖石密度以及有機質(zhì)含量、孔隙流體聲波時差、有機質(zhì)聲波時差，確定聲波時差增加量△t_TOC與有機質(zhì)含量w之間的關系；基于所確定的聲波時差增加量與有機質(zhì)含量之間的關系，采用平衡深度法計算出地層壓力與剩余壓力，進而繪制得到經(jīng)過校正后的壓實曲線。

通過上述兩個公式13和14，消除了有機質(zhì)含量對于聲波時差的影響，從而獲取較為準確的地層壓力和剩余壓力，為正確分析地層壓力演化、超壓形成與分布乃至成藏動力構(gòu)成及其演化等提供了重要參考依據(jù)。下面結(jié)合附圖和具體的實際測量及模擬數(shù)據(jù)對本發(fā)明的可行性進行詳細說明。

在鄂爾多斯盆地南部地區(qū)，長7油層組和長8油層組普遍存在欠壓實作用。本實施例中針對該地區(qū)有機質(zhì)引起的聲波時差異常進行了校正。在壓實研究過程中需對有機質(zhì)引起的聲波時差進行定量扣除，以獲得準確反映客觀地質(zhì)條件的壓實曲線。

鑒于實測有機碳資料在縱向及平面分布的局限性，本實施例中選取實測有機碳資料較為系統(tǒng)的紅河21井與紅河109井，對其壓實曲線進行校正，具體參見圖2和圖3。圖2和圖3中的曲線(1)為校正前的壓實曲線，曲線(2)為校正后的壓實曲線，曲線(3)為有機碳含量。根據(jù)圖中的結(jié)果可知，除長7段底部油頁巖外，其他泥巖段有機碳含量較低，有機質(zhì)引起的聲波時差異常也較小。除去有機質(zhì)造成的聲波時差異常之后，整個壓實曲線的形態(tài)改變不大，校正前后的聲波時差值變化不大。而長7段底部油頁巖中有機碳含量高，有機質(zhì)引起的聲波時差較大，校正后的聲波時差值較校正前大幅度減小?？梢姡袡C質(zhì)對于巖石聲波時差的影響還是非常明顯的。

圖4為鄂爾多斯盆地南部地區(qū)有機質(zhì)校正前后的聲波時差、地層壓力、剩余壓力以及壓力系數(shù)曲線圖。地層壓力曲線中(1)為靜水壓力線，(2)為靜巖壓力線。圖中深色曲線為校正前數(shù)值，淺色曲線為校正后數(shù)值。從長7油層組開始發(fā)育欠壓實，向長8油層組減小直至消失，從圖中的長7、長8油層組淺色曲線(校正后)可以看到，經(jīng)過校正之后的泥巖壓實曲線整體形態(tài)沒有發(fā)生改變，但欠壓實的幅度減小很多。相應地，地層壓力、剩余壓力和壓力系數(shù)在校正之后也 有了較大幅度的減小。以剩余壓力為例，校正前長7油層組底部頁巖段剩余壓力值約為18MPa，聲波時差校正之后，重新計算獲得的剩余壓力最大約9.5Mpa，比校正前減小很多?？梢?，烴源巖層段有機質(zhì)對壓實作用的影響不容忽視。

圖5為鄂爾多斯盆地南部地區(qū)單井泥巖剩余壓力數(shù)值模擬結(jié)果圖。圖中包括紅河101、紅河113、紅河159、紅河128四口井的泥巖剩余壓力演化曲線?？梢姡芯繀^(qū)內(nèi)泥巖壓力最大不超過10Mpa。利用校正后聲波時差計算的泥巖孔隙度與實測孔隙度吻合度較高，且計算的剩余壓力與數(shù)值模擬結(jié)果一致。因此，本發(fā)明提出的壓實曲線校正方法具有良好的可操作性和實用性，能夠有效消除有機質(zhì)造成的聲波時差異常，也可作為鄂爾多斯盆地及其他地區(qū)壓實相關研究的借鑒。

雖然本發(fā)明所公開的實施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術領域內(nèi)的技術人員，在不脫離本發(fā)明所公開的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式上及細節(jié)上作任何的修改與變化，但本發(fā)明的專利保護范圍，仍須以所附的權利要求書所界定的范圍為準。