CN106769463B - 一种岩心压后裂缝复杂程度定量表征方法 - Google Patents

一种岩心压后裂缝复杂程度定量表征方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106769463B
CN106769463B CN201611184682.1A CN201611184682A CN106769463B CN 106769463 B CN106769463 B CN 106769463B CN 201611184682 A CN201611184682 A CN 201611184682A CN 106769463 B CN106769463 B CN 106769463B
Authority
CN
China
Prior art keywords
crack
rock core
pressure
complexity
core pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201611184682.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106769463A (zh
Inventor
李新
张永浩
姜黎明
李兵
刘鹏
方朝强
吴迪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China National Petroleum Corp
China Petroleum Logging Co Ltd
Original Assignee
China National Petroleum Corp
China Petroleum Logging Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China National Petroleum Corp, China Petroleum Logging Co Ltd filed Critical China National Petroleum Corp
Priority to CN201611184682.1A priority Critical patent/CN106769463B/zh
Publication of CN106769463A publication Critical patent/CN106769463A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106769463B publication Critical patent/CN106769463B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0014—Type of force applied
    • G01N2203/0016—Tensile or compressive
    • G01N2203/0019—Compressive
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0058—Kind of property studied
    • G01N2203/006—Crack, flaws, fracture or rupture
    • G01N2203/0062—Crack or flaws
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/025—Geometry of the test
    • G01N2203/0252—Monoaxial, i.e. the forces being applied along a single axis of the specimen
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/025—Geometry of the test
    • G01N2203/0256—Triaxial, i.e. the forces being applied along three normal axes of the specimen

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

本发明公开了一种岩心压后裂缝复杂程度定量表征方法，对压后的柱塞状岩心压后裂缝图像提取每条裂缝的倾角和面积，计算压后岩心的面缝率和裂缝倾角离散度，将二者归一化之后取平均相加，得到岩心压后裂缝复杂度，可以定量分析岩石在压裂过程中形成缝网的能力，进而评价储层岩石可压裂性，对油气储层的压裂改造具有指导意义。

Description

一种岩心压后裂缝复杂程度定量表征方法
技术领域
本发明涉及岩石力学实验分析方法，具体涉及一种岩心压后裂缝复杂程度定量表征方法。
背景技术
对页岩油气、致密砂岩油气等非常规油气储层，一般需对储层进行压裂改造才能获得经济产能。对储层岩石进行可压裂性评价，进行勘探开发目标层段优选和压裂设计，可以大大降低勘探开发风险。
北美在页岩气开发中引入“脆性指数”的概念：脆性指数(Brittleness)表示储层压裂的难易程度，反映的是储层压裂后所形成裂缝的复杂程度。脆性指数较高的储层压裂时能迅速形成复杂的网状裂缝，脆性指数低的储层则容易形成简单的双翼型裂缝。脆性指数是当前描述岩石可压裂性的主流方法。但迄今为止，岩石脆性指数尚无统一的定义和度量方法，现有的各种脆性指数表征方法均不是直接描述“压裂后所形成裂缝的复杂程度”，模型精度较低，应用效果不佳。
郭天魁等人对全直径岩心开展了模拟水力压裂实验，对岩心压后裂缝形态进行了分析，用裂缝结构面迹长分维值或面密度表征岩心压后裂缝的复杂度。该方法未考虑裂缝形态，且较难重复和推广。
对柱塞状岩心开展(单轴或三轴)抗压实验是分析岩石机械力学特性的常用方法，该方法施加轴向压力将岩心压裂，通过采集实验过程中的应力和应变可计算分析岩石力学性质。岩心抗压实验易于开展，在此实验基础上进行改进，对柱塞状岩心压后裂缝进行分析，定量表征压后复杂程度，可得到岩石直接的“脆性指数”，对岩石的可压裂性分析具有重要意义。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供一种岩心压后裂缝复杂程度定量表征方法，对柱塞状岩心抗压实验后进行裂缝参数提取，并进行复杂程度定量分析，以此评价岩石在压裂过程中形成缝网的能力。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种岩心压后裂缝复杂程度定量表征方法，对抗压实验后的柱塞状岩心压后裂缝图像提取每条裂缝的倾角和面积，计算压后岩心的面缝率和裂缝倾角离散度，将二者归一化之后取平均相加，得到岩心压后裂缝复杂度。
进一步，具体步骤如下：
将压后岩心的信息数字化，即通过光学滚动扫描将压后岩心侧表面上的裂缝信息展现在一张二维图像中，然后在该图像中对每条裂缝的基本参数进行定量描述，提取每条裂缝的大小和倾角；
岩心压后裂缝复杂度是岩心压后产生的裂缝数量、大小及形态的函数，岩心压后裂缝数量从裂缝图像中直接得到；岩心压后裂缝倾角越离散，则裂缝越接近网状，因此裂缝形态可用裂缝倾角的杂乱程度来表征，提出面缝率和裂缝倾角离散度的概念：
面缝率为所有裂缝面积的和与岩心侧表面积的比值：
式中：Rf为面缝率，无量纲；Si为第i条裂缝的面积，Sl为岩心的侧表面积，二者单位相同，均为像素点数或mm2；
裂缝倾角离散度为所有裂缝倾角的方差：
式中：Da为裂缝倾角离散度，无量纲；为倾角平均值，Ai为第i条裂缝的倾角，单位均为度；在式(3)中计算裂缝复杂度时根据裂缝的大小对每个裂缝倾角进行加权处理，权值为每条裂缝面积与平均裂缝面积的比值；
式中：Ai'为第i条裂缝的加权倾角，Ai为该裂缝原始倾角，单位均为度；Si为该裂缝面积，为岩样所有裂缝面积的平均值；
面缝率和裂缝倾角离散度包含了岩心压后产生的裂缝数量、大小及形态，且二者对缝网形成的贡献无大小之分，按照统计分析方法，将面缝率和裂缝倾角离散度取平均值表征岩心压后裂缝复杂度，即：
式中：Fc为岩心压后裂缝复杂度。
进一步，由于直接得到的面缝率和裂缝倾角离散度在数值上存在数量级的差异，在式(4)中计算岩心压后裂缝复杂度时将二者进行归一化处理：
式中：和分别为归一化的岩心压后裂缝分析面缝率和倾角离散度，无量纲，压后裂缝分析面缝率最大最小值分别取3和0，裂缝倾角离散度最大最小值分别取45°和0°；
综上，岩心压后裂缝复杂度计算公式为：
代入面缝率和倾角离散度极值，则式(7)简化为：
进一步，通过图像扫描获取压后岩心裂缝信息，柱塞状岩心压后裂缝图像为二维扫描图像。
进一步，采用直径1英寸柱塞状岩心进行抗压实验。
进一步，柱塞状岩心压后裂缝图像为对岩心三维光学扫描获取的三维外观图像或X-CT扫描获取的内部三维图像。
本发明的柱塞状岩心抗压实验后裂缝复杂程度定量表征方法，对压后的柱塞状岩心压后裂缝图像提取每条裂缝的倾角和面积，计算压后岩心的面缝率和裂缝倾角离散度，将二者归一化之后取平均相加，得到岩心压后裂缝复杂度，可以定量分析岩石在压裂过程中形成缝网的能力，进而评价储层岩石可压裂性，对油气储层的压裂改造具有指导意义，可用于岩心压后裂缝形态复杂程度的定量表征，适用但不仅限于柱塞状岩心，对其它形状岩石样品压后裂缝复杂程度的分析也适用。
附图说明
图1岩心压后裂缝复杂度分析方法流程
图2是某岩心压后裂缝图像
图3是图2中岩心压后侧面展开图
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
如图1所示，首先要将岩心通过三轴或单轴抗压实验压裂，然后通过光学滚动扫描将压后岩心侧表面上的裂缝信息展现在一张二维图像中，在该图像中对每条裂缝的基本参数进行定量描述。描述裂缝的参数众多，本发明中需要提取每条裂缝的大小和倾角。裂缝的大小可用图像中该裂缝所占的像素数来表示，裂缝的倾角为该裂缝与岩心轴向的夹角，在0°～90°之间，可用裂缝外接矩形高和宽之比的反正切来计算，即：
式中：A为裂缝的倾角，单位为度，H和W分别为裂缝外接矩形的高和宽，单位均为像素，Arctan为反正切运算。
岩石压后形成缝网能力强，则压后裂缝应具有如下三个特征：一是数量多，二是裂缝大，三是形态复杂。因此，岩心压后裂缝复杂度是岩心压后产生的裂缝数量、大小及形态的函数。岩心压后裂缝数量可从裂缝图像中直接得到；裂缝大小可用图像中裂缝的面积表征；岩心压后裂缝倾角越离散，则裂缝越接近网状，因此裂缝形态可用裂缝倾角的杂乱程度来表征。
综合以上分析，提出面缝率和裂缝倾角离散度的概念：
面缝率为所有裂缝面积的和(裂缝总面积)与岩心侧表面积的比值。
式中：Rf为面缝率，无量纲；Si为第i条裂缝的面积，Sl为岩心的侧表面积，二者单位相同，均为像素点数或mm2。
裂缝倾角离散度为所有裂缝倾角的方差：
式中：Da为裂缝倾角离散度，无量纲；为倾角平均值，Ai为第i条裂缝的倾角，单位均为度。考虑到不同大小的裂缝其对缝网的形成贡献不一样，因此，在式(3)中计算裂缝复杂度时根据裂缝的大小对每个裂缝倾角进行加权处理，权值为每条裂缝面积与平均裂缝面积的比值。
式中：Ai'为第i条裂缝的加权倾角，Ai为该裂缝原始倾角，单位均为度；Si(Vi)为该裂缝面积(体积)，为岩样所有裂缝面积(体积)的平均值。
面缝率和裂缝倾角离散度包含了岩心压后产生的裂缝数量、大小及形态，且二者对缝网形成的贡献无大小之分，按照一般统计分析方法，将面缝率和裂缝倾角离散度取平均值表征岩心压后裂缝复杂度，即：
式中：Fc为岩心压后裂缝复杂度。
由于直接得到的面缝率和裂缝倾角离散度在数值上存在数量级的差异，在式(5)中计算岩心压后裂缝复杂度时需将二者进行归一化(Normalization)处理：
式中：和分别为归一化的岩心压后裂缝分析面缝率和倾角离散度，无量纲，max和min分别为最大、最小值。根据理论及经验分析，对石油行业最常用的直径1＂柱塞状岩心，压后裂缝分析面缝率最大、最小值分别取3和0，裂缝倾角离散度最大、最小值分别取45°和0°。
综上，岩心压后裂缝复杂度计算公式为：
代入面缝率和倾角离散度极值，则式(8)简化为：
以下通过具体实施例对本发明内容进行详细说明。
附图2和图3为某柱塞状岩心压后裂缝图像及侧面展开图，该岩心压后侧面裂缝提取结果见表1，共有10条缝，分别测量每条裂缝外接长方形的长和宽，按式(1)计算出裂缝倾角，统计每条裂缝所占像素计算出裂缝面积，最后按式(2)、式(3)和式(4)计算裂缝倾角离散度和面缝率。
表1某岩心压后裂缝提取结果
表2中为某页岩气储层20块岩心压后裂缝复杂度分析计算结果。对每块岩心压后裂缝倾角离散度和面缝率按式(6)、式(7)做归一化处理，再按式(8)、式(9)计算出裂缝复杂度。
表2 20块岩心压后裂缝复杂度计算结果
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种岩心压后裂缝复杂程度定量表征方法，其特征在于，对抗压实验后的柱塞状岩心压后裂缝图像提取每条裂缝的倾角和面积，计算压后岩心的面缝率和裂缝倾角离散度，将二者归一化之后取平均相加，得到岩心压后裂缝复杂度，具体步骤如下：
将压后岩心的信息数字化，即通过光学滚动扫描将压后岩心侧表面上的裂缝信息展现在一张二维图像中，然后在该图像中对每条裂缝的基本参数进行定量描述，提取每条裂缝的大小和倾角；
岩心压后裂缝复杂度是岩心压后产生的裂缝数量、大小及形态的函数，岩心压后裂缝数量从裂缝图像中直接得到；岩心压后裂缝倾角越离散，则裂缝越接近网状，因此裂缝形态可用裂缝倾角的杂乱程度来表征，提出面缝率和裂缝倾角离散度的概念：
面缝率为所有裂缝面积的和与岩心侧表面积的比值：
式中：Rf为面缝率，无量纲；Si为第i条裂缝的面积，Sl为岩心的侧表面积，二者单位相同，均为像素点数或mm2；
裂缝倾角离散度为所有裂缝倾角的方差：
式中：Da为裂缝倾角离散度，无量纲；为倾角平均值，Ai为第i条裂缝的倾角，单位均为度；在式(3)中计算裂缝复杂度时根据裂缝的大小对每个裂缝倾角进行加权处理，权值为每条裂缝面积与平均裂缝面积的比值；
式中：Ai'为第i条裂缝的加权倾角，Ai为该裂缝原始倾角，单位均为度；Si为该裂缝面积，为岩样所有裂缝面积的平均值；
面缝率和裂缝倾角离散度包含了岩心压后产生的裂缝数量、大小及形态，且二者对缝网形成的贡献无大小之分，按照统计分析方法，将面缝率和裂缝倾角离散度取平均值表征岩心压后裂缝复杂度，即：
式中：Fc为岩心压后裂缝复杂度，由于直接得到的面缝率和裂缝倾角离散度在数值上存在数量级的差异，在式(4)中计算岩心压后裂缝复杂度时将二者进行归一化处理：
式中：和分别为归一化的岩心压后裂缝分析面缝率和倾角离散度，无量纲，压后裂缝分析面缝率最大最小值分别取3和0，裂缝倾角离散度最大最小值分别取45°和0°；
综上，岩心压后裂缝复杂度计算公式为：
代入面缝率和倾角离散度极值，则式(7)简化为：
2.根据权利要求1所述的岩心压后裂缝复杂程度定量表征方法，其特征在于，采用直径1英寸柱塞状岩心进行抗压实验。
3.根据权利要求1所述的岩心压后裂缝复杂程度定量表征方法，其特征在于，柱塞状岩心压后裂缝图像为对岩心三维光学扫描获取的三维外观图像或X-CT扫描获取的内部三维图像。
CN201611184682.1A 2016-12-20 2016-12-20 一种岩心压后裂缝复杂程度定量表征方法 Active CN106769463B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611184682.1A CN106769463B (zh) 2016-12-20 2016-12-20 一种岩心压后裂缝复杂程度定量表征方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611184682.1A CN106769463B (zh) 2016-12-20 2016-12-20 一种岩心压后裂缝复杂程度定量表征方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106769463A CN106769463A (zh) 2017-05-31
CN106769463B true CN106769463B (zh) 2019-09-03

Family

ID=58895928

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611184682.1A Active CN106769463B (zh) 2016-12-20 2016-12-20 一种岩心压后裂缝复杂程度定量表征方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106769463B (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109283201A (zh) * 2017-07-21 2019-01-29 中国石油化工股份有限公司 一种检验地震物理模型建模精度的方法及系统
CN109102488A (zh) * 2018-04-26 2018-12-28 东南大学 一种基于理想平板样品的几何放大效应研究界面的方法
CN109163970A (zh) * 2018-10-21 2019-01-08 东北石油大学 扫描确定破裂岩石裂缝面积的致密储层可压性评价方法
CN112304770B (zh) * 2019-07-15 2024-04-05 中国石油化工股份有限公司 一种定量分析压裂后裂缝复杂度的方法及系统
CN110516407B (zh) * 2019-09-16 2022-02-11 西南石油大学 一种裂缝性储层水平井段内多簇压裂裂缝复杂度计算方法
US11725483B2 (en) 2020-06-12 2023-08-15 Saudi Arabian Oil Company Method and system of fracability measurement based on core fracture density
CN111855357B (zh) * 2020-08-04 2022-08-23 东北石油大学 模拟局部脆性特征功能性压裂岩心制作与裂缝监测装置
CN111983194A (zh) * 2020-08-31 2020-11-24 长安大学 一种油气储层岩石可压裂性实验分析方法
CN114544367B (zh) * 2022-02-21 2024-02-09 西北大学 基于岩心实验的储层可压裂性评价及压裂方案设计方法
CN115808352B (zh) * 2022-11-21 2024-02-23 西安石油大学 基于数字岩心的岩石裂缝提取与复杂度表征方法及装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103278864A (zh) * 2013-05-10 2013-09-04 中国石油天然气股份有限公司 洞缝型储层的地质特征参数及分布的测定方法及装置
CN106204303A (zh) * 2016-07-08 2016-12-07 西安石油大学 一种基于权重分配的页岩气储层可压性评价方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103278864A (zh) * 2013-05-10 2013-09-04 中国石油天然气股份有限公司 洞缝型储层的地质特征参数及分布的测定方法及装置
CN106204303A (zh) * 2016-07-08 2016-12-07 西安石油大学 一种基于权重分配的页岩气储层可压性评价方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
页岩储层可压裂性影响因素及评价方法;唐颖等;《地学前缘（中国地质大学（北京）；北京大学）》;20120930;第19卷(第5期);第356-357页，第360页
页岩储层可压裂性影响因素及评价方法;唐颖等;《地学前缘（中国地质大学（北京）》;20120930;第356-357页

Also Published As

Publication number Publication date
CN106769463A (zh) 2017-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106769463B (zh) 一种岩心压后裂缝复杂程度定量表征方法
CN105445440B (zh) 一种基于岩屑微观特征的页岩可压裂性评价方法
Mostaghimi et al. Cleat-scale characterisation of coal: An overview
Ni et al. Quantitative 3D spatial characterization and flow simulation of coal macropores based on μCT technology
Ju et al. 3D numerical reconstruction of well-connected porous structure of rock using fractal algorithms
Yu et al. Nanoscale geomechanical properties of Western Australian coal
CN104619952B (zh) 具可靠多相渗透性决定数字岩石分析系统及方法
Yan et al. Nuclear magnetic resonance T 2 spectrum: multifractal characteristics and pore structure evaluation
Gogolewski Fractional spline wavelets within the surface texture analysis
CN103573251A (zh) 大尺寸火山岩水力裂缝起裂与扩展ct扫描裂缝监测方法
Wernersson et al. Characterisations of fibre networks in paper using micro computed tomography images
Liu et al. Image analysis of the pore structures: An intensive study for Middle Bakken
CN112414917B (zh) 一种页岩油储层有机孔隙和无机孔隙的划分与表征方法
Wang et al. Study on the pore structure and fractal dimension of tight sandstone in coal measures
Guoxi et al. Quantitative characterization of fracture structure in coal based on image processing and multifractal theory
Wang et al. Microscale numerical simulation of non-Darcy flow of coalbed methane
Xu et al. Identifying the comprehensive pore structure characteristics of a rock from 3D images
CN110245686A (zh) 一种计算石英相对百分含量的岩性快速识别方法
CN114544367A (zh) 基于岩心实验的储层可压裂性评价及压裂方案设计方法
CN111537419A (zh) 一种数字岩心微观孔隙结构类别评价方法及装置
CN114897767A (zh) 一种致密混积岩储层储集空间多尺度表征与储层分类方法
Hu et al. Pore and permeability properties of reservoir sandstone under a uniaxial compression CT test
Zhou et al. Stress sensitivity of coal: A digital core analysis
Youjun et al. Analysis of pore scale fluid migration in a porous medium-application to coal rock seam
CN105929117B (zh) 一种粗糙裂缝流道复杂程度的评价方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant