一種泥頁(yè)巖脆性指數(shù)預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于石油天然氣勘探領(lǐng)域，具體涉及一種泥頁(yè)巖脆性指數(shù)預(yù)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 頁(yè)巖本身具有低孔隙度、低滲透率的特點(diǎn)，一般而言需對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層進(jìn)行大規(guī)模壓 裂改造，在壓裂過程中不斷產(chǎn)生各種形式的裂縫，形成裂縫網(wǎng)絡(luò)才能獲得較高的商業(yè)產(chǎn)能。 頁(yè)巖中裂縫網(wǎng)絡(luò)的形成除了與地應(yīng)力大小及其分布有關(guān)外，巖石的脆性也是影響壓裂效果 的重要影響因素。因此，近些年國(guó)內(nèi)外開展了一些關(guān)于頁(yè)巖脆性方面的研究，比如Rickman 等（2008 年）在《APracticalUseofShalePetrophysicsforStimulationDesign Optimization：A11ShalePlaysAreNotClonesoftheBarnettShale》一文中通過分 析Barnett頁(yè)巖實(shí)驗(yàn)室測(cè)試數(shù)據(jù)提出高脆性的泥頁(yè)巖擁有高楊氏模量和低泊松比的特點(diǎn)， 并基于實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的靜態(tài)楊氏模量和泊松比數(shù)據(jù)提出脆性指數(shù)（歸一化后的楊氏模量和 泊松比之和除以2)的概念。但結(jié)合北美頁(yè)巖氣勘探經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，大多數(shù)是定性地描述泥頁(yè)巖 脆性，且描述方式較多，包括單獨(dú)使用楊氏模量、泊松比、拉梅系數(shù)X密度（AP)、剪切模 量X密度P)等方法。同時(shí)，Rickman脆性公式中使用的是靜態(tài)巖石彈性參數(shù)，而反演 結(jié)果屬于動(dòng)態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)體，利用反演結(jié)果計(jì)算脆性指數(shù)數(shù)據(jù)體前需要做動(dòng)、靜態(tài)彈性參數(shù) 的轉(zhuǎn)換，而這種轉(zhuǎn)換往往會(huì)帶來(lái)一定的誤差，并且還存在缺乏實(shí)驗(yàn)室力學(xué)測(cè)試數(shù)據(jù)的情況。 國(guó)內(nèi)方面，申請(qǐng)?zhí)枮?01310036314. 2的專利公開了一種非常規(guī)泥頁(yè)巖油氣藏有效壓裂層 段的檢測(cè)方法及裝置，實(shí)現(xiàn)了利用礦物含量及礦物泊松比計(jì)算脆性指數(shù)的方法，但礦物的 泊松比計(jì)算存在較大難度，并且只利用了泊松比這一種彈性參數(shù)，計(jì)算結(jié)果可能存在較大 誤差。目前來(lái)看，結(jié)合現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室力學(xué)測(cè)試分析、地震及測(cè)井上的認(rèn)識(shí)，認(rèn)為泥頁(yè)巖脆性預(yù) 測(cè)方面主要存在如下幾個(gè)問題：
[0003] (1)巖礦脆性指數(shù)的定義多種多樣，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際勘探生產(chǎn)中大多數(shù)情 況下僅進(jìn)行定性地描述；
[0004] (2)基于實(shí)驗(yàn)室力學(xué)測(cè)試數(shù)據(jù)得到的是巖石靜態(tài)彈性參數(shù)，而通過測(cè)井資料計(jì)算 的是動(dòng)態(tài)彈性參數(shù)，其中在動(dòng)、靜態(tài)彈性參數(shù)轉(zhuǎn)換過程中會(huì)存在一定誤差；
[0005] (3)實(shí)驗(yàn)室力學(xué)測(cè)試數(shù)據(jù)多數(shù)只能給出井點(diǎn)位置處取樣點(diǎn)巖石的脆性指數(shù)，難以 反映平面上巖石脆性指數(shù)的變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，提供一種泥頁(yè)巖脆性指數(shù)預(yù) 測(cè)方法，能夠預(yù)測(cè)泥頁(yè)巖脆性指數(shù)縱橫向變化情況，指導(dǎo)頁(yè)巖氣水平井井軌跡設(shè)計(jì)和壓裂 方案設(shè)計(jì)。
[0007] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0008] -種泥頁(yè)巖脆性指數(shù)預(yù)測(cè)方法，包括：
[0009] (1)地質(zhì)、測(cè)井、地震數(shù)據(jù)準(zhǔn)備；
[0010] (2)利用泥頁(yè)巖巖石礦物組分分析資料中的石英、粘土、碳酸鹽巖的含量計(jì)算脆性 礦物含量與總礦物含量之比，即巖礦脆性指數(shù)；
[0011] (3)利用偶極子聲波測(cè)井資料中的縱波速度、橫波速度、密度曲線計(jì)算巖石力學(xué)特 征參數(shù)；
[0012] (4)在井點(diǎn)位置處建立巖礦脆性指數(shù)曲線與巖石力學(xué)特征參數(shù)曲線之間的多元回 歸模型；
[0013] (5)開展疊前反演獲得縱波速度、橫波速度和密度數(shù)據(jù)體，然后計(jì)算巖石力學(xué)特征 參數(shù)數(shù)據(jù)體；
[0014] (6)利用步驟（4)得到的多元回歸模型和步驟（5)得到的巖石力學(xué)特征參數(shù)數(shù)據(jù) 體，計(jì)算得到脆性指數(shù)數(shù)據(jù)體。
[0015] 所述步驟（1)中的地質(zhì)、測(cè)井、地震數(shù)據(jù)具體如下：
[0016] 地質(zhì)數(shù)據(jù)包括錄井、試氣以及泥頁(yè)巖巖心礦物組分分析數(shù)據(jù)；
[0017] 測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)包括偶極子聲波測(cè)井或全波列聲波測(cè)井資料，至少包括縱波時(shí)差、橫波 時(shí)差、密度測(cè)井曲線以及泥頁(yè)巖礦物組分含量測(cè)井解釋曲線；
[0018] 地震數(shù)據(jù)包括經(jīng)疊后或疊前偏移處理的成果數(shù)據(jù)以及經(jīng)過隨機(jī)噪音衰減、同相軸 拉平、AV0特征補(bǔ)償?shù)让嫦虔B前地震反演的處理手段處理后的疊前地震道集數(shù)據(jù)。
[0019] 所述步驟（2)中的巖礦脆性指數(shù)BI_的計(jì)算公式為：
[0020] (I)
[0021] 式中，V quartzA^clayA^carbonate分別為石英、粘土、碳酸鹽巖（方解石+白云石）礦物含 量。
[0022] 所述步驟（3)和步驟（5)中的所述巖石力學(xué)特征參數(shù)包括動(dòng)態(tài)楊氏模量、泊松比、 拉梅系數(shù)X密度和剪切模量X密度；
[0023] 步驟（3)和步驟（5)均是利用下面的公式計(jì)算巖石力學(xué)特征參數(shù)：
[0028] E為動(dòng)態(tài)楊氏模量，v為泊松比，入為拉梅系數(shù)，ii為剪切模量，\、1和P分別 為縱波速度、橫波速度和密度。
[0029] 所述步驟（4)是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0030] 在井點(diǎn)位置處建立巖礦脆性指數(shù)曲線與巖石力學(xué)特征參數(shù)曲線之間的多元回歸 模型：
[0031] BImin =aXE+bXv+cX入p+dXup+e(8)
[0032] 式中，BI_為步驟（2)得到的巖礦脆性指數(shù)曲線；a、b、c、d、e為常數(shù)參數(shù)，利用多 元線性回歸求出這些參數(shù)的數(shù)值。
[0033] 所述步驟（6)是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0034] 將步驟（5)得到的巖石力學(xué)特征參數(shù)數(shù)據(jù)體和步驟⑷得到的a、b、c、d、e的值 代入到式（8)中，得到脆性指數(shù)數(shù)據(jù)體。
[0035] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過建立泥頁(yè)巖巖石礦物分析資 料計(jì)算的脆性指數(shù)與楊氏模量、泊松比、拉梅系數(shù)X密度、剪切模量X密度之間的多元回 歸模型，提出了一種可以利用地震技術(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)的脆性指數(shù)計(jì)算方法。利用該方法可得到 泥頁(yè)巖脆性指數(shù)在縱向上和橫向上的變化情況，為泥頁(yè)巖水平井井軌跡設(shè)計(jì)以及壓裂方案 設(shè)計(jì)提供依據(jù)，進(jìn)而減少了鉆井工程風(fēng)險(xiǎn)，提升了頁(yè)巖氣勘探開發(fā)經(jīng)濟(jì)效益。
【附圖說(shuō)明】
[0036] 圖1為本發(fā)明方法的步驟框圖
[0037] 圖2為泥頁(yè)巖段巖石力學(xué)特征曲線與脆性指數(shù)曲線
[0038] 圖3-1為泊松比反演結(jié)果
[0039] 圖3-2為楊氏模量反演結(jié)果
[0040] 圖3-3為拉梅系數(shù)X密度反演結(jié)果
[0041] 圖3-4為剪切模量X密度反演結(jié)果
[0042] 圖4為本發(fā)明計(jì)算得到的脆性指數(shù)剖面
[0043] 圖5為本發(fā)明預(yù)測(cè)的脆性指數(shù)平面圖
【具體實(shí)施方式】
[0044] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：
[0045] 本發(fā)明原理上是以利用礦物組分計(jì)算的脆性指數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)，建立其與反映巖石力學(xué) 特征參數(shù)之間的多元回歸模型，并綜合利用地震資料、測(cè)井資料開展疊前地震反演預(yù)測(cè)巖 石力學(xué)特征參數(shù)，進(jìn)而完成脆性指數(shù)的預(yù)測(cè)。
[0046] 具體實(shí)現(xiàn)方法為：
[0047] (1)地質(zhì)、測(cè)井、地震數(shù)據(jù)準(zhǔn)備：地質(zhì)數(shù)據(jù)包括錄井、試氣以及泥頁(yè)巖巖心礦物組 分分析數(shù)據(jù)；測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)包括偶極子聲波測(cè)井或全波列聲波測(cè)井資料，至少包括縱波時(shí)差、橫 波時(shí)差、密度測(cè)井曲線以及泥頁(yè)巖礦物組分含量測(cè)井解釋曲線（包括石英、粘土、碳酸鹽巖 等）；地震資料包括經(jīng)疊后或疊前偏移處理的成果數(shù)據(jù)以及經(jīng)過隨機(jī)噪音衰減、同相軸拉 平、AV0特征補(bǔ)償?shù)让嫦虔B前地震反演的處理手段處理后的疊前地震道集數(shù)據(jù)；
[0048] (2)利用巖石礦物分析資料獲取巖石不同礦物組分含量的數(shù)據(jù)，然后計(jì)算脆性礦 物含量與總礦物含量之比，即巖礦脆性指數(shù)BImin，其計(jì)算公式為：
[0050] 式中，V
[0049] (1) quartzA ^clayA^carbonate分別為石英、粘土、碳酸鹽巖（方解石+白云石）含量。
[0051] (3)計(jì)算巖石力學(xué)特征參數(shù)：
[0052] 巖石物理學(xué)中將巖石的脆性定義為描述巖石本構(gòu)關(guān)系的一種性質(zhì)，巖石的本構(gòu)關(guān) 系即巖石的應(yīng)變或應(yīng)變率依賴于應(yīng)力、溫度、時(shí)間等變化的關(guān)系。如果巖石受力達(dá)到一定程 度發(fā)生破裂時(shí)不伴有或者僅有少量的永久變形，則稱巖石或材料是脆性的，反之則稱巖石 或材料是韌性的。楊氏模量（E)、泊松比（v)、拉梅系數(shù)X密度（Xp)與剪切模量X密度 (P P)是描述巖石應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的彈性參數(shù)，因此常用這些巖石彈性參數(shù)來(lái)表征巖石的 力學(xué)性質(zhì)，也稱這些參數(shù)為巖石力學(xué)特征參數(shù)。楊氏模量定義為張應(yīng)力與張應(yīng)變?cè)趩我惠S 向應(yīng)力狀態(tài)之比，據(jù)此可知在相同應(yīng)力狀態(tài)下，巖石楊氏模量越大，則應(yīng)變?cè)叫。虼送ǔ?用楊氏模量反映泥頁(yè)巖被壓裂后保持裂縫的能力。實(shí)驗(yàn)室及利用測(cè)井曲線計(jì)算楊氏模量的 方法如式2 (靜態(tài)楊氏模量）、式3 (動(dòng)態(tài)楊氏模量）所示。泊松比定義為徑向應(yīng)變與軸向應(yīng) 變?cè)趩我粦?yīng)力狀態(tài)下的比的負(fù)值，據(jù)此可知在柱狀巖樣臨近破裂應(yīng)力時(shí)，巖石泊松比越小 則巖石在破裂前的變形越小。實(shí)驗(yàn)室及利用測(cè)井曲線計(jì)算泊松比的方法如式4 (靜態(tài)泊松 比）、式5(動(dòng)態(tài)泊松比）所示