[發明專利]利用聲速判定頁巖中的有機質含量的方法

有效

• 申請號: 201410270856.0
• 申請日: 2014-06-17
• 公開（公告）號: CN104101649A
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發明（設計）人: 劉曉宙;廖德飛
• 申請（專利權）人: 南京大學;中國石油化工股份有限公司石油物探技術研究院
• 主分類號: G01N29/07
• 分類號: G01N29/07
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

一、技術領域

本發明涉及利用超聲波進行頁巖中有機質含量的判定的方法，尤其是對有機質含量較高的情況。

二、背景技術

頁巖是一種沉積巖，成分復雜，但都具有薄頁狀或薄片層狀的節理，主要是由黏土沉積經壓力和溫度形成的巖石，但其中混雜有石英、長石的碎屑以及其他化學物質。頁巖通常會表現出各向異性，這種性質來源于沉積之前、過程中、和之后的地質過程的作用。頁巖各向異性的物理模型需要多尺度的結構信息，包含粘土域中晶體和細小孔隙的結構，這些粘土域的隊列去向，以及包含泥沙和富含有機質的粘土的細小分層。針對富含油母巖質的頁巖，如何有效地判定其有機質的含量目前還沒有很好的方法。

聲速是聲學的一個基本參量，它可以反映材料的彈性特性，有望反映頁巖的有機質含量的變化。

三、發明內容

本發明的目的是：采用超聲的方法來研究聲速與有機質(油母質)含量的變化關系，即采用測量頁巖的聲速來判定頁巖中的有機質含量的變化。

本發明的技術方案：利用聲速判定頁巖中的有機質含量的方法，利用含有有機質的頁巖中的聲速與有機質含量的變化的特性判斷頁巖中有機質的含量，頁巖在有機質含量變化后縱波和橫波聲速發生明顯的變化；采用超聲的方法無損檢測頁巖的有機質的含量，即采用測量頁巖的聲速隨有機質含量的變化來檢測頁巖的有機質的含量；通過發射和接收超聲換能器，測量聲波在頁巖樣品的傳播時間和樣品的長度，得到頁巖中的料的聲速，根據聲速與頁巖中有機質含量的關系來判定頁巖中有機質的含量：

1)由不同礦物組成無油的自由“頁巖”即干頁巖，不同礦物被認為是各向同性的或各向異性的。不同礦物和它們各自的體積百分比，從X-射線衍射(XRD)分析得到的；粘土，石英，方解石等頁巖的無機成分礦物存在于巖石的彈性常數使用Reuss-Voigt-Hill平均計算；

2)考慮油母質為背景材料，使用帶自洽的各向異性微分有效介質模型添加“干頁巖”包裹到油母質背景材料中，形成油母質和干頁巖復合材料；

3)添加氣孔進入油母質和干頁巖復合材料，使用帶自洽的各向異性微分有效介質模型重新估計帶氣孔油母質和干頁巖的彈性模量；

4)添加液體進入氣孔中，使用Brown-Korringa模型，獲得流體飽和油母質和干頁巖的彈性模量；根據上述模型計算得到飽和流體頁巖的彈性模量隨油母質含量的變化圖；

5)根據彈性模量和聲速的關系得到流體飽和油母質和干頁巖中的縱波和橫波的聲速；得到飽和流體頁巖的聲速隨油母質含量的變化曲線。

本發明尤其是對于Bazhenov頁巖，可由圖2根據測量到的聲速來判定頁巖中有機質的含量。本發明方法可推廣到其他類型的頁巖。

我們利用帶自洽的各向異性微分有效介質模型得到頁巖的彈性模量隨有機質含量的變化關系，根據彈性模量與聲速的關系可得到頁巖中的聲速，從而獲得聲速和有機質(油母質)含量的變化曲線，利用此變化曲線，可以通過測量聲速來獲得頁巖中有機質(油母質)的含量。

本發明的有益效果：與現有技術相比具有的特點是：通過聲學方法來測量頁巖中聲速隨有機質含量的變化，尋求頁巖聲速隨有機質含量之間的關系。此方法的特點是無損和實時，方法簡單易行。這里主要針對有機質含量較高的頁巖(有機質的體積比大于10％)，因為有機質含量低，此模型可能失效。

發展頁巖的有機質含量的檢測,是一項具有重大現實意義的課題。因此目前頁巖的研究已成為石油工業的熱點課題，由于頁巖材料的有機質含量的高低直接影響到頁巖的開采利用的價值，因此準確和實時判定頁巖有機質的含量顯得特別的重要。利用聲速判定其相變的方法。本發明以Bazhenov頁巖為列來說明采用聲速來判定有機質含量的方法。利用頁巖的聲速與有機質含量變化的敏感性，頁巖在不同有機質含量后聲速發生明顯的變化；采用超聲的方法無損檢測頁巖的聲速，即根據頁巖的聲速和有機質的含量的關系來檢測頁巖的有機質的含量。

四、附圖說明

圖1飽和流體頁巖的彈性模量隨油母質含量的變化；

圖2飽和流體頁巖的聲速隨油母質含量的變化。

五、具體實現方案

本發明方法包括測量和計算，過程分為以下幾步：

(1)礦物(粘土，石英，方解石等頁巖的無機成分)存在于巖石中，干頁巖體積模量和剪切模量使用Reuss-Voigt-Hill平均計算。礦物組成無油母質的自由“頁巖”即干頁巖，它可以被認為是各向同性的或各向異性的。礦物質和它們各自的體積百分比，通常可從X-射線衍射(XRD)分析得到的。