CN106337682A - 页岩储层脆性评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种页岩储层脆性评价方法，其中所述页岩储层包括混合矿物组合，该方法包括：确定所述混合矿物组合的体积模量、剪切模量和密度；根据所确定的体积模量、剪切模量计算所述混合矿物组合的杨氏模量和泊松比；根据计算出的所述混合矿物组合的杨氏模量和泊松比确定所述混合矿物组合的脆性因子；以及根据所述杨氏模量、所述泊松比以及所确定的脆性因子评价所述页岩储层脆性。通过上述技术方案，利用混合矿物组合的体积模量、剪切模量和密度可以确定其杨氏模量、泊松比，进而得到一种新型脆性因子来评价包含混合矿物组合的页岩储层脆性，实现了对页岩储层脆性准确、定量评价。

Description

页岩储层脆性评价方法

技术领域

本发明涉及岩石物理及测井评价技术领域，更具体地，涉及一种页岩储层脆性评价方法。

背景技术

对于页岩气储层，在开发的过程中储层改造(水力压裂)效果直接影响着人工裂缝网络的复杂程度。能否在低耗能的情形下形成尽可能多的裂缝，达到好的压裂效果，不光依赖于压裂技术，决定性的因素在于储层是否适应于人工压裂。脆性是评价岩石在外力作用下开裂程度的参数，脆性高的岩石在外力作用下易于开裂，脆性低的岩石在外力作用下不易开裂。一般，脆性的高低需要在实验室进行力学试验，其往往伴随着较高的成本。弹性参数可以反映岩石在外力作用下的形变程度，因此，通过弹性参数构建脆性因子，可以对储层脆性进行评价。

脆性的表征方式对评价脆性高低极为重要。本质上，脆性由岩石的组成物质决定，当岩石中脆性矿物(石英和方解石)的含量比较多时，岩石较脆。当然，在矿物一定的情况下，岩石中非脆性物质(黏土，流体等)的含量及其分布形式对脆性的影响比较复杂。理论上，脆性可以由矿物成分的相对含量表示(式1)，也可以由岩石的力学参数表示，主要是指杨氏模量和泊松比，杨氏模量的大小标志着材料的刚性，杨氏模量越大，说明岩石越不容易发生形变；泊松比的大小标志着材料的横向变形系数，泊松比越大，说明岩石在压力作用下越容易膨胀。不同的杨氏模量和泊松比的组合表示岩石具有不同的脆性，杨氏模量越大，泊松比越低，岩石的脆性越高，经典的表征脆性的方式是使用杨氏模量和泊松比的加权平均，如式2所示。

Brittle_index1＝(Quartz+Calcite)/(Quartz+Calcite+Clay) (1)

Brittle_index2＝(YM_BRIT+PR_BRIT)/2 (2)

式中Brittle_index1代表矿物脆性因子，Brittle_index2代表杨氏模量和泊松比的加权平均；其中

YM_BRIT＝((E-1)/(8-1))*100，

PR_BRIT＝((v-0.4)/(0.15-0.4))*100，

其中，E为杨氏模量，v为泊松比；Quartz、Calcite、Clay分别表示石英、方解石、黏土在岩石中的含量。很显然，在现有技术针对页岩储层脆性指数的计算中需要取杨氏模量和泊松比的上限值和下限值，这使得计算不准确。

针对上述问题，现有技术中尚无良好解决方案。

发明内容

本公开提出了一种页岩储层脆性评价方法，以准确、定量评价页岩储层脆性。

根据本公开的一方面，提出了一种页岩储层脆性评价方法，其中所述页岩储层包括混合矿物组合，该方法包括：确定所述混合矿物组合的体积模量、剪切模量和密度；根据所确定的体积模量、剪切模量计算所述混合矿物组合的杨氏模量和泊松比；根据计算出的所述混合矿物组合的杨氏模量和泊松比确定所述混合矿物组合的脆性因子；以及根据所述杨氏模量、所述泊松比以及所确定的脆性因子评价所述页岩储层脆性。

进一步地，所述混合矿物组合包括背景矿物和加入矿物，该方法包括：根据所述背景矿物的体积模量、剪切模量和密度以及所述加入矿物的体积模量、剪切模量和密度来确定所述混合矿物组合的体积模量、剪切模量和密度。

进一步地，该方法包括根据以下公式确定所述混合矿物组合的体积模量和剪切模量：

$(1-y)\frac{d}{dy}\[K^{*}\left(y\right)\]=(K_1-K^{*})P^{(*2)}\left(y\right),$

$(1-y)\frac{d}{dy}\[{\mathrm{\μ}}^{*}\left(y\right)\]=({\mathrm{\μ}}_1-{\mathrm{\μ}}^{*})Q^{(*2)}\left(y\right),$

其中，K*、μ*分别代表所述混合矿物组合的体积模量和剪切模量；K₁、μ₁分别代表所述加入矿物的体积模量和剪切模量；K*(y)、μ*(y)分别代表所述背景矿物的体积模量和剪切模量；y代表所述加入矿物在所述混合矿物组合中所占的百分比。

同时，该方法包括根据以下公式确定所述混合矿物组合的密度：

ρ＝V₁ρ₁+(1-V₁)ρ₂，

其中，ρ₁，ρ₂分别代表所述背景矿物的密度和所述加入矿物的密度，V₁为ρ₁所对应的矿物在所述混合矿物组合中所占的百分比，1-V₁为ρ₂所对应的矿物在所述混合矿物组合中所占的百分比。

进一步地，所述混合矿物组合包括以下多个组合中的至少一种，其中所述组合的表达方式为背景矿物包含加入矿物：石英含方解石、石英含粘土、石英含干酪根、方解石含干酪根、以及粘土含干酪根。

进一步地，所述根据所确定的体积模量、剪切模量计算所述混合矿物组合的杨氏模量和泊松比包括利用以下公式进行所述计算：

$E=\frac{9K^{*}{\mathrm{\μ}}^{*}}{3K^{*}+{\mathrm{\μ}}^{*}},v=\frac{3K^{*}-2{\mathrm{\μ}}^{*}}{2(3K^{*}+{\mathrm{\μ}}^{*})}$

其中，K*和μ*分别代表所述混合矿物组合的体积模量和剪切模量，E和v分别代表所述混合矿物组合的杨氏模量与泊松比。

进一步地，所述根据计算出的所述混合矿物组合的杨氏模量和泊松比确定所述混合矿物组合的脆性因子包括：将所述混合矿物组合的杨氏模量除以所述混合矿物组合的泊松比所得的商确定为所述混合矿物组合的脆性因子。

进一步地，所述根据所述杨氏模量、所述泊松比以及所确定的脆性因子评价所述页岩储层脆性包括：根据所述杨氏模量、所述泊松比以及所确定的脆性因子之间的对应关系生成查找表和/或图；针对特定混合矿物组合，利用该特定混合矿物组合的杨氏模量和泊松比在所述查找表和/或图中确定对应的脆性因子；以及利用所确定的脆性因子对含有所述特定矿物组合的页岩储层脆性进行评价。

进一步地，所述根据所述杨氏模量、所述泊松比以及所确定的脆性因子之间的对应关系生成查找表和/或图之后，该方法还包括根据所述页岩储层的实测测井数据和/或地震反演数据查询所述查找表和/或图以确定所述页岩储层的脆性因子。

通过本公开提供的上述技术方案，利用混合矿物组合的体积模量、剪切模量和密度可以确定其杨氏模量、泊松比，进而得到脆性因子来评价包含混合矿物组合的页岩储层脆性，评价准确且能够定量。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的一个实施例的页岩储层脆性评价方法的流程图。

图2示出了不同弹性参数及脆性因子对于脆性页岩和非脆性页岩的敏感性。

图3示出了杨氏模量-泊松比-脆性因子解释图版示意图。

图4示出了复杂岩性条件下杨氏模量-泊松比-脆性图版实际数据分析图。

图5示出了泥页岩的杨氏模量-泊松比-脆性图版实际数据分析图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

图1示出了根据本发明的一个实施例的页岩储层脆性评价方法的流程图，其中所述页岩储层包括混合矿物组合，该方法包括：

步骤101，确定所述混合矿物组合的体积模量、剪切模量和密度；

步骤102，根据所确定的体积模量、剪切模量计算所述混合矿物组合的杨氏模量和泊松比；

步骤103，根据计算出的所述混合矿物组合的杨氏模量和泊松比确定所述混合矿物组合的脆性因子；以及

步骤104，根据所述杨氏模量、所述泊松比以及所确定的脆性因子评价所述页岩储层脆性。

本实施例通过混合矿物组合的体积模量、剪切模量和密度可以确定其杨氏模量、泊松比，进而得到一种新型脆性因子来评价包含混合矿物组合的页岩储层脆性，实现了对页岩储层脆性准确、定量评价。

在一个示例中，上述混合矿物组合包括背景矿物和加入矿物，该方法可以包括：根据所述背景矿物的体积模量、剪切模量和密度以及所述加入矿物的体积模量、剪切模量和密度来确定所述混合矿物组合的体积模量、剪切模量和密度。在示例中，混合矿物组合可以包括以下多个组合中的至少一种，其中组合的表达方式可以为背景矿物包含加入矿物：石英含方解石、石英含粘土、石英含干酪根、方解石含干酪根、以及粘土含干酪根。

在一个示例中，可以使用微分等效介质模型表示背景矿物(包括石英，方解石，粘土)、干酪根、孔隙之间的关系，将不同的矿物等效为球体颗粒，将干酪根等效为硬币状裂缝考虑，不同形状颗粒的弹性性质可以使用Berrymann(1995)提出的三维等效孔隙计算，根据以下公式确定所述混合矿物组合的体积模量和剪切模量：

$(1-y)\frac{d}{dy}\[K^{*}\left(y\right)\]=(K_1-K^{*})P^{(*2)}\left(y\right)---\left(3\right)$

$(1-y)\frac{d}{dy}\[{\mathrm{\μ}}^{*}\left(y\right)\]=({\mathrm{\μ}}_1-{\mathrm{\μ}}^{*})Q^{(*2)}\left(y\right)---\left(4\right)$

其中，K*、μ*分别代表混合矿物组合的体积模量和剪切模量；K₁、μ₁分别代表加入矿物的体积模量和剪切模量；K*(y)、μ*(y)分别代表背景矿物的体积模量和剪切模量；y代表加入矿物在所述混合矿物组合中所占的体积百分比。

通过上述公式(3)和(4)，分别以粘土、方解石、石英、干酪根两两配对进行弹性参数求取，其中的配对的两者的体积按照10％的比率进行变化，可以求得不同混合矿物组合的岩石的体积模量K*和剪切模量μ*。需要说明的是，对于干酪根(或称为有机质)颗粒的等效方式，使用Berrymann的三维孔隙形态中的裂缝形态来描述与计算，因为干酪根为柔性物质，不同于固体矿物，其又存在剪切模量，不同于流体，因此使用这种方式表达，与镜下观察的有机质存在方式更为符合。这些孔隙表达的具体公式可以参见英国剑桥大学出版(1999)的《The rock physics handbook》(Mavko等，1999)中的126页。

在一个示例中，上述方法中可以根据以下公式确定混合矿物组合的密度：

ρ＝V₁ρ₁+(1-V₁)ρ₂ (5)其中，ρ₁，ρ₂可以分别代表所述背景矿物的密度和所述加入矿物的密度，V₁为ρ₁所对应的矿物在所述混合矿物组合中所占的体积百分比，1-V₁为ρ₂所对应的矿物在所述混合矿物组合中所占的体积百分比。在示例中，V₁也按照10％的比率进行增减变化。

在上述的示例中，背景矿物和加入矿物的弹性模量(即，体积模量和剪切模量)和密度均为该矿物的物理性质参数，可以通过查表获得。举例的表格可以如表1所示。

表1不同矿物的弹性模量及密度

矿物类型	体积模量(GPa)	剪切模量(GPa)	密度(g/cm3)
				石英	37	44	2.65

方解石	76.8	32	2.71
				粘土	21	9	2.55
干酪根	2.9	2.7	1.3

在一个示例中，所述根据所确定的体积模量、剪切模量和密度计算所述混合矿物组合的杨氏模量和泊松比，其计算公式为：

$E=\frac{9K^{*}{\mathrm{\μ}}^{*}}{3K^{*}+{\mathrm{\μ}}^{*}},v=\frac{3K^{*}-2{\mathrm{\μ}}^{*}}{2(3K^{*}+{\mathrm{\μ}}^{*})}$

其中，K*和μ*分别代表所述混合矿物组合的体积模量和剪切模量，E和v分别代表所述混合矿物组合的杨氏模量与泊松比。

在一个示例中，根据计算出的所述混合矿物组合的杨氏模量和泊松比确定所述混合矿物组合的脆性因子可以按照以下公式来确定：

根据杨氏模量和泊松比求得脆性因子，公式为：

Brittle_index＝E/v (6)

上式中，Brittle_index为脆性因子，E为杨氏模量，v为泊松比。改公式可以用文字表达为将所述混合矿物组合的杨氏模量除以所述混合矿物组合的泊松比所得的商确定为混合矿物组合的脆性因子。在本示例中，脆性因子的计算是将杨氏模量和泊松比直接相除，而不是两者的加权平均。与现有技术中的常规脆性因子相比，利用上述方法得到的新型脆性因子具有较高的敏感性，能够更准确的反应页岩储层的脆性。图2示出了不同弹性参数及脆性因子对于脆性页岩和非脆性页岩的敏感性，从图2中可以看出，新型脆性因子敏感性最高。图中符号的物理意义如下：Vp为纵波速度、Vs为横波速度、ρ为密度、v为泊松比、PI为纵波阻抗、SI为横波阻抗、μ为剪切模量、E为杨氏模量。

在一个示例中，为了便于使用得到的脆性因子，可以将相对应的每组杨氏模量、泊松比和脆性因子以查找表(即表格)和/或图(或图版)的形式呈现。在示例中，根据所述杨氏模量、所述泊松比以及所确定的脆性因子评价所述页岩储层脆性的步骤可以包括：根据杨氏模量、泊松比以及所确定的脆性因子之间的对应关系生成查找表和/或图；针对特定混合矿物组合，利用该特定混合矿物组合的杨氏模量和泊松比在查找表和/或图中确定对应的脆性因子；以及利用所确定的脆性因子对含有特定矿物组合的页岩储层脆性进行评价。在示例中，图(图版或交会图版)中可以用杨氏模量为纵轴、用泊松比为横轴，用颜色或灰度值的变化可以表示脆性因子的值。图中的每一个点可以代表不同矿物组成下的杨氏模量、泊松比和对应的脆性因子值。在一个示例中，生成查找表和/或图之后，还可以根据页岩储层的实测测井数据和/或地震反演数据查询查找表和/或图以确定页岩储层的脆性因子。

应用示例

为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出一个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。具体的示例如图3-图5所示。

其中，图3示出了杨氏模量-泊松比-脆性因子解释图版示意图；在图3中，每个点代表不同组成矿物的杨氏模量、泊松比以及脆性。图4示出了复杂岩性条件下杨氏模量-泊松比-脆性图版实际数据分析图；图4中引入了砂岩、含气砂岩、泥岩、含气泥岩等岩体，弹性参数规律变化规律与图3中所示图版一致，根据图3提供的图版可以对储层的岩性、脆性进行定量评价。图5示出了泥页岩的杨氏模量-泊松比-脆性图版实际数据分析图；图5中引入了泥页岩、含气泥页岩，其弹性参数变化规律与图3中所示图版一致，根据该图版可以对泥页岩储层的岩性、脆性进行评价。

上述示例表明应用本发明提供的方法获得了一致性良好的泥页岩脆性评价效果。

上述示例使用岩石物理模型进行储层参数正演，求出不同岩石矿物组合情况下的杨氏模量和泊松比等弹性参数，然后根据弹性参数求得相应的脆性因子，得到不同矿物组份对应的弹性参数及脆性因子规律的解释图版。然后，将实测的测井数据以及地震反演数据引入图版中，可对储层的脆性进行评价，其评价效果理想。本公开提供的方法构建的脆性因子能更准确评价泥页岩的脆性，对脆性页岩和非脆性页岩的敏感性高。本公开提供的方法利用不同矿物组成下反映弹性参数、脆性因子规律的解释图版，将实测的测井数据或地震反演预测数据引入图版中，可对泥页岩储层脆性进行直观、准确地评价。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (9)

1.一种页岩储层脆性评价方法，其中所述页岩储层包括混合矿物组合，其特征在于，该方法包括：

确定所述混合矿物组合的体积模量、剪切模量和密度；

根据所确定的体积模量、剪切模量计算所述混合矿物组合的杨氏模量和泊松比；

根据计算出的所述混合矿物组合的杨氏模量和泊松比确定所述混合矿物组合的脆性因子；以及

根据所述杨氏模量、所述泊松比以及所确定的脆性因子评价所述页岩储层脆性。

2.根据权利要求1所述的页岩储层脆性评价方法，其特征在于，所述混合矿物组合包括背景矿物和加入矿物，该方法包括：根据所述背景矿物的体积模量、剪切模量和密度以及所述加入矿物的体积模量、剪切模量和密度来确定所述混合矿物组合的体积模量、剪切模量和密度。

3.根据权利要求2所述的页岩储层脆性评价方法，其特征在于，该方法包括根据以下公式确定所述混合矿物组合的体积模量和剪切模量：

$(1-y)\frac{d}{dy}\[K^{*}\left(y\right)\]=(K_1-K^{*})P^{(*2)}\left(y\right),$

$(1-y)\frac{d}{dy}\[{\mathrm{\μ}}^{*}\left(y\right)\]=({\mathrm{\μ}}_1-{\mathrm{\μ}}^{*})Q^{(*2)}\left(y\right),$

其中，K*、μ*分别代表所述混合矿物组合的体积模量和剪切模量；K₁、μ₁分别代表所述加入矿物的体积模量和剪切模量；K*（y）、μ*（y）分别代表所述背景矿物的体积模量和剪切模量；y代表所述加入矿物在所述混合矿物组合中所占的百分比。

4.根据权利要求2所述的页岩储层脆性评价方法，其特征在于，该方法包括根据以下公式确定所述混合矿物组合的密度：

ρ=V₁ρ₁+(1-V₁)ρ₂，

其中，ρ₁，ρ₂分别代表所述背景矿物的密度和所述加入矿物的密度，V₁为ρ₁所对应的矿物在所述混合矿物组合中所占的百分比，1-V₁为ρ₂所对应的矿物在所述混合矿物组合中所占的百分比。

5.根据权利要求1所述的页岩储层脆性评价方法，其特征在于，所述混合矿物组合包括以下多个组合中的至少一种，其中所述组合的表达方式为背景矿物包含加入矿物：

石英含方解石、石英含粘土、石英含干酪根、方解石含干酪根、以及粘土含干酪根。

6.根据权利要求1所述的页岩储层脆性评价方法，其特征在于，所述根据所确定的体积模量、剪切模量计算所述混合矿物组合的杨氏模量和泊松比包括利用以下公式进行所述计算：

$E=\frac{9K^{*}{\mathrm{\μ}}^{*}}{3K^{*}+{\mathrm{\μ}}^{*}},v=\frac{3K^{*}-2{\mathrm{\μ}}^{*}}{2(3K^{*}+{\mathrm{\μ}}^{*})}$

其中，K*和μ*分别代表所述混合矿物组合的体积模量和剪切模量，E和v分别代表所述混合矿物组合的杨氏模量与泊松比。

7.根据权利要求1所述的页岩储层脆性评价方法，其特征在于，所述根据计算出的所述混合矿物组合的杨氏模量和泊松比确定所述混合矿物组合的脆性因子包括：将所述混合矿物组合的杨氏模量除以所述混合矿物组合的泊松比所得的商确定为所述混合矿物组合的脆性因子。

8.根据权利要求1所述的页岩储层脆性评价方法，其特征在于，所述根据所述杨氏模量、所述泊松比以及所确定的脆性因子评价所述页岩储层脆性包括：

根据所述杨氏模量、所述泊松比以及所确定的脆性因子之间的对应关系生成查找表和/或图；

针对特定混合矿物组合，利用该特定混合矿物组合的杨氏模量和泊松比在所述查找表和/或图中确定对应的脆性因子；以及

利用所确定的脆性因子对含有所述特定矿物组合的页岩储层脆性进行评价。

9.根据权利要求8所述的页岩储层脆性评价方法，其特征在于，所述根据所述杨氏模量、所述泊松比以及所确定的脆性因子之间的对应关系生成查找表和/或图之后，该方法还包括根据所述页岩储层的实测测井数据和/或地震反演数据查询所述查找表和/或图以确定所述页岩储层的脆性因子。