一种考虑成岩作用和压力变化的页岩脆性测井评价方法技术

本发明专利技术提供了一种考虑成岩作用和压力变化的页岩脆性测井评价方法，涉及岩石力学领域，包括以下步骤：首先选取不少于10块2.5*5cm岩心样品进行三轴应力

【技术实现步骤摘要】
一种考虑成岩作用和压力变化的页岩脆性测井评价方法


[0001]本专利技术涉及一种考虑成岩作用和压力变化的页岩脆性测井评价方法，通过对研究区少量岩样开展三轴应力-应变实验求取实验室脆性指数，再与测井资料相结合，即可快速、有效获得同区块所有井单井连续脆性剖面，实现全区脆性空间分布评价，属于岩石力学领域。

技术介绍

[0002]页岩可压裂性评价目前已然成为页岩油甜点评价和压裂施工设计的重要技术支撑。通常采用脆性指数表征页岩的可压裂性，目前可反映岩石可压裂性最直接、有效的室内岩石脆性评价手段是对岩石样本进行三轴压缩应力-应变实验。全应力-应变曲线的峰前和峰后阶段分别反映岩石抵抗非弹性变形和破坏后维持裂缝扩展，但峰后曲线变化复杂且残余强度测量成功率低。为了获取连续的岩石脆性评价剖面，在实验室岩心脆性评价基础上，还需开展页岩脆性测井评价，目前主要采用矿物组分和弹性参数两种方法。虽然两种方法具有较强的实用性，但其存在问题也不容忽略：
①
矿物组分法中脆性矿物的界定模糊，且未考虑成岩作用，即使矿物成分相同，地层压力、孔隙大小、孔隙结构不同，脆性指数也可能差异较大；
②
弹性参数法仅考虑了岩石破坏前弹性阶段的特征，未考虑地层温压条件，杨氏模量和泊松比的等权重问题也值得商榷。

技术实现思路

[0003]为解决
技术介绍
中的问题，本专利技术提供一种考虑成岩作用和压力变化的页岩脆性测井评价方法，通过对研究区少量岩样开展三轴应力-应变实验，建立脆性指数评价标准，再由测井资料，综合考虑岩石矿物组分、岩石力学性质以及地层压力等因素，建立了页岩脆性测井定量评价模型。
[0004]本专利技术采用的技术方案是：一种考虑成岩作用和压力变化的页岩脆性测井评价方法包括以下步骤：
[0005]S1：选取不少于10块2.5*5cm岩心样品进行三轴应力-应变实验：
[0006]S1.1：有效应力系数α：保持轴向应力的变量δσ
vl
是孔隙压力变量δp的3倍，由轴向应力σ
vl
随体积应变ε
v
的关系，可得体积压缩系数通过常规三轴应力-应变实验所得出的轴向和径向应力应变曲线，可得静态杨氏模量E
s
和泊松比v
s
，进而得到颗粒压缩系数最后由有效应力系数的定义求得有效应力系数
[0007]S1.2：实验室脆性指数BI：从能量转化角度，岩石在外界荷载作用下破裂，所需外力做功越少，破裂前积累的弹性能越多，岩石破裂越容易，改造体积越大，以此建立新的脆性指数BI：
[0008][0009]其中，为岩石破坏前积累的总弹性能，σ
B
为峰值强度；为塑性屈服阶段前积累的弹性能，σ
A
为屈服强度；为塑性屈服阶段外力做的功，D
s
为静态屈服模量。
[0010]S2：利用常规测井资料计算横波时差DTS，进而求取动态体积模量K
d
：
[0011]DTS＝179.7768-45.4568*DEN+1.0445*DTC
[0012][0013]其中，DTS为横波时差，单位为μs/ft；DTC为纵波时差，单位为μs/ft；DEN为岩性密度，单位为g/cm3；横波时差拟合公式中的系数由交叉偶极子声波测井数据刻度得到；K
d
为动态体积模量，单位为MPa。
[0014]S3：由常规测井资料计算黏土含量Vill、有效应力系数α
c
以及异常地层孔隙压力P
p
，并对黏土含量进行校正Vill
′
：
[0015]Vill＝-5.732+0.553*CN+0.0588*DTC
[0016][0017]P
p
＝σ
v-g*(ρ
b-ρ
w
)*Dpth
n
[0018]σ
v
＝g*ρ
b
*Dpth
a
[0019][0020]其中，Vill为黏土含量，单位为％；黏土含量回归公式中的系数由岩心XRD分析结果刻度得到； CN为补偿中子孔隙度，单位为m3/m3；α
c
为测井计算有效应力系数，无量纲；P
p
为异常地层孔隙压力，σ
v
为上覆地层压力，单位均为MPa；g为重力加速度，单位为m/s2；ρ
b
为平均地层密度，ρ
w
为平均流体密度，单位均为g/cm3；Dpth
a
为异常地层孔隙压力深度，Dpth
n
为正常地层孔隙压力深度，单位均为m。
[0021]S4：以实验室脆性指数为标准，刻度常规测井资料，运用多元统计回归算法建立页岩脆性测井解释模型：
[0022]BI＝1.1146-0.0244K
d-1.0605Vill
′
+0.619K
d
*Vill
′
[0023]上述方案中正常地层孔隙压力深度Dpth
n
需要由等效深度法求得，即假设异常地层孔隙压力深度Dpth
a
上的岩石颗粒间压应力与正常地层孔隙压力深度Dpth
n
上的岩石颗粒间压应力相同，而在正常压力趋势线上深度Dpth
n
处的声波时差与异常压力深度Dpth
a
处的声波时差相等。
[0024]本专利技术的有益效果为：
[0025](1)本专利技术在实验室脆性评价时，从能量角度研究岩石的变形破坏，突破了传统应力应变分析局限，各参数物理意义更明确；三轴压缩应力-应变曲线的峰后曲线变化复杂，直线简化将造成有效信息丢失，且残余强度测量成功率低，由全应力-应变曲线定义脆性指数不利于后期开展地球物理表征；因此，本专利技术只由峰前曲线，考虑岩石破裂的难易程度和维持裂缝扩展存储的能量多少，建立实验室脆性指数，既能表征岩石的可压裂性，又可与测井资料结合，开展单井连续脆性剖面和空间分布评价。
[0026](2)本专利技术在测井脆性评价时，综合考虑了岩石矿物组分、岩石力学性质以及地层压力等因素，可表征脆性随埋深的变化、对比深层和浅层脆性差异；评价结果与传统的矿物组分法和弹性参数法相比，更符合页岩脆性破坏特征，有效性和实用性较强。
附图说明
[0027]图1是本专利技术技术方案流程框图。
[0028]图2是某一页岩样品三轴应力-应变曲线。
具体实施方式：
[0029]结合具体实施例对本专利技术进一步描述如下：
[0030]页岩脆性测井评价方法，本方案包括以下步骤：
[0031]S1：选取13块2.5*5cm岩心样品进行三轴应力-应变实验(评价结果见表1)：
[0032]表1三轴压缩应力-应变实验计算结果
[0033][0034][0035]S1.1：有效应力系数α：保持轴向应力的变量δσ
vl...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑成岩作用和压力变化的页岩脆性测井评价方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：选取不少于10块2.5*5cm岩心样品进行三轴应力-应变实验：S1.1：有效应力系数α：保持轴向应力的变量δσ
vl
是孔隙压力变量δp的3倍，由轴向应力σ
vl
随体积应变ε
v
的关系，可得体积压缩系数通过常规三轴应力-应变实验所得出的轴向和径向应力应变曲线，可得静态杨氏模量E
s
和泊松比v
s
，进而得到颗粒压缩系数最后由有效应力系数的定义求得有效应力系数S1.2：实验室脆性指数BI：从能量转化角度，岩石在外界荷载作用下破裂，所需外力做功越少，破裂前积累的弹性能越多，岩石破裂越容易，改造体积越大，以此建立新的脆性指数BI：其中，为岩石破坏前积累的总弹性能，σ
B
为峰值强度；为塑性屈服阶段前积累的弹性能，σ
A
为屈服强度；为塑性屈服阶段外力做的功，D
s
为静态屈服模量；S2：利用常规测井资料计算横波时差DTS，进而求取动态体积模量K
d
：DTS＝179.7768-45.4568*DEN+1.0445*DTC其中，DTS为横波时差，单位为μs/ft；DTC为纵波时差，单位为μs/ft；DEN为岩性密度，单位为g/cm3；横波时差拟合公式中的系数由交叉偶极子声波测井数据刻度得到；K
d
为动态体积模量，单位为MPa；S3：由常规测井资料计算黏土含量Vill、有效应力系数α
c
以及异常地层孔隙压力P
p
，并对黏土含量进行校正Vill
′
：Vill＝-5.732+0.553*CN+0.0588*DTCP<...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚东华，周立宏，王文革，韩国猛，蒲秀刚，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司大港油田分公司，
类型：发明
国别省市：