一種儲層巖石脆性的預測方法及裝置製造方法
2023-08-07 11:50:36
一種儲層巖石脆性的預測方法及裝置製造方法
【專利摘要】本申請公開一種儲層巖石脆性的預測方法及裝置，儲層巖石脆性的預測方法首先通過靜態力學試驗、超聲波試驗、巖心破裂試驗獲得待預測儲層的巖心樣本動靜態彈性參數及巖石力學參數，並從疊前地震反演結果計算待預測儲層的動態彈性參數進而計算待預測儲層的靜態彈性參數及巖石力學參數，然後通過線性擬合的方法建立動態彈性參數與靜態彈性參數及巖石力學參數之間的關係，進而計算巖石的綜合脆性指數，並通過所述綜合脆性指數預測待預測儲層的巖石脆性。通過本申請所提供的儲層巖石的預測方法及裝置能夠較為真實地描述出緻密儲層的巖石脆性。
【專利說明】-種儲層巖石脆性的預測方法及裝置
【技術領域】
[0001] 本申請涉及地球物理勘探領域，尤其涉及一種儲層巖石脆性的預測方法及裝置。
【背景技術】
[0002] 近年來，頁巖氣和緻密油氣的研究在國內已經成為熱點。在頁巖氣和緻密油等致 密儲層開發過程中，水力壓裂技術已經成為提高油氣採收率的一項主要技術手段，脆性指 數是衡量巖石是否容易壓裂的重要參數，準確的計算對於壓裂施工位置確定和施工參數的 選取至關重要。
[0003] 目前預測巖石脆性的方法大體分為三類：根據脆性礦物的比例、根據彈性參數、根 據巖石力學試驗。
[0004] 根據脆性礦物比例預測頁巖脆性方法主要有不帶權重和帶權重的兩種計算方法。 苗建宇等所採用的方法為不帶權重的方法，該類方法只考慮了脆性礦物的佔總礦物的百分 t匕，而沒有考慮到脆性礦物本身存在脆性差異。Dan Buller、董寧等採用帶權重的方法考慮 了脆性礦物本身的脆性差異，也考慮了塑性礦物的塑性差異。帶權重的方法描述巖石脆性 較不帶權重方法更準確，但是該類方法只考慮了脆性礦物的體積百分比，沒有考慮到巖石 結構對巖石脆性的影響，使得預測結果不夠真實。
[0005] 根據彈性參數預測脆性方面。Rickman在2008年提出了根據楊氏模量和泊松比預 測脆性指數的方法，該方法用歸一化的楊氏模量和歸一化的泊松比的算術平均值來描述巖 石的脆性。泊松比主要用來描述巖石在應力作用下產生裂縫的難易程度，楊氏模量用來描 述產生裂縫後維持裂縫不閉合的能力。Ritesh採用楊氏模量和密度的乘積來描述楊氏模 量。採用彈性參數預測脆性的方法的優點在於能夠從地震反演結果方便計算。但是採用地 震數據預測的彈性參數為動態彈性參數。而緻密儲層水力壓裂施工過程事實上是一個大型 的靜力學試驗，與之相關的彈性參數應該是靜態彈性參數，使用靜態彈性參數來描述其脆 性更為合理，因而根據地震數據反演結果計算彈性參數直接進行脆性預測同樣會使得預測 結果不夠真實。
[0006] 根據巖石力學試驗描述巖石脆性的方法很多，如Hucka和Das提出的抗壓強度和 抗拉強度的比值、內摩擦角的正弦值方法，採用巖石破裂前後區的應變量的比值來描述巖 石的脆性。由於該類方法測的的結果均是基於靜力學的，與水力壓裂過程的巖石破裂機理 完全相同，因此該類方法計算的巖石脆性用於水力壓裂更為合理。但是由於巖石力學試驗 只能針對少量巖心開展，樣本數據太小，難以真實描述緻密儲層的脆性，進而無法直接用於 指導水力壓裂施工。
[0007] 綜上所述，目前還沒有一種預測方法能夠較為真實描述出緻密儲層的巖石脆性， 以指導水力壓裂工作。
【發明內容】
[0008] 鑑於現有技術的不足，本申請提供一種儲層巖石脆性的預測方法及裝置，以能夠 較為真實地描述出緻密儲層的巖石脆性。
[0009] 本申請提供一種儲層巖石脆性的預測方法，包括：
[0010] 獲取待預測儲層的巖心樣本的第一數據體及所述待預測儲層的第二數據體，所述 第一數據體包括所述巖心樣本的密度、不同載荷下所述巖心樣本的靜態楊氏模量、超聲波 通過所述巖心樣本的縱波速度和橫波速度以及所述巖心樣本的巖石力學參數；所述第二數 據體包括待預測儲層的密度以及地震波的縱波速度、橫波速度；
[0011] 通過所述第一數據體、所述第二數據體計算得到所述巖心樣本的動態彈性指數、 應變比脆性指數及所述待預測儲層的動態彈性指數，所述動態彈性指數包括動態楊氏模量 及動態泊松比；
[0012] 通過所述巖心樣本的所述靜態楊氏模量、所述動態楊氏模量獲取靜態楊氏模量與 動態楊氏模量的第一轉換關係以及通過所述巖心樣本的所述動態彈性指數、所述應變比脆 性指數獲取動態彈性指數與應變比脆性指數的第二轉換關係；
[0013] 將所述待預測儲層的動態彈性指數代入所述第一轉換關係及所述第二轉換關係 計算得到所述待預測儲層的靜態楊氏模量、應變比脆性指數；
[0014] 將所述待預測儲層的靜態楊氏模量代入靜態楊氏模量脆性指數計算公式得到所 述待預測儲層的靜態楊氏模量脆性指數，所述靜態楊氏模量脆性指數計算公式為：
【權利要求】
1. 一種儲層巖石脆性的預測方法，其特徵在於，包括： 獲取待預測儲層的巖心樣本的第一數據體及所述待預測儲層的第二數據體，所述第一 數據體包括所述巖心樣本的密度、不同載荷下所述巖心樣本的靜態楊氏模量、超聲波通過 所述巖心樣本的縱波速度和橫波速度以及所述巖心樣本的巖石力學參數；所述第二數據體 包括待預測儲層的密度以及地震波的縱波速度、橫波速度； 通過所述第一數據體、所述第二數據體計算得到所述巖心樣本的動態彈性指數、應變 比脆性指數及所述待預測儲層的動態彈性指數，所述動態彈性指數包括動態楊氏模量及動 態泊松比； 通過所述巖心樣本的所述靜態楊氏模量、所述動態楊氏模量獲取靜態楊氏模量與動態 楊氏模量的第一轉換關係以及通過所述巖心樣本的所述動態彈性指數、所述應變比脆性指 數獲取動態彈性指數與應變比脆性指數的第二轉換關係； 將所述待預測儲層的動態彈性指數代入所述第一轉換關係及所述第二轉換關係計算 得到所述待預測儲層的靜態楊氏模量、應變比脆性指數； 將所述待預測儲層的靜態楊氏模量代入靜態楊氏模量脆性指數計算公式得到所述待 預測儲層的靜態楊氏模量脆性指數，所述靜態楊氏模量脆性指數計算公式為：
其中，BE，stati。為靜態楊氏模量脆性指數；E'stati。為所述待預測儲層的靜態楊氏模量，吉 帕；Estaic;，max為工區內靜態楊氏模量的最大值，吉帕；Estatic;，min為工區內靜態楊氏模量的最小 值，吉帕； 將所述待預測儲層的靜態楊氏模量脆性指數及應變比脆性指數代入綜合脆性指數計 算公式中得到所述待預測儲層的綜合脆性指數，所述綜合脆性指數計算公式為 B' =aB'E ?BE，static 其中，B'為綜合脆性指數；a為調節係數，其取值範圍為0至1 ;B' E為所述待預測 儲層的應變比脆性指數；BE，stati。為所述待預測儲層的靜態楊氏模量脆性指數； 根據所述綜合脆性指數預測所述待預測儲層的巖石脆性。
2. 如權利要求1所述的儲層巖石脆性的預測方法，其特徵在於：所述不同載荷下所述 巖心樣本的靜態楊氏模量通過靜力學試驗得到，其計算公式為
其中，AP為載荷增量，吉帕；L為巖心樣本的軸向長度，米；AL為巖心樣本的軸向變形 增量，米;A為巖心樣本的橫截面積，平方米。
3. 如權利要求1所述的儲層巖石脆性的預測方法，其特徵在於：所述超聲波通過所述 巖心樣本的縱波速度和橫波速度通過超聲試驗獲得。
4. 如權利要求3所述的儲層巖石脆性的預測方法，其特徵在於：所述第二數據體根據 所述待預測儲層的疊前三維地震數據同步反演獲得。
5. 如權利要求4所述的儲層巖石脆性的預測方法，其特徵在於：所述巖心樣本及所述 待預測儲層的動態彈性指數、應變比脆性指數通過將所述第一數據體與所述第二數據體代 入至動態楊氏模量計算公式與動態泊松比計算公式獲得，所述動態楊氏模量計算公式為
所述動態泊松比計算公式為
其中，Edynami。為動態楊氏模量，吉帕；〇dynami。為動態泊松比；P為所述巖心樣本或所述 待預測儲層的密度，克每立方釐米；VP為縱波速度，米每秒；VS為橫波速度，米每秒。
6. 如權利要求1所述的儲層巖石脆性的預測方法，其特徵在於：所述巖心樣本的巖石 力學參數通過巖心破裂試驗獲得，所述巖石力學參數包括峰值應變、殘餘應變與所述殘餘 應力對應的彈性加載階段的應變。
7. 如權利要求6所述的儲層巖石脆性的預測方法，其特徵在於：所述巖心樣本的應變 比脆性指數通過應變比脆性指數計算公式獲得，所述應變比脆性指數公式為：
其中，BE為所述巖心樣本的應變比脆性指數；ep為峰值應變；eB為殘餘應變；em為 殘餘應力對應的彈性加載階段的應變。
8. 如權利要求1所述的儲層巖石脆性的預測方法，其特徵在於：所述第一轉換關係與 所述第二轉換關係通過線性擬合得到，所述第一轉換關係為： ^static^1 ^dynamic~^^l 所述第二轉換關係為： BE-a2Edynamic+b20dynamic+C 其中，Estati。為靜態楊氏模量，吉帕；Edynami。為動態楊氏模量，吉帕；〇 dynami。為動態泊松 比；BE為應變比脆性指數&為線性係數九為常數；a2為線性係數；b2為線性係數；c為常 數。
9. 如權利要求1至8任意一項所述的儲層巖石脆性的預測方法，其特徵在於：所述調 節係數a取值〇.〇1。
10. -種儲層巖石脆性的預測裝置，其特徵在於，包括： 獲取模塊，其用於獲取待預測儲層的巖心樣本的第一數據體及所述待預測儲層的第 二數據體，所述第一數據體包括所述巖心樣本的密度、不同載荷下所述巖心樣本的靜態楊 氏模量、超聲波通過所述巖心樣本的縱波速度和橫波速度以及所述巖心樣本的巖石力學參 數；所述第二數據體包括待預測儲層的密度以及地震波的縱波速度、橫波速度； 第一計算模塊，其用於通過所述第一數據體、所述第二數據體計算得到所述巖心樣本 的動態彈性指數、應變比脆性指數及所述待預測儲層的動態彈性指數，所述動態彈性指數 包括動態楊氏模量及動態泊松比； 第二計算模塊，其用於通過所述巖心樣本的所述靜態楊氏模量、所述動態楊氏模量獲 取靜態楊氏模量與動態楊氏模量的第一轉換關係以及通過所述巖心樣本的所述動態彈性 指數、所述應變比脆性指數獲取動態彈性指數與應變比脆性指數的第二轉換關係； 第三計算模塊，其用於將所述待預測儲層的動態彈性指數代入所述第一轉換關係及所 述第二轉換關係計算得到所述待預測儲層的靜態楊氏模量、應變比脆性指數； 第四計算模塊，其用於將所述待預測儲層的靜態楊氏模量代入靜態楊氏模量脆性指數 計算公式得到所述待預測儲層的靜態楊氏模量脆性指數，所述靜態楊氏模量脆性指數計算 公式為：
其中，BE，stati。為靜態楊氏模量脆性指數；E'stati。為所述待預測儲層的靜態楊氏模量，吉 帕；Estaic;，max為工區內靜態楊氏模量的最大值，吉帕；Estatic;，min為工區內靜態楊氏模量的最小 值，吉帕； 第五計算模塊，其用於將所述待預測儲層的靜態楊氏模量脆性指數及應變比脆性指數 代入綜合脆性指數計算公式中得到所述待預測儲層的綜合脆性指數，所述綜合脆性指數計 算公式為 B' =aB'E ?BE，static 其中，為綜合脆性指數；a為調節係數，其取值範圍為0至1;BE'為所述待預測儲 層的應變比脆性指數；BE，stati。為所述待預測儲層的靜態楊氏模量脆性指數； 脆性判斷模塊，其用於根據所述綜合脆性指數預測所述待預測儲層的巖石脆性。
【文檔編號】G01N3/08GK104406849SQ201410674602
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月21日 優先權日:2014年11月21日
【發明者】李凌高, 孫夕平, 陳樹民, 趙海波, 於永才, 湯文 申請人:中國石油天然氣股份有限公司