CN107656310B - 一种确定页岩气地层脆性的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种确定页岩气地层脆性的方法，根据各个采样点的杨氏模量E、杨氏模量最大值E_max、杨氏模量最小值E_min、泊松比σ、泊松比最大值σ_max、泊松比最小值σ_min以及总有机碳含量TOC、总有机碳含量最大值TOC_m，确定各个所述采样点页岩气地层脆性，考虑到的岩气地层脆性影响因素更为全面，从而能够获得更为准确的地层脆性的结果，提高了检测页岩气地层脆性的准确度，有利于页岩气开采工作的正常进行，本发明还提供一种确定页岩气地层脆性的装置，具有上述有益效果。

Description

一种确定页岩气地层脆性的方法及装置

技术领域

本发明涉及页岩气领域，特别涉及一种确定页岩气地层脆性的方法及装置。

背景技术

页岩气，又名致密气层气，是蕴藏于页岩层可供开采的天然气资源，中国的页岩气可采储量居世界首位。页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点，大部分产气页岩分布范围广、厚度大，且普遍含气，这使得页岩气井能够长期地以稳定的速率产气。

相较于常规储层，页岩气储层具有低空、低渗的特点，需要大规模压裂才能形成工业产能。页岩气地层的脆性是页岩缝网压裂所考虑的重要岩石力学特征参数之一。

现有的确定页岩气地层脆性主要是考虑杨氏模量及泊松比的影响，这种方式获得的页岩气脆性的结果和实际脆性之间存在很大的误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种确定页岩气地层脆性的方法，解决了页岩气地层脆性不准确的问题，为页岩气层开采工作的顺利进行提供了准确的数据。

本发明还提供一种确定页岩气地层脆性的装置。

为解决上述技术问题，本发明提供一种确定页岩气地层脆性的方法，包括：

获取待检测区域内的页岩气地层的各个采样点的杨氏模量E，并确定各个采样点中杨氏模量最大值E_max和杨氏模量最小值E_min；获取各个所述采样点的泊松比σ，并确定各个所述采样点中泊松比最大值σ_max和泊松比最小值σ_min；检测多个所述采样点的总有机碳含量最大值TOC_m以及所述检测点的总有机碳含量TOC；根据各个采样点的杨氏模量E、杨氏模量最大值E_max、杨氏模量最小值E_min、泊松比σ、泊松比最大值σ_max、泊松比最小值σ_min以及总有机碳含量TOC、总有机碳含量最大值TOC_m，确定各个所述采样点页岩气地层脆性。

其中，在获取待检测区域内的页岩气地层的各个采样点的杨氏模量E之前，还包括：

获取位于页岩气地层不同深度的采样点的地震纵波速度V_P，以及地震横波速度V_S和页岩气地层密度ρ，以便确定各个所述采样点的杨氏模量E和泊松比σ。

其中，所述获取待检测区域内的页岩气地层的各个采样点的杨氏模量E包括：

根据每个所述采样点的地震纵波速度V_P、地震横波速度V_S以及页岩气地层密度ρ与杨氏模量之间的关系：确定各个所述采样点的杨氏模量E。

其中，所述获取各个所述采样点的泊松比σ包括：

根据页岩气地层每个所述采样点的地震纵波速度V_P和地震横波速度V_S与泊松比之间的关系：确定各个采样点的泊松比σ。

其中，所述根据各个采样点的杨氏模量E、杨氏模量最大值E_max、杨氏模量最小值E_min、泊松比σ、泊松比最大值σ_max、泊松比最小值σ_min以及总有机碳含量TOC、总有机碳含量最大值TOC_m，确定各个所述采样点页岩气地层脆性包括：

依次选取各个所述采样点为检测点，根据所述各个采样点中杨氏模量最大值E_max、杨氏模量最小值E_min、泊松比最大值σ_max、泊松比最小值σ_min、总有机碳含量最大值TOC_m以及所述检测点的杨氏模量E、泊松比σ、总有机碳含量TOC与所述检测点的页岩气地层脆性之间的关系：

确定各个所述检测点页岩气地层脆性。

本发明还提供一种确定页岩气地层脆性的装置，包括：

杨氏模量获取模块，用于获取待检测区域内的页岩气地层的各个采样点的杨氏模量E，并确定各个采样点中杨氏模量最大值E_max和最小值E_min；

泊松比获取模块，用于获取各个所述采样点的泊松比σ，并确定各个所述采样点中泊松比最大值σ_max和最小值σ_min；

有机碳含量获取模块，检测多个所述采样点的总有机碳含量最大值TOC_m以及所述检测点的总有机碳含量TOC；

脆性计算模块，用于根据各个采样点的杨氏模量E、杨氏模量最大值E_max、杨氏模量最小值E_min、泊松比σ、泊松比最大值σ_max、泊松比最小值σ_min以及总有机碳含量TOC、总有机碳含量最大值TOC_m，确定各个所述采样点页岩气地层脆性。

其中，还包括：

采样数据获取模块，用于获取位于页岩气地层不同深度的采样点的地震纵波速度V_P，以及地震横波速度V_S和页岩气地层密度ρ，以便确定各个所述采样点的杨氏模量E和泊松比σ。

其中，所述杨氏模量获取模块具体用于：

根据每个所述采样点的地震纵波速度V_P、地震横波速度V_S以及页岩气地层密度ρ与杨氏模量之间的关系：确定各个所述采样点的杨氏模量E。

其中，所述泊松比获取模块具体用于：

根据页岩气地层每个所述采样点的地震纵波速度V_P和地震横波速度V_S与泊松比之间的关系：确定各个采样点的泊松比σ。

其中，所述脆性计算模块具体用于：

依次选取各个所述采样点为检测点，根据所述各个采样点中杨氏模量最大值E_max、杨氏模量最小值E_min、泊松比最大值σ_max、泊松比最小值σ_min、总有机碳含量最大值TOC_m以及所述检测点的杨氏模量E、泊松比σ、总有机碳含量TOC与所述检测点的页岩气地层脆性之间的关系：

确定各个所述检测点页岩气地层脆性。

本发明所提供的一种确定页岩气地层脆性的方法，在考虑杨氏模量和泊松比的基础上还考虑总有机碳含量对页岩气地层脆性的影响，相较于现有技术中仅考虑杨氏模量和泊松比，本发明中考虑的影响因素更为全面，获得的页岩气地层脆性相较于现有技术获得的脆性，更加接近实际地层脆性，极大的提高了获得的页岩气地层脆性的准确度，为工作人员实施页岩气开采工作提供有效的数据，有利于开采工作的顺利进行。

本发明还提供一种确定页岩气地层脆性的装置，具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，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的介绍，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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的确定页岩气地层脆性一种具体实施方式的流程图；

图2为本发明和现有技术以及实际情况中页岩气地层脆性的对比示意图；

图3为本发明实施例提供的确定页岩气地层脆性装置的结构框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的确定页岩气地层脆性一种具体实施方式的流程图如图1所示，该方法可以包括：

步骤S101：获取待检测区域内的页岩气地层的各个采样点的杨氏模量E，并确定各个采样点中杨氏模量最大值E_max和杨氏模量最小值E_min。

步骤S102：获取各个所述采样点的泊松比σ，并确定各个所述采样点中泊松比最大值σ_max和泊松比最小值σ_min。

步骤S103：检测多个所述采样点的总有机碳含量最大值TOC_m以及所述检测点的总有机碳含量TOC。

步骤S104：根据各个采样点的杨氏模量E、杨氏模量最大值E_max、杨氏模量最小值E_min、泊松比σ、泊松比最大值σ_max、泊松比最小值σ_min以及总有机碳含量TOC、总有机碳含量最大值TOC_m，确定各个所述采样点页岩气地层脆性。

需要说明的是，步骤S101、S102、S103之间没有必然的先后顺序。

另外，高脆性结构的页岩硅质高，岩石脆性好，压裂时易形成多分枝结构的空间体积密网，压裂效果明显；而黏土含量高的储层具有可塑性，易吸收能量形成双翼平面裂缝，压裂效果差。由此可见，页岩压裂效果与岩石的矿物组分密切相关。研究发现，泥页岩脆性岩石发育位置具有高岩石模量、低泊松比特征，即杨氏模量和泊松比可用于判断脆性位置。

杨氏模量反映了页岩被压裂后保持裂缝的能力，泊松比反映了页岩在压力下破裂的能力。对于脆性等级较高的页岩，其泊松比越低，则杨氏模量越高；而对于脆性等级较低的页岩，泊松比越高，则杨氏模量E越高。然而，仅考虑了岩石杨氏模量及泊松比的影响，欠缺对其他参数的考虑，精度较低。岩石物理分析表明，页岩气地层脆性除了与杨氏模量和泊松比有关外，还与页岩气地层总有机碳含量TOC有关，为此本发明从杨氏模量、泊松比以及总有机碳含量三个方面考虑页岩气地层脆性，能够获得更为精确的结果。

基于上述实施例，本发明的另一具体实施例中，可以还包括：

在获取待检测区域内的页岩气地层的各个采样点的杨氏模量E之前，获取位于页岩气地层不同深度的采样点的地震纵波速度V_P，以及地震横波速度V_S和页岩气地层密度ρ，以便确定各个所述采样点的杨氏模量E和泊松比σ。

具体的，位于页岩气地层不同深度的采样点的地震纵波速度V_P，以及地震横波速度V_S和页岩气地层密度ρ可以直接对各个采样点进行检测获得，也可以根据方式获得，本发明中对此不做限制。

基于上述实施例，本发明的另一具体实施例中，可以包括：

所述获取待检测区域内的页岩气地层的各个采样点的杨氏模量E具体为：

根据每个所述采样点的地震纵波速度V_P、地震横波速度V_S以及页岩气地层密度ρ与杨氏模量之间的关系：确定各个所述采样点的杨氏模量E。

基于上述实施例，本发明的另一具体实施例中，可以包括：

所述获取各个所述采样点的泊松比σ具体为：

根据页岩气地层每个所述采样点的地震纵波速度V_P和地震横波速度V_S与泊松比之间的关系：确定各个采样点的泊松比σ。

基于上述任意实施例，本发明另一具体实施例中，可以包括：

所述根据各个采样点的杨氏模量E、杨氏模量最大值E_max、杨氏模量最小值E_min、泊松比σ、泊松比最大值σ_max、泊松比最小值σ_min以及总有机碳含量TOC、总有机碳含量最大值TOC_m，确定各个所述采样点页岩气地层脆性具体为：

依次选取各个所述采样点为检测点，根据所述各个采样点中杨氏模量最大值E_max、杨氏模量最小值E_min、泊松比最大值σ_max、泊松比最小值σ_min、总有机碳含量最大值TOC_m以及所述检测点的杨氏模量E、泊松比σ、总有机碳含量TOC与所述检测点的页岩气地层脆性之间的关系：

确定各个所述检测点页岩气地层脆性。

需要说明的是，页岩气地层脆性除了与杨氏模量和泊松比有关外，还与页岩气TOC有关。脆性较好的区域一般具有高杨氏模量和低泊松比，但是随着TOC的增加，杨氏模量和泊松比都会减小，因此在定义脆性指数时杨氏模量和泊松比的权重应考虑TOC的影响。

请参考图2，图2为本发明和现有技术以及实际情况中页岩气地层脆性的对比示意图。图2中浅灰色线条为本发明技术方案所确定的页岩气地层脆性结果，黑色实线为现有技术所确定的页岩气地层脆性结果，黑色虚线为实际情况中的页岩气地层脆性。

由图2所示，纵坐标为采样点距离地表面的深度，单位为m(米)，而横坐标为页岩气地层的脆性，因为页岩气地层的脆性为一个比值，所以没有距离的量纲，可以确定本发明确定的页岩气地层脆性结果和实际页岩气地层脆性更为接近，极大的提高了地层脆性的准确率。

下面对本发明实施例提供的确定页岩气地层脆性装置进行介绍，下文描述的确定页岩气地层脆性装置与上文描述的确定页岩气地层脆性方法可相互对应参照。

图3为本发明实施例提供的确定页岩气地层脆性装置的结构框图，参照图3确定页岩气地层脆性装置可以包括：

杨氏模量获取模块100，用于获取待检测区域内的页岩气地层的各个采样点的杨氏模量E，并确定各个采样点中杨氏模量最大值E_max和最小值E_min；

泊松比获取模块200，用于获取各个所述采样点的泊松比σ，并确定各个所述采样点中泊松比最大值σ_max和最小值σ_min；

有机碳含量获取模块300，检测多个所述采样点的总有机碳含量最大值TOC_m以及所述检测点的总有机碳含量TOC；

脆性计算模块400，用于根据各个采样点的杨氏模量E、杨氏模量最大值E_max、杨氏模量最小值E_min、泊松比σ、泊松比最大值σ_max、泊松比最小值σ_min以及总有机碳含量TOC、总有机碳含量最大值TOC_m，确定各个所述采样点页岩气地层脆性。

作为一种具体实施方式，本发明所提供的确定页岩气地层脆性装置还可以进一步包括：

采样数据获取模块，用于获取位于页岩气地层不同深度的采样点的地震纵波速度V_P，以及地震横波速度V_S和页岩气地层密度ρ，以便确定各个所述采样点的杨氏模量E和泊松比σ。

优选的，所述杨氏模量获取模块100具体用于：

根据每个所述采样点的地震纵波速度V_P、地震横波速度V_S以及页岩气地层密度ρ与杨氏模量之间的关系：确定各个所述采样点的杨氏模量E。

优选的，所述泊松比获取模块200具体用于：

根据页岩气地层每个所述采样点的地震纵波速度V_P和地震横波速度V_S与泊松比之间的关系：确定各个采样点的泊松比σ。

优选的，所述脆性计算模块具体用于：

依次选取各个所述采样点为检测点，根据所述各个采样点中杨氏模量最大值E_max、杨氏模量最小值E_min、泊松比最大值σ_max、泊松比最小值σ_min、总有机碳含量最大值TOC_m以及所述检测点的杨氏模量E、泊松比σ、总有机碳含量TOC与所述检测点的页岩气地层脆性之间的关系：

确定各个所述检测点页岩气地层脆性。

本实施例的确定页岩气地层脆性装置用于实现前述的确定页岩气地层脆性方法，因此确定页岩气地层脆性装置中的具体实施方式可见前文中的确定页岩气地层脆性方法的实施例部分，例如，杨氏模量获取模块100、泊松比获取模块200、有机碳含量获取模块300和脆性计算模块400，分别用于实现上述确定页岩气地层脆性方法中步骤S101，S102，S103和S104，所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的确定页岩气地层脆性方法装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种确定页岩气地层脆性的方法，其特征在于，包括：

获取待检测区域内的页岩气地层的各个采样点的杨氏模量E，并确定各个采样点中杨氏模量最大值E_max和杨氏模量最小值E_min；

获取各个所述采样点的泊松比σ，并确定各个所述采样点中泊松比最大值σ_max和泊松比最小值σ_min；

检测多个所述采样点的总有机碳含量最大值TOC_m以及检测点的总有机碳含量TOC；

根据各个采样点的杨氏模量E、杨氏模量最大值E_max、杨氏模量最小值E_min、泊松比σ、泊松比最大值σ_max、泊松比最小值σ_min以及总有机碳含量TOC、总有机碳含量最大值TOC_m，确定各个所述采样点页岩气地层脆性；

所述根据各个采样点的杨氏模量E、杨氏模量最大值E_max、杨氏模量最小值E_min、泊松比σ、泊松比最大值σ_max、泊松比最小值σ_min以及总有机碳含量TOC、总有机碳含量最大值TOC_m，确定各个所述采样点页岩气地层脆性包括：

依次选取各个所述采样点为所述检测点，根据所述各个采样点中杨氏模量最大值E_max、杨氏模量最小值E_min、泊松比最大值σ_max、泊松比最小值σ_min、总有机碳含量最大值TOC_m以及所述检测点的杨氏模量E、泊松比σ、总有机碳含量TOC与所述检测点的页岩气地层脆性之间的关系：

确定各个所述检测点页岩气地层脆性。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在获取待检测区域内的页岩气地层的各个采样点的杨氏模量E之前，还包括：

获取位于页岩气地层不同深度的采样点的地震纵波速度V_P，以及地震横波速度V_S和页岩气地层密度ρ，以便确定各个所述采样点的杨氏模量E和泊松比σ。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取待检测区域内的页岩气地层的各个采样点的杨氏模量E包括：

根据每个所述采样点的地震纵波速度V_P、地震横波速度V_S以及页岩气地层密度ρ与杨氏模量之间的关系：确定各个所述采样点的杨氏模量E。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取各个所述采样点的泊松比σ包括：

根据页岩气地层每个所述采样点的地震纵波速度V_P和地震横波速度V_S与泊松比之间的关系：确定各个采样点的泊松比σ。

5.一种确定页岩气地层脆性的装置，其特征在于，包括：

杨氏模量获取模块，用于获取待检测区域内的页岩气地层的各个采样点的杨氏模量E，并确定各个采样点中杨氏模量最大值E_max和最小值E_min；

泊松比获取模块，用于获取各个所述采样点的泊松比σ，并确定各个所述采样点中泊松比最大值σ_max和最小值σ_min；

有机碳含量获取模块，检测多个所述采样点的总有机碳含量最大值TOC_m以及检测点的总有机碳含量TOC；

脆性计算模块，用于根据各个采样点的杨氏模量E、杨氏模量最大值E_max、杨氏模量最小值E_min、泊松比σ、泊松比最大值σ_max、泊松比最小值σ_min以及总有机碳含量TOC、总有机碳含量最大值TOC_m，确定各个所述采样点页岩气地层脆性；

所述脆性计算模块具体用于：

依次选取各个所述采样点为所述检测点，根据所述各个采样点中杨氏模量最大值E_max、杨氏模量最小值E_min、泊松比最大值σ_max、泊松比最小值σ_min、总有机碳含量最大值TOC_m以及所述检测点的杨氏模量E、泊松比σ、总有机碳含量TOC与所述检测点的页岩气地层脆性之间的关系：

确定各个所述检测点页岩气地层脆性。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：

采样数据获取模块，用于获取位于页岩气地层不同深度的采样点的地震纵波速度V_P，以及地震横波速度V_S和页岩气地层密度ρ，以便确定各个所述采样点的杨氏模量E和泊松比σ。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述杨氏模量获取模块具体用于：

根据每个所述采样点的地震纵波速度V_P、地震横波速度V_S以及页岩气地层密度ρ与杨氏模量之间的关系：确定各个所述采样点的杨氏模量E。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述泊松比获取模块具体用于：

根据页岩气地层每个所述采样点的地震纵波速度V_P和地震横波速度V_S与泊松比之间的关系：确定各个采样点的泊松比σ。