利用孔隙度差值計算粘土含量的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及地質勘探測量領域，具體為一種利用孔隙度差值計算粘土含量的方 法。
【背景技術】
[0002]現有技術一的技術方案
[0003] 中子一密度交會法計算粘土含量（雍世和，張超謨.測井數據處理與綜合解釋 ?2007)
[0004] 當擁有淡水砂巖刻度的中子（ΦΝ)和密度孔隙度（?D)值時，可以利用中子一密度 孔隙度交會圖版確定巖石的粘土含量。該方法中確定粘土含量的關鍵在于明確圖版中的三 個關鍵點，分別是骨架點、粘土點和水點。
[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 要是抗風化能力強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，一般不再區分石英與長石，常以石英代表砂礫巖的骨架礦物。當按砂巖刻度時，石 英的中子孔隙度和密度孔隙度為Φ Ν = 〇%和〇d = 〇%。因此，中子一密度交會圖版的原點就 是骨架點。當假定ΦΝ=1〇〇%并且％=1〇〇%時，即巖石不含骨架，完全為孔隙水，即為水 點。骨架點和水點是理想點，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點應分布在這條線上，從骨架點到水點，孔 隙度逐漸增加。
[0006] 由于粘土礦物中的氫氧根和粘土結晶水、束縛水的存在，粘土會使得巖石的快中 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，如果粘土的密度大于骨架密度，會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，粘土點位于含水純砂巖下方。骨架點與粘土點的連線稱為泥 巖線，線上點所代表巖石的孔隙度為〇%，從骨架點到粘土點粘土含量逐漸增加。粘土點與 水點的連線稱為含水粘土線，線上點所代表的巖石由水和粘土組成，沒有骨架的成分，從粘 土點到水點孔隙度逐漸增大。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、粘土點和水點構成三角形，不同孔隙度與不同粘土含量的砂礫巖所對應 的點應該在三角形內部，點到含水純砂巖線距離的變化代表粘土含量的變化，粘土點到含 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%，經線性刻度可得到 不同點對應的粘土含量，具體的計算公式為：
_7] (1)
[0008] 現有技術一的缺點
[0009] 該方法中：骨架點、水點多為理論值，很容易確定;然而，粘土點的位置難以確定， 因為不同地區粘土礦物類型、含量及其結晶水、束縛水存在差異，這些因素均會影響其骨架 點值的確定。
[0010]現有技術二的技術方案
[0011] 中子與密度組合法計算粘土含量(譚廷棟.測井解釋粘土礦物.1987)
[0012] 對于中子和密度測井而言，巖石泥質當中的非粘土部分與骨架的性質相似，所以 可以將這兩種測井方法對應的巖石體積物理模型分為三個部分，分別為骨架、粘土和孔隙。 中子測井測量井內巖石含氫量的變化，粘土礦物中的氫氧根及其束縛水、結晶水使得含氫 量增加。密度測井測量井內巖石體積密度的變化，當粘土密度小于骨架密度時，粘土引起巖 石體積密度降低，反之當粘土密度大于骨架密度時，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換成中子孔隙度和密度孔隙度，就可以運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-孔隙流體占整個巖石的體積百分數，即巖石真實孔隙度的大小，％ ;
[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]通過上述方程有計算粘土含量的公式如下：
[0024]
(3)
[0025]現有技術二的缺點
[0026]該方法中：與中子孔隙度、密度孔隙度交會法相似，粘土的中子孔隙度與密度孔隙 度難以確定。
[0027]現有技術三的技術方案 [0028]自然伽馬能譜測井計算粘土含量
[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。鈾的化學性質較 為活潑，其沉積與吸附、還原和有機質作用相關，受風化、運移、富集過程等因素的影響較為 復雜，通常不是粘土含量的可靠指示元素。釷的化合物性質穩定，運移以機械風化迀移為 主，粘土礦物對釷的選擇性吸附以及釷在穩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算粘土含量主要是通過實驗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，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行相關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系。
[0031] 現有技術三的缺點
[0032] (1)自然伽馬能譜測井成本較高，難以廣泛使用。
[0033] (2)巖石中存在細粉砂、灰泥等粒徑與粘土礦物相當的細粒沉積物，這些成分也會 吸附一定數量的放射性礦物，使得最終得到的粘土含量偏大。
[0034]現有技術四的技術方案
[0035]泥質含量與粘土含量相關法(莫修文.葡西地區油氣儲層泥質與粘土含量的計算 方法研究.2006)
[0036]粘土作為泥質的一部分，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。泥質中除了粘土以外的其它成分通常近似認為與骨架相一致。因 此，粘土的數量及成分是影響泥質性質的最主要因素。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，粘土的含量隨泥質含量的增加而增加。泥質含量與粘土含量相 關法會應用大量的巖心粒度分析泥質含量與粘土含量資料，經相關分析得到用泥質含量計 算粘土含量的模型。
[0037]現有技術四的缺點：
[0038] (1)需要大量的巖心粒度分析泥質含量與粘土含量資料。
[0039] (2)當泥質含量計算不準確時，會影響粘土含量計算的準確性。
[0040] 現有技術五的技術方案
[0041 ] 一種基于電成像測井資料的復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算粘土含量的流程如下:對巖心分別進行地面伽馬測量和X 衍射分析，確定巖心的伽馬值和粘土含量;應用地面伽馬值和測井伽馬值的對比實現巖心 的深度歸位;讀取巖心實際深度所對應的電成像測井資料并進行圖像預處理;對預處理后 的電成像測井數據進行直方圖統計，得到電阻率分布;應用共輒梯度最優化技術得到泥巖 的電阻率分布范圍界限，進而統計粘土體積含量;再結合實驗所得粘土含量將體積含量校 正成質量分數，得到可靠的粘土含量。
[0043]現有技術五的缺點
[0044] (1)電成像測井成本較高，難以廣泛使用。
[0045] (2)細粉砂、灰泥等細粒沉積物的電阻率與粘土接近，難以與粘土有效區分，使得 計算的粘土含量可能偏大。
[0046]粘土含量是儲層巖石的基本特征參數之一;粘土含量的高低可以影響儲層的發育 程度、束縛水飽和度的大小、壓裂工藝措施等；目前計算粘土礦物含量的方法有中子一密度 交會法、中子與密度組合法、自然伽馬能譜測井計算法、電成像測井資料計算法;然而，中 子一密度交會法、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，影響了兩種方法計算結果的精度； 而自然伽馬能譜法、電成像密度法，由于其測井資料較少，其實用性較差。因此，鑒于此，擬 希望建立一種利用常規中子、密度測井曲線計算粘土含量的新方法。
[0047] 本發明涉及到的一些相關名詞解釋：
[0048] 1)中子孔隙度指經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射快中子，快中子與地層巖石發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 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，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，經巖石體積物理模型轉 化得到的孔隙度。密度測井儀器伽馬源向地層發射相對低能的伽馬射線，伽馬射線與地層 巖石主要發生康普頓散射作用和光電效應，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。實際地層中密度孔隙度主要受骨架礦物 成分、孔隙流體性質的影響。
[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、結晶水。
[0051] (4)粘土含量包括兩種，一種是粘土占整個巖石的體積百分數，另一種是粘土