《页岩地层元素录井采集与评价技术规范》

本文件规定了页岩地层元素录井采集的技术要求及元素数据处理、参数求取、地层特征识别、评价及应用等方法。本文件适用于页岩地层X射线荧光元素录井采集、处理与解释评价。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T41611页岩气术语与定义NB/T11275页岩油术语NB/T14017页岩气录井技术规范SY/T5426石油天然气钻井工程岩石可钻性测定与分级SY/T5623地层压力预（监）测方法SY/T5788.3油气井地质录井规范SY/T6348陆上石油天然气录井作业安全规程SY/T6937多极子阵列声波测井资料处理与解释规范SY/T6994页岩气测井资料处理与解释规范SY/T7324X射线荧光录井仪校准方法SY/T7420X射线荧光光谱元素录井规范3术语和定义GB/T41611、NB/T11275界定的以及下列术语和定义适用于本文件。主量元素majorelement是指地质体中质量分数大于0.1%的元素。这些元素能够形成独立的矿物相，也称为造岩元素。微量元素traceelement是指地质体中质量分数小于0.1%的元素。敏感元素sensitiveelement与目标参数相关性高的元素或元素组合。特征元素charateristicelement反映地层、沉积环境变化的标志性元素或元素组合。4元素采集技术要求4.1元素采集设备性能要求4.1.1元素采集仪器及粉碎机、压样机、真空泵的性能应满足SY/T7420的要求。4.1.3重复性：同一个样品重复测量不少于3次，谱峰和脉冲值相对误差在±5%以内。4.1.4元素采集仪器的标定按SY/T7420、校准按SY/T7324中的要求执行。4.2样品采集与处理要求4.2.1岩屑按地质设计规定的取样间距或按目的层段1~2m、非目的层段2~4m进行样品采集；岩心应根据岩性的变化逐层采样，岩性没有变化时宜按3~5个样/m进行采集。4.2.2岩屑采集按照SY/T5788.3和SY/T7420中的规定执行。油基或合成基钻井液条件下，取足量元素分析用的岩屑，采用基础油清洗，自然晾干；若烘烤，宜再使用脱脂水基溶液清洗干净，烘烤温度不超过80℃,烘烤时间不超过90min。4.2.3岩屑样品应清除其中的掉块、泥饼、铁屑等，保证样品的真实性；非均质性强的岩心，应多点采集，提高样品的代表性。表面无明显色差。4.2.5采用不低于10kN的压力对样品粉末进行压片，每个样品的保压时间应一致（推荐20s）。4.2.6粉碎器具、压片模具每次使用前、后均应清洁干净，防止样品受到污染。4.3样品分析要求按照SY/T7420和NB/T14017中的规定执行，对主量元素（Si、Al、Fe、Ca、NMn等）及微量元素（V、Co、Cr、Ni、Rb、Sr、Zr、Mo、Th、U等）进行含量分析与记录，分析的元素种类应不少于20种，分析周期不少于60s。4.4HSE要求作业安全按SY/T6348中的要求执行。5元素数据处理5.1元素分析结果校正将不同厂家、不同型号的元素录井仪器与经过计量认证的实验室元素仪器进行数据比对，建立校正模型，对录井仪器采集的元素进行校正。校正方法参见附录A。5.2氧化物含量转换。转换方法参见附录B。5.3证实方法采用相同原理的实验室大型元素分析仪对元素录井仪器测定及处理的结果进行验证，皮尔逊相关系数应不小于0.8；否则，需对仪器重新标定，或改进样品处理、数据处理方法。6参数求取6.1参数求取目的工程等目标参数与敏感元素之间的关系模型，以应用于目标井的优快钻井、地质导向、甜点评价、分段压裂。6.2参数求取要求6.2.1采用5.1校正后且皮尔逊相关系数不低于0.4的敏感元素进行参数建模。6.2.2参与建模的敏感元素应避免选择受钻井液影响大、测量精度低、多重共线性强的元素，构建的模型应具有地质或地球化学意义。6.2.3参与模型构建的数据点数及分布井段应能满足评价与应用的需要，模型的皮尔逊相关系数宜大于6.3参数求取方法6.3.1测井参数6.3.1.1数据匹配在深度归位的基础上，对岩屑取样间距范围内的测井数据取平均或取与岩心取样深度最为接近的测井数据，进行元素录井数据与测井数据的深度匹配。基于匹配好的数据，进行相关性分析，选取电阻率的敏感元素，如Ca、P、Si、K等，采用回归分析或机器学习等方法构建电阻率的计算模型。构建方法参见附录C。6.3.1.3声波速度基于声波速度的敏感元素，如Mg、S、V等，采用回归分析或机器学习等方法构建声波时差或声波速度的计算模型。构建方法参见附录C。采用Th、U、K按式（1）合成伽马；或采用敏感元素（S、K等）、泥质含量等计算伽马。式中：Y——伽马，API；K——钾元素含量，%。6.3.2地质参数6.3.2.1矿物组分根据不同矿物的分子式，采用5.2转换的氧化物计算矿物含量，或直接采用敏感元素计算长英质、云灰质、黏土质的含量。6.3.2.2密度基于密度的敏感元素，如Ca、Mg、Fe、Si、S、V等，采用回归分析或机器学习等方法构建与测井密度或实验室测定的岩样密度之间的关系方程。构建方法参见附录C。6.3.2.3孔隙度基于孔隙度的敏感元素，如Ca、P、S、K、Sr等，采用回归分析或机器学习等方法与孔隙度的关系方程；或在密度求取的基础上，根据式（2）计算孔隙度：式中：6.3.2.4总有机碳基于总有机碳（TOC）的敏感元素，如P、Mo、S、S/Cl、U/Th等，采法构建与TOC的关系方程。构建方法参见附录C。6.3.2.5生物成因硅含量计算基于Si/(Si+Al+Fe)比值或Al/(Fe+Al+Mn)比值识别生物成因硅，识别方法参见附录D.1；生物成因硅含量的计算方法参见附录D.2。6.3.2.6含气量基于生物成因硅或含气量的敏感元素，如K、S、P等，采用回归分析或机器学习等方法构建与岩心解吸含气量的关系方程。6.3.3工程参数求取方法6.3.3.1杨氏模量6.3.3.1.1直接方法基于杨氏模量的敏感元素，如Mn、Ni等，采用回归分析或机器学习等方法构建与杨氏模量之间的关系方程。构建方法参见附录E.1。6.3.3.1.2间接方法基于纵波速度、横波速度的敏感元素（如Mg、S、V等）及岩石密度的敏感元素（如S、Ca、K、Al等构建纵波速度、横波速度及岩石密度，并按照SY/T6937中的模型计算杨氏模量。6.3.3.2泊松比6.3.3.2.1直接方法基于泊松比的敏感元素，如Si、Ca、Sr等，采用回归分析或机器学习等方法构建杨氏模量的计算模型。构建方法参见附录E.2。6.3.3.2.2间接方法在纵波速度、横波速度、岩石密度等曲线构建的基础上，按照SY/T6937中的模型计算泊松比。6.3.3.3脆性指数根据6.3.3.1、6.3.3.2给出的杨氏模量和泊松比，按照SY/T6994中的模型计算脆性指数6.3.2.1给出的脆性矿物含量计算脆性指数。6.3.3.4地层孔隙压力基于构建的声波时差、孔隙度、岩石密度等曲线，按照SY/T5623中的比值式、伊顿式计算孔隙压力系数或孔隙压力当量密度。6.3.3.5地层破裂压力根据6.3.2.2、6.3.3.2、6.3.3.4给出的岩石密度、泊松比和孔隙压力，按照SY/T5623中的伊顿法计算破裂压力。6.3.3.6井径基于井径的敏感元素，如Al、K等，采用回归分析或机器学习等方法，构建井径的计算模型。6.4证实方法根据完钻后的测井、压裂、测试等数据对元素求取参数进行验证，皮尔逊相关系数宜大于0.7；否则，需对敏感元素、求取模型进行迭代修正。7地层特征识别7.1识别目的根据区域、邻井或导眼井资料，建立沉积环境、岩性、岩相、地质小层等识别标准或图版，以应用于目标井的甜点评价、地质导向等。7.2识别内容与方法7.2.1沉积环境识别根据特征元素对沉积环境进行识别。识别方法见附录F。7.2.2岩性识别根据区域和邻井元素资料，建立标准元素剖面，并选取特征元素。按照SY/T5788.3、SY/T7420中的原则与方法，对目标井的页岩地层进行岩性识别。7.2.3岩相识别识别页岩的成分相。识别图版见附录G。7.2.3.2根据元素孔隙度及非均质性等差异，结合肉眼观察、成像观察，识别页岩的构造相，分为纹层状、层状、块状三类。7.2.4地质小层识别根据特征元素，构建三端元图、散点图等地质小层识别图版或根据构建的参数曲线、岩相变化特征识别地质小层，并建立区域地质小层标准元素剖面及特征元素库。7.3证实方法根据钻后测井资料、地质评价等资料，对识别结果进行验证，符合率应大于90%；否则，需对识别标准或图版进行迭代修正。8评价及应用8.1评价要求采用同地区同层位的参数求取模型、识别标准或图版、评价标准，或根据地区差异对模型、图版、标准进行偏差修正。8.2评价与应用方法8.2.1地层对比与划分根据特征元素及构建的参数曲线，结合区域地震、地质、测井等资料，进行地层对比，并划分地质层位与地质小层。8.2.2水平井地质导向根据特征元素及构建的参数曲线变化情况，结合随钻测井、地震及其他录井资料，判断井身轨迹在地层或靶体中的位置，及时识别入靶、出靶、穿层或钻遇断层的深度，提出井身轨迹调整建议。8.2.3可钻性评价基于6.3.1.3构建的声波速度曲线，根据SY/T5426中的方法，计算岩石可钻性级值，并进行分级评价。8.2.4井壁稳定性评价8.2.4.1基于6.3.3构建的井径曲线及使用的钻头直径，计算井径扩大率。8.2.4.2通过岩屑掉块元素特征与已钻地层元素特征的比对，分析发生井壁坍塌的井段。8.2.5甜点评价基于埋深、厚（长）度、孔隙度、总有机碳、含气量、脆性等参数，根据产能的高、中、低，建立8.2.6压裂选层选段提出分段分簇建议。8.3证实方法根据钻后测井、压裂、产能等情况，对评价成果、应用效果进行验证，符合率宜大于85%；否则，需对评价标准进行迭代修正。9提交的主要资料a)仪器标定谱图与标定曲线b)元素分析数据表c)参数计算模型d)地层特征识别图版或标准e)评价标准及成果表f)元素录井采集与评价综合图附录A录井元素数据标准化方法采用同一批样品，分别在现场录井元素仪器及经过国家计量认证的实验室元素仪器上进行测量，对每种元素进行回归分析，建立回归方程，建立方法参见图A.1，然后根据回归方程对录井元素做标准化处理。校正模型为式（A.1ii——经过国家计量认证的元素仪器测得的元素含量；EMi——录井仪器测得的元素含量；图A.1录井元素的标准化处理附录B氧化物含量转换方法氧化物闭合模型的基本原理为地层中单位体积内所有元素的氧化物重量百分数之和为1。元素含量转换为氧化物含量的方法见式B.1：i式中：Xi——第i种元素的氧化物指数。氧化物指数指的是元素的氧化物重量除以该元素的重量所得的商。元素的氧化物指数见表B.1。表B.1元素的氧化物指数KPS222O附录C元素参数求取方法根据区域、邻井或导眼井的目标参数与敏感元素关系模型，求取目标井的目标参数。模型格式见式）：i:P——目标参数；Ei——敏感元素含量。如，威荣—永川地区的页岩地层比值回归法见式（C.2t多元回归法见式（C.3=4.6369+0.9665×P+1.9099×S+31.…（C.3）两种方法与岩屑TOC的对比参见图C.1。图C.1基于元素求取的TOC与实测TOC的对比附录D生物成因硅识别及其含量计算方法D.1采用下列两种方法之一识别生物成因硅生物成因硅的识别模型见式（D.1）和（D.2）：式中：式中：b为常数。如四川盆地，b为0.9。D.2生物成因硅含量计算方法生物成因硅含量的计算模型见式（D.3）：式中：Si生物——计算深度点的生物成因硅含量，%；Si样品——计算深度点的硅含量，%；背景——正常碎屑沉积环境Al样品——计算深度点的Al含量，%。附录E杨氏模量、泊松比直接求取方法E.1杨氏模量的直接求取方法：对标实验室实测杨氏模量数据或多极子阵列声波计算的杨氏模量数据，选取敏感元素S，建立的杨氏模量计算模型见式（E.1）：式中：建模效果参见图E.1。3780379038003810382038303840385038603530252015103770图E.1杨氏模量建模效果对比E.2泊松比的直接求取方法：对标实验室实测泊松比数据或偶极子、多极子阵列声波计算的泊松比数据，选取敏感元素，如Si、Ca、Fe、K，建立的泊松比计算模型见式（E.2式中：σ——泊松比，以小数或百分数（%）表示。建模效果参见图E.2。0.13770378037903800381038203830384038503860图E.2泊松比建模效果对比附录F沉积环境元素识别指标F.1氧化还原环境环境向还原环境的转变。表1古水体氧化还原环境元素识别指标>1.25>4.25>7.00>0.77<0.75<2.00<5.00<0.60F.2海陆相环境Al、Ti、Fe是陆相沉积的代表性元素，Mn则是典型的海相沉积元素，当沉积环境发生变化时，上述元素含量一般会发生较大的变化。Cr、Ni、V等元素的含量，在海相与陆相环境中有明显差异，一般海相沉积物的比陆相沉积物的高三分之一至一倍。Rb/K比值：通常海相沉积物的Rb/K比值大于0.05，半咸水沉积物的介于0.03～0.0物的小于0.03。Sr/Ba比值：Sr/Ba比值与盐度呈正相关关系，B/Ga比值：0.5＜B/Ga＜1.0指示河流—三角洲相；1.5＜B/Ga＜2.5指示远岸开阔湖相；4.0＜B/Ga<5.5指示闭塞湖相；5.0＜B/Ga＜7.5指示非闭塞咸水湖相沉积。Th/U比值：比值小于2为海相环境，比值大于7为陆相环境，介入2到7之间为过渡环境。F.3化学风化作用强度(K2O+Na2O+CaO)/Al2O3可作为指示化学风化作用强度的一个地球化学指标，比值越小，风化作用越强烈。F.4沉积速率Mn/Ti和Mn/Al比值可指示沉积速率，比值越大，表明沉积速率越快。F.5古水深V/