一種基于巖石物理的泥頁巖可壓性定量表征方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及非常規(guī)油氣藏地質(zhì)勘探過程中的地層可壓性評價(jià)方法領(lǐng)域，特別是涉 及到一種基于巖石物理，分析評價(jià)泥頁巖可壓性指數(shù)的定量表征方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 地層可壓性是表征地層在外力作用下產(chǎn)生變形、斷裂、破壞的可行性。地層可壓性 研究評價(jià)對于地應(yīng)力作用的有效性，破裂地層預(yù)測，儲層的壓裂改造具有明確的指導(dǎo)意義。
[0003] 目前，還沒有學(xué)者利用地球物理資料對泥頁巖地層的可壓性進(jìn)行預(yù)測， SPE115258 文獻(xiàn)《APractialUseofShalePetrophysicsforStimulationDesign Optimization:AllShalePlaysAreNotCloneoftheBarnettShale》米用脆性經(jīng)驗(yàn)公 式求取脆性指數(shù)，近似的反應(yīng)泥頁巖地層的可壓性。石油鉆探技術(shù)2012年第4期《頁巖氣 儲層巖石力學(xué)特性及脆性評價(jià)》中采用實(shí)驗(yàn)室測試的方法測試泥頁巖力學(xué)特性，但在實(shí)際 勘探中，高脆性泥頁巖地層并不具備很好的可壓性(如L69井)，反而具備較高的抗壓強(qiáng)度， 說明用脆性指數(shù)對泥頁巖地層的可壓性進(jìn)行模糊評判具有極大的不確定性。
[0004] 根據(jù)本申請人的相關(guān)技術(shù)研究，發(fā)現(xiàn)泥頁巖可壓性與主應(yīng)力、破裂壓力變化密切 相關(guān)，主應(yīng)力與破裂壓力的差大小反應(yīng)地層的可壓裂的難易程度，一般差值比較大時(shí)，可壓 性越差。研究中通過實(shí)際鉆井資料系統(tǒng)研究構(gòu)建起主應(yīng)力與彈性參數(shù)的關(guān)系以及破裂壓 力與彈性參數(shù)的關(guān)系，建立了泥頁巖可壓性的定量表征公式，為泥頁巖地層的可壓性定量 評價(jià)提供了一種地球物理定量判別方法，實(shí)現(xiàn)了地層可壓性的地震預(yù)測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種適用于泥頁巖地層，基于巖 石物理的泥頁巖可壓性定量表征方法。
[0006] 本發(fā)明判別分析的基本思想是通過最大應(yīng)力與破裂壓力的差值，得到泥頁巖可壓 性指數(shù)的判別標(biāo)準(zhǔn)，以地球物理參數(shù)來表征最大應(yīng)力與破裂壓力，由此實(shí)現(xiàn)可壓性的地球 物理預(yù)測。
[0007] 本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0008] 基于巖石物理的泥頁巖可壓性定量表征方法，通過優(yōu)選地層力學(xué)的表征因子，結(jié) 合疊前參數(shù)反演獲取泥頁巖可壓性綜合數(shù)據(jù)體定量表征地層可壓性，包括如下步驟：
[0009] (1)建立泥頁巖可壓性數(shù)學(xué)模型；
[0010] (2)分析地層參數(shù)與力學(xué)關(guān)系，優(yōu)選地層力學(xué)參數(shù)表征因子；
[0011] (3)回歸擬和抗壓強(qiáng)度彈性參數(shù)表征公式和建立地層破裂壓力彈性參數(shù)表征公 式、主應(yīng)力彈性參數(shù)表征公式；
[0012] (4)建立可壓性指數(shù)表征公式并驗(yàn)證計(jì)算可壓性指數(shù)綜合數(shù)據(jù)體；
[0013] (5)定量表征地層可壓性并預(yù)測。
[0014] 上述基于巖石物理的泥頁巖可壓性定量表征方法，其優(yōu)化方案是：
[0015] (1)借鑒破裂壓力經(jīng)驗(yàn)公式和已知的實(shí)測的地層參數(shù)數(shù)據(jù)（Pp，u，P。，K)，求取井的 破裂壓力
[0016]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于巖石物理的泥頁巖可壓性定量表征方法，其特征是通過優(yōu)選地層力學(xué)的表征 因子，結(jié)合疊前參數(shù)反演獲取泥頁巖可壓性綜合數(shù)據(jù)體定量表征地層可壓性，包括如下步 驟： (1) 建立泥頁巖可壓性數(shù)學(xué)模型； (2) 分析地層參數(shù)與力學(xué)關(guān)系，優(yōu)選地層力學(xué)參數(shù)表征因子； (3) 回歸擬和抗壓強(qiáng)度彈性參數(shù)表征公式和建立地層破裂壓力彈性參數(shù)表征公式、主 應(yīng)力彈性參數(shù)表征公式； (4) 建立可壓性指數(shù)表征公式并驗(yàn)證計(jì)算可壓性指數(shù)綜合數(shù)據(jù)體； (5) 定量表征地層可壓性并預(yù)測。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1基于巖石物理的泥頁巖可壓性定量表征方法，其特征是： (1)借鑒破裂壓力經(jīng)驗(yàn)公式和已知的實(shí)測的地層參數(shù)數(shù)據(jù)（Pp，u，P。，K)，求取井的破裂 壓力
式中，Pf :破裂壓力，Pp :孔隙壓力，u :泊松比P。：上覆巖層壓力k :抗壓強(qiáng)度； 通過對比破裂壓力和最大主應(yīng)力的數(shù)值分析，結(jié)合實(shí)際測量的孔隙度曲線和實(shí)驗(yàn)室分 析結(jié)果，建立泥頁巖可壓性的基本數(shù)學(xué)模型，即 BI(Break) = ζ ( 0 maX_Pf)+ ε (1) 式中，BI(toeak):可壓性指數(shù)，σ _ :最大應(yīng)力，Pf :地層破裂壓力，ε、ξ :校正系數(shù)； (2) 建立與泥頁巖地層的相關(guān)參數(shù)信息庫，該參數(shù)信息包括泥頁巖的物理學(xué)參數(shù)、巖石 物理彈性參數(shù)、礦物成分評價(jià)參數(shù)，并對參數(shù)信息進(jìn)行測試分析；每次觀測值y k的變差大 小，用該次觀側(cè)值yk與η次觀測值的平均值
的差來表示，而全部η次觀 測值的總變差可由總的離差平方和
其中： 稱為回歸平方和，是回歸值卩與均值-之差的平方和，它反映 'k y 了自變量X1, χ2, χ3, ...，xm的變化所引起的y的波動(dòng)；
稱為剩余平方和，是實(shí)測值yk與回歸值1之差的平方和，它是由試驗(yàn) 誤差及其它因素引起的； 為檢驗(yàn)總的回歸效果，用無量綱指標(biāo)
R稱為復(fù)相關(guān)系數(shù)； (3) 以優(yōu)選的表征因子作為自變量對主應(yīng)力、破裂壓力、抗壓強(qiáng)度分別進(jìn)行多因子回 歸，由于自變量的個(gè)數(shù)m>l，定義回歸公式為 Y=FaiJ2-Xn^e (4) 其中Xm為解釋變量的數(shù)目，通過對主應(yīng)力、抗壓強(qiáng)度、破裂壓力進(jìn)行多因子回歸分析擬 合，分別得到主應(yīng)力、破裂壓力、抗壓強(qiáng)度的擬合公式。 Pf=-O. 14XYME_STA+0. 994XBMK_STA+2. 77XSMG_STA+24. 59 (5) σ max=-〇. 02 X YME_STA+0. 698 X BMK_STA+0. 459 X SMG_STA+42. 81 (6) K=-O. 13XYME_STA+0. 8XBMK_STA+2. 78XSMG_STA-13. 6(7) 式中，Pf :破裂壓力，σ max :最大主應(yīng)力，K :抗壓強(qiáng)度，YME_STA:楊氏模量，BMK_STA :體 積模量，SMG_STA :剪切模量； (4) 將步驟（3)中的回歸結(jié)果代入到公式（1)中，整理得到符合研究工區(qū)的地層可壓性 的表征公式： BI (Break)=K1 X yme_sta-k2 X bmk_sta-k3 X SMG_STA+C (8) 式中，K1K2K3C:矯正系數(shù)，K1=O. 12, K2=O. 296, Κ3=2· 311，C=18. 22, YME_STA:楊氏模量， BMK_STA :體積模量，SMG_STA :剪切模量； (5) 以疊前反演為技術(shù)手段，得到全區(qū)的楊氏模量數(shù)據(jù)體、體積模量數(shù)據(jù)體和剪切模量 數(shù)據(jù)體，通過數(shù)據(jù)體計(jì)算建立泥頁巖可壓性指數(shù)綜合數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)其可壓性指數(shù)的定量 表征，對泥頁巖地層的可壓性進(jìn)行有效預(yù)測。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2基于巖石物理的泥頁巖可壓性定量表征方法，其特征是步驟（2)中 泥頁巖的物理學(xué)參數(shù)優(yōu)選聲波時(shí)差、密度；巖石物理彈性參數(shù)優(yōu)選楊氏模量、剪切模量和體 積模量；礦物成分評價(jià)參數(shù)優(yōu)選脆性礦物含量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3基于巖石物理的泥頁巖可壓性定量表征方法，其特征是優(yōu)選復(fù) 相關(guān)系數(shù)優(yōu)選R>〇. 9的地層參數(shù)作為有效的表征因子。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4基于巖石物理的泥頁巖可壓性定量表征方法，其特征是優(yōu)選 BI(teeal〇〉〇的地區(qū)為最優(yōu)壓裂區(qū)域，實(shí)現(xiàn)可壓性指數(shù)的定量表征并預(yù)測。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于巖石物理的泥頁巖可壓性定量表征方法。包括如下步驟：（1）建立泥頁巖可壓性數(shù)學(xué)模型；（2）分析地層參數(shù)與力學(xué)關(guān)系，優(yōu)選地層力學(xué)參數(shù)表征因子；（3）回歸擬和抗壓強(qiáng)度彈性參數(shù)表征公式和建立地層破裂壓力彈性參數(shù)表征公式、主應(yīng)力彈性參數(shù)表征公式；（4）建立可壓性指數(shù)表征公式并驗(yàn)證計(jì)算可壓性指數(shù)綜合數(shù)據(jù)體；（5）定量表征地層可壓性并預(yù)測。本方法通過多參數(shù)分析，選擇泥頁巖地層可壓性的有效表征因子，構(gòu)建泥頁巖可壓性指數(shù)的表征公式，從而實(shí)現(xiàn)泥頁巖可壓性的定量表征，建立泥頁巖可壓性的判識標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)指導(dǎo)地層壓裂改造層段的目標(biāo)優(yōu)選，降低了泥頁巖勘探的成本，有效的提高了泥頁巖勘探的成功率。
【IPC分類】G06F17-50, G01V1-28
【公開號】CN104749622
【申請?zhí)枴緾N201310730747
【發(fā)明人】劉建偉, 張營革, 譚明友, 巴素玉, 張?jiān)沏y, 師濤, 陳香朋, 龐紅磊, 時(shí)瑞坤, 魏欣偉, 孫興剛
【申請人】中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司物探研究院
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2013年12月26日