CN104677734A - 一种多尺度信息融合的致密地层脆性指数测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多尺度信息融合的致密地层脆性指数测量方法，基于岩石力学和声学分析搞清脆性指数内涵，重新定义脆性指数并建立基于声波测井资料的脆性指数计算模型，在此基础上结合X衍射实验得到岩石组分及矿物含量，根据单因素分析得出研究目的区域的脆性矿物类型并建立新的脆性指数计算公式。综合以上分析，对常规测井资料进行处理得到地层组分剖面，从而实现脆性指数的精细建模和连续处理。本发明可在缺乏阵列声波等特殊测井资料的井中实现脆性指数测量，避免了横波预测等给测量带来的误差，节约了勘探成本，提高了解释精度，对致密地层压裂改造、寻找甜点具有重要意义。

Description

一种多尺度信息融合的致密地层脆性指数测量方法

技术领域

本发明属于非常规油气勘探与开发领域，具体地涉及一种基于岩石物理和地球化学、矿物学和测井资料来计算致密地层脆性指数的方法。

背景技术

脆性是地层可钻性分析、压裂选层、甜点预测及施工参数优选的重要参数，是致密油气储层“七性”评价中的重要内容，越来越引起学术界和工业界的重视。国内外学者针对岩石脆性进行了大量研究工作并取得了一定的进展，但在关于岩石脆性的精确定义和计算方法等方面仍存在较大分歧。不同的定义和方法使得地质人员缺乏对岩石脆性的整体把握，在应用中机械地套用相关模型容易带来较大误差甚至是错误结果。

因此，如何准确评价地层脆性、特别是应用常规测井资料进行脆性指数的精确建模，是摆在勘探家面前的一个难题。应用岩石矿物含量和声学参数来计算脆性指数在业内广泛使用，但是其适用条件，以及这些参数的刻度和对比，国内外鲜有研究。这样，导致了脆性指数计算模型五花八门，计算效果也差异很大，难以真正的描述致密地层的真实脆性信息。

发明内容

为了克服目前在脆性指数评价中的各种问题，本发明提供了一种基于岩石物理、岩石力学、岩石矿物学、岩石地球化学和测井资料等多尺度信息融合的致密地层脆性指数测量方法，用以实现地层状态下致密地层岩石脆性指数的精确建模。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种多尺度信息融合的致密地层脆性指数测量方法，包括以下步骤：

a对地下致密岩石进行力学实验，得到岩石应力-应变曲线，计算单轴抗压强度和单轴抗拉强度；

b建立如下基于岩石力学实验测量脆性指数的计算公式：

$B_r=a\frac{{\mathrm{\σ}}_c}{{\mathrm{\σ}}_t}++(1-a)\frac{{\mathrm{\σ}}_c+{\mathrm{\σ}}_t}{{\mathrm{\σ}}_c-{\mathrm{\σ}}_t}---\left(1\right)$

式(1)中a为调节因子，其范围为(0-1)，无量纲；σ_c为单轴抗压强度，σ_t为单轴抗拉强度，单位均为MPa；

c对岩石进行纵横波实验测试，得到岩石声学参数和弹性参数；

d建立基于岩石声学参数的脆性指数模型，根据分析，得到基于弹性参数的脆性指数修正模型为：

$B_a=b\frac{E-E_{\min }}{E_{\max }-E_{\min }}\_c\frac{v_{\max }-v}{v_{\max }-v_{\min }}---\left(2\right)$

式(2)中：E、E_max和E_min分别实测静态、最大和最小杨氏模量，单位为GPa；ν、ν_max和ν_min分别为实测静态、最大和最小泊松比，无量纲；b和c分别为拟合参数，无量纲；

e将基于弹性参数的脆性指数和基于岩石力学实验的脆性指数对比，可见两者呈较好的线性相关关系；

f对岩石进行实验得到各组分含量，并分析岩石各组分含量与脆性指数的关系，得到脆性指示矿物；

g根据脆性指示矿物与脆性指数的关系，建立基于岩石组分的脆性指数计算公式，如下式：

$B=\frac{d{V}_{\mathrm{carb}}}{\mathrm{eTOC}+f{V}_{\mathrm{cl}}+g{V}_{\mathrm{qrtz}}+h{V}_{\mathrm{fs}}}---\left(3\right)$

式(3)中：V_carb、TOC、V_cl、V_qrtz、V_fs分别为方解石、有机碳含量、粘土、石英和斜长石含量，％；d、e、f、g、h分别为权重，无量纲；

h对测井资料进行处理，得到岩石组分剖面，并应用脆性指数计算公式得到全井段的脆性指数剖面。

上述步骤f中所述对岩石进行实验得到各组分含量具体包括：对岩石进行X衍射实验分别得到石英、斜长石、方解石、白云石、粘土和黄铁矿的含量；对岩石进行地球化学分析实验得到有机碳含量。

本发明的有益技术效果是：

(1)本发明只要有少部分岩石力学和岩石物理学、矿物学等实验数据，即可实现特定区块的脆性指数计算，并能得到连续处理的剖面，算法简单，效果较好，有效地节省了勘探成本，提高了脆性指数的计算精度。

(2)本发明通过多个常用岩石脆性指数的对比分析，避免了应用单一脆性指数的盲目性，降低了脆性指数评价风险。

(3)本发明真正的实现了岩石声学和力学参数的有机融合，为基于阵列声波测井资料计算脆性指数提供了刻度。

(4)本发明通过岩石X衍射实验和声学-力学实验的配套分析，就可得到脆性指数的表达式，且该表达式在形式上、内容上是可调整的，适用于不同的区块、不同的地层类型。

(5)本发明只要根据最优化测井解释方法即可得到岩石各组分含量，只要有常规测井资 料即可实现参数计算，无需利用阵列声波测井资料，也不需要进行横波预测，大大降低了勘探成本，同时也提高了脆性指数的计算精度。

(6)本发明所述的方法流程还可通过编制程序，挂接在主流软件上，方便用户处理，并可实时显示计算结果。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为基于弹性参数计算所得脆性指数和基于岩石力学实验计算所得脆性指数的对比图；

图3为基于静态弹性参数的脆性指数与岩石组分的关系；其中图3a示出脆性指数与有机碳含量的关系，图3b示出脆性指数与孔隙度的关系，图3c示出脆性指数与粘土含量的关系，图3d示出脆性指数与石英含量的关系，图3e示出脆性指数与斜长石含量的关系，图3f示出脆性指数与方解石含量的关系，图3g示出脆性指数与白云石含量的关系，图3h示出脆性指数与黄铁矿含量的关系；

图4为X井的岩石脆性指数计算成果图。

具体实施方式

本发明涉及一种多尺度信息融合的致密地层脆性指数测量方法，如图1所示，包括实验室参数测试如岩石力学参数测试、岩石声学参数测试、岩石矿物学和地球化学参数测试；不同尺度和学科实验参数的对比与分析如岩石力学所得脆性指数与岩石声学所得脆性指数的对比与分析、岩石脆性指数与岩石矿物含量与成分的对比与分析；基于多参数信息的脆性指数综合计算方法如根据脆性矿物特征及其贡献构建可变的加权法脆性指数计算模型；基于测井信息处理的脆性指数计算如根据最优化方法从常规测井资料中得到岩石组分信息及含量，再应用可变的加权法脆性指数计算模型得到随深度变化的脆性指数，形成脆性指数剖面，方便勘探家做出正确的决策。

进一步的说是基于岩石力学和声学分析搞清脆性指数内涵，重新定义脆性指数并建立基于声波测井资料的脆性指数计算模型，在此基础上结合X衍射实验得到岩石组分及矿物含量，根据单因素分析得出研究目的区域的脆性矿物类型并建立新的脆性指数计算公式。综合以上分析，对常规测井资料进行处理得到地层组分剖面，从而实现脆性指数的精细建模和连续处理。本发明可在缺乏阵列声波等特殊测井资料的井中实现脆性指数计算，避免了横波预测等给计算带来的误差，节约了勘探成本，提高了解释精度，对致密地层压裂改造、寻找甜点具有重要意义。

下面结合附图对本发明作进一步说明：

一种多尺度信息融合的致密地层脆性指数测量方法，包括以下步骤：

a对地下致密岩石进行力学实验，得到岩石应力-应变曲线，计算单轴抗压强度、抗拉强度和可恢复应变、总应变、不可恢复应变等参数。

b对比国内外常用的几种岩石脆性指数定义方法并建立适合于研究样品的脆性指数定义方法；通过对比与分析，本发明建立如下基于岩石力学实验测量脆性指数的计算公式：

$B_r=a\frac{{\mathrm{\σ}}_c}{{\mathrm{\σ}}_t}++(1-a)\frac{{\mathrm{\σ}}_c+{\mathrm{\σ}}_t}{{\mathrm{\σ}}_c-{\mathrm{\σ}}_t}---\left(1\right)$

式(1)中a为调节因子，其范围为(0-1)，无量纲；σ_c为单轴抗压强度；σ_t为单轴抗拉强度；单位均为MPa。

c对岩石进行纵横波等实验测试，得到岩石声学参数和动态弹性力学参数。

d对比国内外常用的声学参数和弹性参数计算所得脆性指数与岩石真实脆性指数的关系，建立基于岩石声学参数的脆性指数模型，根据分析，得到基于弹性参数的脆性指数修正模型为：

$B_a=b\frac{E-E_{\min }}{E_{\max }-E_{\min }}\_c\frac{v_{\max }-v}{v_{\max }-v_{\min }}---\left(2\right)$

式(2)中：E、E_max和E_min分别实测静态、最大和最小杨氏模量，单位为GPa；ν、ν_max和ν_min分别为实测静态、最大和最小泊松比，无量纲。部分学者将E_max和E_min设为8GPa和1GPa，将ν_max和ν_min设为0.4和0.15。b和c分别为拟合参数，无量纲。

e将基于弹性参数计算所得脆性指数和基于岩石力学实验计算所得脆性指数对比分析，如图2所示，可见两者呈较好的线性相关关系。

f对岩石进行X衍射实验并得到石英、斜长石、方解石、白云石、粘土和黄铁矿含量；对岩石进行地球化学分析实验得到有机质含量(TOC)；分析岩石各组分含量与脆性指数的关系，得到脆性指示矿物；如图3所示，可知方解石是脆性矿物，有机碳、粘土、石英和长石是塑性矿物。从图3中还可看出，脆性指数与有机碳、粘土、石英、斜长石和方解石呈线性相关关系，脆性指数与孔隙度、白云石和黄铁矿呈非线性相关关系。

g根据脆性指示矿物与脆性指数的关系，建立基于岩石组分的脆性指数计算方法，如下式：

$B=\frac{d{V}_{\mathrm{carb}}}{\mathrm{eTOC}+f{V}_{\mathrm{cl}}+g{V}_{\mathrm{qrtz}}+h{V}_{\mathrm{fs}}}---\left(3\right)$

式(3)中：V_carb、TOC、V_cl、V_qrtz、V_fs分别为方解石、有机碳、粘土、石英和斜长石含量，％；d、e、f、g、h分别为权重，无量纲。

h对测井资料进行最优化处理，得到岩石组分剖面，并应用脆性指数计算方法得到全井段的脆性指数剖面，如图4所示。

上述方式中未述及的部分采取或借鉴已有技术即可实现。

需要说明的是，在本说明书的教导下，本领域技术人员所作出的任何等同替代方式，或明显变型方式，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种多尺度信息融合的致密地层脆性指数测量方法，其特征在于包括以下步骤：

a对地下致密岩石进行力学实验，得到岩石应力-应变曲线，计算单轴抗压强度和单轴抗拉强度；

b建立如下基于岩石力学实验测量脆性指数的计算公式：

$B_r=a\frac{{\mathrm{\σ}}_c}{{\mathrm{\σ}}_t}++(1-a)\frac{{\mathrm{\σ}}_c+{\mathrm{\σ}}_t}{{\mathrm{\σ}}_c-{\mathrm{\σ}}_t}---\left(1\right)$

式(1)中a为调节因子，其范围为(0-1)，无量纲；σ_c为单轴抗压强度，σ_t为单轴抗拉强度，单位均为MPa；

c对岩石进行纵横波实验测试，得到岩石声学参数和弹性参数；

d建立基于岩石声学参数的脆性指数模型，根据分析，得到基于弹性参数的脆性指数修正模型为：

$B_a=b\frac{E-E_{\min }}{E_{\max }-E_{\min }}+c\frac{v_{\max }-v}{v_{\max }-v_{\min }}---\left(2\right)$

式(2)中：E、E_max和E_min分别实测静态、最大和最小杨氏模量，单位为GPa；ν、ν_max和ν_min分别为实测静态、最大和最小泊松比，无量纲；b和c分别为拟合参数，无量纲；

e将基于弹性参数的脆性指数和基于岩石力学实验的脆性指数对比，可见两者呈较好的线性相关关系；

f对岩石进行实验得到各组分含量，并分析岩石各组分含量与脆性指数的关系，得到脆性指示矿物；

g根据脆性指示矿物与脆性指数的关系，建立基于岩石组分的脆性指数计算公式，如下式：

$B=\frac{d{V}_{\mathrm{carb}}}{\mathrm{eTOC}+{\mathrm{fV}}_{\mathrm{cl}}+g{V}_{\mathrm{qrtz}}+h{V}_{\mathrm{fs}}}---\left(3\right)$

式(3)中：V_carb、TOC、V_cl、V_qrtz、V_fs分别为方解石、有机碳含量、粘土、石英和斜长石含量，％；d、e、f、g、h分别为权重，无量纲；

h对测井资料进行处理，得到岩石组分剖面，并应用脆性指数计算公式得到全井段的脆性指数剖面。

2.根据权利要求1所述的一种多尺度信息融合的致密地层脆性指数测量方法，其特征在于，步骤f中所述对岩石进行实验得到各组分含量具体包括：对岩石进行X衍射实验分别得到石英、斜长石、方解石、白云石、粘土和黄铁矿的含量；对岩石进行地球化学分析实验得到有机碳含量。