一种定量评价页岩系统封闭性的方法及系统

1.本发明属于非常规油气地质技术领域，尤其涉及一种定量评价页岩系统封 闭性的方法及系统。


背景技术：

2.目前，在复杂的地质演化过程中，页岩系统封闭性直接影响页岩储层的含 油气性。一般而言，当页岩系统封闭性较好时，油气分子可以在页岩储层中大 量聚集成藏且发育超压，有机质孔隙在流体压力的支撑下具有较大的孔径和规 则的形态，压裂后普遍具有高产页岩气流，整体表现为超压富气。相反，当页 岩系统封闭性较差时，烃类物质的大量散失导致地层整体表现为常压或负压， 有机质孔隙因缺少流体压力的支撑而坍塌、变形或闭合，压裂后页岩气产能较 低，表现为常压含气或负压贫气。总的来说，页岩系统封闭性定量评价可以为 页岩气高效勘探开发提供科学依据。
3.目前国内外学者通常根据断裂-裂缝发育程度或地层压力等指标来定性评价 页岩系统封闭性。然而，在实际应用过程中，这些指标存在不确定性。例如页 岩裂缝较发育时可因页岩顶底板条件好或者页岩本身裂而不破形成裂缝型页岩 气藏，此时页岩系统封闭条件依然较好。此外，较高的地层压力有可能来源于 地应力，而非页岩生烃增压形成的超压。
4.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的根据断裂-裂缝发育 程度或地层压力等指标来定性评价页岩系统封闭性的方法存在不确定性。
5.解决以上问题及缺陷的难度为：不同尺度断裂-裂缝发育程度及形成时期难 以准确预测，并且断裂-裂缝和地层压力是间接评价页岩系统封闭性的指标。
6.解决以上问题及缺陷的意义为：可以直接、准确、定量的评价页岩系统封 闭性。


技术实现要素：

7.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种定量评价页岩系统封闭性的 方法及系统，尤其涉及一种利用光学显微镜和扫描电镜评价非常规页岩系统封 闭能力的方法及系统，旨在解决现有评价指标存在的不确定性问题。
8.本发明是这样实现的，一种定量评价页岩系统封闭性的方法，所述定量评 价页岩系统封闭性的方法包括以下步骤：
9.步骤一，进行页岩系统早期封闭能力评价；
10.步骤二，进行页岩系统晚期封闭能力评价；
11.步骤三，进行页岩系统封闭能力综合评价。
12.进一步，所述步骤一中的页岩系统早期封闭能力评价包括：
13.(1)在光学显微镜下定性识别沥青含量，进行定性判断，包括通过反射光 直接观测和油浸条件下观测两种方式。在光学显微镜下，沥青通常充填在矿物 颗粒之间，呈灰白色或米白色。
14.(2)在高分辨率扫描电镜的低倍数图像下，统计有机质在二维平面上的发 育程度。将低倍数图像分为数个适当大小的区域并逐一放大，根据有机质内部 孔隙差异，识别并定量统计出干酪根含量，计算出沥青在二维图像上的面含量。
15.进一步，所述有机质包括沥青和干酪根，所述干酪根和沥青的识别标准为：
16.①
干酪根为原始沉积、未发生迁移的有机质，与陆源矿物紧密结合；沥青 是成岩中-后期由于生烃作用产生的具有流动性质的有机物，常见于残留粒间孔、 化石腔体以及后期溶蚀形成的粒内孔位置，周缘常见自生矿物；
17.②
干酪根内部孔隙发育较少或基本不发育，且发育的孔隙具有定向排列； 在未受到构造破坏等外在条件影响时，沥青内部孔隙形态较为规则，表现为海 绵状或气泡状，无定向结构，孔径均一且较大。
18.进一步，在低倍数背景下观测的视域在15～20个以上，使识别的有机质分 布特征能尽量代表页岩样品的真实情况，沥青面含量取全部视域的平均值。综 合光学显微镜和扫描电镜下沥青观测及统计结果，将页岩系统初步划分为早期 封闭和早期开放两种类型。
19.进一步，所述步骤二中的页岩系统晚期封闭能力评价包括：
20.页岩系统晚期封闭能力是指页岩达到最大埋深经历生气高峰后，在后期构 造抬升过程中的保存条件。评价页岩系统晚期封闭能力依据扫描电镜下沥青孔 隙特征。当页岩系统晚期封闭能力较好时，早期残留的烃类物质通过热裂解作 用生气增压并保存，沥青孔隙在超压的支撑下为椭圆状或近圆状的规则形状， 孔径也相对较大；而当页岩系统晚期封闭能力较差时，气体散失、超压释放、 沥青孔隙在上覆地层的压实作用下压缩变形，孔径较小或不发育。基于扫描电 镜下有机质孔隙观测及分析结果，将页岩系统划分为晚期封闭和晚期开放。
21.进一步，所述步骤三中的页岩系统封闭能力综合评价包括：
22.基于发明所述的早期封闭、早期开放、晚期封闭和晚期开放，依次组合为 早期封闭晚期封闭、早期封闭晚期开放、早期开放晚期封闭和早期开放晚期开 放4种不同类型的页岩封闭系统，同时结合页岩地层压力和页岩气生产数据， 对页岩系统封闭性进行综合评价。
23.本发明的另一目的在于提供一种应用所述方法的定量评价页岩系统封闭性 的系统，所述定量评价页岩系统封闭性的系统包括：
24.早期封闭能力评价模块，用于进行页岩系统早期封闭能力评价；
25.晚期封闭能力评价模块，用于进行页岩系统晚期封闭能力评价；
26.封闭能力综合评价模块，用于进行页岩系统封闭能力综合评价。
27.本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器 和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行 时，使得所述处理器执行所述定量评价页岩系统封闭性的方法。
28.本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序， 所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述定量评价页岩系统 封闭性的方法。
29.本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终 端用于实现所述定量评价页岩系统封闭性的系统。
30.结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提 供的定
量评价页岩系统封闭性的方法，借助光学显微镜和高精度场发射扫描电 镜，识别不同封闭体系下页岩滞留烃含量及孔隙发育程度，建立了一种定量评 价页岩系统封闭性的方法；其中，沥青含量定量统计、孔隙参数定量表征、页 岩系统封闭性定量评价是本发明的关键。
31.本发明基于光学显微镜和高精度场发射扫描电镜，定量识别页岩干酪根和 滞留沥青含量，并精细统计页岩孔隙结构参数，建立了一种定量评价页岩系统 封闭性的方法，能够解决现有评价指标存在的不确定性问题。
32.本发明基于光学显微镜和高精度场发射扫描电镜，在定性识别的基础上定 量统计了页岩储层沥青含量及孔隙结构参数，建立了一种定量评价页岩系统封 闭性方法，并将页岩层系划分为早期封闭晚期封闭、早期封闭晚期开放、早期 开放晚期封闭和早期开放晚期开放4种不同的页岩封闭类型，这对于准确评价页 岩保存条件和勘探潜力具有重要意义。此外，本发明运用实测地层压力和页岩 气井的实际生产数据对评估的页岩系统封闭性进行检验，通过判别和对比使得 本发明更具有科学性。
33.本发明在四川盆地焦石坝地区五峰组-龙马溪组页岩获得了成功的应用。焦 石坝主体区jya井页岩系统表现为高沥青含量、高沥青孔发育程度、孔隙形态规 则，属于早期封闭晚期封闭的页岩系统；焦石坝梓里场区块jyb井页岩系统表现 为沥青含量较高，但沥青孔隙发育程度较低、孔径较小，且主要为棱角状，为 早期封闭晚期开放的页岩系统；焦石坝平桥区块jyc井页岩系统表现为沥青含量 较低，但沥青孔隙较发育，判定为早期开放晚期封闭的页岩系统；焦石坝白马 区块jyd井页岩系统表现为低沥青含量、低孔隙发育程度、孔径小，划分为早期 开放晚期开放的页岩系统(见图7和图8)。
34.为了验证本发明的可靠性和适用性，对划分的四个页岩系统进行地层压力 和含气性评价。结果表明，jya井页岩系统(早期封闭晚期封闭)地层压力高 达1.55，产气量大于20万方/天；jyc井页岩系统(早期开放晚期封闭)地层压 力高达1.59，产气量约为32万方/天；jyb井(早期封闭晚期开放)和jyd井 页岩系统(早期开放晚期开放)皆为负压，产气量低于0.5万方/天。综上所述， 本发明建立的页岩系统封闭性评价方法可靠性高且实用性强，为页岩气高效勘 探开发提供了科学依据和评价方法。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所 需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明 的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下 还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1是本发明实施例提供的定量评价页岩系统封闭性的方法流程图。
37.图2是本发明实施例提供的定量评价页岩系统封闭性的方法原理图。
38.图3是本发明实施例提供的定量评价页岩系统封闭性的系统结构框图；
39.图中：1、早期封闭能力评价模块；2、晚期封闭能力评价模块；3、封闭能 力综合评价模块。
40.图4是本发明实施例提供的光学显微镜下运用油浸和单偏光对页岩沥青含 量进行定性判别示意图。
41.图5是本发明实施例提供的扫描电镜下定量统计沥青含量示意图。
42.图5a和图5b是本发明实施例提供的在低倍数背景下定量统计有机质含量 (包括沥青和干酪根)示意图。
43.图5c和图5d是本发明实施例提供的分别将图a和图b放大后，识别出干 酪根并进行定量统计的示意图。
44.图6是本发明实施例提供的有机质内部孔隙发育程度定量统计示意图。
45.图7是本发明实施例提供的研究区不同井页岩沥青含量和孔隙发育程度对 比示意图。
46.图7a和图7b是本发明实施例提供的jya井页岩系统示意图，滞留沥青含 量高、有机孔发育程度高。
47.图7c和图7d是本发明实施例提供的jyb井页岩系统示意图，滞留沥青含 量高、有机孔发育程度低。
48.图7e和图7f是本发明实施例提供的jyc井页岩系统示意图，滞留沥青含 量低、有机孔发育程度高。
49.图7g和图7h是本发明实施例提供的jyd井页岩系统示意图，滞留沥青含 量低、有机孔发育程度低。
50.图8是本发明实施例提供的研究区页岩系统的划分示意图。
具体实施方式
51.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例， 对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以 解释本发明，并不用于限定本发明。
52.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种定量评价页岩系统封闭性的 方法及系统，下面结合附图对本发明作详细的描述。
53.如图1所示，本发明实施例提供的定量评价页岩系统封闭性的方法包括以 下步骤：
54.s101，进行页岩系统早期封闭能力评价；
55.s102，进行页岩系统晚期封闭能力评价；
56.s103，进行页岩系统封闭能力综合评价。
57.本发明实施例提供的定量评价页岩系统封闭性的方法原理图如图2所示。
58.如图3所示，本发明实施例提供的定量评价页岩系统封闭性的系统包括：
59.早期封闭能力评价模块1，用于进行页岩系统早期封闭能力评价；
60.晚期封闭能力评价模块2，用于进行页岩系统晚期封闭能力评价；
61.封闭能力综合评价模块3，用于进行页岩系统封闭能力综合评价。
62.下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
63.1、发明概述
64.针对现有指标在评价页岩系统封闭性时存在的不确定性，本发明借助光学 显微镜和高精度场发射扫描电镜，识别不同封闭体系下页岩滞留烃含量及孔隙 发育程度，建立了一种定量评价页岩系统封闭性的方法。
65.本发明基于光学显微镜和高精度场发射扫描电镜，定量识别页岩干酪根和 滞留
沥青含量，并精细统计页岩孔隙结构参数，旨在建立一种定量评价页岩系 统封闭性的方法，解决现有评价指标存在的不确定性问题。
66.本发明的技术方案详见图2。其中，沥青含量定量统计、孔隙参数定量表征、 页岩系统封闭性定量评价是本发明的关键。
67.2、发明内容
68.2.1页岩系统早期封闭能力评价
69.沥青含量是反映页岩系统在生油阶段(即早期)封闭性的重要参数，一般 而言，沥青含量越高，页岩系统在生油阶段的封闭性则越好。本发明对页岩系 统早期封闭能力的评价主要可以分为两个阶段。第一阶段是在光学显微镜下定 性识别沥青含量，包括通过反射光直接观测和油浸条件下观测两种方式(见图 4)。在光学显微镜下，沥青通常充填在矿物颗粒之间，呈灰白色或米白色。值 得说明的是，由于干酪根和沥青在光学显微镜下特征相似，两者区分难度较大， 因此该结果只是定性判断，还需进一步结合电镜观察。第二阶段是在高分辨率 扫描电镜的低倍数图像下(如4000
×
)，统计有机质(包括沥青和干酪根)在二 维平面上的发育程度。进一步地，将低倍数图像分为数个适当大小的区域并逐 一放大，根据有机质内部孔隙差异，识别并定量统计出干酪根含量，进而计算 出沥青在二维图像上的面含量(见图5)。干酪根和沥青的识别标准主要有：(1) 干酪根为原始沉积、未发生迁移的有机质，与陆源矿物紧密结合；沥青是成岩 中-后期由于生烃作用产生的具有流动性质的有机物，因此常见于残留粒间孔、 化石腔体以及后期溶蚀形成的粒内孔等位置，其周缘常见自生矿物；(2)干酪根 内部孔隙发育较少或基本不发育，且发育的孔隙一般具有定向排列(见图5)； 在未受到构造破坏等外在条件影响时，沥青内部孔隙形态较为规则，表现为海 绵状或气泡状，无定向结构，孔径均一且较大。为了提高统计结果的可靠性， 在低倍数背景下应尽可能保证观测的视域在15～20个以上，使识别的有机质分 布特征能尽量代表页岩样品的真实情况，沥青面含量取全部视域的平均值。综 合光学显微镜和扫描电镜下沥青观测及统计结果，可以将页岩系统初步划分为 早期封闭和早期开放两种类型。
70.2.2页岩系统晚期封闭能力评价
71.页岩系统晚期封闭能力主要指页岩达到最大埋深经历生气高峰后，在后期 构造抬升过程中的保存条件。评价页岩系统晚期封闭能力主要依据扫描电镜下 沥青孔隙特征。当页岩系统晚期封闭能力较好时，早期残留的烃类物质可通过 热裂解作用生气增压并保存，沥青孔隙在超压的支撑下通常为椭圆状或近圆状 等规则形状，孔径也相对较大。反之，当页岩系统晚期封闭能力较差时，气体 散失、超压释放、沥青孔隙在上覆地层的压实作用下压缩变形，孔径较小或不 发育。基于扫描电镜下有机质孔隙观测及分析结果(见图6)，可以进一步将页 岩系统划分为晚期封闭和晚期开放。
72.2.3页岩系统封闭能力综合评价
73.基于发明所述的早期封闭、早期开放、晚期封闭和晚期开放，可以依次组 合为早期封闭晚期封闭、早期封闭晚期开放、早期开放晚期封闭和早期开放晚 期开放4种不同类型的页岩封闭系统。此外，本发明在此基础上结合页岩地层 压力和页岩气生产数据，对页岩系统封闭性进行综合评价。
74.3、本发明的积极效果
75.本发明基于光学显微镜和高精度场发射扫描电镜，在定性识别的基础上定 量统
计了页岩储层沥青含量及孔隙结构参数，建立了一种定量评价页岩系统封 闭性方法，并将页岩层系划分为早期封闭晚期封闭、早期封闭晚期开放、早期 开放晚期封闭和早期开放晚期开放4种不同的页岩封闭类型，这对于准确评价页 岩保存条件和勘探潜力具有重要意义。此外，本发明运用实测地层压力和页岩 气井的实际生产数据对评估的页岩系统封闭性进行检验，通过判别和对比使得 本发明更具有科学性。
76.本发明在四川盆地焦石坝地区五峰组-龙马溪组页岩获得了成功的应用。焦 石坝主体区jya井页岩系统表现为高沥青含量、高沥青孔发育程度、孔隙形态规 则，属于早期封闭晚期封闭的页岩系统；焦石坝梓里场区块jyb井页岩系统表现 为沥青含量较高，但沥青孔隙发育程度较低、孔径较小，且主要为棱角状，为 早期封闭晚期开放的页岩系统；焦石坝平桥区块jyc井页岩系统表现为沥青含量 较低，但沥青孔隙较发育，判定为早期开放晚期封闭的页岩系统；焦石坝白马 区块jyd井页岩系统表现为低沥青含量、低孔隙发育程度、孔径小，划分为早期 开放晚期开放的页岩系统(见图7和图8)。
77.为了验证本发明的可靠性和适用性，对划分的四个页岩系统进行地层压力 和含气性评价。结果表明，jya井页岩系统(早期封闭晚期封闭)地层压力高达 1.55，产气量大于20万方/天；jyc井页岩系统(早期开放晚期封闭)地层压力高 达1.59，产气量约为32万方/天；jyb井(早期封闭晚期开放)和jyd井页岩系统 (早期开放晚期开放)皆为负压，产气量低于0.5万方/天。综上所述，本发明建 立的页岩系统封闭性评价方法可靠性高且实用性强，为页岩气高效勘探开发提 供了科学依据和评价方法。
78.4、本发明要求保护的技术关键
79.页岩系统早期封闭能力评价(2.1)、页岩系统晚期封闭能力评价(2.2)、页 岩系统封闭性划分(2.3)以及定量评价页岩系统封闭性的流程图(见图2)。
80.5、附图说明
81.图4是光学显微镜下运用油浸和单偏光对页岩沥青含量进行定性判别。图a 和图b沥青含量较高，表明页岩系统可能为早期封闭的页岩系统；图c和图d沥 青含量较低，表明页岩系统可能为早期开放的页岩系统。
82.图5是扫描电镜下定量统计沥青含量。图a和图b是在低倍数背景下定量统计 有机质含量(包括沥青和干酪根)示意图；图c和图d是分别将图a和图b放大后， 识别出干酪根并进行定量统计的示意图。将图a和图b统计的有机质面含量与图 c和图d统计的干酪根含量分别做差值，可定量识别出页岩样品沥青面含量。
83.图6是有机质内部孔隙发育程度定量统计。黄色圈定有机质边界，蓝色圈定 基质矿物边界，红色圈定有机质孔隙边界。有机质面孔率(即有机质内部孔隙 发育程度)可表示为：红色区域面积/(黄色区域面积－蓝色区域面积)*100％。
84.图7是研究区不同井页岩沥青含量和孔隙发育程度对比。图a和图b：jya井 页岩系统，滞留沥青含量高、有机孔发育程度高；图c和图d：jyb井页岩系统， 滞留沥青含量高、有机孔发育程度低；图e和图f：jyc井页岩系统，滞留沥青 含量低、有机孔发育程度高；图g和图h：jyd井页岩系统，滞留沥青含量低、 有机孔发育程度低。
85.图8是研究区页岩系统的划分。jya井页岩为早期封闭晚期封闭系统，地层 压力高达1.55，产气量大于20万方/天；jyb井页岩为早期封闭晚期开放系统，地 层压力为0.95，产气量小于0.5万方/天；jyc井页岩为早期开放晚期封闭系统， 地层压力高达1.59，产气量约
为32万方/天；jyd井页岩为早期开放晚期开放系统， 地层压力为0.9，产气量小于0.5万方/天。
86.在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上； 术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、
ꢀ“
头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关 系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元 件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明 的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不 能理解为指示或暗示相对重要性。
87.在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组 合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程 序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指 令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可 以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算 机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向 另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、 计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(dsl) 或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器 或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的 任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据 存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如软盘、硬盘、磁带)、光介质 (例如dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘solid state disk(ssd))等。
88.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于 此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明 的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的 保护范围之内。