利用孔隙度差值計(jì)算粘土含量的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及地質(zhì)勘探測量領(lǐng)域，具體為一種利用孔隙度差值計(jì)算粘土含量的方 法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)一的技術(shù)方案
[0003] 中子一密度交會(huì)法計(jì)算粘土含量（雍世和，張超謨.測井?dāng)?shù)據(jù)處理與綜合解釋 ?2007)
[0004] 當(dāng)擁有淡水砂巖刻度的中子（ΦΝ)和密度孔隙度（?D)值時(shí)，可以利用中子一密度 孔隙度交會(huì)圖版確定巖石的粘土含量。該方法中確定粘土含量的關(guān)鍵在于明確圖版中的三 個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，分別是骨架點(diǎn)、粘土點(diǎn)和水點(diǎn)。
[0005] 砂礫巖的骨架礦物主要是石英，其次是長石，此外還有約1 %的重礦物。長石又主 要是抗風(fēng)化能力強(qiáng)的正長石和微斜長石，而正長石和微斜長石的體積密度為2.57g/cm3，與 石英的體積密度2.65g/cm 3相差甚小。它們的中子測井值也與石英非常接近。因此，在測井 解釋中，一般不再區(qū)分石英與長石，常以石英代表砂礫巖的骨架礦物。當(dāng)按砂巖刻度時(shí)，石 英的中子孔隙度和密度孔隙度為Φ Ν = 〇%和〇d = 〇%。因此，中子一密度交會(huì)圖版的原點(diǎn)就 是骨架點(diǎn)。當(dāng)假定ΦΝ=1〇〇%并且％=1〇〇%時(shí)，即巖石不含骨架，完全為孔隙水，即為水 點(diǎn)。骨架點(diǎn)和水點(diǎn)是理想點(diǎn)，容易確定，它們的連線稱之為含水純砂巖線。若巖石僅僅由骨 架和孔隙中的水組成，中子和密度孔隙度的交會(huì)點(diǎn)應(yīng)分布在這條線上，從骨架點(diǎn)到水點(diǎn)，孔 隙度逐漸增加。
[0006] 由于粘土礦物中的氫氧根和粘土結(jié)晶水、束縛水的存在，粘土?xí)沟脦r石的快中 子減速長度明顯減小，即中子孔隙度明顯增大。粘土對密度孔隙度的影響與粘土礦物的密 度有關(guān)，如果粘土的密度大于骨架密度，會(huì)使得密度孔隙度減小。通常情況，受粘土的影響， 中子孔隙度大于密度孔隙度，粘土點(diǎn)位于含水純砂巖下方。骨架點(diǎn)與粘土點(diǎn)的連線稱為泥 巖線，線上點(diǎn)所代表巖石的孔隙度為〇%，從骨架點(diǎn)到粘土點(diǎn)粘土含量逐漸增加。粘土點(diǎn)與 水點(diǎn)的連線稱為含水粘土線，線上點(diǎn)所代表的巖石由水和粘土組成，沒有骨架的成分，從粘 土點(diǎn)到水點(diǎn)孔隙度逐漸增大。圖版中與含水純砂巖線平行的一組虛線代表巖石中粘土含 量。同一虛線所代表巖石的粘土含量相同，而孔隙度不同。不同虛線之間，所代表巖石粘土 含量不同。骨架點(diǎn)、粘土點(diǎn)和水點(diǎn)構(gòu)成三角形，不同孔隙度與不同粘土含量的砂礫巖所對應(yīng) 的點(diǎn)應(yīng)該在三角形內(nèi)部，點(diǎn)到含水純砂巖線距離的變化代表粘土含量的變化，粘土點(diǎn)到含 水純砂巖線的距離代表粘土含量為100%，距離為0代表粘土含量為0%，經(jīng)線性刻度可得到 不同點(diǎn)對應(yīng)的粘土含量，具體的計(jì)算公式為：
_7] (1)
[0008] 現(xiàn)有技術(shù)一的缺點(diǎn)
[0009] 該方法中：骨架點(diǎn)、水點(diǎn)多為理論值，很容易確定;然而，粘土點(diǎn)的位置難以確定， 因?yàn)椴煌貐^(qū)粘土礦物類型、含量及其結(jié)晶水、束縛水存在差異，這些因素均會(huì)影響其骨架 點(diǎn)值的確定。
[0010]現(xiàn)有技術(shù)二的技術(shù)方案
[0011] 中子與密度組合法計(jì)算粘土含量(譚廷棟.測井解釋粘土礦物.1987)
[0012] 對于中子和密度測井而言，巖石泥質(zhì)當(dāng)中的非粘土部分與骨架的性質(zhì)相似，所以 可以將這兩種測井方法對應(yīng)的巖石體積物理模型分為三個(gè)部分，分別為骨架、粘土和孔隙。 中子測井測量井內(nèi)巖石含氫量的變化，粘土礦物中的氫氧根及其束縛水、結(jié)晶水使得含氫 量增加。密度測井測量井內(nèi)巖石體積密度的變化，當(dāng)粘土密度小于骨架密度時(shí)，粘土引起巖 石體積密度降低，反之當(dāng)粘土密度大于骨架密度時(shí)，粘土引起巖石體積密度增加。如果把含 氫量和體積密度分別轉(zhuǎn)換成中子孔隙度和密度孔隙度，就可以運(yùn)用中子與密度組合法求取 粘土含量。
[0013] 中子與密度組合法認(rèn)為骨架不含氫，中子孔隙度由粘土和孔隙中的流體提供。同 樣，密度孔隙度也是由粘土和孔隙流體引起。綜上，中子與密度組合法將建立以下方程組：
[0014]
(2)
[0015] 式中ΦΝ-中子孔隙度，％;
[0016] ΦD-密度孔隙度，％;
[0017] Vcl-粘土含量，％;
[0018] Vf-孔隙流體占整個(gè)巖石的體積百分?jǐn)?shù)，即巖石真實(shí)孔隙度的大小，％ ;
[0019] 0Ncl-粘土中子孔隙度，％;
[0020] Φ^Ι-粘土密度孔隙度，％ ;
[0021 ] ΦΝ?-孔隙流體中子孔隙度，％ ;
[0022] ΦΜ-孔隙流體密度孔隙度，％。
[0023]通過上述方程有計(jì)算粘土含量的公式如下：
[0024]
(3)
[0025]現(xiàn)有技術(shù)二的缺點(diǎn)
[0026]該方法中：與中子孔隙度、密度孔隙度交會(huì)法相似，粘土的中子孔隙度與密度孔隙 度難以確定。
[0027]現(xiàn)有技術(shù)三的技術(shù)方案 [0028]自然伽馬能譜測井計(jì)算粘土含量
[0029] 地下巖石的自然放射性主要由巖石中鈾、釷和鉀的含量確定的。鈾的化學(xué)性質(zhì)較 為活潑，其沉積與吸附、還原和有機(jī)質(zhì)作用相關(guān)，受風(fēng)化、運(yùn)移、富集過程等因素的影響較為 復(fù)雜，通常不是粘土含量的可靠指示元素。釷的化合物性質(zhì)穩(wěn)定，運(yùn)移以機(jī)械風(fēng)化迀移為 主，粘土礦物對釷的選擇性吸附以及釷在穩(wěn)定礦物中的存在是控制沉積巖中釷分布的主要 因素，因此釷可以作為粘土礦物指示劑。鉀的離子半徑較大，極化率高，易于被粘土礦物所 吸附，所以鉀的含量也可以指示粘土的含量。
[0030] 自然伽馬能譜測井計(jì)算粘土含量主要是通過實(shí)驗(yàn)分析粘土含量與各放射性元素 含量之間的回歸分析，建立粘土含量的計(jì)算模型。此模型可以是粘土含量與釷含量的回歸 模型，可以是粘土含量與鉀含量的回歸模型，也可以是粘土含量與鈾、釷含量的多元回歸模 型。對部分地區(qū)，鈾也可以指示粘土含量，可以建立粘土含量與鈾、釷、鉀三者之間的多元回 歸模型。此外，對釷鉀比和粘土含量進(jìn)行相關(guān)分析也可以得到粘土含量與釷含量、鉀含量、 釷鉀比三者之間的關(guān)系。
[0031] 現(xiàn)有技術(shù)三的缺點(diǎn)
[0032] (1)自然伽馬能譜測井成本較高，難以廣泛使用。
[0033] (2)巖石中存在細(xì)粉砂、灰泥等粒徑與粘土礦物相當(dāng)?shù)募?xì)粒沉積物，這些成分也會(huì) 吸附一定數(shù)量的放射性礦物，使得最終得到的粘土含量偏大。
[0034]現(xiàn)有技術(shù)四的技術(shù)方案
[0035]泥質(zhì)含量與粘土含量相關(guān)法(莫修文.葡西地區(qū)油氣儲(chǔ)層泥質(zhì)與粘土含量的計(jì)算 方法研究.2006)
[0036]粘土作為泥質(zhì)的一部分，其主要成分是各種粘土礦物，包括蒙脫石、高嶺石、伊利 石、綠泥石及其混合體。泥質(zhì)中除了粘土以外的其它成分通常近似認(rèn)為與骨架相一致。因 此，粘土的數(shù)量及成分是影響泥質(zhì)性質(zhì)的最主要因素。對某一特定層位的巖石，粘土的成分 及其含水率基本保持不變，粘土的含量隨泥質(zhì)含量的增加而增加。泥質(zhì)含量與粘土含量相 關(guān)法會(huì)應(yīng)用大量的巖心粒度分析泥質(zhì)含量與粘土含量資料，經(jīng)相關(guān)分析得到用泥質(zhì)含量計(jì) 算粘土含量的模型。
[0037]現(xiàn)有技術(shù)四的缺點(diǎn)：
[0038] (1)需要大量的巖心粒度分析泥質(zhì)含量與粘土含量資料。
[0039] (2)當(dāng)泥質(zhì)含量計(jì)算不準(zhǔn)確時(shí)，會(huì)影響粘土含量計(jì)算的準(zhǔn)確性。
[0040] 現(xiàn)有技術(shù)五的技術(shù)方案
[0041 ] 一種基于電成像測井資料的復(fù)雜地層粘土含量測量方法(葛新民.2015)
[0042]用電成像測井資料計(jì)算粘土含量的流程如下:對巖心分別進(jìn)行地面伽馬測量和X 衍射分析，確定巖心的伽馬值和粘土含量;應(yīng)用地面伽馬值和測井伽馬值的對比實(shí)現(xiàn)巖心 的深度歸位;讀取巖心實(shí)際深度所對應(yīng)的電成像測井資料并進(jìn)行圖像預(yù)處理;對預(yù)處理后 的電成像測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行直方圖統(tǒng)計(jì)，得到電阻率分布;應(yīng)用共輒梯度最優(yōu)化技術(shù)得到泥巖 的電阻率分布范圍界限，進(jìn)而統(tǒng)計(jì)粘土體積含量;再結(jié)合實(shí)驗(yàn)所得粘土含量將體積含量校 正成質(zhì)量分?jǐn)?shù)，得到可靠的粘土含量。
[0043]現(xiàn)有技術(shù)五的缺點(diǎn)
[0044] (1)電成像測井成本較高，難以廣泛使用。
[0045] (2)細(xì)粉砂、灰泥等細(xì)粒沉積物的電阻率與粘土接近，難以與粘土有效區(qū)分，使得 計(jì)算的粘土含量可能偏大。
[0046]粘土含量是儲(chǔ)層巖石的基本特征參數(shù)之一;粘土含量的高低可以影響儲(chǔ)層的發(fā)育 程度、束縛水飽和度的大小、壓裂工藝措施等；目前計(jì)算粘土礦物含量的方法有中子一密度 交會(huì)法、中子與密度組合法、自然伽馬能譜測井計(jì)算法、電成像測井資料計(jì)算法;然而，中 子一密度交會(huì)法、中子與密度組合法均需要確定粘土礦物的中子、密度值，受粘土礦物類 型、含量變化的影響，粘土礦物的中子、密度值難以確定，影響了兩種方法計(jì)算結(jié)果的精度； 而自然伽馬能譜法、電成像密度法，由于其測井資料較少，其實(shí)用性較差。因此，鑒于此，擬 希望建立一種利用常規(guī)中子、密度測井曲線計(jì)算粘土含量的新方法。
[0047] 本發(fā)明涉及到的一些相關(guān)名詞解釋：
[0048] 1)中子孔隙度指經(jīng)刻度后中子測井儀器測出的地層孔隙度。中子測井儀器的放射 性中子源在井眼中向地層發(fā)射快中子，快中子與地層巖石發(fā)生相互作用后慢化為熱中子， 在離放射性中子源一定距離的地方探測熱中子的多少，就能反映出巖石宏觀減速能力的強(qiáng) 弱。探測到的熱中子多，則快中子慢化為熱中子的量多，巖石的宏觀減速能力強(qiáng)，快中子減 速長度短。巖石的快中子減速長度主要由含氫量決定。實(shí)際地層中，中子孔隙度受巖石孔隙 中流體、粘土束縛水與粘土結(jié)晶水的綜合影響。
[0049] (2)密度孔隙度是利用密度測井儀器測量的巖石視密度，經(jīng)巖石體積物理模型轉(zhuǎn) 化得到的孔隙度。密度測井儀器伽馬源向地層發(fā)射相對低能的伽馬射線，伽馬射線與地層 巖石主要發(fā)生康普頓散射作用和光電效應(yīng)，通過測量散射伽馬射線可以反映巖石電子密度 的大小，而巖石電子密度與巖石本身的密度相關(guān)。實(shí)際地層中密度孔隙度主要受骨架礦物 成分、孔隙流體性質(zhì)的影響。
[0050 ] (3)粘土是指顆粒粒徑約小于4μηι粘土礦物的總稱，主要成分是各種粘土礦物及其 束縛水、結(jié)晶水。
[0051] (4)粘土含量包括兩種，一種是粘土占整個(gè)巖石的體積百分?jǐn)?shù)，另一種是粘土