CN104406849A - 一种储层岩石脆性的预测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种储层岩石脆性的预测方法及装置，储层岩石脆性的预测方法首先通过静态力学试验、超声波试验、岩心破裂试验获得待预测储层的岩心样本动静态弹性参数及岩石力学参数，并从叠前地震反演结果计算待预测储层的动态弹性参数进而计算待预测储层的静态弹性参数及岩石力学参数，然后通过线性拟合的方法建立动态弹性参数与静态弹性参数及岩石力学参数之间的关系，进而计算岩石的综合脆性指数，并通过所述综合脆性指数预测待预测储层的岩石脆性。通过本申请所提供的储层岩石的预测方法及装置能够较为真实地描述出致密储层的岩石脆性。

Description

一种储层岩石脆性的预测方法及装置

技术领域

本申请涉及地球物理勘探领域，尤其涉及一种储层岩石脆性的预测方法及装置。

背景技术

近年来，页岩气和致密油气的研究在国内已经成为热点。在页岩气和致密油等致密储层开发过程中，水力压裂技术已经成为提高油气采收率的一项主要技术手段，脆性指数是衡量岩石是否容易压裂的重要参数，准确的计算对于压裂施工位置确定和施工参数的选取至关重要。

目前预测岩石脆性的方法大体分为三类：根据脆性矿物的比例、根据弹性参数、根据岩石力学试验。

根据脆性矿物比例预测页岩脆性方法主要有不带权重和带权重的两种计算方法。苗建宇等所采用的方法为不带权重的方法，该类方法只考虑了脆性矿物的占总矿物的百分比，而没有考虑到脆性矿物本身存在脆性差异。Dan Buller、董宁等采用带权重的方法考虑了脆性矿物本身的脆性差异，也考虑了塑性矿物的塑性差异。带权重的方法描述岩石脆性较不带权重方法更准确，但是该类方法只考虑了脆性矿物的体积百分比，没有考虑到岩石结构对岩石脆性的影响，使得预测结果不够真实。

根据弹性参数预测脆性方面。Rickman在2008年提出了根据杨氏模量和泊松比预测脆性指数的方法，该方法用归一化的杨氏模量和归一化的泊松比的算术平均值来描述岩石的脆性。泊松比主要用来描述岩石在应力作用下产生裂缝的难易程度，杨氏模量用来描述产生裂缝后维持裂缝不闭合的能力。Ritesh采用杨氏模量和密度的乘积来描述杨氏模量。采用弹性参数预测脆性的方法的优点在于能够从地震反演结果方便计算。但是采用地震数据预测的弹性参数为动态弹性参数。而致密储层水力压裂施工过程事实上是一个大型的静力学试验，与之相关的弹性参数应该是静态弹性参数，使用静态弹性参数来描述其脆性更为合理，因而根据地震数据反演结果计算弹性参数直接进行脆性预测同样会使得预测结果不够真实。

根据岩石力学试验描述岩石脆性的方法很多，如Hucka和Das提出的抗压强度和抗拉强度的比值、内摩擦角的正弦值方法，采用岩石破裂前后区的应变量的比值来描述岩石的脆性。由于该类方法测的的结果均是基于静力学的，与水力压裂过程的岩石破裂机理完全相同，因此该类方法计算的岩石脆性用于水力压裂更为合理。但是由于岩石力学试验只能针对少量岩心开展，样本数据太小，难以真实描述致密储层的脆性，进而无法直接用于指导水力压裂施工。

综上所述，目前还没有一种预测方法能够较为真实描述出致密储层的岩石脆性，以指导水力压裂工作。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本申请提供一种储层岩石脆性的预测方法及装置，以能够较为真实地描述出致密储层的岩石脆性。

本申请提供一种储层岩石脆性的预测方法，包括：

获取待预测储层的岩心样本的第一数据体及所述待预测储层的第二数据体，所述第一数据体包括所述岩心样本的密度、不同载荷下所述岩心样本的静态杨氏模量、超声波通过所述岩心样本的纵波速度和横波速度以及所述岩心样本的岩石力学参数；所述第二数据体包括待预测储层的密度以及地震波的纵波速度、横波速度；

通过所述第一数据体、所述第二数据体计算得到所述岩心样本的动态弹性指数、应变比脆性指数及所述待预测储层的动态弹性指数，所述动态弹性指数包括动态杨氏模量及动态泊松比；

通过所述岩心样本的所述静态杨氏模量、所述动态杨氏模量获取静态杨氏模量与动态杨氏模量的第一转换关系以及通过所述岩心样本的所述动态弹性指数、所述应变比脆性指数获取动态弹性指数与应变比脆性指数的第二转换关系；

将所述待预测储层的动态弹性指数代入所述第一转换关系及所述第二转换关系计算得到所述待预测储层的静态杨氏模量、应变比脆性指数；

将所述待预测储层的静态杨氏模量代入静态杨氏模量脆性指数计算公式得到所述待预测储层的静态杨氏模量脆性指数，所述静态杨氏模量脆性指数计算公式为：

$B_{E,\mathrm{static}}=\frac{{E^{\′}}_{\mathrm{static}}-E_{\mathrm{static},\min }}{E_{\mathrm{staic},\max }-E_{\mathrm{static},\min }}$

其中，B_E,static为静态杨氏模量脆性指数；E'_static为所述待预测储层的静态杨氏模量，吉帕；E_staic,max为工区内静态杨氏模量的最大值，吉帕；E_static,min为工区内静态杨氏模量的最小值，吉帕；

将所述待预测储层的静态杨氏模量脆性指数及应变比脆性指数代入综合脆性指数计算公式中得到所述待预测储层的综合脆性指数，所述综合脆性指数计算公式为

B′＝αB′_ε·B_E,static

其中，B′为综合脆性指数；α为调节系数，其取值范围为0至1；B′_ε为所述待预测储层的应变比脆性指数；B_E,static为所述待预测储层的静态杨氏模量脆性指数；

根据所述综合脆性指数预测所述待预测储层的岩石脆性。

优选的，所述不同载荷下所述岩心样本的静态杨氏模量通过静力学试验得到，其计算公式为

$E_{\mathrm{static}}=\frac{\mathrm{\ΔP}\×L}{A\×\mathrm{\ΔL}}$

其中，ΔP为载荷增量，吉帕；L为岩心样本的轴向长度，米；ΔL为岩心样本的轴向变形增量，米；A为岩心样本的横截面积，平方米。

优选的，所述超声波通过所述岩心样本的纵波速度和横波速度通过超声试验获得。

优选的，所述第二数据体根据所述待预测储层的叠前三维地震数据同步反演获得。

优选的，所述岩心样本及所述待预测储层的动态弹性指数、应变比脆性指数通过将所述第一数据体与所述第二数据体代入至动态杨氏模量计算公式与动态泊松比计算公式获得，所述动态杨氏模量计算公式为

$E_{\mathrm{dynamic}}=\frac{\mathrm{\ρ}{V_s}^2(3{V_p}^2-{V_s}^2)}{{V_p}^2-{V_s}^2}$

所述动态泊松比计算公式为

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{dynamic}}=\frac{({V_p}^2-{V_s}^2)}{2({V_p}^2-{V_s}^2)}$

其中，E_dynamic为动态杨氏模量，吉帕；σ_dynamic为动态泊松比；ρ为所述岩心样本或所述待预测储层的密度，克每立方厘米；V_p为纵波速度，米每秒；V_s为横波速度，米每秒。

优选的，所述岩心样本的岩石力学参数通过岩心破裂试验获得，所述岩石力学参数包括峰值应变、残余应变与所述残余应力对应的弹性加载阶段的应变。

优选的，所述岩心样本的应变比脆性指数通过应变比脆性指数计算公式获得，所述应变比脆性指数公式为：

$B_{\mathrm{\ϵ}}=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_p-{\mathrm{\ϵ}}_M}{{\mathrm{\ϵ}}_B-{\mathrm{\ϵ}}_P}$

其中，B_ε为所述岩心样本的应变比脆性指数；ε_p为峰值应变；ε_B为残余应变；ε_M为残余应力对应的弹性加载阶段的应变。

优选的，所述第一转换关系与所述第二转换关系通过线性拟合得到，所述第一转换关系为：

E_static＝a₁·E_dynamic+b₁

所述第二转换关系为：

B_ε＝a₂E_dynamic+b₂σ_dynamic+c

其中，E_static为静态杨氏模量，吉帕；E_dynamic为动态杨氏模量，吉帕；σ_dynamic为动态泊松比；B_ε为应变比脆性指数；a₁为线性系数；b₁为常数；a₂为线性系数；b₂为线性系数；c为常数。

优选的，所述调节系数α取值0.01。

本申请还提供一种储层岩石脆性的预测装置，包括：

获取模块，其用于获取待预测储层的岩心样本的第一数据体及所述待预测储层的第二数据体，所述第一数据体包括所述岩心样本的密度、不同载荷下所述岩心样本的静态杨氏模量、超声波通过所述岩心样本的纵波速度和横波速度以及所述岩心样本的岩石力学参数；所述第二数据体包括待预测储层的密度以及地震波的纵波速度、横波速度；

第一计算模块，其用于通过所述第一数据体、所述第二数据体计算得到所述岩心样本的动态弹性指数、应变比脆性指数及所述待预测储层的动态弹性指数，所述动态弹性指数包括动态杨氏模量及动态泊松比；

第二计算模块，其用于通过所述岩心样本的所述静态杨氏模量、所述动态杨氏模量获取静态杨氏模量与动态杨氏模量的第一转换关系以及通过所述岩心样本的所述动态弹性指数、所述应变比脆性指数获取动态弹性指数与应变比脆性指数的第二转换关系；

第三计算模块，其用于将所述待预测储层的动态弹性指数代入所述第一转换关系及所述第二转换关系计算得到所述待预测储层的静态杨氏模量、应变比脆性指数；

第四计算模块，其用于将所述待预测储层的静态杨氏模量代入静态杨氏模量脆性指数计算公式得到所述待预测储层的静态杨氏模量脆性指数，所述静态杨氏模量脆性指数计算公式为：

$B_{E,\mathrm{static}}=\frac{{E^{\′}}_{\mathrm{static}}-E_{\mathrm{static},\min }}{E_{\mathrm{staic},\max }-E_{\mathrm{static},\min }}$

其中，B_E,static为静态杨氏模量脆性指数；E'_static为所述待预测储层的静态杨氏模量，吉帕；E_staic,max为工区内静态杨氏模量的最大值，吉帕；E_static,min为工区内静态杨氏模量的最小值，吉帕；

第五计算模块，其用于将所述待预测储层的静态杨氏模量脆性指数及应变比脆性指数代入综合脆性指数计算公式中得到所述待预测储层的综合脆性指数，所述综合脆性指数计算公式为

B′＝αB′_ε·B_E,static

其中，B′为综合脆性指数；α为调节系数，其取值范围为0至1；B′_ε为所述待预测储层的应变比脆性指数；B_E,static为所述待预测储层的静态杨氏模量脆性指数；

脆性判断模块，其用于根据所述综合脆性指数预测所述待预测储层的岩石脆性。

综上所述，本申请通过提供一种将岩石力学试验、超声波试验等岩石物理测量结果和地震反演结果结合起来预测致密储层脆性的方法，从而实现了提供一种基于岩石物理测量结果和地震数据预测致密储层合理有效地预测储层岩石脆性的目的，所以通过本申请所提供的储层岩石的预测方法能够较为真实地描述出致密储层的岩石脆性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一种实施方式所提供的储层岩石脆性的预测方法的步骤流程图；

图2是本申请一个实施例中岩心破裂试验测量岩石力学参数示意图；

图3是本申请一个实施例中岩心样本的动态杨氏模量与静态杨氏模量的拟合示意图；

图4是本申请一个实施例中待预测储层的纵波速度剖面图；

图5是本申请一个实施例中待预测储层的横波速度剖面图；

图6是本申请一个实施例中待预测储层的密度剖面图；

图7是本申请一个实施例中待预测储层的动态杨氏模量剖面图；

图8是本申请一个实施例中待预测储层的动态泊松比剖面图；

图9是本申请一个实施例中由图7所示动态杨氏模量转换得到的静态杨氏模量剖面图；

图10是本申请一个实施例中从图9所示静态杨氏模量计算得到的静态杨氏模量脆性指数剖面图；

图11是本申请一个实施例中从图7及图8所示的动态杨氏模量和动态泊松比转换得到的应变比脆性指数剖面图；

图12是本申请一个实施例中待预测储层的综合脆性指数剖面图；

图13是本申请一个实施例中待预测储层的综合脆性指数大于80％的脆性地层分布剖面图；

图14是本申请一个实施例中待预测储层的综合脆性指数大于80％的脆性地层的时间厚度平面图；

图15是本申请一种实施方式所提供的储层岩石脆性的预测装置的模块示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

请参考图1，本申请一种实施方式提供一种储层岩石脆性的预测方法，包括以下步骤：

S101、获取待预测储层的岩心样本的第一数据体及所述待预测储层的第二数据体，所述第一数据体包括所述岩心样本的密度、不同载荷下所述岩心样本的静态杨氏模量、超声波通过所述岩心样本的纵波速度和横波速度以及所述岩心样本的岩石力学参数；所述第二数据体包括待预测储层的密度以及地震波的纵波速度、横波速度。

在本步骤中，所述不同载荷下所述岩心样本的静态杨氏模量可以通过静力学试验得到，其计算公式为

$E_{\mathrm{static}}=\frac{\mathrm{\ΔP}\×L}{A\×\mathrm{\ΔL}}---\left(1\right)$

其中，ΔP为载荷增量，吉帕(GPa)；L为岩心样本的轴向长度，米(m)；ΔL为岩心样本的轴向变形增量，米；A为岩心样本的横截面积，平方米(m²)。

所述超声波通过所述岩心样本的纵波速度和横波速度通过超声试验获得。超声实验是一种常规的岩石物理试验，主要是通过测量超声波通过岩心的时间来计算岩石的纵波速度和横波速度。进一步的，所述超声试验与所述静力学试验针对同一岩心样本时可以同时进行，所用的测量仪器可以实现岩心样本的动静态弹性参数的同时测量。

所述岩心样本的岩石力学参数通过岩心破裂试验获得，所述岩石力学参数包括峰值应变、残余应变与所述残余应力对应的弹性加载阶段的应变。

所述第二数据体根据所述待预测储层的叠前三维地震数据同步反演获得。所述待预测储层的叠前三维地震数据可以通过地震勘探获取相关数据资料。

当然，所述第一数据体与所述第二数据体均有多个数据构成，以满足预测结果的准确性。

S102、通过所述第一数据体、所述第二数据体计算得到所述岩心样本的动态弹性指数、应变比脆性指数及所述待预测储层的动态弹性指数，所述动态弹性指数包括动态杨氏模量及动态泊松比。

在本步骤中，所述岩心样本及所述待预测储层的动态弹性指数可以通过将所述第一数据体与所述第二数据体代入至动态杨氏模量计算公式与动态泊松比计算公式获得，所述动态杨氏模量计算公式为

$E_{\mathrm{dynamic}}=\frac{\mathrm{\ρ}{V_s}^2(3{V_p}^2-{V_s}^2)}{{V_p}^2-{V_s}^2}---\left(2\right)$

所述动态泊松比计算公式为

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{dynamic}}=\frac{({V_p}^2-{V_s}^2)}{2({V_p}^2-{V_s}^2)}---\left(3\right)$

其中，E_dynamic为动态杨氏模量，吉帕；σ_dynamic为动态泊松比；ρ为所述岩心样本或所述待预测储层的密度，克每立方厘米；V_p为纵波速度，米每秒；V_s为横波速度，米每秒。

所述岩心样本的应变比脆性指数可以通过应变比脆性指数计算公式获得，所述应变比脆性指数公式为：

$B_{\mathrm{\ϵ}}=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_p-{\mathrm{\ϵ}}_M}{{\mathrm{\ϵ}}_B-{\mathrm{\ϵ}}_P}---\left(4\right)$

其中，B_ε为所述岩心样本的应变比脆性指数；ε_p为峰值应变；ε_B为残余应变；ε_M为残余应力对应的弹性加载阶段的应变。

S103、通过所述岩心样本的所述静态杨氏模量、所述动态杨氏模量获取静态杨氏模量与动态杨氏模量的第一转换关系以及通过所述岩心样本的所述动态弹性指数、所述应变比脆性指数获取动态弹性指数与应变比脆性指数的第二转换关系。

在本步骤中，由于动静态测量结果是对同一岩心样本，在相同的压力条件下测得的，所以所述第一转换关系与所述第二转换关系可以通过线性拟合得到，所述第一转换关系为：

E_static＝a₁·E_dynamic+b₁  (5)

所述第二转换关系为：

B_ε＝a₂E_dynamic+b₂σ_dynamic+c  (6)

其中，E_static为静态杨氏模量，吉帕；E_dynamic为动态杨氏模量，吉帕；σ_dynamic为动态泊松比；B_ε为应变比脆性指数；a₁为线性系数；b₁为常数；a₂为线性系数；b₂为线性系数；c为常数。

S104、将所述待预测储层的动态弹性指数代入所述第一转换关系及所述第二转换关系计算得到所述待预测储层的静态杨氏模量、应变比脆性指数。

本步骤中，所述第一转换关系是静态杨氏模量与动态杨氏模量之间的转换关系，所以可以将所述待预测储层的动态杨氏模量代入所述第一转换关系中，进而得到所述待预测储层的静态杨氏模量。

所述第二转换关系是动态弹性指数与应变比脆性指数之间的转换关系，所以可以将所述待预测储层的动态弹性指数所包括的动态杨氏模量、动态泊松比均代入所述第二转换关系中，进而得到所述待预测储层的应变比脆性指数。

通过该步骤将待预测储层的大量地震数据转换成静态参数，进而描述待预测储层的岩石脆性更加合理，并且样本数据覆盖更加全面，使得预测结果更加准确。

S105、将所述待预测储层的静态杨氏模量代入静态杨氏模量脆性指数计算公式得到所述待预测储层的静态杨氏模量脆性指数，所述静态杨氏模量脆性指数计算公式为：

$B_{E,\mathrm{static}}=\frac{{E^{\′}}_{\mathrm{static}}-E_{\mathrm{static},\min }}{E_{\mathrm{staic},\max }-E_{\mathrm{static},\min }}---\left(7\right)$

其中，B_E,static为静态杨氏模量脆性指数；E'_static为所述待预测储层的静态杨氏模量，吉帕；E_staic,max为工区内静态杨氏模量的最大值，吉帕；E_static,min为工区内静态杨氏模量的最小值，吉帕。

所示工区可以为所述待预测储层，也可以为所述待预测储层的局部，但所述E_staic,max需大于等于所述待预测储层的静态杨氏模量的最大值，所述E_static,min需小于等于所述待预测储层的静态杨氏模量的最小值。

S106、将所述待预测储层的静态杨氏模量脆性指数及应变比脆性指数代入综合脆性指数计算公式中得到所述待预测储层的综合脆性指数，所述综合脆性指数计算公式为

B′＝αB′_ε·B_E,static  (8)

其中，B′为综合脆性指数；α为调节系数，其取值范围为0至1；B′_ε为所述待预测储层的应变比脆性指数；B_E,static为所述待预测储层的静态杨氏模量脆性指数。

本步骤中，所述α为调节系数，其作用是使计算的综合脆性指数与B′_ε及B_E,static的数值范围一致，所述α取值范围为0～1，可先在0～1间任意给定一个值，然后根据计算结果的动态范围与公式(6)计算的所述待预测储层的静态杨氏模量脆性指数的动态范围进行调节该系数，最终确定值大小，所述α值一般在0.01左右。

S107、根据所述综合脆性指数预测所述待预测储层的岩石脆性。

步骤S106中已计算出待预测储层的综合脆性指数B′，所述综合脆性指数B′综合了静力学试验和岩石破坏试验的测量结果，并结合待预测储层的地震数据，样本数据更加充分。由于数据的覆盖广泛性，可以有效预测待预测储层的岩石脆性分布状态，进而确定最优压裂地带。

综合脆性指数B′取值越大岩石脆性好，越容易压裂形成裂缝，且形成的裂缝不容易闭合。综合脆性指数B′并没有明确的取值范围，根据发明进行大量试验的计算结果来看综合脆性指数B′范围在0～500内。

本实施方式所提供一种储层岩石脆性的预测方法，首先通过静态力学试验、超声波试验、岩心破裂试验获得待预测储层的岩心样本动静态弹性参数及岩石力学参数，并从叠前地震反演结果计算待预测储层的动态弹性参数进而计算待预测储层的静态弹性参数及岩石力学参数，然后通过线性拟合的方法建立动态弹性参数与静态弹性参数及岩石力学参数之间的关系，进而计算岩石的综合脆性指数，并通过所述综合脆性指数预测待预测储层的岩石脆性。

综上所述，本实施方式通过提供一种将岩石力学试验、超声波试验等岩石物理测量结果和地震反演结果结合起来预测致密储层脆性的方法，从而实现了提供一种基于岩石物理测量结果和地震数据预测致密储层合理有效地预测储层岩石脆性的目的，所以通过本实施方式所提供的储层岩石的预测方法能够较为真实地描述出致密储层的岩石脆性。

本申请所提供储层脆性的预测方法在松辽盆地青山口组致密砂岩地层中进行了实施，有效地预测了脆性地层的分布，为该地区致密砂岩开发提供了重要依据。该储层脆性的预测方法充分体现了岩石力学试验测量结果的合理性和地震反演结果的便利性，可以更方便准确地预测致密储层的脆性，为页岩气和致密油气开发过程的水力压裂施工服务。

下面以一个具体的实施例来详细说明本申请一种储层岩石的预测方法的原理，本申请并不以该实施例所示内容为限。

本实施例研究区域是我国松辽盆地青山口组高台子油组致密砂岩地层，共采集了20块岩心样本进行了超声波试验、静力学试验和岩心破裂试验。在此基础上建立了动静态弹性参数以及动态弹性参数与岩石力学参数的转换关系，然后在叠前反演结果的基础上开展岩石脆性预测。

该实施例具体流程图如图1，获取所述岩心样本的第一数据体。

首先，通过密度测量实验获取所述岩心样本的密度。所述岩心样本的密度如表1所示

表1

样本编号	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
											密度(g/cm3)	2.54	2.57	2.39	2.42	2.46	2.55	2.54	2.56	2.59	2.57
样本编号	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
											密度(g/cm3)	2.62	2.55	2.60	2.32	2.34	2.31	2.28	2.58	2.53	2.56

通过静力学试验，测定不同载荷下的应变，并采用公式(1)计算所述岩心样本的静态杨氏模量。所述岩心样本的静态杨氏模量的如表2所示

表2

通过超声试验获得超声波在所述岩心样本中的纵波速度(V_p)、横波速度(V_s)，并采用公式(2)和公式(3)计算所述岩心样本的动态杨氏模量和动态泊松比。所述岩心样本的动态杨氏模量和动态泊松比如表3所示

表3

如图2所示岩心破裂试验测量岩石力学参数示意图，其中，横轴表示轴向应变，纵轴表示轴向应力σ₁与围压σ₃的差值(σ₁-σ₃)。岩心样本首先经过一个弹性加载阶段OA，当达到峰值应力σ_A，峰值应变量为ε_p时岩石发生破裂，直到应变量回落到一个较小的应力σ_B与应变ε_B状态；σ_B称为残余应力；ε_B称为残余应变；与σ_B对应的弹性加载阶段的应变量为ε_M。通过岩心破裂试验测量岩石样本的岩石力学参数，包括峰值应变ε_p、残余应变ε_B、残余应力对应的弹性加载阶段的应变ε_M，然后采用公式4计算应变比脆性指数B_ε。所述岩心样本的岩石力学参数如表4所示

表4

样品编号	εp	εB	εM	Bε
					1	0.62	0.83	0.26	180.69
2	0.81	1.03	0.14	299.24
					3	0.73	0.89	0.34	230.36
4	0.50	0.69	0.22	147.84
					5	0.85	1.38	0.41	84.39

6	0.77	1.33	0.47	54.15
					7	1.18	1.48	0.71	160.40
8	1.16	1.47	0.50	209.46
					9	3.29	3.83	1.23	381.24
10	0.56	0.91	0.20	101.10
					11	1.42	1.77	1.13	81.07
12	0.89	1.51	0.56	52.79
					13	0.73	0.89	0.34	230.36
14	0.50	0.69	0.22	147.84

本实施例中针对所述岩心样本的岩石力学试验、超声波试验和破裂试验均在RTR-2000高压岩石三轴动态测试系统下完成。当然，相关试验也可以在RTR-2000高压岩石三轴动态测试系统以外的其它具有类似功能的仪器下完成。

请参考图4、图5、图6，获取所述待预测储层的第二数据体，将待预测储层的地震三维数据资料进行叠前同步反演进而获得所述待预测储层的密度、纵波速度、横波速度。该待预测储层的经过地震勘探进行三维模拟，其各个剖面图为；

进一步的，请参考图7及图8，采用公式(2)和公式(3)从反演的纵波速度、横波速度、密度计算得到所述待预测储层的动态弹性指数，即动态杨氏模量和动态泊松比。

如图3，进行线性拟合建立所述岩心样本的动态杨氏模量与静态杨氏模量的第一转换关系。本实施例中得到的第一转换关系如下：

E_static＝0.522·E_dynamic+1.572  (9)

进行线性拟合，建立所述岩心样本的动态弹性参数与应变比脆性指数的第二转换关系。本实施例中得到的第二转换关系如下：

B_ε＝12.20E_dynamic-1333.19σ_dynamic-259.78  (10)

然后，请参考图9，利用公式(9)从所述待预测储层的动态杨氏模量转换得到所述待预测储层的静态杨氏模量，进一步的，请参考图10，利用公式(7)计算得到所述待预测储层的静态杨氏模量脆性指数。本实施例中，E_staic,min和E_staic,max取值分别为0GPa和30GPa。

请参考图11，利用公式(10)从所述待预测储层的动态弹性指数转换得到所述待预测储层的应变比脆性指数。

请参考图12，利用公式(8)计算所述待预测储层的综合脆性指数。本实施例中α取值0.01。

最后，根据计算得到的综合脆性指数预测所述待预测储层的岩石脆性。本实施例以综合脆性指数80％为门槛值，区分脆性地层和非脆性地层。图13是综合脆性指数大于80％的地层分布剖面图。图14是待预测储层内脆性指数大于80％的地层的时间厚度平面图。图14和图12所示的脆性地层的剖面和平面分布情况是该地区致密油开发过程中水力压裂施工的重要依据。

请参考图15，本申请一种实施方式还提供一种储层岩石脆性的预测装置，包括以下模块：

获取模块100，其用于获取待预测储层的岩心样本的第一数据体及所述待预测储层的第二数据体，所述第一数据体包括所述岩心样本的密度、不同载荷下所述岩心样本的静态杨氏模量、超声波通过所述岩心样本的纵波速度和横波速度以及所述岩心样本的岩石力学参数；所述第二数据体包括待预测储层的密度以及地震波的纵波速度、横波速度。

在所述获取模块100中，所述不同载荷下所述岩心样本的静态杨氏模量可以通过静力学试验得到，其计算公式为

$E_{\mathrm{static}}=\frac{\mathrm{\ΔP}\×L}{A\×\mathrm{\ΔL}}$

其中，ΔP为载荷增量，吉帕(GPa)；L为岩心样本的轴向长度，米(m)；ΔL为岩心样本的轴向变形增量，米；A为岩心样本的横截面积，平方米(m²)。

所述超声波通过所述岩心样本的纵波速度和横波速度通过超声试验获得。超声实验是一种常规的岩石物理试验，主要是通过测量超声波通过岩心的时间来计算岩石的纵波速度和横波速度。进一步的，所述超声试验与所述静力学试验针对同一岩心样本时可以同时进行，所用的测量仪器可以实现岩心样本的动静态弹性参数的同时测量。

所述岩心样本的岩石力学参数通过岩心破裂试验获得，所述岩石力学参数包括峰值应变、残余应变与所述残余应力对应的弹性加载阶段的应变。

所述第二数据体根据所述待预测储层的叠前三维地震数据同步反演获得。所述待预测储层的叠前三维地震数据可以通过地震勘探获取相关数据资料。

当然，所述第一数据体与所述第二数据体均有多个数据构成，以满足预测结果的准确性。

第一计算模块200，其用于通过所述第一数据体、所述第二数据体计算得到所述岩心样本的动态弹性指数、应变比脆性指数及所述待预测储层的动态弹性指数，所述动态弹性指数包括动态杨氏模量及动态泊松比。

在所述第一计算模块200中，所述岩心样本及所述待预测储层的动态弹性指数可以通过将所述第一数据体与所述第二数据体代入至动态杨氏模量计算公式与动态泊松比计算公式获得，所述动态杨氏模量计算公式为

$E_{\mathrm{dynamic}}=\frac{\mathrm{\ρ}{V_s}^2(3{V_p}^2-{V_s}^2)}{{V_p}^2-{V_s}^2}$

所述动态泊松比计算公式为

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{dynamic}}=\frac{({V_p}^2-{V_s}^2)}{2({V_p}^2-{V_s}^2)}$

其中，E_dynamic为动态杨氏模量，吉帕；σ_dynamic为动态泊松比；ρ为所述岩心样本或所述待预测储层的密度，克每立方厘米；V_p为纵波速度，米每秒；V_s为横波速度，米每秒。

所述岩心样本的应变比脆性指数可以通过应变比脆性指数计算公式获得，所述应变比脆性指数公式为：

$B_{\mathrm{\ϵ}}=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_p-{\mathrm{\ϵ}}_M}{{\mathrm{\ϵ}}_B-{\mathrm{\ϵ}}_P}$

其中，B_ε为所述岩心样本的应变比脆性指数；ε_p为峰值应变；ε_B为残余应变；ε_M为残余应力对应的弹性加载阶段的应变。

第二计算模块300，其用于通过所述岩心样本的所述静态杨氏模量、所述动态杨氏模量获取静态杨氏模量与动态杨氏模量的第一转换关系以及通过所述岩心样本的所述动态弹性指数、所述应变比脆性指数获取动态弹性指数与应变比脆性指数的第二转换关系。

在所述第二计算模块300中，由于动静态测量结果是对同一岩心样本，在相同的压力条件下测得的，所以所述第一转换关系与所述第二转换关系可以通过线性拟合得到，所述第一转换关系为：

E_static＝a₁·E_dynamic+b₁

所述第二转换关系为：

B_ε＝a₂E_dynamic+b₂σ_dynamic+c

其中，E_static为静态杨氏模量，吉帕；E_dynamic为动态杨氏模量，吉帕；σ_dynamic为动态泊松比；B_ε为应变比脆性指数；a₁为线性系数；b₁为常数；a₂为线性系数；b₂为线性系数；c为常数。

第三计算模块400，其用于将所述待预测储层的动态弹性指数代入所述第一转换关系及所述第二转换关系计算得到所述待预测储层的静态杨氏模量、应变比脆性指数。

在所述第三计算模块400中，所述第一转换关系是静态杨氏模量与动态杨氏模量之间的转换关系，所以可以将所述待预测储层的动态杨氏模量代入所述第一转换关系中，进而得到所述待预测储层的静态杨氏模量。

所述第二转换关系是动态弹性指数与应变比脆性指数之间的转换关系，所以可以将所述待预测储层的动态弹性指数所包括的动态杨氏模量、动态泊松比均代入所述第二转换关系中，进而得到所述待预测储层的应变比脆性指数。

通过该步骤将待预测储层的大量地震数据转换成静态参数，进而描述待预测储层的岩石脆性更加合理，并且样本数据覆盖更加全面，使得预测结果更加准确。

第四计算模块500，其用于将所述待预测储层的静态杨氏模量代入静态杨氏模量脆性指数计算公式得到所述待预测储层的静态杨氏模量脆性指数，所述静态杨氏模量脆性指数计算公式为：

$B_{E,\mathrm{static}}=\frac{{E^{\′}}_{\mathrm{static}}-E_{\mathrm{static},\min }}{E_{\mathrm{staic},\max }-E_{\mathrm{static},\min }}$

其中，B_E,static为静态杨氏模量脆性指数；E'_static为所述待预测储层的静态杨氏模量，吉帕；E_staic,max为工区内静态杨氏模量的最大值，吉帕；E_static,min为工区内静态杨氏模量的最小值，吉帕。

所示工区可以为所述待预测储层，也可以为所述待预测储层的局部，但所述E_staic,max需大于等于所述待预测储层的静态杨氏模量的最大值，所述E_static,min需小于等于所述待预测储层的静态杨氏模量的最小值。

第五计算模块600，其用于将所述待预测储层的静态杨氏模量脆性指数及应变比脆性指数代入综合脆性指数计算公式中得到所述待预测储层的综合脆性指数，所述综合脆性指数计算公式为

B′＝αB′_ε·B_E,static

其中，B′为综合脆性指数；α为调节系数，其取值范围为0至1；B′_ε为所述待预测储层的应变比脆性指数；B_E,static为所述待预测储层的静态杨氏模量脆性指数。

所述第五计算模块600中，所述α为调节系数，其作用是使计算的综合脆性指数与B′_ε及B_E,static的数值范围一致，所述α取值范围为0～1，可先在0～1间任意给定一个值，然后根据计算结果的动态范围与公式(6)计算的所述待预测储层的静态杨氏模量脆性指数的动态范围进行调节该系数，最终确定值大小，所述α值一般在0.01左右。

脆性判断模块，其用于根据所述综合脆性指数预测所述待预测储层的岩石脆性。

所述第五计算模块600中已计算出待预测储层的综合脆性指数B′，所述综合脆性指数B′综合了静力学试验和岩石破坏试验的测量结果，并结合待预测储层的地震数据，样本数据更加充分。由于数据的覆盖广泛性，可以有效预测待预测储层的岩石脆性分布状态，进而确定最优压裂地带。

综合脆性指数B′取值越大岩石脆性好，越容易压裂形成裂缝，且形成的裂缝不容易闭合。综合脆性指数B′并没有明确的取值范围，根据发明进行大量试验的计算结果来看综合脆性指数B′范围在0～500内。

本实施方式所提供一种储层岩石脆性的预测装置，首先通过静态力学试验、超声波试验、岩心破裂试验获得岩石的动静态弹性参数及岩石力学参数，然后通过线性拟合的方法建立动态弹性参数与静态弹性参数及岩石力学参数之间的关系，然后从叠前地震反演结果计算岩石的动态弹性参数进而计算岩石的静态弹性参数及岩石力学参数，进而计算岩石的综合脆性指数，并通过所述综合脆性指数预测待预测储层的岩石脆性。

综上所述，本申请通过提供一种将岩石力学试验、超声波试验等岩石物理测量结果和地震反演结果结合起来预测致密储层脆性的装置，从而实现了提供一种基于岩石物理测量结果和地震数据预测致密储层合理有效地预测储层岩石脆性的目的，所以通过本实施方式所提供的储层岩石的预测装置能够较为真实地描述出致密储层的岩石脆性。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种储层岩石脆性的预测方法，其特征在于，包括：

获取待预测储层的岩心样本的第一数据体及所述待预测储层的第二数据体，所述第一数据体包括所述岩心样本的密度、不同载荷下所述岩心样本的静态杨氏模量、超声波通过所述岩心样本的纵波速度和横波速度以及所述岩心样本的岩石力学参数；所述第二数据体包括待预测储层的密度以及地震波的纵波速度、横波速度；

通过所述第一数据体、所述第二数据体计算得到所述岩心样本的动态弹性指数、应变比脆性指数及所述待预测储层的动态弹性指数，所述动态弹性指数包括动态杨氏模量及动态泊松比；

通过所述岩心样本的所述静态杨氏模量、所述动态杨氏模量获取静态杨氏模量与动态杨氏模量的第一转换关系以及通过所述岩心样本的所述动态弹性指数、所述应变比脆性指数获取动态弹性指数与应变比脆性指数的第二转换关系；

将所述待预测储层的动态弹性指数代入所述第一转换关系及所述第二转换关系计算得到所述待预测储层的静态杨氏模量、应变比脆性指数；

将所述待预测储层的静态杨氏模量代入静态杨氏模量脆性指数计算公式得到所述待预测储层的静态杨氏模量脆性指数，所述静态杨氏模量脆性指数计算公式为：

$B_{E,\mathrm{static}}=\frac{{E^{\′}}_{\mathrm{static}}-E_{\mathrm{static},\min }}{E_{\mathrm{staic},\max }-E_{\mathrm{static},\min }}$

其中，B_E,static为静态杨氏模量脆性指数；E'_static为所述待预测储层的静态杨氏模量，吉帕；E_staic,max为工区内静态杨氏模量的最大值，吉帕；E_static,min为工区内静态杨氏模量的最小值，吉帕；

将所述待预测储层的静态杨氏模量脆性指数及应变比脆性指数代入综合脆性指数计算公式中得到所述待预测储层的综合脆性指数，所述综合脆性指数计算公式为

B′＝αB′_ε·B_E,static

其中，B′为综合脆性指数；α为调节系数，其取值范围为0至1；B′_ε为所述待预测储层的应变比脆性指数；B_E,static为所述待预测储层的静态杨氏模量脆性指数；

根据所述综合脆性指数预测所述待预测储层的岩石脆性。

2.如权利要求1所述的储层岩石脆性的预测方法，其特征在于：所述不同载荷下所述岩心样本的静态杨氏模量通过静力学试验得到，其计算公式为

$E_{\mathrm{static}}=\frac{\mathrm{\ΔP}\×L}{A\×\mathrm{\ΔL}}$

其中，ΔP为载荷增量，吉帕；L为岩心样本的轴向长度，米；ΔL为岩心样本的轴向变形增量，米；A为岩心样本的横截面积，平方米。

3.如权利要求1所述的储层岩石脆性的预测方法，其特征在于：所述超声波通过所述岩心样本的纵波速度和横波速度通过超声试验获得。

4.如权利要求3所述的储层岩石脆性的预测方法，其特征在于：所述第二数据体根据所述待预测储层的叠前三维地震数据同步反演获得。

5.如权利要求4所述的储层岩石脆性的预测方法，其特征在于：所述岩心样本及所述待预测储层的动态弹性指数、应变比脆性指数通过将所述第一数据体与所述第二数据体代入至动态杨氏模量计算公式与动态泊松比计算公式获得，所述动态杨氏模量计算公式为

$E_{\mathrm{dynamic}}=\frac{{{\mathrm{\ρV}}_s}^2({{3V}_p}^2-{V_s}^2)}{{V_p}^2-{V_s}^2}$

所述动态泊松比计算公式为

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{dynamic}}=\frac{({V_p}^2-{{2V}_s}^2)}{2({V_p}^2-{V_s}^2)}$

其中，E_dynamic为动态杨氏模量，吉帕；σ_dynamic为动态泊松比；ρ为所述岩心样本或所述待预测储层的密度，克每立方厘米；V_p为纵波速度，米每秒；V_s为横波速度，米每秒。

6.如权利要求1所述的储层岩石脆性的预测方法，其特征在于：所述岩心样本的岩石力学参数通过岩心破裂试验获得，所述岩石力学参数包括峰值应变、残余应变与所述残余应力对应的弹性加载阶段的应变。

7.如权利要求6所述的储层岩石脆性的预测方法，其特征在于：所述岩心样本的应变比脆性指数通过应变比脆性指数计算公式获得，所述应变比脆性指数公式为：

$B_{\mathrm{\ϵ}}=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_p-{\mathrm{\ϵ}}_M}{{\mathrm{\ϵ}}_B-{\mathrm{\ϵ}}_P}$

其中，B_ε为所述岩心样本的应变比脆性指数；ε_p为峰值应变；ε_B为残余应变；ε_M为残余应力对应的弹性加载阶段的应变。

8.如权利要求1所述的储层岩石脆性的预测方法，其特征在于：所述第一转换关系与所述第二转换关系通过线性拟合得到，所述第一转换关系为：

E_static＝a₁·E_dynamic+b₁

所述第二转换关系为：

B_ε＝a₂E_dynamic+b₂σ_dynamic+c

其中，E_static为静态杨氏模量，吉帕；E_dynamic为动态杨氏模量，吉帕；σ_dynamic为动态泊松比；B_ε为应变比脆性指数；a₁为线性系数；b₁为常数；a₂为线性系数；b₂为线性系数；c为常数。

9.如权利要求1至8任意一项所述的储层岩石脆性的预测方法，其特征在于：所述调节系数α取值0.01。

10.一种储层岩石脆性的预测装置，其特征在于，包括：

获取模块，其用于获取待预测储层的岩心样本的第一数据体及所述待预测储层的第二数据体，所述第一数据体包括所述岩心样本的密度、不同载荷下所述岩心样本的静态杨氏模量、超声波通过所述岩心样本的纵波速度和横波速度以及所述岩心样本的岩石力学参数；所述第二数据体包括待预测储层的密度以及地震波的纵波速度、横波速度；

第一计算模块，其用于通过所述第一数据体、所述第二数据体计算得到所述岩心样本的动态弹性指数、应变比脆性指数及所述待预测储层的动态弹性指数，所述动态弹性指数包括动态杨氏模量及动态泊松比；

第二计算模块，其用于通过所述岩心样本的所述静态杨氏模量、所述动态杨氏模量获取静态杨氏模量与动态杨氏模量的第一转换关系以及通过所述岩心样本的所述动态弹性指数、所述应变比脆性指数获取动态弹性指数与应变比脆性指数的第二转换关系；

第三计算模块，其用于将所述待预测储层的动态弹性指数代入所述第一转换关系及所述第二转换关系计算得到所述待预测储层的静态杨氏模量、应变比脆性指数；

第四计算模块，其用于将所述待预测储层的静态杨氏模量代入静态杨氏模量脆性指数计算公式得到所述待预测储层的静态杨氏模量脆性指数，所述静态杨氏模量脆性指数计算公式为：

$B_{E,\mathrm{static}}=\frac{{E^{\′}}_{\mathrm{static}}-E_{\mathrm{static},\min }}{E_{\mathrm{staic},\max }-E_{\mathrm{static},\min }}$

其中，B_E,static为静态杨氏模量脆性指数；E'_static为所述待预测储层的静态杨氏模量，吉帕；E_staic,max为工区内静态杨氏模量的最大值，吉帕；E_static,min为工区内静态杨氏模量的最小值，吉帕；

第五计算模块，其用于将所述待预测储层的静态杨氏模量脆性指数及应变比脆性指数代入综合脆性指数计算公式中得到所述待预测储层的综合脆性指数，所述综合脆性指数计算公式为

B′＝αB′_ε·B_E,static

其中，B′为综合脆性指数；α为调节系数，其取值范围为0至1；B_ε′为所述待预测储层的应变比脆性指数；B_E,static为所述待预测储层的静态杨氏模量脆性指数；

脆性判断模块，其用于根据所述综合脆性指数预测所述待预测储层的岩石脆性。