基于斜入射光反射差法的页岩各向异性特征研究

The original innovation and intellectual property rights of oil-gas exploration technology have become the strategic highland. Tight shale is the main type of unconventional oil-gas reservoirs. Its conventional microanalysis theory and technology scheme has some limitations in physical property characterization. It faces difficulties in multi-scale spatial detection. Besides, the test and analysis has stringent requirements. oblique-incident reflection difference (OIRD) signal depends on the dielectric and surface properties of the rock surface because this technique measures the difference in reflectivity between s- and p-polarized lights. The project intends to adopt OIRD technology to investigate the distribution of dielectric properties in shale reservoir and obtain the multi scale spatial detection results; besides, mathematical analysis methods will be developed to reveal the light response characteristics of shale anisotropy and clarify the law of light absorption and scattering of shale shale. The basic theory and preliminary scheme will be built about the anisotropy of the OIRD detection. OIRD is expected to effectively supplement as a routine shale reservoir method for exploration and provide new selection with intellectual rights.

油气资源勘探技术的原始创新及核心知识产权是各国竞相争取的战略高地。致密页岩是非常规油气储层的主要类型，现有显微分析理论和技术在物性表征和多尺度空间域检方面还存在一定的局限性，且对测试条件具有特殊要求。斜入射光反射差（OIRD）是通过测量p和s线偏振光反射率相对变化量的差值来检测样品性质，与样品的相对介电常数相关。本项目拟采用OIRD技术，研究页岩储层的介电性质分布，进行多尺度空间域检测，并发展数学分析方法，揭示光对页岩各向异性的响应特征，阐明页岩对光波吸收散射规律，建立基于OIRD的页岩各向异性探测理论和技术。OIRD可望作为常规分析方法的有效补充，为页岩储层的精准、高效勘探提供具有知识产权的新方法。

作为非常规油气资源储层的主要类型，致密页岩具有巨大的勘探潜力和开发前景，现有显微分析理论和技术在物性表征和多尺度空间域检方面还存在一定的局限性，且对测试条件具有特殊要求。本项目围绕导致页岩各向异性的孔隙裂缝和矿物排列相互交错、多尺度空间域等科学问题，利用斜入射光反射差（OIRD）技术检测页岩的各向异性，揭示光对页岩各向异性的响应特征，阐明页岩对光波吸收散射规律，建立基于斜入射光反射差技术的页岩各向异性探测理论和技术。项目执行期间，我们自主设计和搭建了OIRD系统，并根据不同的测试需求，结合入射方式的不同，将OIRD光学系统配置了上入射和下入射两种模式，为项目内容的开展和项目结题后相关工作的进一步深入开展提供了根本保障。利用自主搭建的OIRD设备，分别对包括具有明显层理和不明显层理页岩在内的大量岩石样本进行了测试与分析，揭示了定向排列的微裂隙、组成矿物的优选排列对不同页岩内部各向异性的影响规律和机理，并针对致密页岩的OIRD信号特点，基于深度学习的计算能力，对致密页岩OIRD成像结果进行建模和计算，得到预测模型和数据库，并不断优化卷积神经网络模型的卷积层、最大池化层和全连接层，利用OIRD和深度学习相结合的方法识别不可见层理页岩的介电各向异性，建立了定性分析模型，并根据与概率相关的输出值清楚地识别页岩层理。上述工作和结果不仅为后续油气OIRD研究提供了设备、系统和建模方法，还对致密页岩各向异性的新认识提供了科学依据。