一種儲(chǔ)層巖石脆性的預(yù)測(cè)方法及裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本申請(qǐng)公開(kāi)一種儲(chǔ)層巖石脆性的預(yù)測(cè)方法及裝置，儲(chǔ)層巖石脆性的預(yù)測(cè)方法首先通過(guò)靜態(tài)力學(xué)試驗(yàn)、超聲波試驗(yàn)、巖心破裂試驗(yàn)獲得待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的巖心樣本動(dòng)靜態(tài)彈性參數(shù)及巖石力學(xué)參數(shù)，并從疊前地震反演結(jié)果計(jì)算待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的動(dòng)態(tài)彈性參數(shù)進(jìn)而計(jì)算待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的靜態(tài)彈性參數(shù)及巖石力學(xué)參數(shù)，然后通過(guò)線性擬合的方法建立動(dòng)態(tài)彈性參數(shù)與靜態(tài)彈性參數(shù)及巖石力學(xué)參數(shù)之間的關(guān)系，進(jìn)而計(jì)算巖石的綜合脆性指數(shù)，并通過(guò)所述綜合脆性指數(shù)預(yù)測(cè)待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的巖石脆性。通過(guò)本申請(qǐng)所提供的儲(chǔ)層巖石的預(yù)測(cè)方法及裝置能夠較為真實(shí)地描述出致密儲(chǔ)層的巖石脆性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種儲(chǔ)層巖石脆性的預(yù)測(cè)方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請(qǐng)涉及地球物理勘探領(lǐng)域，尤其涉及一種儲(chǔ)層巖石脆性的預(yù)測(cè)方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，頁(yè)巖氣和致密油氣的研究在國(guó)內(nèi)已經(jīng)成為熱點(diǎn)。在頁(yè)巖氣和致密油等致 密儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)過(guò)程中，水力壓裂技術(shù)已經(jīng)成為提高油氣采收率的一項(xiàng)主要技術(shù)手段，脆性指 數(shù)是衡量巖石是否容易壓裂的重要參數(shù)，準(zhǔn)確的計(jì)算對(duì)于壓裂施工位置確定和施工參數(shù)的 選取至關(guān)重要。
[0003] 目前預(yù)測(cè)巖石脆性的方法大體分為三類(lèi)：根據(jù)脆性礦物的比例、根據(jù)彈性參數(shù)、根 據(jù)巖石力學(xué)試驗(yàn)。
[0004] 根據(jù)脆性礦物比例預(yù)測(cè)頁(yè)巖脆性方法主要有不帶權(quán)重和帶權(quán)重的兩種計(jì)算方法。 苗建宇等所采用的方法為不帶權(quán)重的方法，該類(lèi)方法只考慮了脆性礦物的占總礦物的百分 t匕，而沒(méi)有考慮到脆性礦物本身存在脆性差異。Dan Buller、董寧等采用帶權(quán)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(quán)重的方法描述巖石脆性 較不帶權(quán)重方法更準(zhǔn)確，但是該類(lèi)方法只考慮了脆性礦物的體積百分比，沒(méi)有考慮到巖石 結(jié)構(gòu)對(duì)巖石脆性的影響，使得預(yù)測(cè)結(jié)果不夠真實(shí)。
[0005] 根據(jù)彈性參數(shù)預(yù)測(cè)脆性方面。Rickman在2008年提出了根據(jù)楊氏模量和泊松比預(yù) 測(cè)脆性指數(shù)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(shù)平均值來(lái)描述巖 石的脆性。泊松比主要用來(lái)描述巖石在應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂縫的難易程度，楊氏模量用來(lái)描 述產(chǎn)生裂縫后維持裂縫不閉合的能力。Ritesh采用楊氏模量和密度的乘積來(lái)描述楊氏模 量。采用彈性參數(shù)預(yù)測(cè)脆性的方法的優(yōu)點(diǎn)在于能夠從地震反演結(jié)果方便計(jì)算。但是采用地 震數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)的彈性參數(shù)為動(dòng)態(tài)彈性參數(shù)。而致密儲(chǔ)層水力壓裂施工過(guò)程事實(shí)上是一個(gè)大型 的靜力學(xué)試驗(yàn)，與之相關(guān)的彈性參數(shù)應(yīng)該是靜態(tài)彈性參數(shù)，使用靜態(tài)彈性參數(shù)來(lái)描述其脆 性更為合理，因而根據(jù)地震數(shù)據(jù)反演結(jié)果計(jì)算彈性參數(shù)直接進(jìn)行脆性預(yù)測(cè)同樣會(huì)使得預(yù)測(cè) 結(jié)果不夠真實(shí)。
[0006] 根據(jù)巖石力學(xué)試驗(yàn)描述巖石脆性的方法很多，如Hucka和Das提出的抗壓強(qiáng)度和 抗拉強(qiáng)度的比值、內(nèi)摩擦角的正弦值方法，采用巖石破裂前后區(qū)的應(yīng)變量的比值來(lái)描述巖 石的脆性。由于該類(lèi)方法測(cè)的的結(jié)果均是基于靜力學(xué)的，與水力壓裂過(guò)程的巖石破裂機(jī)理 完全相同，因此該類(lèi)方法計(jì)算的巖石脆性用于水力壓裂更為合理。但是由于巖石力學(xué)試驗(yàn) 只能針對(duì)少量巖心開(kāi)展，樣本數(shù)據(jù)太小，難以真實(shí)描述致密儲(chǔ)層的脆性，進(jìn)而無(wú)法直接用于 指導(dǎo)水力壓裂施工。
[0007] 綜上所述，目前還沒(méi)有一種預(yù)測(cè)方法能夠較為真實(shí)描述出致密儲(chǔ)層的巖石脆性， 以指導(dǎo)水力壓裂工作。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N儲(chǔ)層巖石脆性的預(yù)測(cè)方法及裝置，以能夠 較為真實(shí)地描述出致密儲(chǔ)層的巖石脆性。
[0009] 本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N儲(chǔ)層巖石脆性的預(yù)測(cè)方法，包括：
[0010] 獲取待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的巖心樣本的第一數(shù)據(jù)體及所述待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的第二數(shù)據(jù)體，所述 第一數(shù)據(jù)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(tài)楊氏模量、超聲波 通過(guò)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(xué)參數(shù)；所述第二數(shù) 據(jù)體包括待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的密度以及地震波的縱波速度、橫波速度；
[0011] 通過(guò)所述第一數(shù)據(jù)體、所述第二數(shù)據(jù)體計(jì)算得到所述巖心樣本的動(dòng)態(tài)彈性指數(shù)、 應(yīng)變比脆性指數(shù)及所述待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的動(dòng)態(tài)彈性指數(shù)，所述動(dòng)態(tài)彈性指數(shù)包括動(dòng)態(tài)楊氏模量 及動(dòng)態(tài)泊松比；
[0012] 通過(guò)所述巖心樣本的所述靜態(tài)楊氏模量、所述動(dòng)態(tài)楊氏模量獲取靜態(tài)楊氏模量與 動(dòng)態(tài)楊氏模量的第一轉(zhuǎn)換關(guān)系以及通過(guò)所述巖心樣本的所述動(dòng)態(tài)彈性指數(shù)、所述應(yīng)變比脆 性指數(shù)獲取動(dòng)態(tài)彈性指數(shù)與應(yīng)變比脆性指數(shù)的第二轉(zhuǎn)換關(guān)系；
[0013] 將所述待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的動(dòng)態(tài)彈性指數(shù)代入所述第一轉(zhuǎn)換關(guān)系及所述第二轉(zhuǎn)換關(guān)系 計(jì)算得到所述待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的靜態(tài)楊氏模量、應(yīng)變比脆性指數(shù)；
[0014] 將所述待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的靜態(tài)楊氏模量代入靜態(tài)楊氏模量脆性指數(shù)計(jì)算公式得到所 述待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的靜態(tài)楊氏模量脆性指數(shù)，所述靜態(tài)楊氏模量脆性指數(shù)計(jì)算公式為：

【權(quán)利要求】
1. 一種儲(chǔ)層巖石脆性的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括： 獲取待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的巖心樣本的第一數(shù)據(jù)體及所述待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的第二數(shù)據(jù)體，所述第一 數(shù)據(jù)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(tài)楊氏模量、超聲波通過(guò) 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(xué)參數(shù)；所述第二數(shù)據(jù)體 包括待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的密度以及地震波的縱波速度、橫波速度； 通過(guò)所述第一數(shù)據(jù)體、所述第二數(shù)據(jù)體計(jì)算得到所述巖心樣本的動(dòng)態(tài)彈性指數(shù)、應(yīng)變 比脆性指數(shù)及所述待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的動(dòng)態(tài)彈性指數(shù)，所述動(dòng)態(tài)彈性指數(shù)包括動(dòng)態(tài)楊氏模量及動(dòng) 態(tài)泊松比； 通過(guò)所述巖心樣本的所述靜態(tài)楊氏模量、所述動(dòng)態(tài)楊氏模量獲取靜態(tài)楊氏模量與動(dòng)態(tài) 楊氏模量的第一轉(zhuǎn)換關(guān)系以及通過(guò)所述巖心樣本的所述動(dòng)態(tài)彈性指數(shù)、所述應(yīng)變比脆性指 數(shù)獲取動(dòng)態(tài)彈性指數(shù)與應(yīng)變比脆性指數(shù)的第二轉(zhuǎn)換關(guān)系； 將所述待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的動(dòng)態(tài)彈性指數(shù)代入所述第一轉(zhuǎn)換關(guān)系及所述第二轉(zhuǎn)換關(guān)系計(jì)算 得到所述待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的靜態(tài)楊氏模量、應(yīng)變比脆性指數(shù)； 將所述待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的靜態(tài)楊氏模量代入靜態(tài)楊氏模量脆性指數(shù)計(jì)算公式得到所述待 預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的靜態(tài)楊氏模量脆性指數(shù)，所述靜態(tài)楊氏模量脆性指數(shù)計(jì)算公式為：
其中，BE，stati。為靜態(tài)楊氏模量脆性指數(shù)；E'stati。為所述待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的靜態(tài)楊氏模量，吉 帕；Estaic;，max為工區(qū)內(nèi)靜態(tài)楊氏模量的最大值，吉帕；Estatic;，min為工區(qū)內(nèi)靜態(tài)楊氏模量的最小 值，吉帕； 將所述待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的靜態(tài)楊氏模量脆性指數(shù)及應(yīng)變比脆性指數(shù)代入綜合脆性指數(shù)計(jì) 算公式中得到所述待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的綜合脆性指數(shù)，所述綜合脆性指數(shù)計(jì)算公式為 B' =aB'E ?BE，static 其中，B'為綜合脆性指數(shù)；a為調(diào)節(jié)系數(shù)，其取值范圍為0至1 ;B' E為所述待預(yù)測(cè) 儲(chǔ)層的應(yīng)變比脆性指數(shù)；BE，stati。為所述待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的靜態(tài)楊氏模量脆性指數(shù)； 根據(jù)所述綜合脆性指數(shù)預(yù)測(cè)所述待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的巖石脆性。
2. 如權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)層巖石脆性的預(yù)測(cè)方法，其特征在于：所述不同載荷下所述 巖心樣本的靜態(tài)楊氏模量通過(guò)靜力學(xué)試驗(yàn)得到，其計(jì)算公式為
其中，AP為載荷增量，吉帕；L為巖心樣本的軸向長(zhǎng)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(quán)利要求1所述的儲(chǔ)層巖石脆性的預(yù)測(cè)方法，其特征在于：所述超聲波通過(guò)所述 巖心樣本的縱波速度和橫波速度通過(guò)超聲試驗(yàn)獲得。
4. 如權(quán)利要求3所述的儲(chǔ)層巖石脆性的預(yù)測(cè)方法，其特征在于：所述第二數(shù)據(jù)體根據(jù) 所述待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的疊前三維地震數(shù)據(jù)同步反演獲得。
5. 如權(quán)利要求4所述的儲(chǔ)層巖石脆性的預(yù)測(cè)方法，其特征在于：所述巖心樣本及所述 待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的動(dòng)態(tài)彈性指數(shù)、應(yīng)變比脆性指數(shù)通過(guò)將所述第一數(shù)據(jù)體與所述第二數(shù)據(jù)體代 入至動(dòng)態(tài)楊氏模量計(jì)算公式與動(dòng)態(tài)泊松比計(jì)算公式獲得，所述動(dòng)態(tài)楊氏模量計(jì)算公式為
所述動(dòng)態(tài)泊松比計(jì)算公式為
其中，Edynami。為動(dòng)態(tài)楊氏模量，吉帕；〇dynami。為動(dòng)態(tài)泊松比；P為所述巖心樣本或所述 待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的密度，克每立方厘米；VP為縱波速度，米每秒；VS為橫波速度，米每秒。
6. 如權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)層巖石脆性的預(yù)測(cè)方法，其特征在于：所述巖心樣本的巖石 力學(xué)參數(shù)通過(guò)巖心破裂試驗(yàn)獲得，所述巖石力學(xué)參數(shù)包括峰值應(yīng)變、殘余應(yīng)變與所述殘余 應(yīng)力對(duì)應(yīng)的彈性加載階段的應(yīng)變。
7. 如權(quán)利要求6所述的儲(chǔ)層巖石脆性的預(yù)測(cè)方法，其特征在于：所述巖心樣本的應(yīng)變 比脆性指數(shù)通過(guò)應(yīng)變比脆性指數(shù)計(jì)算公式獲得，所述應(yīng)變比脆性指數(shù)公式為：
其中，BE為所述巖心樣本的應(yīng)變比脆性指數(shù)；ep為峰值應(yīng)變；eB為殘余應(yīng)變；em為 殘余應(yīng)力對(duì)應(yīng)的彈性加載階段的應(yīng)變。
8. 如權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)層巖石脆性的預(yù)測(cè)方法，其特征在于：所述第一轉(zhuǎn)換關(guān)系與 所述第二轉(zhuǎn)換關(guān)系通過(guò)線性擬合得到，所述第一轉(zhuǎn)換關(guān)系為： ^static^1 ^dynamic~^^l 所述第二轉(zhuǎn)換關(guān)系為： BE-a2Edynamic+b20dynamic+C 其中，Estati。為靜態(tài)楊氏模量，吉帕；Edynami。為動(dòng)態(tài)楊氏模量，吉帕；〇 dynami。為動(dòng)態(tài)泊松 比；BE為應(yīng)變比脆性指數(shù)&為線性系數(shù)九為常數(shù)；a2為線性系數(shù)；b2為線性系數(shù)；c為常 數(shù)。
9. 如權(quán)利要求1至8任意一項(xiàng)所述的儲(chǔ)層巖石脆性的預(yù)測(cè)方法，其特征在于：所述調(diào) 節(jié)系數(shù)a取值〇.〇1。
10. -種儲(chǔ)層巖石脆性的預(yù)測(cè)裝置，其特征在于，包括： 獲取模塊，其用于獲取待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的巖心樣本的第一數(shù)據(jù)體及所述待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的第 二數(shù)據(jù)體，所述第一數(shù)據(jù)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(tài)楊 氏模量、超聲波通過(guò)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(xué)參 數(shù)；所述第二數(shù)據(jù)體包括待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的密度以及地震波的縱波速度、橫波速度； 第一計(jì)算模塊，其用于通過(guò)所述第一數(shù)據(jù)體、所述第二數(shù)據(jù)體計(jì)算得到所述巖心樣本 的動(dòng)態(tài)彈性指數(shù)、應(yīng)變比脆性指數(shù)及所述待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的動(dòng)態(tài)彈性指數(shù)，所述動(dòng)態(tài)彈性指數(shù) 包括動(dòng)態(tài)楊氏模量及動(dòng)態(tài)泊松比； 第二計(jì)算模塊，其用于通過(guò)所述巖心樣本的所述靜態(tài)楊氏模量、所述動(dòng)態(tài)楊氏模量獲 取靜態(tài)楊氏模量與動(dòng)態(tài)楊氏模量的第一轉(zhuǎn)換關(guān)系以及通過(guò)所述巖心樣本的所述動(dòng)態(tài)彈性 指數(shù)、所述應(yīng)變比脆性指數(shù)獲取動(dòng)態(tài)彈性指數(shù)與應(yīng)變比脆性指數(shù)的第二轉(zhuǎn)換關(guān)系； 第三計(jì)算模塊，其用于將所述待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的動(dòng)態(tài)彈性指數(shù)代入所述第一轉(zhuǎn)換關(guān)系及所 述第二轉(zhuǎn)換關(guān)系計(jì)算得到所述待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的靜態(tài)楊氏模量、應(yīng)變比脆性指數(shù)； 第四計(jì)算模塊，其用于將所述待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的靜態(tài)楊氏模量代入靜態(tài)楊氏模量脆性指數(shù) 計(jì)算公式得到所述待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的靜態(tài)楊氏模量脆性指數(shù)，所述靜態(tài)楊氏模量脆性指數(shù)計(jì)算 公式為：
其中，BE，stati。為靜態(tài)楊氏模量脆性指數(shù)；E'stati。為所述待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的靜態(tài)楊氏模量，吉 帕；Estaic;，max為工區(qū)內(nèi)靜態(tài)楊氏模量的最大值，吉帕；Estatic;，min為工區(qū)內(nèi)靜態(tài)楊氏模量的最小 值，吉帕； 第五計(jì)算模塊，其用于將所述待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的靜態(tài)楊氏模量脆性指數(shù)及應(yīng)變比脆性指數(shù) 代入綜合脆性指數(shù)計(jì)算公式中得到所述待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的綜合脆性指數(shù)，所述綜合脆性指數(shù)計(jì) 算公式為 B' =aB'E ?BE，static 其中，為綜合脆性指數(shù)；a為調(diào)節(jié)系數(shù)，其取值范圍為0至1;BE'為所述待預(yù)測(cè)儲(chǔ) 層的應(yīng)變比脆性指數(shù)；BE，stati。為所述待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的靜態(tài)楊氏模量脆性指數(shù)； 脆性判斷模塊，其用于根據(jù)所述綜合脆性指數(shù)預(yù)測(cè)所述待預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的巖石脆性。
【文檔編號(hào)】G01N3/08GK104406849SQ201410674602
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月21日
【發(fā)明者】李凌高, 孫夕平, 陳樹(shù)民, 趙海波, 于永才, 湯文 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣股份有限公司