CN105986814B - 一种获取裂缝愈合指数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种获取裂缝愈合指数的方法，该方法包括：裂缝倾角确定步骤，对待分析地质体进行裂缝识别，确定出待分析地质体的裂缝倾角；裂缝面正应力确定步骤，获取待分析地质体中裂缝面受到的最大水平主应力和最小水平主应力，结合裂缝倾角，确定出待分析地质体的裂缝面正应力；裂缝愈合指数确定步骤，根据待分析地质体的裂缝面正应力，基于预设愈合指数模型，确定待分析地质体的裂缝愈合指数，以便为油气藏保存与破坏性分析提供依据。该方法实现了对裂缝愈合能力的定量分析，并为研究油气藏保存与破坏提供了依据。

Description

一种获取裂缝愈合指数的方法

技术领域

本发明涉及油气勘探技术领域，具体地说，涉及一种获取裂缝愈合指数的方法。

背景技术

石油天然气盖层中一旦产生裂缝，裂缝在地质环境中能否自愈合是评价盖层优劣的重要因素。盖层裂缝的愈合能力与其自身的岩性、物性和矿物组成有密切关系，也与外界受力环境的改变有直接关系。

在钻井压裂和油气田开发过程中，通常应用岩石的应力敏感系数来评价应力改变对岩石裂缝渗透率的影响，该系数未考虑岩石裂缝的产状对其愈合程度的影响，仅仅能够用来定性地评价地质条件下盖层裂缝的愈合程度。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种获取裂缝愈合指数的方法，所述方法包括：

裂缝倾角确定步骤，对待分析地质体进行裂缝识别，确定出所述待分析地质体的裂缝倾角；

裂缝面正应力确定步骤，获取待分析地质体中裂缝面受到的最大水平主应力和最小水平主应力，结合所述裂缝倾角，确定出所述待分析地质体的裂缝面正应力；

裂缝愈合指数确定步骤，根据所述待分析地质体的裂缝面正应力，基于预设愈合指数模型，确定所述待分析地质体的裂缝愈合指数，以便为油气藏保存与破坏性分析提供依据。

根据本发明的一个实施例，通过如下步骤构建所述预设愈合指数模型：

对预设实验地质体的裂缝施加不同的正应力，分别测定不同正应力下预设实验地质体的裂缝渗透率；

根据所得到的各个正应力下的裂缝渗透率，构建裂缝渗透率与正应力的关系模型；

根据裂缝渗透率与正应力的关系模型，基于裂缝愈合指数与裂缝渗透率的关系，确定出裂缝愈合指数与正应力的关系模型，从而得到所述预设愈合指数模型。

根据本发明的一个实施例，通过如下步骤获取预设实验地质体：

根据待分析地质体所处区域的地层分布特性，获取所需要的地层岩心；

在所述地层岩心上构造出相应尺度的裂缝，得到所述预设实验地质体。

根据本发明的一个实施例，根据所得到的各个正应力下的裂缝渗透率，利用幂指数法回归裂缝渗透率与正应力的函数关系，从而得到裂缝渗透率与正应力的关系模型。

根据本发明的一个实施例，所述预设愈合指数模型为：

F＝1-e^bσ

其中，F表示裂缝愈合指数，b表示常数，σ表示裂缝面正应力。

根据本发明的一个实施例，所述裂缝倾角确定步骤包括：

利用测井对待分析地质体进行裂缝识别，得到所述待分析地质体的裂缝轨迹；

根据所述裂缝轨迹，拟合得到正弦曲线；

根据所述正弦曲线与裂缝轨迹，基于预设倾角分析模型确定出所述裂缝倾角。

根据本发明的一个实施例，所述测井为成像测井，所述预设倾角分析模型为：

其中，θ表示裂缝倾角，H表示裂缝高度，D表示成像测井的井眼直径，A表示正弦曲线的半个振幅所包含的像素个数，m表示成像测井所得到的测井图像的像素高度，D_{top_bottom}表示测井图像所对应的深度区间。

根据本发明的一个实施例，在所述裂缝面正应力确定步骤中，通过如下步骤获取所述最大水平主应力和最小水平主应力：

获取待分析地质体的双井径曲线和井壁成像测井图像；

根据所述双井径曲线和井壁成像测井图像，确定所述待分析地质体的井壁崩落段的崩落深度和崩落宽度；

根据所述崩落深度和崩落宽度，分别确定出所述最大水平主应力和最小水平主应力。

根据本发明的一个实施例，在所述裂缝面正应力确定步骤中，利用应力解除法或水压致裂法获取所述最大水平主应力和最小水平主应力。

根据本发明的一个实施例，在所述裂缝面正应力确定步骤中，根据如下表达式确定所述待分析地质体的裂缝面正应力：

σ＝σ_Hcosθ+σ_h sinθ

其中，σ表示待分析地质体的裂缝面正应力，σ_H和σ_h分别表示待分析地质体裂缝面受到的最大水平主应力和最小水平主应力，θ表示裂缝倾角。

根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：

裂缝愈合程度分析步骤，将所述裂缝愈合指数与预设裂缝愈合指数阈值进行匹配，根据匹配结果判断所述待分析地质体的裂缝愈合程度。

本发明所提供的获取裂缝愈合指数的方法通过大龄的岩石力学实现，确定了不同类型盖层的裂缝愈合指数与裂缝面正应力之间的函数关系。同时，该方法通过对钻进测试和测井治疗的分析处理，确定出了地质条件下裂缝所受到的地应力大小，从而实现了分析方法从实验室到地质条件下的转换，从而获取到地质条件下盖层的裂缝愈合指数，以用来分析盖层裂缝的愈合程度，实现了对裂缝愈合能力的定量分析，并为研究油气藏保存与破坏提供了依据。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

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的附图做简单的介绍：

图1是根据本发明一个实施例的获取裂缝愈合指数的流程图；

图2是根据本发明一个实施例的确定待分析地质体中裂缝倾角的流程图；

图3是根据本发明一个实施例的获取待分析地质体中裂缝的最大水平主应力和最小水平主应力的流程图；

图4是根据本发明一个实施例的待分析地质体中裂缝的受力示意图；

图5是根据本发明一个实施例的构建预设愈合指数模型的流程图；

图6是根据本发明一个实施例的裂缝渗透率与正应力的关系示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。

另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1示出了本实施例所提供的获取裂缝愈合指数的方法的流程图。

如图1所示，本实施例所提供的方法首先在裂缝倾角确定步骤S101中，对待分析地质体进行裂缝识别，从而确定出待分析地质体的裂缝倾角。

众所周知，实际测井过程中遇到的绝大多数裂缝是倾斜的，井壁与裂缝的相交平面会切出一个椭圆。而将测得的待分析地质体的井壁成像图像以沿轴线方向的一条线展开，裂缝在0～360度的成像展开图上将呈正弦曲线状。裂缝与井轴相交的角度越大，正弦曲线的幅值也就越大，并且井壁与裂缝的相交平面的倾角和走线也能够从该正弦图像中看出。

因此本实施例中，如图2所示，在步骤S201中利用测井对待分析地质体进行裂缝识别，得到待分析地质体的裂缝轨迹。具体地，本实施例中，首先利用声电成像测井对待分析地质体进行测量，得到声电成像测井图像；随后对得到的声电测井图像进行预处理。

本实施例中，对声电测井图像进行的预处理主要包括图像增强、图像分割和图像细化等。图像增强的目的主要是两个：一是改善图像的视觉效果，提高图像的清晰度；二是使图像变得有利于计算机的处理。其中，本实施例所提供的方法在对声电测井图像进行图像增强处理时主要进行了图形平滑和图像锐化。需要说明的是，在本发明的其他实施例中，还可以采用其他合理的方法来对图像进行增强处理，本发明不限于此。

图像分割是将图像分成各具特性的区域并提取感兴趣目标的技术和过程。目前对于声电成像测井的图像分割主要是建立在人工图像拾取的基础上。然而这种处理方式对于不同的用户，其处理结果往往是不同的。为了减少这种人为因素的干扰，本实施例中，采用图像分割技术来从声电成像测井图像中自动地将地层中有用的目标(例如孔洞和缝隙等)从背景(例如基岩)中分离出来，以剔除假象。

通过对分割得到的图像进行细化处理，能够将图像中的裂缝图像凸显出来，以便进行进一步地处理。图像细化的过程也可以视为提取图像骨架的过程。至此得到了待分析地质体的裂缝轨迹。

如图2所示，在步骤S202中，根据步骤S201中所得到的裂缝轨迹，拟合出一正弦曲线。该正弦曲线也就是将圆柱形的待分析地质体展开为平面时所形成的裂缝图像。

在步骤S203中，根据正弦曲线和裂缝轨迹的对应关系，基于预设倾角分析模型确定出待分析地质体的裂缝倾角。具体地，本实施例中，预设倾角分析模型可以采用如下表达式表示：

其中，θ表示裂缝倾角，H表示裂缝高度，D表示成像测井的井眼直径，A表示正弦曲线的半个振幅所包含的像素个数，m表示成像测井所得到的测井图像的像素高度，D_{top_bottom}表示测井图像所对应的深度区间。

需要说明的是，在本发明的其他实施例中，还可以根据其他合理方式来获取待分析地质体的裂缝倾角，本发明不限于此。

再次如图1所示，本实施例中，得到待分析地质体的裂缝倾角后，在步骤S102中获取待分析体的裂缝面的最大水平主应力和最小水平主应力。

图3示出了本实施例中获取最大水平主应力和最小水平主应力的流程图。

如图3所示，本实施例首先在步骤S301中获取待分析地质体的双井径曲线和井壁成像测井曲线，随后在步骤S302中利用双井径曲线和井壁成像测井曲线求得待分析地质体的井壁崩落段的崩落深度和崩落宽度，最后在步骤S303中根据崩落深度和崩落宽度分别确定出裂缝面的最大水平主应力和最小水平主应力。

具体地，本实施例中，分别根据如下表达式计算裂缝面的最大水平主应力σ_H和最小水平主应力σ_h：

Δp＝p_m-p_p (5)

其中，p_m和p_p分别表示泥浆柱压力和空隙压力，τ和f分别表示岩石的粘聚力和摩擦系数，τ表示岩石的粘聚力，a₁、a₂、b₁、b₂、c₁、c₂、d₁和d₂为关于岩石内摩擦角、崩落深度和崩落宽度的系数。

需要说明的是，在本发明的其他实施例中，还可以采用其他合理的方式来确定裂缝面的水平最大主应力和水平最小主应力，例如利用应力解除法或水压致裂法来获取裂缝面的水平最大主应力和水平最小主应力，本发明不限于此。同样需要说明的是，在本发明的其他实施例中，也可以先获取待分析地质体的裂缝面受到的最大水平主应力和最小水平主应力，再确定待分析地质体的裂缝倾角，本发明同样不限于此。

再次如图1所示，在步骤S103中，根据步骤S102中所得到的最大水平主应力和最小水平主应力，结合步骤S101中所得到的裂缝倾角，计算得到待分析地质体的裂缝面正应力。

图4示出了本实施例中裂缝面所受到的最大水平主应力和最小水平主应力的模拟图。从图4中可以看出，最大水平主应力σ_H与待分析地质体中裂缝之间的夹角为裂缝倾角θ，最小水平主应力σ_h与最大水平主应力垂直。因此，待分析地质体的裂缝面正应力σ可以根据如下表达式计算得到：

σ＝σ_Hcosθ+σ_hsinθ (6)

其中，σ_H和σ_h分别表示待分析地质体的裂缝面的最大水平主应力和最小水平主应力，θ表示裂缝倾角。

需要说明的是，在本发明的其他实施例中，还可以采用其他合理地方式来计算待分析地质体的裂缝面正应力，本发明不限于此。

如图1所示，得到待分析地质体的裂缝面正应力后，本实施例在裂缝愈合指数确定步骤S104中，根据待分析地质体的裂缝面正应力，基于预设愈合指数模型，来确定待分析地质体的裂缝愈合指数，以便为油气藏保存与破坏性分析提供依据。预设愈合指数模型能够表征裂缝愈合指数与裂缝面正应力之间的函数关系，因此得到裂缝面正应力后，根据该函数关系，便可以计算得到待分析地质体的裂缝愈合指数。

预设愈合指数模型是可以预先构建完成的，图5示出了本实施例中构建该模型的过程。

如图5所示，在构建愈合指数模型时，首先在步骤S501中对预设实验地质体的裂缝施加不同的正应力，并分别测定出不同正应力下预设实验地质体的裂缝渗透率。本实施例中，根据待分析地质体所处区域的地层分布特性，获取能够代表该区域地层分布特性的地层岩心。在该地层岩心中，构造出相应尺度的裂缝，这样便得到预设实验地质体。

由于需要通过向预设实验地质体施加不同的正应力来获取相应正应力下的裂缝渗透率，因此本实施例中，所获取的地层岩心为多个。同时，在不同的地层岩心中构造出了不同尺度的裂缝，从而得到预设实验地质体。

需要说明的是，在本发明的其他实施例中，还可以采用其他合理的方式来构造能够表征待分析地质体所处区域的地层分布特性的实验地质体，本发明不限于此。

得到不同应力下所对应的裂缝渗透率后，在步骤S502中，根据所得到的各个正应力下的裂缝渗透率，构建裂缝渗透率与正应力的关系模型。本实施例中，利用幂指数法回归裂缝渗透率与正应力的函数关系，从而得到裂缝渗透率与正应力的关系模型，图6示出了本实施例中裂缝渗透率与正应力的关系模型示意图。

如图6所示，由于本实施例采用幂指数法来构建裂缝渗透率与正应力的关系模型，因此裂缝渗透率与正应力之间呈指数关系。具体地，裂缝渗透率与正应力的关系模型可以采用如下表达式表示：

k＝k₀e^bσ (7)

其中，k表示裂缝渗透率，k₀表示正应力为0时的裂缝渗透率，σ表示预设实验地质体的裂缝面所受到的正应力，b表示常数。

当然，在本发明的其他实施例中，还可以采用其合理的方式来得到渗透率与正应力之间的函数关系，本发明不限于此。

再次如图5所示，得到裂缝渗透率后，在步骤S503中，利用裂缝愈合指数与裂缝渗透率的关系函数，便可以构建出裂缝面正应力与裂缝愈合指数之间的函数关系，即得到预设愈合指数模型。

本实施例中，预设愈合指数模型可以采用如下表达式表示：

其中，F表示裂缝愈合指数。

由于b表示通过对正应力和相应的渗透率数据进行拟合所得到的常数，因此根据表达式(8)可以知道，裂缝愈合指数F仅与裂缝面正应力σ有关。而裂缝面正应力σ在步骤S103中可以获得，因此将该裂缝面正应力σ代入表达式(8)中即可计算得到该待分析地质体的裂缝愈合指数F。

再次如图1所示，本实施例中，得到待分析地质体的裂缝愈合指数后，还可以在步骤S105中将得到的裂缝愈合指数与预设裂缝愈合指数阈值进行匹配，并根据匹配结果来判断待分析地质体的裂缝愈合程度，从而实现对待分析地质体的封闭能力的分析。

本实施例中，如果待分析地质体的裂缝愈合指数满足0≤F≤0.25，则可以判断出该待分析地质体的裂缝愈合程度较差；如果待分析地质体的裂缝愈合指数满足0.25＜F≤0.5，则可以判断出该待分析地质体的裂缝愈合程度中等；如果待分析地质体的裂缝愈合指数满足0.5＜F≤0.75，则可以判断出该待分析地质体的裂缝愈合程度较好；如果待分析地质体的裂缝愈合指数满足0.75＜F≤1.0，则可以判断出该待分析地质体的裂缝愈合程度好。

需要说明的是，在本发明的其他实施例中，预设愈合指数阈值还可以根据实际地质情况设置为其他合理值，本发明不限此。

为了验证本实施例所提供的方法的可靠性，本实施例分别利用该方法来获取四川盆地东部焦页1井和彭页1井的志留系地层的裂缝愈合指数。首先根据钻井岩心，进行了岩石力学实验，拟合得到了盖层裂缝的裂缝愈合指数与裂缝面正应力之间的函数关系，即：

F＝1-e^-0.114σ (9)

随后利用成像测井所得到的数据分别计算得到焦页1井和彭页1井的盖层裂缝面正应力，其中，焦页1井的盖层裂缝面正应力值的分布范围为13.8～25.7MPa，彭页1井的盖层裂缝面正应力值的分布范围为4.4～7.9MPa。

最后根据裂缝面正应力的取值数据，结合表达式(9)分别得到两口井的裂缝愈合指数。其中，焦页1井的裂缝愈合指数的取值范围为0.8～0.95，彭页1井的裂缝愈合指数的取值范围为0.4～0.6。由此可以看出焦页1的裂缝愈合指数的取值大于彭页1的裂缝愈合指数的取值，该结果与油气勘探实践相吻合。同时，本实施例中，焦页1井的气藏压力为1.55，彭页1井的气藏压力为1.0，这也从侧面证明了两口井的裂缝愈合指数的差异。

从上述描述中可以看出，本实施例所提供的获取裂缝愈合指数的方法通过大龄的岩石力学实现，确定了不同类型盖层的裂缝愈合指数与裂缝面正应力之间的函数关系。同时，该方法通过对钻进测试和测井治疗的分析处理，确定出了地质条件下裂缝所受到的地应力大小，从而实现了分析方法从实验室到地质条件下的转换，从而获取到地质条件下盖层的裂缝愈合指数，以用来分析盖层裂缝的愈合程度，实现了对裂缝愈合能力的定量分析，并为研究油气藏保存与破坏提供了依据。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

为了方便，在此使用的多个项目、结构单元、组成单元和/或材料可出现在共同列表中。然而，这些列表应解释为该列表中的每个元素分别识别为单独唯一的成员。因此，在没有反面说明的情况下，该列表中没有一个成员可仅基于它们出现在共同列表中便被解释为相同列表的任何其它成员的实际等同物。另外，在此还可以连同针对各元件的替代一起来参照本发明的各种实施例和示例。应当理解的是，这些实施例、示例和替代并不解释为彼此的等同物，而被认为是本发明的单独自主的代表。

虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。

Claims (9)

1.一种获取裂缝愈合指数的方法，其特征在于，所述方法包括：

裂缝倾角确定步骤，对待分析地质体进行裂缝识别，确定出所述待分析地质体的裂缝倾角，具体包括：

利用测井对待分析地质体进行裂缝识别，得到所述待分析地质体的裂缝轨迹；

根据所述裂缝轨迹，拟合得到正弦曲线；

根据所述正弦曲线与裂缝轨迹，基于预设倾角分析模型确定出所述裂缝倾角；

裂缝面正应力确定步骤，获取待分析地质体中裂缝面受到的最大水平主应力和最小水平主应力，结合所述裂缝倾角，根据如下表达式确定出所述待分析地质体的裂缝面正应力；

σ＝σ_Hcosθ+σ_hsinθ

其中，σ表示待分析地质体的裂缝面正应力，σ_H和σ_h分别表示待分析地质体裂缝面受到的最大水平主应力和最小水平主应力，θ表示裂缝倾角；

裂缝愈合指数确定步骤，根据所述待分析地质体的裂缝面正应力，基于预设愈合指数模型，确定所述待分析地质体的裂缝愈合指数，以便为油气藏保存与破坏性分析提供依据。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过如下步骤构建所述预设愈合指数模型：

对预设实验地质体的裂缝施加不同的正应力，分别测定不同正应力下预设实验地质体的裂缝渗透率；

根据所得到的各个正应力下的裂缝渗透率，构建裂缝渗透率与正应力的关系模型；

根据裂缝渗透率与正应力的关系模型，基于裂缝愈合指数与裂缝渗透率的关系，确定出裂缝愈合指数与正应力的关系模型，从而得到所述预设愈合指数模型。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，通过如下步骤获取预设实验地质体：

根据待分析地质体所处区域的地层分布特性，获取所需要的地层岩心；

在所述地层岩心上构造出相应尺度的裂缝，得到所述预设实验地质体。

4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，根据所得到的各个正应力下的裂缝渗透率，利用幂指数法回归裂缝渗透率与正应力的函数关系，从而得到裂缝渗透率与正应力的关系模型。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设愈合指数模型为：

F＝1-e^bσ

其中，F表示裂缝愈合指数，b表示常数，σ表示裂缝面正应力。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测井为成像测井，所述预设倾角分析模型为：

其中，θ表示裂缝倾角，H表示裂缝高度，D表示成像测井的井眼直径，A表示正弦曲线的半个振幅所包含的像素个数，m表示成像测井所得到的测井图像的像素高度，D_{top_bottom}表示测井图像所对应的深度区间。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述裂缝面正应力确定步骤中，通过如下步骤获取所述最大水平主应力和最小水平主应力：

获取待分析地质体的双井径曲线和井壁成像测井图像；

根据所述双井径曲线和井壁成像测井图像，确定所述待分析地质体的井壁崩落段的崩落深度和崩落宽度；

根据所述崩落深度和崩落宽度，分别确定出所述最大水平主应力和最小水平主应力。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述裂缝面正应力确定步骤中，利用应力解除法或水压致裂法获取所述最大水平主应力和最小水平主应力。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

裂缝愈合程度分析步骤，将所述裂缝愈合指数与预设裂缝愈合指数阈值进行匹配，根据匹配结果判断所述待分析地质体的裂缝愈合程度。