一种页岩天然裂缝渗透率计算方法技术

本发明专利技术公开了一种页岩天然裂缝渗透率计算方法。该方法包括以下步骤：制成页岩标准岩心柱；获取具有不同粗糙度的页岩单缝样品；获取具有相同粗糙度不同条数的页岩多缝样品；找出裂缝面粗糙度与页岩单缝渗透率之间的定量关系；找出裂缝滑移距与页岩单缝渗透率之间的定量关系；找出有效压力与页岩单缝渗透率之间的定量关系；找出裂缝条数与页岩多缝渗透率之间的定量关系；建立考虑有效压力、裂缝滑移距和裂缝面粗糙度的页岩单缝渗透率表征方程；建立以页岩单缝渗透率和裂缝条数来计算页岩多缝渗透率的表达式；将建立的页岩单缝渗透率表征方程代入建立的页岩多缝渗透率表达式中，得到页岩多缝渗透率综合表征方程；本发明专利技术的方法计算出的页岩不同类型天然裂缝渗透率也更加接近储层条件下的真实情况。

【技术实现步骤摘要】
一种页岩天然裂缝渗透率计算方法
本专利技术涉及地质勘探
，尤其涉及一种页岩天然裂缝渗透率计算方法。
技术介绍
中国南方上扬子地台发育下寒武统牛蹄塘组和上奥陶统五峰-下志留统龙马溪组两套黑色海相页岩层系。由于这两套页岩层系分布广，厚度大，有机碳含量高，使之成为中国南方页岩气勘探开发的主要层位。与北美地区经历简单的构造抬升，页岩大面积连续分布，埋藏深度适中不同，中国南方牛蹄塘组和五峰-龙马溪组两套主要的页岩层系沉积后，经历了加里东期、海西期、印支期、燕山期和喜马拉雅期构造运动的叠加改造，表现为多期次抬升剥蚀和褶皱、断裂作用，使得中国南方页岩层系构造类型复杂多样，天然裂缝发育。页岩通常以低孔隙度、特低渗透率为特征，那么对于页岩储层而言，天然裂缝的发育则具有重要意义。天然裂缝不仅可以为页岩气提供充足的存储空间，并且可以极大改善页岩的渗流能力，所以天然裂缝对页岩气的运移具有重要作用。部分学者对涪陵页岩气田的研究表明，与位于构造低点的钻井相比，构造高点的钻井具有明显更高的单井产量和地层压力系数，并提出页岩气通过相邻裂缝的阶梯式运移，使中国南方页岩气向构造高点富集。然而，如果裂缝发育规模过大，则会导致页岩气向非页岩层泄漏，不利于页岩气的富集。因此，天然裂缝对页岩气保存具有重要的影响。此外，中国南方上扬子地台四川盆地从盆内到盆外呈现出不同的构造变形样式，主要由盆内稳定区、盆缘弱变形区和盆外强变形区所组成，从而导致四川盆地内外发育不同类型的天然裂缝。不同类型的天然裂缝具有不同的发育特征，即裂缝开度、裂缝长度、裂缝倾角、裂缝滑移量、裂缝面粗糙度和裂缝密度等裂缝特征参数发育差异较大；其中一些特征参数，例如裂缝开度、裂缝滑移量、裂缝面粗糙度和裂缝密度对页岩裂缝渗透率影响较大，准确评价这些参数对页岩裂缝渗透率的影响，并建立以上述参数表征页岩裂缝渗透率的方程，是评估不同类型天然裂缝对页岩气运移效率的重要一步，这对中国南方不同构造变形区页岩气的勘探具有重大意义。然而，现有的文献多仅限于页岩基质渗透率实验，页岩裂缝渗透率还没有得到充分的研究，以至于不同类型天然裂缝在储层条件下的渗透率大小更是尚不清楚。本专利技术模型综合考虑了裂缝滑移距、裂缝面粗糙度和裂缝条数等裂缝特征参数以及有效压力等地层条件因素，通过对页岩气井不同类型天然裂缝特征参数进行详细描述和计算之后，并利用本专利技术提出的页岩天然裂缝渗透率表征方程，则可以分别得到不同类型天然裂缝在实际地层条件下的渗透率大小分布，弥补了现今无法获得地层条件下不同类型天然裂缝渗透率实测值的不足。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种页岩天然裂缝渗透率计算方法。本专利技术的一种页岩天然裂缝渗透率计算方法，包括以下步骤：S1、从页岩储层段钻取岩心，并将钻取的岩心制成多个标准岩心柱；S2、对S1得到的岩心柱沿着长轴方向进行人工劈裂，获取具有不同粗糙度的贯穿裂缝的页岩单缝样品；S3、对S1得到的岩心柱沿着长轴方向模拟天然裂缝形态进行人工线切割，获取具有相同粗糙度不同条数的贯穿裂缝的页岩多缝样品，并在最小围压点下进行覆压渗透率实验，找出裂缝条数与页岩多缝渗透率之间的定量关系；S4、基于S2中获取的页岩单缝样品，对其中一裂缝面进行扫描，得到裂缝面三维形貌图，计算出裂缝面粗糙度，并在最小围压点下进行覆压渗透率实验，找出裂缝面粗糙度与页岩单缝渗透率之间的定量关系；S5、基于S2中获取的页岩单缝样品，在岩心柱两端垂直于裂缝面的相对端面上贴置铜箔垫片，定量模拟裂缝滑移；并在最小围压点下进行覆压渗透率实验，找出裂缝滑移距与页岩单缝渗透率之间的定量关系；S6、基于S2中获取的页岩单缝样品，在不同围压点下进行覆压渗透率实验，找出有效压力与页岩单缝渗透率之间的定量关系；S7、基于S6、S5和S4分别得到的有效压力、裂缝滑移距和裂缝面粗糙度与页岩单缝渗透率之间的关系式，通过多元非线性回归拟合，建立考虑有效压力、裂缝滑移距和裂缝面粗糙度的页岩单缝渗透率表征方程；S8、基于S3得到的裂缝条数与页岩多缝渗透率之间的关系式，建立以页岩单缝渗透率和裂缝条数来计算页岩多缝渗透率的表达式；S9、将S7建立的页岩单缝渗透率表征方程代入S8建立的页岩多缝渗透率表达式中，最终得到考虑有效压力、裂缝滑移距、裂缝面粗糙度和裂缝条数的页岩多缝渗透率综合表征方程；其中，S2和S3无先后顺序，S4、S5和S6无先后顺序，S7和S8无先后顺序。进一步的，所述步骤S3中模拟天然裂缝形态进行人工线切割，获取相同粗糙度不同条数的贯穿裂缝，即基于页岩储层中主要发育的层理缝、滑脱缝、剪切缝和张裂缝等天然裂缝缝面形态特征，将页岩天然裂缝划分为光滑裂缝、较光滑裂缝和粗糙裂缝，并分别模拟光滑、较光滑和粗糙裂缝面形态，用数控电火花线切割机将页岩岩心柱沿长轴方向按指定的形态切割成不同条数的贯穿裂缝。所述步骤S3中为了使压力的影响最小化，将页岩不同条数裂缝样品在恒定孔压、最小围压条件下进行覆压渗透率实验，得到最小有效压力条件下不同裂缝条数对应的页岩多缝渗透率值，其中有效压力定义为围压与孔压的差值：Pe＝Pc-Pp式中：Pe为有效压力，MPa；Pc为围压，MPa；Pp为孔隙压力，MPa。进一步的，所述步骤S4中对裂缝面进行扫描即利用三维形貌仪以一定的间隔对裂缝表面进行数字化，采集各扫描点由X-Y坐标和对应高度Z坐标组成的裂缝面形貌数据集，重建裂缝面初始形貌，并用均方根粗糙度来表征裂缝面粗糙度，均方根粗糙度定义为相对于基准线偏差的均方根值，表达式为：式中：R为裂缝面均方根粗糙度，mm；Z为基准线高度，这里基准线定义为最低点连线，mm；Zi为每个测点(i＝1,2,…,n-1,n)高度，mm。所述步骤S4中为了尽可能消除压力对裂缝面粗糙度的改变，将扫描裂缝面后的页岩单缝样品在恒定孔压、最小围压条件下进行覆压渗透率实验，得到最小有效压力条件下不同裂缝面粗糙度对应的页岩单缝渗透率值。所述步骤S5中通过在人工劈裂样品两端垂直于裂缝面的相对端面上贴置一定厚度不同数量的铜箔垫片来模拟不同的裂缝滑移量，总的裂缝滑移量为所用铜箔垫片厚度之和。所述步骤S5中为了使压力的影响最小化，在恒定孔压、最小围压条件下进行页岩单缝样品覆压渗透率实验，实验过程中每改变一次滑移量同时进行一次覆压渗透率测试，得到最小有效压力条件下不同裂缝滑移距对应的页岩单缝渗透率值。所述步骤S6中在恒定孔压、不同围压条件下进行页岩单缝样品覆压渗透率实验，得到不同有效压力对应的页岩单缝渗透率值。进一步的，所述步骤S4中找出裂缝面粗糙度与页岩单缝渗透率之间定量关系的方法为：在excel中选取指数、线性、对数、多项式、幂函数等方程对裂缝面粗糙度与页岩单缝渗透率之间进行相关性拟合，挑选拟合优度最高的线性方程作为裂缝面粗糙度表征页岩单缝渗透率的方程，建立的方程如下：K1＝(-0.22)×R+1.04式中：K1为页岩单缝渗透率，mD；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种页岩天然裂缝渗透率计算方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、从页岩储层段钻取岩心，并将钻取的岩心制成多个标准岩心柱；/nS2、对S1得到的岩心柱沿着长轴方向进行人工劈裂，获取具有不同粗糙度的贯穿裂缝的页岩单缝样品；/nS3、对S1得到的岩心柱沿着长轴方向模拟天然裂缝形态进行人工线切割，获取具有相同粗糙度不同条数的贯穿裂缝的页岩多缝样品，并在最小围压点下进行覆压渗透率实验，找出裂缝条数与页岩多缝渗透率之间的定量关系；/nS4、基于S2中获取的页岩单缝样品，对其中一裂缝面进行扫描，得到裂缝面三维形貌图，计算出裂缝面粗糙度，并在最小围压点下进行覆压渗透率实验，找出裂缝面粗糙度与页岩单缝渗透率之间的定量关系；/nS5、基于S2中获取的页岩单缝样品，在岩心柱两端垂直于裂缝面的相对端面上贴置铜箔垫片，定量模拟裂缝滑移，并在最小围压点下进行覆压渗透率实验，找出裂缝滑移距与页岩单缝渗透率之间的定量关系；/nS6、基于S2中获取的页岩单缝样品，在不同围压点下进行覆压渗透率实验，找出有效压力与页岩单缝渗透率之间的定量关系；/nS7、基于S6、S5和S4分别得到的有效压力、裂缝滑移距和裂缝面粗糙度与页岩单缝渗透率之间的关系式，通过多元非线性回归拟合，建立考虑有效压力、裂缝滑移距和裂缝面粗糙度的页岩单缝渗透率表征方程；/nS8、基于S3得到的裂缝条数与页岩多缝渗透率之间的关系式，建立以页岩单缝渗透率和裂缝条数来计算页岩多缝渗透率的表达式；/nS9、将S7建立的页岩单缝渗透率表征方程代入S8建立的页岩多缝渗透率表达式中，最终得到考虑有效压力、裂缝滑移距、裂缝面粗糙度和裂缝条数的页岩多缝渗透率综合表征方程；/n其中，S2和S3无先后顺序，S4、S5和S6无先后顺序，S7和S8无先后顺序。/n...

【技术特征摘要】
1.一种页岩天然裂缝渗透率计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、从页岩储层段钻取岩心，并将钻取的岩心制成多个标准岩心柱；
S2、对S1得到的岩心柱沿着长轴方向进行人工劈裂，获取具有不同粗糙度的贯穿裂缝的页岩单缝样品；
S3、对S1得到的岩心柱沿着长轴方向模拟天然裂缝形态进行人工线切割，获取具有相同粗糙度不同条数的贯穿裂缝的页岩多缝样品，并在最小围压点下进行覆压渗透率实验，找出裂缝条数与页岩多缝渗透率之间的定量关系；
S4、基于S2中获取的页岩单缝样品，对其中一裂缝面进行扫描，得到裂缝面三维形貌图，计算出裂缝面粗糙度，并在最小围压点下进行覆压渗透率实验，找出裂缝面粗糙度与页岩单缝渗透率之间的定量关系；
S5、基于S2中获取的页岩单缝样品，在岩心柱两端垂直于裂缝面的相对端面上贴置铜箔垫片，定量模拟裂缝滑移，并在最小围压点下进行覆压渗透率实验，找出裂缝滑移距与页岩单缝渗透率之间的定量关系；
S6、基于S2中获取的页岩单缝样品，在不同围压点下进行覆压渗透率实验，找出有效压力与页岩单缝渗透率之间的定量关系；
S7、基于S6、S5和S4分别得到的有效压力、裂缝滑移距和裂缝面粗糙度与页岩单缝渗透率之间的关系式，通过多元非线性回归拟合，建立考虑有效压力、裂缝滑移距和裂缝面粗糙度的页岩单缝渗透率表征方程；
S8、基于S3得到的裂缝条数与页岩多缝渗透率之间的关系式，建立以页岩单缝渗透率和裂缝条数来计算页岩多缝渗透率的表达式；
S9、将S7建立的页岩单缝渗透率表征方程代入S8建立的页岩多缝渗透率表达式中，最终得到考虑有效压力、裂缝滑移距、裂缝面粗糙度和裂缝条数的页岩多缝渗透率综合表征方程；
其中，S2和S3无先后顺序，S4、S5和S6无先后顺序，S7和S8无先后顺序。


2.根据权利要求1所述的一种页岩天然裂缝渗透率计算方法，其特征在于，所述步骤S3中模拟天然裂缝形态进行人工线切割，获取相同粗糙度不同条数的贯穿裂缝，即基于页岩储层中主要发育的层理缝、滑脱缝、剪切缝和张裂缝等天然裂缝缝面形态特征，将页岩天然裂缝划分为光滑裂缝、较光滑裂缝和粗糙裂缝，并分别模拟光滑、较光滑和粗糙裂缝面形态，用数控电火花线切割机将页岩岩心柱沿长轴方向按指定的形态切割成不同条数的贯穿裂缝；
所述步骤S3中为了使压力的影响最小化，将页岩不同条数裂缝样品在恒定孔压、最小围压条件下进行覆压渗透率实验，得到最小有效压力条件下不同裂缝条数对应的页岩多缝渗透率值，其中有效压力定义为围压与孔压的差值：
Pe＝Pc-Pp
式中：Pe为有效压力，MPa；Pc为围压，MPa；Pp为孔隙压力，MPa。


3.根据权利要求1所述的一种页岩天然裂缝渗透率计算方法，其特征在于，所述步骤S4中对裂缝面进行扫描即利用三维形貌仪以一定的间隔对裂缝表面进行数字化，采集各扫描点由X-Y坐标和对应高度Z坐标组成的裂缝面形貌数据集，重建裂缝面初始形貌，并用均方根粗糙度来表征裂缝面粗糙度，均方根粗糙度定义为相对于基准线偏差的均方根值，表达式为：



式中：R为裂缝面均方根粗糙度，mm；Z为基准线高度，这里基准线定义为最低点连线，mm；Zi为每个测点(i＝1,2,…,n-1,n)高度，mm；
所述步骤S4中为了尽可能消除压力对裂缝面粗糙度的改变，将扫描裂缝面后的页岩单缝样品在恒定孔压、最小围压条件下进行覆压渗透率实验，得到最小有效压力条件下不同裂缝面粗糙度对应的页岩单缝渗透率值；
所述步骤S5中通过在人工劈裂样品两端垂直于裂缝面的相对端面上贴置一定厚度不同数量的铜箔垫片来模拟不同的裂缝滑移量，总的裂缝滑移量为所用铜箔垫片厚度之和；
所述步骤S5中为了使压力的影响最小化，在恒定孔压、最小围压条件下进行页岩单缝样品覆压渗透率实验，实验过程中每改变一次滑移量同时进行一次覆压渗透率测试，得到最小有效压力条件下不同裂缝滑移距对应的页岩单缝渗透率值；
所述步骤S6中在恒定孔压、不同围压条件下进行页岩单缝样品...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓明，石万忠，杨洋，冯芊，徐笑丰，刘俞佐，白卢恒，曹沈厅，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北;42