CN108132342A - 岩石静态杨氏模量的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种岩石静态杨氏模量的确定方法，包括以下步骤：根据动态杨氏模量与有效应力的第一表征模型，确定动态杨氏模量的第一表征参数；根据岩石的物性参数建立物性参数与第一表征参数的第二表征模型；根据静态杨氏模量与有效应力得到的第三表征模型，确定静态杨氏模型的第三表征参数；根据第一表征参数建立第一表征参数与第三表征参数的第四表征模型，根据第四表征模型确定岩石的实际静态杨氏模量。利用动态杨氏模量的表征参数确定静态杨氏模量的表征参数，实现静态杨氏模量的测井连续表征。该方法解决了现有技术没有考虑岩石特征和应力环境变化对岩石杨氏模量的影响的因素，有效地提高了岩石静态杨氏模量的计算精度。

Description

岩石静态杨氏模量的确定方法

技术领域

本发明涉及石油测井工程领域，具体而言，涉及一种岩石静态杨氏模量的确定方法。

背景技术

杨氏模量是计算岩石力学性质的重要参数之一。在实际工作中，有两种方法可以获得岩石的杨氏模量，一种是利用岩心实验的方法，该方法获得的杨氏模量属于静态参数；另外一种是利用声波速度计算的杨氏模量，该方法获得的杨氏模量被称为动态参数。岩石杨氏模量的静态值和动态值存在一定的差异。根据实际受载情况，岩石的静态杨氏模量更适合工程需求，使用声波速度计算的动态杨氏模量往往难以正确反映静态杨氏模量，所以利用声波测井得到的动态杨氏模量不能直接用于工程分析(见图1)。因此，寻找动、静杨氏模量之间的转换关系是用声波速度(测井资料获得)计算岩石力学参数的关键技术。

目前，动、静杨氏模量之间的转换方法较少，主要为线性转换法，如文章《储层条件下致密砂岩动静态弹性力学参数实验研究》也仅仅是校正到储层条件下的线性转换，这些方法没有充分考虑岩石特征(物性特征、岩石学特征)与应力环境这两种因素的影响，对于复杂岩性地层的确定精度以及实施效果较差。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种岩石静态杨氏模量的确定方法，以解决现有技术中岩石杨氏模量确定精度差的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种岩石静态杨氏模量的确定方法，包括以下步骤：根据动态杨氏模量与有效应力的第一表征模型，确定动态杨氏模量的第一表征参数；根据岩石的物性参数建立物性参数与第一表征参数的第二表征模型；根据静态杨氏模量与有效应力得到的第三表征模型，确定静态杨氏模型的第三表征参数；根据第一表征参数建立第一表征参数与第三表征参数的第四表征模型，根据第四表征模型确定岩石的实际静态杨氏模量。

进一步地，在根据物性参数建立与第一表征参数的第二表征模型之前，确定方法还包括：根据岩石的物性参数及矿物组分建立岩石的物性参数及矿物组分与第一表征参数的第二表征模型。

进一步地，第二表征模型通过以下公式获得：

Para_动态i＝f(petr，min，E_d，p)，其中，

petr为物性参数；Para_动态i为第i个物性参数的回归系数，其中，i∈N⁺；min为矿物组分；E_d为通过声波速度确定的动态杨氏模量；P为有效应力。

进一步地，第一表征模型通过以下公式获得：

E_d＝f(p，Para_动态j)，其中，

E_d为通过声波速度确定的动态杨氏模量；P为有效应力；Para_动态j为第j个物性参数的回归系数，其中，j∈N⁺。

进一步地，第三表征模型通过以下公式获得：

E_s＝f(p，Para_静态i)，其中，

E_s静态杨氏模量；P为有效应力；Para_静态i为第i个物性参数的回归系数，其中，i∈N⁺。

进一步地，第四表征模型通过以下公式获得：

Para_静态i＝f(Para_动态j)，其中，

Para_静态i为第i个物性参数的回归系数，其中，i∈N⁺；Para_动态j为第j个物性参数的回归系数，其中，j∈N⁺。

进一步地，实际静态杨氏模量通过以下公式获得：

E_s1＝f(p，Para_静态i)，其中，

E_s1为实际静态杨氏模量；P为有效应力；为第i个物性参数的回归系数，其中，i∈N⁺。

进一步地，矿物组分包括一种或多种矿物的组分。

进一步地，物性参数包括孔隙度、渗透率、平均毛管半径中的至少一个。

应用本发明的技术方案，该确定方法包括以下步骤：根据动态杨氏模量与有效应力的第一表征模型，确定动态杨氏模量的第一表征参数。根据岩石的物性参数建立物性参数与第一表征参数的第二表征模型。根据静态杨氏模量与有效应力得到的第三表征模型，确定静态杨氏模型的第三表征参数；根据第一表征参数建立第一表征参数与第三表征参数的第四表征模型，根据第四表征模型确定岩石的实际静态杨氏模量。利用动态杨氏模量的表征参数确定静态杨氏模量的表征参数，实现静态杨氏模量的测井连续表征。该方法解决了现有技术没有考虑岩石特征(物性特征、岩石学特征)和应力环境变化对岩石杨氏模量的影响的因素，有效地提高了岩石静态杨氏模量的计算精度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出现有技术的一块样品的动态、静态杨氏模量与围压的关系图；

图2示出了根据本发明的实施例的所用实验样品动态杨氏模量与静态杨氏模量交会图；

图3示出了根据本发明的实施例的岩石杨氏模量动态参数与静态参数转换方法的流程图；以及

图4示出了根据本发明的实施例的说明区块不同有效应力条件计算静态杨氏模量与分析静态杨氏模量交会图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

结合图2至图4所示，根据本发明的实施例，提供了一种岩石静态杨氏模量的确定方法。

具体地，该确定方法包括以下步骤：根据动态杨氏模量与有效应力的第一表征模型，确定动态杨氏模量的第一表征参数。根据岩石的物性参数建立物性参数与第一表征参数的第二表征模型。根据静态杨氏模量与有效应力得到的第三表征模型，确定静态杨氏模型的第三表征参数；根据第一表征参数建立第一表征参数与第三表征参数的第四表征模型，根据第四表征模型确定岩石的实际静态杨氏模量。

在本实施例中，利用动态杨氏模量的表征参数确定静态杨氏模量的表征参数，实现静态杨氏模量的测井连续表征。该方法解决了现有技术没有考虑岩石特征(物性特征、岩石学特征)和应力环境变化对岩石杨氏模量的影响的因素，有效地提高了岩石静态杨氏模量的计算精度。

其中，在根据物性参数建立与第一表征参数的第二表征模型之前，确定方法还包括：根据岩石的物性参数及矿物组分建立岩石的物性参数及矿物组分与第一表征参数的第二表征模型。

进一步地，第二表征模型通过以下公式获得：

Para_动态i＝f(petr，min，E_d，p)，其中，petr为物性参数，Para_动态i为第i个物性参数的回归系数，其中，i∈N⁺；min为矿物组分，E_d为通过声波速度确定的动态杨氏模量，P为有效应力。

第一表征模型通过以下公式获得：

E_d＝f(p，Para_动态j)，其中，E_d为通过声波速度确定的动态杨氏模量；P为有效应力；Para_动态j为第j个物性参数的回归系数，其中，j∈N⁺。

第三表征模型通过以下公式获得：

E_s＝f(p，Para_静态i)，其中，E_s静态杨氏模量；P为有效应力，Para_静态i为第i个物性参数的回归系数，其中，i∈N⁺。

第四表征模型通过以下公式获得：

Para_静态i＝f(Para_动态j)，其中，Para_静态i为第i个物性参数的回归系数，其中，i∈N⁺，Para_动态j为第j个物性参数的回归系数，其中，j∈N⁺。

实际静态杨氏模量通过以下公式获得：

E_s1＝f(p，Para_静态i)，其中，E_s1为实际静态杨氏模量，P为有效应力，为第i个物性参数的回归系数，其中，i∈N⁺。

具体的，本实施实例以配套的试验资料为基础，建立有效应力条件下动态杨氏模量表征模型，提取表征参数Para_动态1和Para_动态2，具体计算公式如下：

E_d＝f(p,Para_动态1,Para_动态2,…)，式中，E_d为声波速度计算的动态杨氏模量，P为有效应力，Para_动态1、Para_动态2为系数。

步骤2，建立静态杨氏模量与有效应力的表征模型即第一表征模型，提取静态杨氏模型的表征参数即第一表征参数，具体计算公式如下：

E_s＝f(p,Para_静态1,Para_静态2，…)，式中，E_s为有效应力条件下的静态杨氏模量，P为有效应力，Para_静态1、Para_静态2为系数。

步骤3，利用岩石物性参数及矿物组分建立动态杨氏模量表征参数的测井计算模型即第二表征模型，具体的，本实施实例以试验资料为基础，利用岩石物性参数及矿物组分建立参数Para_动态1和Para_动态2的测井表征模型，具体计算公式如下：

Para_动态i＝f(petr,min，E_d，p)，式中，Para_动态为动态杨氏模量表征模型即第二表征模型中的系数，i＝1，2，…；petr为物性参数，使用时可以是孔隙度、渗透率、平均毛管半径或者这些参数的组合。min为矿物组分，使用时可以是一种矿物，也可以是几种矿物组分之和。E_d为声波速度计算的动态杨氏模量，P为有效应力。

步骤4，利用动态杨氏模量的表征参数计算静态杨氏模量的表征参数；

在配套的试验资料为基础上，利用动态杨氏模量的表征参数计算静态杨氏模量的表征参数，具体计算公式如下：

Para_静态i＝f(Para_动态j)，式中，Para_静态为静态杨氏模量表征模型即第四表征模型中的系数，i＝1,2，…；Para_动态为动态杨氏模量表征模型中的系数，j＝1,2，…。

步骤5，实现实际静态杨氏模量E_s1的测井连续表征。

E_s1＝f(p,Para_静态1,Para_静态2，…)，式中，E_s1为有效应力条件下的静态杨氏模量，P为有效应力，Para_静态1、Para_静态2均为通过动态参数转换求取的静态参数。

该方法以实验数据为基础，建立动态杨氏模量与有效应力的表征模型，提取动态杨氏模量的表征参数；建立静态杨氏模量与有效应力的表征模型，提取静态杨氏模型的表征参数；利用岩石物性参数及矿物组分建立动态杨氏模量表征参数的计算模型；然后用动态杨氏模量的表征参数计算静态杨氏模量的表征参数；从而实现实际静态杨氏模量的测井连续表征。

本实施实例上述各个步骤，通过建立动态杨氏模量与有效应力的表征模型，提取动态杨氏模量的表征参数；建立静态杨氏模量与有效应力的表征模型，提取静态杨氏模型的表征参数；利用岩石物性参数及矿物组分建立动态杨氏模量表征参数的计算模型；利用动态杨氏模量的表征参数计算静态杨氏模量的表征参数；实现静态杨氏模量的测井连续表征。解决了现有技术没有考虑岩石特征(物性特征、岩石学特征)和应力环境变化对岩石杨氏模量的影响因素，提高了测井岩石静态杨氏模量计算的精度。

具体地，说明区块为某地的致密油区块。致密油储层为咸化湖泊环境的细粒沉积，主要岩性为碎屑岩和碳酸盐岩过渡性岩类。储层的孔隙度主要分布在6～16％之间，覆压渗透率普遍低于0.1mD，为典型的致密油储层。储层的埋深中等偏深，深度范围在2500～5000m。全岩矿物分析资料表明储层粘土含量分布在0～35％之间，平均值为12％。全区块多井试油均需压裂提产，勘探初期应用不考虑岩石特征(物性特征、岩石学特征)及有效应力的杨氏模量计算方法，直接使用动态杨氏模量线性转换为静态杨氏模量，无法满足生产上致密油杨氏模量表征的技术要求。通过采用本实施例中的杨氏模量的确定方法较好地解决了杨氏模量计算的技术难题。

具体实施方式和实施流程为：

建立动态杨氏模量与有效应力的表征模型，提取动态杨氏模量的表征参数，为了建立动、静态杨氏模量的表征模型，全区选择了多块有代表性的岩心进行了配套的动、静态参数及孔隙度配套测量(见表1)，建立的动态杨氏模量的表征模型为：

E_d＝Para_动态1×ln(p)+Para_动态2，式中，E_d为岩石的动态杨氏模量，GPa；Para_动态1、Para_动态2为系数，P为有效应力值，MPa，该关系式的相关系数为0.96，建立的动态杨氏模量表征模型相关性较好。

建立静态杨氏模量与有效应力的表征模型，提取静态杨氏模型的表征参数，建立的静态杨氏模量的表征模型为：

E_s＝Para_静态1×ln(p)+Para_静态2，式中，E_s为岩石的静态杨氏模量，GPa；Para_静态1、Para_静态2为系数；P为有效应力值，MPa，该关系式的相关系数为0.97，建立的静态杨氏模量表征模型相关性较好。

表1多参数联测数据表

利用岩石物性参数及矿物组分建立动态杨氏模量表征参数的测井计算模型

为了建立动、静态杨氏模量表征模型，进行了不同有效应力条件下的静态杨氏模量测量，每块样品进行了五个应力循环，测量了五个有效应力条件下的静态杨氏模量，7块样品回归系数Para_动态1、Para_动态2、Para_静态1、Para_静态2如表2所示。利用岩石物性参数建立动态杨氏模量表征参数Para_动态1的测井表征模型如下：

Para_动态1＝0.0097×POR²-0.2714×POR+4.4362，式中，POR为岩心分析孔隙度，百分数，该式相关系数为0.81。

表2杨氏模量表征模型回归参数及配套联测参数统计表

系数Para_动态2的计算公式如下：

Para_动态2＝E_d-Para_动态1×ln(p)，式中，Para_动态1为动态杨氏模量表征模型中的系数，E_d为声波速度计算的动态杨氏模量，P为有效应力，MPa。

利用动态杨氏模量的表征参数计算静态杨氏模量的表征参数，系数Para_静态1的计算公式如下：

式中，Para_动态2为动态杨氏模量表征模型中的系数，该式相关系数为0.94。

系数Para_静态2的计算公式如下：

Para_静态2＝-2.5696×Para_静态1+35.846，式中，Para_静态1为静态杨氏模量表征模型中的系数；该式相关系数为0.94。

实现静态杨氏模量E_s的测井连续表征

E_s＝f(p,Para_静态1,Para_静态2，…)，式中，E_s为有效应力条件下的静态杨氏模量，P为有效应力，Para_静态1、Para_静态2均为系数。

如图4所示，图4为计算静态杨氏模量与分析静态杨氏模量的交会图，图中计算静态杨氏模量与分析静态杨氏模量分布在45度线附近，相对误差为5.2％，利用该方法计算的静态杨氏模量与实际试验点的静态杨氏模量具有很好的一致性。

综上，本实施例以配套的动、静态杨氏模量及物性参数、岩石矿物组分实验资料为基础，提出了全新的岩石杨氏模量动态参数与静态参数的转换方法，形成了具有物性参数约束的动、静态杨氏模量表征模型，建立了考虑岩石特征和应力环境的静态杨氏模量表征方法，弥补了现有技术的不足，提高了静态杨氏模量表征的准确性和可靠性，地质效果明显。

本实施例中在于提供一种岩石杨氏模量动态参数与静态参数之间的转换方法，以解决针对现有技术没有充分考虑到岩石特征(物性特征、岩石学特征)和应力环境的变化对岩石静态杨氏模量的影响，静态杨氏模量计算不准确的技术难题。

为了实现上述目的，本申请提供了一种岩石杨氏模量动态参数与静态参数之间的转换方法。该方法包括：建立动态杨氏模量与有效应力的表征模型，提取动态杨氏模量的表征参数，建立静态杨氏模量与有效应力的表征模型，提取静态杨氏模型的表征参数；利用岩石物性参数及矿物组分建立动态杨氏模量表征参数的计算模型，利用动态杨氏模量的表征参数计算静态杨氏模量的表征参数，实现静态杨氏模量的测井连续表征。

根据本实施实例，很好地实现了静态杨氏模量的测井连续表征，解决了现有技术没有考虑岩石特征(物性特征、岩石学特征)和应力环境变化对岩石杨氏模量的影响因素，提高了测井岩石静态杨氏模量计算的精度。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种岩石静态杨氏模量的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据动态杨氏模量与有效应力的第一表征模型，确定所述动态杨氏模量的第一表征参数；

根据岩石的物性参数建立所述物性参数与所述第一表征参数的第二表征模型；

根据静态杨氏模量与所述有效应力得到的第三表征模型，确定所述静态杨氏模型的第三表征参数；

根据所述第一表征参数建立所述第一表征参数与所述第三表征参数的第四表征模型，根据所述第四表征模型确定所述岩石的实际静态杨氏模量。

2.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，在根据所述物性参数建立与所述第一表征参数的第二表征模型之前，所述确定方法还包括：

根据岩石的物性参数及矿物组分建立所述岩石的物性参数及矿物组分与所述第一表征参数的第二表征模型。

3.根据权利要求2所述的确定方法，其特征在于，所述第二表征模型通过以下公式获得：

Para_动态i＝f(petr，min，E_d，p)，

其中，

所述petr为物性参数；

所述Para_动态i为第i个所述物性参数的回归系数，其中，i∈N⁺；

所述min为所述矿物组分；

所述E_d为通过声波速度确定的动态杨氏模量；

所述P为有效应力。

4.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述第一表征模型通过以下公式获得：

E_d＝f(p，Para_动态j)，

其中，

所述E_d为通过声波速度确定的动态杨氏模量；

所述P为有效应力；

所述Para_动态j为第j个所述物性参数的回归系数，其中，j∈N⁺。

5.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述第三表征模型通过以下公式获得：

E_s＝f(p，Para_静态i)，

其中，

所述E_s静态杨氏模量；

所述P为有效应力；

所述Para_静态i为第i个所述物性参数的回归系数，其中，i∈N⁺。

6.根据权利要求3所述的确定方法，其特征在于，所述第四表征模型通过以下公式获得：

Para_静态i＝f(Para_动态j)，

其中，

所述Para_静态i为第i个所述物性参数的回归系数，其中，i∈N⁺；

所述Para_动态j为第j个所述物性参数的回归系数，其中，j∈N⁺。

7.根据权利要求3所述的确定方法，其特征在于，所述实际静态杨氏模量通过以下公式获得：

E_s1＝f(p，Para_静态i)，

其中，

所述E_s1为实际静态杨氏模量；

所述P为有效应力；

为第i个所述物性参数的回归系数，其中，i∈N⁺。

8.根据权利要求2所述的确定方法，其特征在于，所述矿物组分包括一种或多种矿物的组分。

9.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述物性参数包括孔隙度、渗透率、平均毛管半径中的至少一个。