本發(fā)明涉及非常規(guī)油氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于確定頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的游離氣飽和度的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

頁(yè)巖氣儲(chǔ)層游離氣飽和度是頁(yè)巖氣儲(chǔ)層游離氣含量以及頁(yè)巖氣藏儲(chǔ)量評(píng)價(jià)的關(guān)鍵參數(shù)。目前測(cè)井行業(yè)中，首先采用傳統(tǒng)純砂巖含油氣飽和度模型(阿爾奇公式)或泥質(zhì)砂巖含油氣飽和度模型(Simandoux公式、Waxman-Smits雙水模型等)來(lái)確定頁(yè)巖含水飽和度。在確定頁(yè)巖含水飽和度后，利用頁(yè)巖游離氣飽和度與頁(yè)巖含水飽和度的關(guān)系來(lái)確定頁(yè)巖游離氣飽和度。

然而，在實(shí)際應(yīng)用中，基于傳統(tǒng)純砂巖與泥質(zhì)砂巖巖性與含流體特性建立的含油氣飽和度模型，并不完全符合頁(yè)巖氣儲(chǔ)層具有的頁(yè)理發(fā)育、巖石組分更加復(fù)雜、顆粒更加細(xì)小，天然氣賦存空間更加多樣等實(shí)際地質(zhì)與巖石物理特征。因此，將上述傳統(tǒng)含油氣飽和度模型應(yīng)用于頁(yè)巖氣儲(chǔ)層游離氣飽和度評(píng)價(jià)時(shí)，效果不佳。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：由于傳統(tǒng)純砂巖含油氣飽和度模型和泥質(zhì)砂巖含油氣飽和度模型，并不完全符合頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的實(shí)際地質(zhì)與巖石物理特征，因此，將上述傳統(tǒng)含油氣飽和度模型應(yīng)用于頁(yè)巖氣儲(chǔ)層游離氣飽和度評(píng)價(jià)時(shí)，效果不佳。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用于確定頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的游離氣飽和度的方法及系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于確定頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的游離氣飽和度的方法，其包括：

獲取所述頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的有效孔隙度、原狀地層電阻率和地層水電阻率；

基于構(gòu)建的所述頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的體積模型，所述體積模型包括頁(yè)理縫、粉砂質(zhì)和含有機(jī)質(zhì)的泥質(zhì)，獲取所述頁(yè)理縫的電阻率及該頁(yè)理縫占所述頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的體積百分比，得到第一電阻率和第一體積百分比；

獲取所述泥質(zhì)中濕黏土的電阻率及該泥質(zhì)占所述頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的體積百分比，得到第二電阻率和第二體積百分比；

根據(jù)所述有效孔隙度、原狀地層電阻率、地層水電阻率、第一電阻率、第一體積百分比、第二電阻率和第二體積百分比，確定所述頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的游離氣飽和度。

優(yōu)選的是，根據(jù)所述有效孔隙度、原狀地層電阻率、地層水電阻率、第一電阻率、第一體積百分比、第二電阻率和第二體積百分比，確定所述頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的游離氣飽和度，包括：

根據(jù)所述有效孔隙度、原狀地層電阻率、地層水電阻率、第一電阻率、第一體積百分比、第二電阻率和第二體積百分比，結(jié)合構(gòu)建的含水飽和度模型確定所述頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的含水飽和度；

根據(jù)所述含水飽和度，確定所述游離氣飽和度。

優(yōu)選的是，上述方法還包括：構(gòu)建所述頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的含水飽和度模型，具體包括：

根據(jù)所述頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的體積模型，構(gòu)建所述頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的等效電路；

根據(jù)所述等效電路，構(gòu)建所述含水飽和度模型。

優(yōu)選的是，所述含水飽和度模型為

$\frac{1}{R_t}=\frac{V_f}{R_f}+\frac{S_w{V}_{sh}}{R_{sh}}+\frac{{\mathrm{\φ}}_e^2{S}_w^2}{{\mathrm{aR}}_w(1-V_f-V_{sh})};$

其中，S_w表示所述含水飽和度，φ_e表示所述有效孔隙度，R_t表示所述原狀地層電阻率，R_w表示所述地層水電阻率；V_f和R_f分別表示所述第一體積百分比和所述第一電阻率；V_sh和R_sh分別表示所述第二體積百分比和所述第二電阻率；a表示與延時(shí)有關(guān)的比例系數(shù)。

優(yōu)選的是，利用雙側(cè)向測(cè)井反演的方法獲取所述第一體積百分比；或者

根據(jù)對(duì)所述頁(yè)巖氣儲(chǔ)層進(jìn)行核磁共振實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)，以及對(duì)所述頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的巖心進(jìn)行薄片掃描實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)，獲取所述第一體積百分比。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種用于確定頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的游離氣飽和度 的系統(tǒng)，其包括：

第一獲取模塊，設(shè)置為獲取所述頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的有效孔隙度、原狀地層電阻率和地層水電阻率；

第二獲取模塊，設(shè)置為基于構(gòu)建的所述頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的體積模型，所述體積模型包括頁(yè)理縫、粉砂質(zhì)和含有機(jī)質(zhì)的泥質(zhì)，獲取所述頁(yè)理縫的電阻率及該頁(yè)理縫占所述頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的體積百分比，得到第一電阻率和第一體積百分比；

第三獲取模塊，設(shè)置為獲取所述泥質(zhì)中濕黏土的電阻率及該泥質(zhì)占所述頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的體積百分比，得到第二電阻率和第二體積百分比；

游離氣飽和度確定模塊，設(shè)置為根據(jù)所述有效孔隙度、原狀地層電阻率、地層水電阻率、第一電阻率、第一體積百分比、第二電阻率和第二體積百分比，確定所述頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的游離氣飽和度。

優(yōu)選的是，所述游離氣飽和度確定模塊包括：

含水飽和度確定單元，設(shè)置為根據(jù)所述有效孔隙度、原狀地層電阻率、地層水電阻率、第一電阻率、第一體積百分比、第二電阻率和第二體積百分比，結(jié)合構(gòu)建的含水飽和度模型確定所述頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的含水飽和度；

游離氣飽和度確定單元，設(shè)置為根據(jù)所述含水飽和度，確定所述游離氣飽和度。

優(yōu)選的是，上述系統(tǒng)還包括含水飽和度模型構(gòu)建模塊，設(shè)置為構(gòu)建所述頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的含水飽和度模型；所述含水飽和度模型構(gòu)建模塊包括：

等效電路構(gòu)建單元，設(shè)置為根據(jù)所述頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的體積模型，構(gòu)建所述頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的等效電路；

含水飽和度模型構(gòu)建單元，設(shè)置為根據(jù)所述等效電路，構(gòu)建所述含水飽和度模型。

優(yōu)選的是，所述含水飽和度模型為$\frac{1}{R_t}=\frac{V_f}{R_f}+\frac{S_w{V}_{sh}}{R_{sh}}+\frac{{\mathrm{\φ}}_e^2{S}_w^2}{{\mathrm{aR}}_w(1-V_f-V_{sh})};$

其中，S_w表示所述含水飽和度，φ_e表示所述有效孔隙度，R_t表示所述原狀地層電阻率，R_w表示所述地層水電阻率；V_f和R_f分別表示所述第一體積百分比和所述第一電阻率；V_sh和R_sh分別表示所述第二體積百分比和所述第二電阻率；a表示與延時(shí)有關(guān)的比例系數(shù)。

優(yōu)選的是，所述第二獲取模塊具體設(shè)置為利用雙側(cè)向測(cè)井反演的方法獲取所 述第一體積百分比；或者根據(jù)對(duì)所述頁(yè)巖氣儲(chǔ)層進(jìn)行核磁共振實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)，以及對(duì)所述頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的巖心進(jìn)行薄片掃描實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)，獲取所述第一體積百分比。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述方案中的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例可以具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益效果：

本發(fā)明用于確定頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的游離氣飽和度的方法豐富了含油氣飽和度評(píng)價(jià)理論，完善了非常規(guī)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層含水飽和度與游離氣飽和度的評(píng)價(jià)方法，同時(shí)為復(fù)雜地質(zhì)條件下，不適用于傳統(tǒng)泥質(zhì)砂巖飽和度評(píng)價(jià)方法的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層含水飽和度以及游離氣飽和度評(píng)價(jià)問(wèn)題提供了有效途徑。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書(shū)中闡述，并且部分地從說(shuō)明書(shū)中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求書(shū)以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。

附圖說(shuō)明

附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例共同用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例用于確定頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的游離氣飽和度的方法的一種流程示意圖；

圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例用于確定頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的游離氣飽和度的方法的另一種流程示意圖；

圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例中構(gòu)建所述頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的含水飽和度模型的方法的流程示意圖；

圖4示出了本發(fā)明實(shí)施例中根據(jù)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的物理結(jié)構(gòu)特征構(gòu)建的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的體積模型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5示出了本發(fā)明實(shí)施例中構(gòu)建的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的等效電路的示意圖；

圖6示出了針對(duì)場(chǎng)景A，應(yīng)用本實(shí)施例確定的游離氣飽和度與巖心測(cè)試結(jié)果的對(duì)比示意圖；

圖7示出了針對(duì)場(chǎng)景B，應(yīng)用本實(shí)施例確定的游離氣飽和度與巖心測(cè)試結(jié)果的對(duì)比示意圖；

圖8示出了本發(fā)明實(shí)施例用于確定頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的游離氣飽和度的系統(tǒng)的一種 結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9示出了本發(fā)明實(shí)施例用于確定頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的游離氣飽和度的系統(tǒng)的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；以及

圖10示出了本發(fā)明實(shí)施例中含水飽和度模型構(gòu)建模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，借此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來(lái)解決技術(shù)問(wèn)題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過(guò)程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。需要說(shuō)明的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個(gè)實(shí)施例以及各實(shí)施例中的各個(gè)特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：由于傳統(tǒng)純砂巖含油氣飽和度模型和泥質(zhì)砂巖含油氣飽和度模型，并不完全符合頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的實(shí)際地質(zhì)與巖石物理特征，因此，將上述傳統(tǒng)含油氣飽和度模型應(yīng)用于頁(yè)巖氣儲(chǔ)層游離氣飽和度評(píng)價(jià)時(shí)，效果不佳。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一和新的用于確定頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的游離氣飽和度的方法。

如圖1所示，是本發(fā)明實(shí)施例用于確定頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的游離氣飽和度的方法的流程示意圖。本實(shí)施例用于確定頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的游離氣飽和度的方法，主要包括步驟101～104。

步驟101：獲取頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的有效孔隙度、原狀地層電阻率和地層水電阻率。

具體地，獲取頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的有效孔隙度。在具體實(shí)施過(guò)程中，可利用但不限于以下方式獲取頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的有效孔隙度：測(cè)井交會(huì)圖分析、巖心測(cè)試、巖心刻度測(cè)井。

獲取頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的原狀地層電阻率。在具體實(shí)施過(guò)程中，可利用代表原狀地層的測(cè)井曲線(如LLD，RLD等)來(lái)獲取頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的原狀地層電阻率。

頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的地層水電阻率可利用實(shí)驗(yàn)分析或者地區(qū)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系等確定。

步驟102：基于構(gòu)建的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的體積模型，體積模型包括頁(yè)理縫、粉砂質(zhì)和含有機(jī)質(zhì)的泥質(zhì)，獲取頁(yè)理縫的電阻率及該頁(yè)理縫占頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的體積百分比，得到第一電阻率和第一體積百分比。

具體地，體積模型包括的頁(yè)理縫的電阻率可取泥漿電阻率。

第一體積百分比優(yōu)選地利用雙側(cè)向測(cè)井反演的方法獲取，或者根據(jù)對(duì)頁(yè)巖氣 儲(chǔ)層進(jìn)行高精度核磁共振實(shí)驗(yàn)所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以及對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的巖心進(jìn)行薄片掃描實(shí)驗(yàn)所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)獲取。由于利用雙側(cè)向測(cè)井反演的方法獲取第一體積百分比，以及根據(jù)核磁共振實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和薄片掃描實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取第一體積百分比，均是本領(lǐng)域技術(shù)人員慣常采用的技術(shù)手段，故在本文中不再進(jìn)行展開(kāi)說(shuō)明。

步驟103：獲取泥質(zhì)中濕黏土的電阻率及該泥質(zhì)占頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的體積百分比，得到第二電阻率和第二體積百分比。

具體地，本文將含有機(jī)質(zhì)的泥質(zhì)中的濕黏土看成是泥質(zhì)中的主要導(dǎo)電部分。濕黏土的電阻率可取臨近泥巖電阻率。

第二體積百分比優(yōu)選地利用放射性測(cè)井的方法獲取，或者利用自然電位測(cè)井的方法獲取。由于利用放射性測(cè)井的方法來(lái)獲取第二體積百分比，以及利用自然電位測(cè)井的方法來(lái)獲取第二體積百分比，均是本領(lǐng)域技術(shù)人員慣常采用的技術(shù)手段，故在本文中不再進(jìn)行展開(kāi)說(shuō)明。

步驟104：根據(jù)有效孔隙度、原狀地層電阻率、地層水電阻率、第一電阻率、第一體積百分比、第二電阻率和第二體積百分比，確定頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的游離氣飽和度。特別地，根據(jù)上述參量確定頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的游離氣飽和度(也稱為游離氣含量)的方法將在下文中結(jié)合圖2進(jìn)行詳細(xì)地闡述。

圖2示出了本實(shí)施例用于確定頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的游離氣飽和度的方法的另一種流程示意圖。本實(shí)施例的確定方法除了包括上述步驟101～103之外，還包括步驟201、步驟202和步驟203。步驟202和步驟203是步驟103的進(jìn)一步擴(kuò)展。

參照?qǐng)D2，本實(shí)施例的用于確定頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的游離氣飽和度的方法，主要包括：

步驟201：構(gòu)建頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的含水飽和度模型。

具體地，含水飽和度模型可離線構(gòu)建而成，也可在執(zhí)行步驟202之前的任意時(shí)刻構(gòu)建。在本發(fā)明一優(yōu)選的實(shí)施例中，構(gòu)建的含水飽和度模型優(yōu)選地表示為：

$\frac{1}{R_t}=\frac{V_f}{R_f}+\frac{S_w{V}_{sh}}{R_{sh}}+\frac{{\mathrm{\φ}}_e^2{S}_w^2}{{\mathrm{aR}}_w(1-V_f-V_{sh})}$

其中，S_w表示含水飽和度，φ_e表示頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的有效孔隙度，R_t表示頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的原狀地層電阻率，R_w表示頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的地層水電阻率。V_f表示頁(yè)理縫占頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的體積百分比(即第一體積百分比)，R_f頁(yè)理縫的電阻率(即第一電阻率)。V_sh表示含有機(jī)質(zhì)的泥質(zhì)占頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的體積百分比(即第二體積百分比)， R_sh表示含有機(jī)質(zhì)的泥質(zhì)中濕黏土的的電阻率(即第二電阻率)。a表示與延時(shí)有關(guān)的比例系數(shù)，該比例系數(shù)取值為大于等于0.6且小于等于1.5的實(shí)數(shù)。

步驟101：獲取頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的有效孔隙度、原狀地層電阻率和地層水電阻率。

步驟102：獲取頁(yè)理縫的電阻率及該頁(yè)理縫占頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的體積百分比，得到第一電阻率和第一體積百分比。

步驟103：獲取含有機(jī)質(zhì)的泥質(zhì)中濕黏土的電阻率及該泥質(zhì)占頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的體積百分比，得到第二電阻率和第二體積百分比。

步驟202：根據(jù)有效孔隙度、原狀地層電阻率、地層水電阻率、第一電阻率、第一體積百分比、第二電阻率和第二體積百分比，結(jié)合含水飽和度模型確定頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的含水飽和度。

步驟203：根據(jù)含水飽和度，確定游離氣飽和度。

具體地，首先將步驟101～103獲取的所有參量代入含水飽和度模型中，得到含水飽和度。然后根據(jù)S_g＝1-S_w得到頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的游離氣飽和度，式中S_g表示頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的游離氣飽和度，S_w表示頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的含水飽和度。

如圖3所示，是本發(fā)明實(shí)施例中構(gòu)建含水飽和度模型的方法的流程示意圖。本實(shí)施例所述的構(gòu)建含水飽和度模型的方法，主要包括步驟301和步驟302。

步驟301：根據(jù)構(gòu)建的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的體積模型，構(gòu)建頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的等效電路。

具體地，從定義看頁(yè)巖是一種巖石組分復(fù)雜、普遍具有薄頁(yè)狀或薄片層狀節(jié)理、主要由黏土、細(xì)粉砂、粉砂等細(xì)粒礦物經(jīng)壓實(shí)、脫水、重結(jié)晶等成巖作用形成的沉積巖。而含氣頁(yè)巖儲(chǔ)層(即頁(yè)巖氣儲(chǔ)層)除具有上述頁(yè)巖普遍巖石特征外，還具有一定含量的有機(jī)質(zhì)用于生烴，以及孔隙空間用于儲(chǔ)集以游離狀態(tài)賦存其中的天然氣。

考慮到測(cè)井評(píng)價(jià)中通常將黏土與細(xì)粉砂合稱為泥質(zhì)，且富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)通常與更加細(xì)粒的泥質(zhì)共同沉積，故將黏土、細(xì)粉砂與有機(jī)質(zhì)合并為“含有機(jī)質(zhì)的泥質(zhì)”(以下簡(jiǎn)稱為泥質(zhì))處理。另外，考慮到頁(yè)巖沉積成巖后，“頁(yè)理縫”是相對(duì)較粗的礦物顆粒與細(xì)粒礦物的“分界面”，是電測(cè)井的主要導(dǎo)電通道。因此，根據(jù)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的物理結(jié)構(gòu)特征，可首先構(gòu)建如圖4所示的體積模型，然后根據(jù)體積模型構(gòu)建如圖5所示的等效電路。參照?qǐng)D4，構(gòu)建的體積模型包括頁(yè)理縫、粉砂質(zhì)的含有機(jī)質(zhì)的泥質(zhì)。參照?qǐng)D5，構(gòu)建的等效電路為并聯(lián)在一起的頁(yè)理縫的電阻、泥質(zhì)的電阻以及粉砂質(zhì)的電阻。

值得注意的是，在具體實(shí)施過(guò)程中，可首先采集的代表頁(yè)巖氣儲(chǔ)層各組成部分的物理參數(shù)，然后根據(jù)這些特理參數(shù)構(gòu)建體積模型。

步驟302：根據(jù)等效電路，構(gòu)建含水飽和度模型。

具體地，在步驟中，依據(jù)上述構(gòu)建的體積模型和等效電路，依據(jù)并聯(lián)導(dǎo)電原理推導(dǎo)頁(yè)巖石氣儲(chǔ)層的含水飽和度模型。下面詳細(xì)闡述構(gòu)建含水飽和度模型的過(guò)程。

參照?qǐng)D4，設(shè)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的巖樣為長(zhǎng)L的立方體，其總體積為V，總截面積為A，電阻率為R_t，電阻為r。頁(yè)理縫、泥質(zhì)與粉砂質(zhì)的體積依次為：V₁，V₂和V₃，截面積依次為：A_f，A′_sh和A_sd，電阻率依次為：R_f，R′_sh和R_sd，電阻依次為r_f，r′_sh和r_sd。圖4中的S′_g和S′_w分別表示含有機(jī)質(zhì)的泥質(zhì)的游離氣飽和度和含水飽和度，S″_g和S″_w分別表示粉砂質(zhì)的游離氣飽和度和含水飽和度。在本文中認(rèn)為含有機(jī)質(zhì)的泥質(zhì)的游離氣飽和度S′_g和粉砂質(zhì)的游離氣飽和度S″_g均等于頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的游離氣飽和度S_g，并認(rèn)為含有機(jī)質(zhì)的泥質(zhì)的含水飽和度S′_w和粉砂質(zhì)的含水飽和度S″_w均等于頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的含水飽和度S_w。即認(rèn)為構(gòu)建的體積模型中粉砂質(zhì)的含水飽和度和含有機(jī)質(zhì)的泥質(zhì)的含水飽和度是均勻的。

結(jié)合圖5所示等效電路可用式(1)表達(dá)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的電阻并聯(lián)關(guān)系：

$\frac{1}{r}=\frac{1}{r_f}+\frac{1}{{r_{sh}}^{\′}}+\frac{1}{r_{sd}}---\left(1\right)$

式(2)可改寫(xiě)成：

$\frac{1}{R_t\frac{L}{A}}=\frac{1}{R_f\frac{L}{A_f}}+\frac{1}{{R_{sh}}^{\′}\frac{L}{{A_{sh}}^{\′}}}+\frac{1}{R_{sd}\frac{L}{A_{sd}}}---\left(2\right)$

在式(2)的兩端同時(shí)乘以L²得到：

$\frac{AL}{R_t}=\frac{A_{f}L}{R_f}+\frac{{A_{sh}}^{\′}L}{{R_{sh}}^{\′}}+\frac{A_{sd}L}{R_{sd}}\frac{AL}{R_t}=\frac{A_{f}L}{R_f}+\frac{{A_{sh}}^{\′}L}{{R_{sh}}^{\′}}+\frac{A_{sd}L}{R_{sd}}---\left(3\right)$

即：

$\frac{V}{R_t}=\frac{V_1}{R_f}+\frac{V_2}{{R_{sh}}^{\′}}+\frac{V_3}{R_{sd}}---\left(4\right)$

令為頁(yè)理縫相對(duì)于頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的相對(duì)體積(即第一體積百分比)，為泥質(zhì)相對(duì)于頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的相對(duì)體積(即第二體積百分比)，為粉砂質(zhì)相對(duì)于頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的相對(duì)體積，對(duì)式(4)兩端除以V有：

$\frac{1}{R_t}=\frac{V_f}{R_f}+\frac{V_{sh}}{{R_{sh}}^{\′}}+\frac{1-V_f-V_{sh}}{R_{sd}}---\left(5\right)$

對(duì)于粉砂質(zhì)部分，設(shè)其有效孔隙度為則有根據(jù)粉砂質(zhì)公式且$\frac{R_{sd}}{{\mathrm{FR}}_w}=\frac{1}{{S_w}^2}\frac{R_{sd}}{{\mathrm{FR}}_w}=\frac{1}{{S_w}^2},$則有：

式(6)中，a表示與延時(shí)有關(guān)的比例系數(shù)，該比例系數(shù)取值為大于等于0.6且小于等于1.5的實(shí)數(shù)。

由于有機(jī)質(zhì)不導(dǎo)電，可認(rèn)為它是“含氣泥質(zhì)的骨架部分”，故假設(shè)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層中的“泥質(zhì)”為黏土較重的含有機(jī)質(zhì)細(xì)粉砂巖，其孔隙中含有濕黏土與天然氣，且認(rèn)為這部分細(xì)粉砂巖的有效孔隙中含水飽和度也等于S_w，當(dāng)濕黏土的電阻率為R_sh時(shí)，則與純砂巖類(lèi)似，可寫(xiě)出含氣泥質(zhì)的含水飽和度關(guān)系式：

$\frac{{R_{sh}}^{\′}}{R_{sh}}=\frac{1}{S_w^n}---\left(7\right)$

由于這部分泥質(zhì)巖性極細(xì)，其電阻率增大系數(shù)一般只有1.5～2左右，故可取指數(shù)n＝1，式(7)可寫(xiě)為如下式(8)的形式：

$\frac{1}{{R_{sh}}^{\′}}=\frac{S_w}{R_{sh}}---\left(8\right)$

將式(6)與式(8)同時(shí)代入式(5)可得頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的含水飽和度模型：

$\frac{1}{R_t}=\frac{V_f}{R_f}+\frac{S_w{V}_{sh}}{R_{sh}}+\frac{{\mathrm{\φ}}_e^2{S}_w^2}{{\mathrm{aR}}_w(1-V_f-V_{sh})}$

值得注意的是，在具體實(shí)施過(guò)程中，可直接利用使用含水飽和度模型。

可以看出，本發(fā)明實(shí)施例從頁(yè)巖氣儲(chǔ)層實(shí)際巖石物理特征分析入手，建立具有頁(yè)理縫導(dǎo)電的體積模型及等效電路，利用電測(cè)井響應(yīng)信息，提出一種新的用于確定頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的游離氣飽和度的方法。

相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實(shí)施例豐富了含油氣飽和度評(píng)價(jià)理論，完善了非常規(guī)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層含水飽和度與游離氣飽和度的評(píng)價(jià)方法。同時(shí)為復(fù)雜地質(zhì)條件下，不適用于傳統(tǒng)泥質(zhì)砂巖飽和度評(píng)價(jià)方法的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層含水飽和度以及游離氣飽 和度評(píng)價(jià)問(wèn)題提供了有效途徑。

為驗(yàn)證本發(fā)明實(shí)施例對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的游離氣飽和度評(píng)價(jià)的適應(yīng)性與有效性，對(duì)四川盆地兩口頁(yè)巖氣井測(cè)井資料進(jìn)行評(píng)價(jià)，并將評(píng)價(jià)結(jié)果與巖心分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

從圖6利用本發(fā)明實(shí)施例對(duì)四川盆地A井頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的游離氣飽和度進(jìn)行評(píng)價(jià)的結(jié)果看，圖6右側(cè)第1道中，利用本發(fā)明確定的游離氣飽和度(該道內(nèi)虛線與實(shí)線之差)加上吸附氣含量構(gòu)成的總含氣量(該道內(nèi)實(shí)線)，與巖心現(xiàn)場(chǎng)含量氣量測(cè)試結(jié)果(該道內(nèi)桿狀實(shí)線)具有較好的一致性，驗(yàn)證了本發(fā)明實(shí)施例的適應(yīng)性與有效性。

另外，從圖7利用本發(fā)明實(shí)施例對(duì)四川盆地B井頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的游離氣飽和度進(jìn)行評(píng)價(jià)的結(jié)果看，圖7右側(cè)第1道，利用本發(fā)明確定的游離氣飽和度(該道內(nèi)實(shí)線)與該道內(nèi)巖心分析測(cè)試結(jié)果(該道內(nèi)桿狀實(shí)線)同樣具有較好的一致性，驗(yàn)證了本發(fā)明實(shí)施例的適應(yīng)性與有效性。

相應(yīng)地，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種用于確定頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的游離氣飽和度的系統(tǒng)。

如圖8所示，是本發(fā)明實(shí)施例用于確定頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的游離氣飽和度的系統(tǒng)的一種結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例的確定系統(tǒng)包括游離氣飽和度確定模塊404，以及均與游離氣飽和度確定模塊404電連接的第一獲取模塊401、第二獲取模塊402和第三獲取模塊403。

具體地，第一獲取模塊401，設(shè)置為獲取頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的有效孔隙度、原狀地層電阻率和地層水電阻率。

第二獲取模塊402，設(shè)置為基于構(gòu)建的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的體積模型，所述體積模型包括頁(yè)理縫、粉砂質(zhì)和含有機(jī)質(zhì)的泥質(zhì)，獲取頁(yè)理縫的電阻率及該頁(yè)理縫占頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的體積百分比，得到第一電阻率和第一體積百分比。特別地，第二獲取模塊402具體利用雙側(cè)向測(cè)井反演的方法獲取第一體積百分比；或者根據(jù)對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層進(jìn)行核磁共振實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)，以及對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的巖心進(jìn)行薄片掃描實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)，獲取第一體積百分比。

第三獲取模塊403，設(shè)置為獲取含有機(jī)質(zhì)的泥質(zhì)中濕黏土的電阻率及該泥質(zhì)占頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的體積百分比，得到第二電阻率和第二體積百分比。特別地，第三獲取模塊403具體設(shè)置為利用放射性測(cè)井的方法或者自然電位測(cè)井的方法獲取第 二體積百分比。

游離氣飽和度確定模塊404，設(shè)置為根據(jù)有效孔隙度、原狀地層電阻率、地層水電阻率、第一電阻率、第一體積百分比、第二電阻率和第二體積百分比，確定頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的游離氣飽和度。

如圖9所示，是本發(fā)明實(shí)施例用于確定頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的游離氣飽和度的系統(tǒng)的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例的確定系統(tǒng)除了包括游離氣飽和度確定模塊404，以及均與游離氣飽和度確定模塊404電連接的第一獲取模塊401、第二獲取模塊402和第三獲取模塊403之外，還包括含水飽和度模型構(gòu)建模塊501。

具體地，含水飽和度模型構(gòu)建模塊501，設(shè)置為構(gòu)建頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的含水飽和度模型。

游離氣飽和度確定模塊404包括彼此電連接的含水飽和度確定單元502和游離氣飽和度確定單元503。含水飽和度模型構(gòu)建模塊501與含水飽和度確定單元502電連接。

含水飽和度確定單元502，設(shè)置為根據(jù)有效孔隙度、原狀地層電阻率、地層水電阻率、第一電阻率、第一體積百分比、第二電阻率和第二體積百分比，結(jié)合構(gòu)建的含水飽和度模型確定頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的含水飽和度。

游離氣飽和度確定單元503，設(shè)置為根據(jù)含水飽和度，確定游離氣飽和度。

如圖10所示，是本發(fā)明實(shí)施例中含水飽和度模型構(gòu)建模塊501的結(jié)構(gòu)示意圖。在本實(shí)施例中，含水飽和度模型構(gòu)建模塊501包括彼此電連接的等效電路構(gòu)建單元601和含水飽和度模型構(gòu)建單元602。

具體地，等效電路構(gòu)建單元601，設(shè)置為根據(jù)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的體積模型，構(gòu)建頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的等效電路。

含水飽和度模型構(gòu)建單元602，設(shè)置為根據(jù)等效電路，構(gòu)建含水飽和度模型。

在本發(fā)明實(shí)施例中，含水飽和度模型為$\frac{1}{R_t}=\frac{V_f}{R_f}+\frac{S_w{V}_{sh}}{R_{sh}}+\frac{{\mathrm{\φ}}_e^2{S}_w^2}{{\mathrm{aR}}_w(1-V_f-V_{sh})}.$其中，其中，S_w表示含水飽和度，φ_e表示有效孔隙度，R_t表示原狀地層電阻率，R_w表示地層水電阻率；V_f和R_f分別表示第一體積百分比和第一電阻率；V_sh和R_sh分別表示第二體積百分比和第二電阻率；a表示與延時(shí)有關(guān)的比例系數(shù)，該比例系數(shù)取值為大于等于0.6且小于等于1.5的實(shí)數(shù)。

上述各模塊中的操作的具體細(xì)化，可參見(jiàn)上面結(jié)合圖1～圖7對(duì)本發(fā)明方法的 說(shuō)明，在此不再詳細(xì)贅述。

可以看出，本發(fā)明實(shí)施例從頁(yè)巖氣儲(chǔ)層實(shí)際巖石物理特征分析入手，建立具有頁(yè)理縫導(dǎo)電的體積模型及等效電路，利用電測(cè)井響應(yīng)信息，提出一種新的用于確定頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的游離氣飽和度的系統(tǒng)。

相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實(shí)施例豐富了含油氣飽和度評(píng)價(jià)理論，完善了非常規(guī)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層含水飽和度與游離氣飽和度的評(píng)價(jià)方法。同時(shí)為復(fù)雜地質(zhì)條件下，不適用于傳統(tǒng)泥質(zhì)砂巖飽和度評(píng)價(jià)方法的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層含水飽和度以及游離氣飽和度評(píng)價(jià)問(wèn)題提供了有效途徑。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，上述的本發(fā)明的各模塊或各步驟可以用通用的計(jì)算裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，它們可以集中在單個(gè)的計(jì)算裝置上，或者分布在多個(gè)計(jì)算裝置所組成的網(wǎng)絡(luò)上，可選地，它們可以用計(jì)算裝置可執(zhí)行的程序代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而，可以將它們存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中由計(jì)算裝置來(lái)執(zhí)行，或者將它們分別制作成各個(gè)集成電路模塊，或者將它們中的多個(gè)模塊或步驟制作成單個(gè)集成電路模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣，本發(fā)明不限制于任何特定的硬件和軟件結(jié)合。

雖然本發(fā)明所公開(kāi)的實(shí)施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實(shí)施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所公開(kāi)的精神和范圍的前提下，可以在實(shí)施的形式上及細(xì)節(jié)上作任何的修改與變化，但本發(fā)明的保護(hù)范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書(shū)所界定的范圍為準(zhǔn)。