一種通過測井數(shù)據(jù)獲取頁巖儲層含氣量的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種獲取頁巖儲層含氣量的方法，具體涉及一種通過測井數(shù)據(jù)獲取頁 巖儲層含氣量的方法。
【背景技術】
[0002] 含氣量是頁巖儲層評價的關鍵參數(shù)，對頁巖含氣性評價、儲量預測具有重要意義。 含氣量確定包括現(xiàn)場解吸法、等溫吸附法和測井解釋法。現(xiàn)場解吸法反映了樣品的實際含 氣量，但受取心方式和提鉆時間影響，損失氣估算誤差較大。等溫吸附法獲得的是頁巖的最 大吸附氣量，未考慮游離氣量部分，與實際含氣量有較大差別。測井解釋法是通過測井數(shù)據(jù) 結合巖心實驗建立含氣量的測井解釋模型，可以預測頁巖的含氣量，減少實驗成本。Decker 研宄發(fā)現(xiàn)，頁巖實測含氣量與TOC(總有機碳含量）存在很好的正線性相關關系，TOC與體積 密度存在很好的負線性相關關系，因此可以通過建立體積密度與含氣量的計算模型來預測 頁巖含氣量。ClufT等以等溫吸附和體積模型為基礎，利用測井解釋參數(shù)計算了Delaware 盆地中Barnett頁巖和Woodford頁巖原地資源量。Utley等使用神經(jīng)網(wǎng)絡計算關鍵參數(shù)基 于等溫吸附和體積模型計算了Fayetteville頁巖含氣量。
[0003] 此外，申請?zhí)枮?01410249240. 5,發(fā)明名稱為"一種利用測井曲線獲得頁巖氣含氣 量的方法"的中國發(fā)明專利申請?zhí)岢鐾ㄟ^解析實驗所得頁巖氣含氣量與頁巖測井數(shù)據(jù)線性 回歸，得到頁巖氣含氣量與聲波時差、電阻率的一元線性回歸方程及二元線性回歸方程計 算頁巖含氣量。郭旭升等通過現(xiàn)場實測總含氣量與實驗分析T0C的線性關系建立一元線性 模型計算涪陵氣田頁巖儲層含氣量。但是，通過建立實測含氣量與測井參數(shù)之間的線性模 型預測含氣量在煤層氣井中應用效果較好，而線性回歸法對含氣量較低的井誤差較高，頁 巖含氣量總體遠小于煤層含氣量。另外頁巖氣井在鉆井取心過程中，受取心方式影響氣體 損失嚴重，損失氣量占總含氣量的40-70%，損失氣估算結果誤差較大，因此使用測井數(shù)據(jù) 與實測含氣量之間的線性或非線性模型預測頁巖含氣量可能帶來很大的誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種通過測井數(shù)據(jù)獲取頁巖儲層含氣量的方 法。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術方案：一種通過測井數(shù)據(jù)獲取頁巖儲層含 氣量的方法，其包括以下步驟：
[0006] 步驟一：在研宄區(qū)中選擇頁巖氣井進行取心，然后對同一個頁巖樣品分別測量孔 隙度、有機碳含量TOC。^、含水飽和度Sw_raM、膠結指數(shù)m、飽和度指數(shù)n、蘭格繆爾體積 '、蘭格繆爾壓力1\、地層骨架密度pjP地層流體密度Pfl;
[0007] 步驟二：通過測井數(shù)據(jù)計算獲取頁巖儲層含氣量的關鍵參數(shù)：
[0008] 1)利用多元線性回歸法獲取測井有機碳含量T0C1()g:
[0009] ①相關性檢測：使用SPSS軟件將步驟一中巖心實測的頁巖樣品TOC。。,^據(jù)與頁 巖樣品采樣點相同深度的各測井曲線值進行雙變量相關性分析，得到TOC_與各測井曲線 的相關性表，并從相關性表選擇在0. 01水平上顯著相關的測井曲線，包括自然伽馬GR、體 積密度DEN和中子CNL;
[0010] ②多元線性回歸：使用步驟一中巖心實測的頁巖樣品TO(；OTe與顯著相關的測井 曲線使用SPSS軟件進行多元線性回歸，得到復相關系數(shù)R、統(tǒng)計量F和多元線性回歸方程 (1)：
[0011] TOCcore =aXGR+bXDEN+cXCNL+d(1)
[0012] 式中，TOCeOTe為步驟一中巖心實測的頁巖樣品有機碳含量，wt% ;a、b、c、d為多元 回歸系數(shù)，通過SPSS軟件進行線性回歸后得到；
[0013] ③F統(tǒng)計檢驗：給定顯著性水平0.01、多元回歸樣品容量M和多元線性回歸方程 元數(shù)N，通過查F分布臨界值表得到Fa^ (N，M-N-1)，如果F>Fa ^ (N，M-N-1)，多元線性關系 顯著，則多元線性回歸方程（1)成立；如果!?彡匕 (11^114-1)，多元線性關系不顯著，則略 去相關性分析中Pearson相關系數(shù)絕對值較小的測井曲線，重新進行多元線性回歸，直到F >Fa(ll(n，M-n-1)成立為止，則通過測井計算的有機碳含量的公式為：
[0014] T0Clog =aXGR+bXDEN+cXCNL+d (2)
[0015] 2)計算孔隙度：
[0016] 首先建立巖石體積模型，并通過體積密度得到體積方程：
[0017]
[0018]
【主權項】
1. 一種通過測井數(shù)據(jù)獲取頁巖儲層含氣量的方法，其包括以下步驟： 步驟一：在研宄區(qū)中選擇頁巖氣井進行取心，然后對同一個頁巖樣品分別測量孔隙度 0?>re、有機碳含量TOCraM、含水飽和度Sw_raM、膠結指數(shù)m、飽和度指數(shù)n、蘭格繆爾體積八、 蘭格繆爾壓力1\、地層骨架密度pjP地層流體密度Pfl; 步驟二：通過測井數(shù)據(jù)計算獲取頁巖儲層含氣量的關鍵參數(shù)： 1)利用多元線性回歸法獲取測井有機碳含量TOC1()g: ① 相關性檢測：使用SPSS軟件將步驟一中巖心實測的頁巖樣品TOCeOTe數(shù)據(jù)與頁巖樣 品采樣點相同深度的各測井曲線值進行雙變量相關性分析，得到TOC_與各測井曲線的相 關性表，并從相關性表選擇在0. 01水平上顯著相關的測井曲線，包括自然伽馬GR、體積密 度DEN和中子CNL ; ② 多元線性回歸：使用步驟一中巖心實測的頁巖樣品TO(；OTe與顯著相關的測井曲線使 用SPSS軟件進行多元線性回歸，得到復相關系數(shù)R、統(tǒng)計量F和多元線性回歸方程（1): TOCcore = a X GR+b X DEN+c X CNL+d (1) 式中，TOCeOTe為步驟一中巖心實測的頁巖樣品有機碳含量，wt%;a、b、c、d為多元回歸 系數(shù)，通過SPSS軟件進行線性回歸后得到； ③F統(tǒng)計檢驗：給定顯著性水平0. 01、多元回歸樣品容量M和多元線性回歸方程元數(shù) N，通過查F分布臨界值表得到Fa(ll (N，M-N-1)，如果F>Fa(ll (N，M-N-1)，多元線性關系顯 著，則多元線性回歸方程（1)成立；如果!?彡匕 (11^114-1)，多元線性關系不顯著，則略去 相關性分析中Pearson相關系數(shù)絕對值較小的測井曲線，重新進行多元線性回歸，直到F> FQ.Q1(n，M-n-l)成立為止，則通過測井計算的有機碳含量的公式為： T0Clog = a X GR+b X DEN+c X CNL+d (2) 2) 計算孔隙度： 首先建立巖石體積模型，并通過體積密度得到體積方程：
式中，0為測井計算的孔隙度，％;P m為地層骨架密度，g/cm 3; Pb為地層體積密度，g/ cm3;VTO為有機碳含量體積百分比，vol% ;wTO為測井計算的有機碳含量T0C1()g，wt% ;pfl 為地層流體密度，g/cm3;k為校正因子； 根據(jù)以上體積方程得到孔隙度的計算公式為：
將公式（5)計算得到的孔隙度0與步驟一中巖心實測的頁巖樣品孔隙度(3ccre進行線 性回歸：
式中，e、f為線性回歸系數(shù)，通過SPSS軟件進行線性回歸后得到；為校正后的測井 計算孔隙度，％; 3)計算含氣飽和度： 頁巖含水飽和度根據(jù)阿爾奇公式計算：
式中，Sw為含水飽和度，％;RW為地層水電阻率，ohmm;0為測井計算的孔隙度，％;Rt 為地層電阻率，ohmm;m為膠結指數(shù)；n為飽和度指數(shù)； 將公式（8)計算得到的含水飽和度5￥與步驟一中巖心實測的頁巖樣品含水飽和度Sw_raM進行線性回歸： Sw-core=gXSw+h(9) Sw-i〇g=gXSw+h(10) 式中，Sw+g為經(jīng)過巖心校正的測井計算的含水飽和度，％ ;g、h為線性回歸系數(shù)，通過SPSS軟件進行線性回歸后得到； 頁巖含氣飽和度為： sg=i-sw_log (11) 步驟三：計算頁巖含氣量： 由于在計算頁巖儲層原地資源量時使用吸附氣和游離氣之和來表征總含氣量，故需要 對吸附氣含量和游離氣含量分別進行計算： 1) 吸附氣含量： 根據(jù)地層實際溫度、壓力和有機碳含量對頁巖樣品進行校正，具體包括利用公式（12) 進行蘭格繆爾壓力校正，利用公式（13)進行蘭格繆爾體積校正，以及利用公式（14)進行有 機碳含量校正： Vlt= 33. 3357V丄X1. 0062th (12) Plt= 145. 1379P' 1. 0116Hi (13)
式中，Vlt為儲層溫度校正的蘭格繆爾體積，m3/t;Plt為儲層溫度校正的蘭格繆爾壓力，MPa;T為儲層溫度，°CA為等溫吸附實驗溫度，°C;Vi為頁巖樣品蘭格繆爾體積，m3/t 為頁巖樣品蘭格繆爾壓力，MPa。為經(jīng)過儲層溫度和有機碳含量校正的蘭格繆爾體積，m3/ t； 根據(jù)蘭格繆爾方程計算頁巖儲層吸附氣量：
式中，1為吸附氣含量，m3/t;P為儲層壓力，MPa;H為儲層深度，m; 2) 游離氣含量： 游離氣量是頁巖孔隙空間中的含氣量，通過體積模型計算：
式中，Gf為游離氣量，m3/t;Bg為氣體壓縮系數(shù)，m3/m3; 0.為測井計算的孔隙度，％;Sg為頁巖含氣飽和度，％ ;Pb為地層體積密度，g/cm3。 由于吸附氣的存在會影響游離氣的容納空間，故需減去吸附氣所占的體積空間，因此 游離氣實際含量為：
式中，M為天然氣的視分子重量，g/mol ; P s為吸附態(tài)甲烷密度，g/cm3; 最終得到頁巖儲層總含氣量為： Gt=Ga+Gf (19) 式中，Gt為頁巖儲層總含氣量，m3/t;Ga為頁巖吸附氣量，m3/t;Gf為頁巖游離氣量，m3/ to
2. 如權利要求1所述的一種通過測井數(shù)據(jù)獲取頁巖儲層含氣量的方法，其特征在于， 在公式（8)中，地層電阻率Rt在頁巖儲層中常取與頁巖相鄰或相近的灰?guī)r或砂巖地層水電 阻率。
3. 如權利要求1所述的一種通過測井數(shù)據(jù)獲取頁巖儲層含氣量的方法，其特征 在于，在公式（15)中，儲層壓力P根據(jù)地層壓力梯度計算，正常壓力梯度情況下P= 9. 8XH/1000。
4. 如權利要求1所述的一種通過測井數(shù)據(jù)獲取頁巖儲層含氣量的方法，其特征在于， 在公式（18)中，天然氣的視分子重量M根據(jù)解吸氣組分計算，甲烷為16 ;吸附態(tài)甲烷密度 Ps= 0. 375-0. 4233,頁巖儲層根據(jù)經(jīng)驗取0. 4。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種通過測井數(shù)據(jù)獲取頁巖儲層含氣量的方法，其包括以下步驟：步驟一：在研究區(qū)中選擇頁巖氣井進行取心，然后對同一個頁巖樣品分別測量孔隙度有機碳含量TOCcore、含水飽和度Sw-core、膠結指數(shù)m、飽和度指數(shù)n、蘭格繆爾體積VL、蘭格繆爾壓力PL、地層骨架密度ρm和地層流體密度ρfl；步驟二：通過測井數(shù)據(jù)計算獲取頁巖儲層含氣量的關鍵參數(shù)；步驟三：利用上述關鍵參數(shù)分別計算吸附氣含量和游離氣含量，并用吸附氣和游離氣之和來表征頁巖儲層總含氣量。本發(fā)明通過測井數(shù)據(jù)計算頁巖儲層含氣量，減少了鉆井取心的成本，縮短了儲層含氣性評價的周期。同時，本發(fā)明分別從吸附氣、游離氣兩個相態(tài)計算儲層的頁巖儲層中天然氣的總量，符合頁巖儲層含氣性特點，計算精度更高。
【IPC分類】G06F19-00, G01N7-14
【公開號】CN104573344
【申請?zhí)枴緾N201410826709
【發(fā)明人】唐穎, 李樂忠, 蔣時馨
【申請人】中國海洋石油總公司, 中海石油氣電集團有限責任公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月25日