一种采用测井曲线计算页岩储层中无机质孔隙度、总孔隙度以及组分的方法，涉及地质技术领域。采用测井曲线计算页岩储层中无机质孔隙度的方法，包括：引入假设条件。根据页岩储层的组成，确定页岩储层的体积模型。根据声波测井曲线、密度测井曲线和页岩储层的组成之间的关系以及页岩储层的体积模型来确定无机质孔隙度的计算模型。一种采用测井曲线计算页岩储层中组分的方法，利用计算得到的无机质孔隙度以及利用声波测井曲线、密度测井曲线和页岩储层的组成之间的关系可以计算出页岩储层中的各组分占比。一种采用测井曲线计算页岩储层中总孔隙度的方法，利用计算得到的页岩储层中的各组分占比以及无机质孔隙度可以计算出页岩储层中的总孔隙度。
1.一种采用测井曲线计算页岩储层中无机质孔隙度的方法，其特征在于，包括：引入假设条件：所述页岩储层由无机质和有机质组成；所述有机质的孔隙中只含气体，所述有机质的孔隙度是定值；所述无机质的孔隙中只含水；所述页岩储层的颗粒密度是定值；
根据所述页岩储层的组成，确定所述页岩储层的体积模型；以及
根据声波测井曲线、密度测井曲线和所述页岩储层的组成之间的关系以及所述页岩储层的体积模型来确定所述无机质孔隙度的计算模型；
Vpm＝Vpmφpm+Vsm＝Vpmφpm+Vpm(1-φpm) 公式(2)；
Vpk＝Vpkφpk+Vsk＝Vpkφpk+Vpk(1-φpk) 公式(3)；
式中：Vpk为有机质体积在页岩总体积中的百分比；Vpm为无机质体积在页岩总体积中的百分比；φpm为无机质的孔隙度；φpk为有机质的孔隙度，Vsm为无机质固体的体积在无机质体积中的百分比；Vsk为有机质固体的体积在有机质体积中的百分比；
所述声波测井曲线、所述密度测井曲线和所述页岩储层的组成之间的关系为：ρpk＝ρsk×(1-φpk)+ρpkfl×φpk 公式(4)；
DTpk＝DTsk×(1-φpk)+DTpkfl×φpk 公式(5)；
ρpm＝ρsm×(1-φpm)+ρpmfl×φpm 公式(6)；
DTpm＝DTsm×(1-φpm)+DTpmfl×φpm 公式(7)；
ρb＝ρpmflVpmφpm+ρsmVsm+ρskVsk+ρpkflVpkφpk 公式(8)；
DT＝DTpmflVpmφpm+DTsmVsm+DTskVsk+DTpkflVpkφpk 公式(9)；
式中，ρpk为有机质的密度；ρsk为有机质固体的密度；ρpkfl为有机质的孔隙中的流体密度；DTpk为有机质的声波时差；DTsk为有机质固体的声波时差；DTpkfl为有机质的孔隙中流体声波值；ρpm为无机质的密度；ρsm为无机质固体的密度；ρpmfl为无机质的孔隙中流体密度；
DTpm为无机质的声波时差；DTsm为无机质固体的声波时差；DTpmfl为有机质的孔隙中流体密度；ρb为密度测井曲线；Vsm为无机质固体的体积在无机质体积中的百分比；Vsk为有机质固体的体积在有机质体积中的百分比；DT为声波时差测井曲线；
将各个参数带入所述公式(10)，计算得到无机质的孔隙度φpm。
2.根据权利要求1所述的采用测井曲线计算页岩储层中无机质孔隙度的方法，其特征在于，包括：将计算得到的所述无机质的孔隙度φpm以及所述公式(1)-所述公式(9)整理可得：将所述无机质的孔隙度φpm和其他参数代入所述公式(11)，计算得到所述有机质体积在页岩总体积中的百分比Vpk。
3.根据权利要求2所述的采用测井曲线计算页岩储层中无机质孔隙度的方法，其特征在于，所述公式(1)-所述公式(3)整理可得；
式中：将各个参数分别带入所述公式(12)和所述公式(13)中，计算可得所述无机质固体的体积在无机质体积中的百分比Vsm，所述有机质固体的体积在有机质体积中的百分比Vsk。
4.根据权利要求3所述的采用测井曲线计算页岩储层中无机质孔隙度的方法，其特征在于，总孔隙度的计算模型为：φt＝Vpm×φpm+Vpk×φpk，将计算得到的Vpk及其他参数带入所述总孔隙度的计算模型中，计算得到所述页岩储层的总孔隙度φt。
5.根据权利要求4所述的采用测井曲线计算页岩储层中无机质孔隙度的方法，其特征在于，还包括最优化算法拟合模型参数的步骤：将在实验室的条件下对页岩储层的岩心进行测试得到的总孔隙度值作为对比的基准，采用最优化算法调整各个参数，拟合后确定各个参数的值，最后再确定最终的总孔隙度。
6.根据权利要求5所述的采用测井曲线计算页岩储层中无机质孔隙度的方法，其特征在于，所述最优化算法的目标函数为:其中n为页岩样品数目；φti为第i个页岩总孔隙度
的理论计算值；φtci为第i个页岩总孔隙度的测试值。
7.根据权利要求6所述的采用测井曲线计算页岩储层中无机质孔隙度的方法，其特征在于，当所述目标函数的计算结果小于0.001时，满足计算精度，所述各个参数的调整值为最终的模型参数，将所述各个参数的调整值带入所述公式(1)-所述公式(13)以及所述总孔隙度的计算模型，利用声波测井曲线和密度测井曲线可计算页岩储层的总孔隙度。
计算页岩储层中无机质孔隙度的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及地质技术领域，且特别涉及一种计算页岩储层中无机质孔隙度的方法。
背景技术
[0002] 页岩储层的岩石结构组成一般包含了：有机质成分、无机质成分以及各孔隙空间，其中无机质成分包括了粘土矿物成分及非粘土矿物成分。相较于常规储层，页岩储层中多了有机质(干酪根)。在有机质(干酪根)中的孔隙中有游离态天然气，在干酪根表面还吸附
有大量天然气。目前，在国内常规砂岩气层的常规测井解释中，先构建体积模型，再采用孔隙度测井曲线与电阻率测井曲线进行解释。但是页岩气储层矿物成份、孔隙类型和流体赋
存形式复杂，与常规气层有很大差异。如果照搬常规砂岩气层的测井解释模型，无法刻画页岩和常规砂岩储层的组份差异，阻碍了基于体积模型的测井解释方法在现场的推广应用。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种采用测井曲线计算页岩储层中无机质孔隙度的方法，其通过体积模型、以及利用声波测井曲线、密度测井曲线和页岩储层的组成之间的关系可
以计算出页岩储层中无机质孔隙度。
[0004] 本发明的第二目的在于提供一种采用测井曲线计算页岩储层中组分的方法，利用计算得到的无机质孔隙度以及利用声波测井曲线、密度测井曲线和页岩储层的组成之间的
关系可以计算出页岩储层中的各组分占比。
[0005] 本发明的第三目的在于提供一种采用测井曲线计算页岩储层中总孔隙度的方法，利用计算得到的页岩储层中的各组分占比以及无机质孔隙度可以计算出页岩储层中的总
孔隙度。
[0006] 本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
[0007] 本发明提出一种采用测井曲线计算页岩储层中无机质孔隙度的方法，包括：
[0008] 引入假设条件：页岩储层由无机质和有机质组成；有机质的孔隙中只含气体，有机质的孔隙度是定值；无机质的孔隙中只含水；页岩储层的颗粒密度是定值；
[0009] 根据页岩储层的组成，确定页岩储层的体积模型；
[0010] 根据声波测井曲线、密度测井曲线和页岩储层的组成之间的关系以及页岩储层的体积模型来确定无机质孔隙度的计算模型。
[0011] 本发明提出一种采用测井曲线计算页岩储层中组分的方法，利用采用测井曲线计算页岩储层中无机质孔隙度的方法计算得到的无机质的孔隙度φpm，以及公式(1)-公式(9)整理可得：
[0012]
[0013] 将各个参数和φpm带入公式(11)，计算得到有机质体积在页岩总体积中的百分比Vpk。
[0014] 本发明还提出一种采用测井曲线计算页岩储层中总孔隙度的方法，总孔隙度的计算模型为：φt＝Vpm×φpm+Vpk×φpk，将利用上述的采用测井曲线计算页岩储层中组分的方法计算得到的Vpk及其他参数带入总孔隙度的计算模型中，计算得到页岩储层的总孔隙度
φt。
[0015] 本发明实施例的有益效果是：一种采用测井曲线计算页岩储层中无机质孔隙度的方法，其通过体积模型、以及利用声波测井曲线、密度测井曲线和页岩储层的组成之间的关系可以计算出页岩储层中无机质孔隙度。
[0016] 一种采用测井曲线计算页岩储层中组分的方法，利用计算得到的无机质孔隙度以及利用声波测井曲线、密度测井曲线和页岩储层的组成之间的关系可以计算出页岩储层中
的各组分占比。
[0017] 一种采用测井曲线计算页岩储层中总孔隙度的方法，利用计算得到的页岩储层中的各组分占比以及无机质孔隙度可以计算出页岩储层中的总孔隙度。
具体实施方式
[0018] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产
品。
[0019] 下面对本发明实施例的一种采用测井曲线计算页岩储层中无机质孔隙度、总孔隙度以及组分的方法进行具体说明。
[0020] 一种采用测井曲线计算页岩储层中无机质孔隙度的方法，包括：
[0021] (1)引入假设条件：页岩储层由无机质和有机质组成；有机质的孔隙中只含气体，有机质的孔隙度是定值；无机质的孔隙中只含水；页岩储层的颗粒密度是定值。
[0022] 表1是页岩储层的组成与流体赋存特征示意图，相较于常规储层，页岩储层中多了有机质(干酪根)。在有机质(干酪根)中的孔隙中有游离态天然气，在干酪根表面还吸附有
大量天然气。
[0023] 表1页岩的组份与流体赋存状态
[0024]
[0025]
[0026] 根据表1中的页岩组成，可得到页岩测井模型中的组分简化，如表2所示。
[0027] 表2页岩测井模型中的组份简化
[0028]
[0029] (2)根据页岩储层的组成，确定页岩储层的体积模型。
[0030] 即根据表2中的岩石储层的组分，可得到页岩储层的体积模型为：
[0031] Vpm+Vpk＝1 公式(1)；
[0032] Vpm＝Vpmφpm+Vsm＝Vpmφpm+Vpm(1-φpm) 公式(2)；
[0033] Vpk＝Vpkφpk+Vsk＝Vpkφpk+Vpk(1-φpk) 公式(3)；
[0034] 式中：Vpk为有机质体积在页岩总体积中的百分比；Vpm为无机质体积在页岩总体积中的百分比；φpm为无机质的孔隙度；φpk为有机质的孔隙度，Vsm为无机质固体的体积在无机质体积中的百分比；Vsk为有机质固体的体积在有机质体积中的百分比。
[0035] (3)根据声波测井曲线、密度测井曲线和页岩储层的组成之间的关系以及页岩储层的体积模型来确定无机质孔隙度的计算模型。
[0036] 声波测井曲线、密度测井曲线与页岩储层之间的关系为：
[0037] ρpk＝ρsk×(1-φpk)+ρpkfl×φpk 公式(4)；
[0038] DTpk＝DTsk×(1-φpk)+DTpkfl×φpk 公式(5)；
[0039] ρpm＝ρsm×(1-φpm)+ρpmfl×φpm 公式(6)；
[0040] DTpm＝DTsm×(1-φpm)+DTpmfl×φpm 公式(7)；
[0041] ρb＝ρpmflVpmφpm+ρsmVsm+ρskVsk+ρpkflVpkφpk 公式(8)；
[0042] DT＝DTpmflVpmφpm+DTsmVsm+DTskVsk+DTpkflVpkφpk 公式(9)。
[0043] 式中，ρpk为有机质的密度；ρsk为有机质固体的密度；ρpkfl为有机质的孔隙中的流体密度；DTpk为有机质的声波时差；DTsk为有机质固体的声波时差；DTpkfl为有机质的孔隙中流体声波值；ρpm为无机质的密度；ρsm为无机质固体的密度；ρpmfl为无机质的孔隙中流体密度；DTpm为无机质的声波时差；DTsm为无机质固体的声波时差；DTpmfl为有机质的孔隙中流体密度；ρb为密度测井曲线；Vsm为无机质固体的体积在无机质体积中的百分比；Vsk为有机质固体的体积在有机质体积中的百分比；DT为声波时差测井曲线。
[0044] 公式(1)-公式(9)整理可得公式(10)：
[0045]
[0046] 当页岩储层的岩心资料以及储层描述资料充足时，可以根据室内试验资料直接确定模型的输入参数:ρsm、ρpmfl、ρsk、ρpkfl、DTsm、DTpmfl、DTsk、DTpkfl、φpk，根据密度测井曲线可得到ρb，根据声波时差测井曲线可得到DT。将以上各个参数代入公式(4)可计算得到ρpk，代入公式(5)可计算得到DTpk。再将DT、DTsm、DTpmfl、ρpk、ρsm、ρb、DTpk和ρpmfl代入公式(10)可计算得到无机质的孔隙度φpm，根据公式φpm+φpk＝1可计算得到有机质的孔隙度φpk。
[0047] 一种采用测井曲线计算页岩储层中组分的方法，公式(1)-公式(9)整理可得：将利用上述
采用测井曲线计算页岩储层中无机质孔隙度的方法计算得到的无机质的孔隙度φpm，以及
DT、DTsm、DTpk和DTpmfl参数代入公式(11)中可计算得到有机质体积在页岩总体积中的百分比Vpk。再根据公式(1)可计算得到无机质体积在页岩总体积中的百分比Vpm。
[0048] 公式(1)-公式(3)整理可得公式(12)：Vsm＝Vpm×(1-φpm)；公式(13)：Vsk＝Vpk×(1-φpk)。将Vpm和φpm代入公式(12)可计算得到无机质固体的体积在无机质体积中的百分比Vsm；将φpk和Vpk代入公式(13)可计算得到有机质固体的体积在有机质体积中的百分比
Vsk。
[0049] 一种采用测井曲线计算页岩储层中总孔隙度的方法，总孔隙度的计算模型为：φt＝Vpm×φpm+Vpk×φpk，将利用上述采用测井曲线计算页岩储层中组分的方法计算得到的
Vpk及其他参数带入总孔隙度的计算模型中，计算得到页岩储层的总孔隙度φt。
[0050] 在上述的计算中，已经得到了Vpm、φpm、φpk和Vpk，将Vpm、φpm、φpk和Vpk这四个参数代入总孔隙度的计算模型中，可计算得到页岩储层的总孔隙度φt。
[0051] 在无机质孔隙度、有机质孔隙度、页岩储层组分以及总孔隙度的计算过程中，需要确定的参数共有9个，分别为ρsm、ρpmfl、ρsk、ρpkfl、DTsm、DTpmfl、DTsk、DTpkfl、φpk，但是在室内条件下，这九个参数很难直接确定，因此需要采取最优化算法拟合模型参数。首先在室内完成页岩储层岩心的孔隙度测试，并进行岩心归位。再以室内测试得到的孔隙度值作为对比的基准，采取最优化算法调整这九个参数，拟合后确定这九个参数的值。拟合过程中采用约束最优化算法，其目标函数为： 其中n为页岩样品数目；
φti为第i个页岩总孔隙度的理论计算值；φtci为第i个页岩总孔隙度的测试值。当目标函数的计算结果小于0.001时，满足计算精度，各个参数的调整值为最终的模型参数，将各个参数的调整值带入公式(1)-(13)以及总孔隙度的计算模型，再根据密度测井曲线得到的ρb和声波时差测井曲线得到的DT，最终可计算得到较精确的无机质孔隙度、有机质孔隙度、页岩储层组分以及总孔隙度。
[0052] 以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
[0053] 实施例1
[0054] 一种采用测井曲线计算页岩储层中无机质孔隙度的方法，包括：
[0055] (1)引入假设条件：页岩储层由无机质和有机质组成；有机质的孔隙中只含气体，有机质的孔隙度是定值；无机质的孔隙中只含水；页岩储层的颗粒密度是定值。
[0056] (2)根据页岩储层的组成，确定页岩储层的体积模型。
[0057] 页岩储层的体积模型为：
[0058] Vpm+Vpk＝1 公式(1)；
[0059] Vpm＝Vpmφpm+Vsm＝Vpmφpm+Vpm(1-φpm) 公式(2)；
[0060] Vpk＝Vpkφpk+Vsk＝Vpkφpk+Vpk(1-φpk) 公式(3)；
[0061] 式中：Vpk为有机质体积在页岩总体积中的百分比；Vpm为无机质体积在页岩总体积中的百分比；φpm为无机质的孔隙度；φpk为有机质的孔隙度，Vsm为无机质固体的体积在无机质体积中的百分比；Vsk为有机质固体的体积在有机质体积中的百分比。
[0062] (3)根据声波测井曲线、密度测井曲线和页岩储层的组成之间的关系以及页岩储层的体积模型来确定无机质孔隙度的计算模型。
[0063] 声波测井曲线、密度测井曲线与页岩储层之间的关系为：
[0064] ρpk＝ρsk×(1-φpk)+ρpkfl×φpk 公式(4)；
[0065] DTpk＝DTsk×(1-φpk)+DTpkfl×φpk 公式(5)；
[0066] ρpm＝ρsm×(1-φpm)+ρpmfl×φpm 公式(6)；
[0067] DTpm＝DTsm×(1-φpm)+DTpmfl×φpm 公式(7)；
[0068] ρb＝ρpmflVpmφpm+ρsmVsm+ρskVsk+ρpkflVpkφpk 公式(8)；
[0069] DT＝DTpmflVpmφpm+DTsmVsm+DTskVsk+DTpkflVpkφpk 公式(9)。
[0070] 式中，ρpk为有机质的密度；ρsk为有机质固体的密度；ρpkfl为有机质的孔隙中的流体密度；DTpk为有机质的声波时差；DTsk为有机质固体的声波时差；DTpkfl为有机质的孔隙中流体声波值；ρpm为无机质的密度；ρsm为无机质固体的密度；ρpmfl为无机质的孔隙中流体密度；DTpm为无机质的声波时差；DTsm为无机质固体的声波时差；DTpmfl为有机质的孔隙中流体密度；ρb为密度测井曲线；Vsm为无机质固体的体积在无机质体积中的百分比；Vsk为有机质固体的体积在有机质体积中的百分比；DT为声波时差测井曲线。
[0071] 公式(1)-公式(9)整理可得公式(10)：根据室
内试验资料直接确定模型的输入参数:ρsm、ρpmfl、ρsk、ρpkfl、DTsm、DTpmfl、DTsk、DTpkfl、φpk，根据密度测井曲线可得到ρb，根据声波时差测井曲线可得到DT。将以上各个参数代入公式(4)可计算得到ρpk，代入公式(5)可计算得到DTpk。再将DT、DTsm、DTpmfl、ρpk、ρsm、ρb、DTpk和ρpmfl代入公式(10)可计算得到无机质的孔隙度φpm，根据公式φpm+φpk＝1可计算得到有机质的孔隙度φpk。
[0072] 一种采用测井曲线计算页岩储层中组分的方法，公式(1)-公式(9)整理可得：将利用上述
采用测井曲线计算页岩储层中无机质孔隙度的方法计算得到的无机质的孔隙度φpm，以及
DT、DTsm、DTpk和DTpmfl参数代入公式(11)中可计算得到有机质体积在页岩总体积中的百分比Vpk。再根据公式(1)可计算得到无机质体积在页岩总体积中的百分比Vpm。
[0073] 公式(1)-公式(3)整理可得公式(12)：Vsm＝Vpm×(1-φpm)；公式(13)：Vsk＝Vpk×(1-φpk)。将Vpm和φpm代入公式(12)可计算得到无机质固体的体积在无机质体积中的百分比Vsm；将φpk和Vpk代入公式(13)可计算得到有机质固体的体积在有机质体积中的百分比
Vsk。
[0074] 一种采用测井曲线计算页岩储层中总孔隙度的方法，总孔隙度的计算模型为：φt＝Vpm×φpm+Vpk×φpk，将之前得到了Vpm、φpm、φpk和Vpk，将Vpm、φpm、φpk和Vpk这四个参数代入总孔隙度的计算模型中，计算得到页岩储层的总孔隙度φt。
[0075] 实施例2
[0076] 本实施例的一种采用测井曲线计算页岩储层中无机质孔隙度、总孔隙度以及组分的方法与实施例1的一种采用测井曲线计算页岩储层中无机质孔隙度、总孔隙度以及组分
的方法基本相同，不同之处在于，本实施例针对的是在室内条件下，ρsm、ρpmfl、ρsk、ρpkfl、DTsm、DTpmfl、DTsk、DTpkfl、φpk这九个参数很难直接确定的情况。
[0077] 在实施例1的基础上，实施例2还增加了以下步骤：当利用不确定的ρsm、ρpmfl、ρsk、ρpkfl、DTsm、DTpmfl、DTsk、DTpkfl、φpk参数计算得到孔隙度时，先在室内完成页岩储层岩心的孔隙度测试，并进行岩心归位。再以室内测试得到的孔隙度值作为对比的基准，采取最优化算法调整ρsm、ρpmfl、ρsk、ρpkfl、DTsm、DTpmfl、DTsk、DTpkfl、φpk这九个参数，拟合后确定这九个参数的值。拟合过程中采用约束最优化算法，其目标函数为：其中n为页岩样品数目；φti为第i个页岩总孔隙度的
理论计算值；φtci为第i个页岩总孔隙度的测试值。当目标函数的计算结果小于0.001时，满足计算精度，各个参数的调整值为最终的模型参数，将各个参数的调整值带入公式(1)-
(13)以及总孔隙度的计算模型，再根据密度测井曲线得到的ρb和声波时差测井曲线得到的DT，最终可计算得到较精确的无机质孔隙度、有机质孔隙度、页岩储层组分以及总孔隙度。
[0078] 综上所述，本发明实施例的一种采用测井曲线计算页岩储层中无机质孔隙度、总孔隙度以及组分的方法，采用测井曲线计算页岩储层中无机质孔隙度的方法，其通过体积
模型、以及利用声波测井曲线、密度测井曲线和页岩储层的组成之间的关系可以计算出页
岩储层中无机质孔隙度。利用计算得到的无机质孔隙度以及利用声波测井曲线、密度测井
曲线和页岩储层的组成之间的关系可以计算出页岩储层中的各组分占比。利用计算得到的
页岩储层中的各组分占比以及无机质孔隙度可以计算出页岩储层中的总孔隙度。
[0079] 以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施
例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的
所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
