CN108195669B - 油藏围压条件下岩石静态力学参数的矫正及预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种油藏围压条件下岩石静态力学参数的矫正及预测方法，该方法包括：步骤1，根据取心井岩性资料，划分目标区块的岩石相类型；步骤2，建立不同岩石相岩石静态力学参数的围压矫正图版；步骤3，建立不同岩石相围压条件下岩石静态力学参数预测图版；步骤4，建立油藏围压与埋藏深度之间的关系图版；步骤5，进行岩石静态力学参数围压矫正及预测。该油藏围压条件下岩石静态力学参数的矫正及预测方法将大气压条件下岩石力学参数矫正到油藏围压条件下，并能较准确预测新区地质体围压条件下的力学参数，在油藏钻井、地质力学问题及工程力学问题的力学参数选取中有很大的应用前景。

Description

油藏围压条件下岩石静态力学参数的矫正及预测方法

技术领域

本发明涉及岩石力学及地质力学，特别是涉及到一种油藏围压条件下岩石静态力学参数的矫正及预测方法。

背景技术

岩石力学参数室内测试是一种消耗岩石样品的破坏性实验，且费用高，特别是针对埋藏比较深的油藏条件下(埋深一般大于2000m，围压一般在35Mpa以上)的三轴压缩实验，对实验设备要求高，费用更高。受岩石力学参数测试实验仪器设备及实验费用的影响，以及取心井岩心数量的限制，油田企业一般仅对少量的岩石样品在大气压下进行单轴压缩实验，只有很少量样品进行带围压的三轴压缩实验。但大气压下的岩石力学参数对研究深埋在地下几千米的油藏地质体的地质力学及工程力学问题来说，由于围压条件差异较大，并不能准确反映油藏围压条件下的力学性质特征，造成问题不能得到很好的解决，甚至是误入歧途。因此找到一种将大气压条件下岩石力学参数矫正到油藏围压条件的方法，是既节省成本，又很好解决油藏地质力学、工程力学的重要支撑。对于油藏新区而言，缺少取心井，如何利用已有的岩石力学参数资料，找到一种能较准确预测新区地质体力学参数的方法，是保证新区钻井工程顺利实施的重要保障。为此我们发明了一种新的油藏围压条件下岩石静态力学参数的矫正及预测方法，解决了以上技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对油藏围压条件下岩石静态力学参数,将实验室条件下获得的岩石静态力学参数矫正到油藏围压条件下及对油藏新区预测油藏围压条件下地质体的岩石静态力学参数的矫正及预测方法。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：油藏围压条件下岩石静态力学参数的矫正及预测方法，该油藏围压条件下岩石静态力学参数矫正及预测方法包括：步骤1，根据取心井岩性资料，划分目标区块的岩石相类型；步骤2，建立不同岩石相岩石静态力学参数围压矫正图版；步骤3，利用不同围压下的实验数据，建立不同岩石相油藏围压条件下岩石静态力学参数的预测图版；步骤4，建立油藏围压与埋藏深度之间的关系图版；步骤5，进行岩石静态力学参数围压矫正及预测。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

在步骤1中，区别于地质学岩石相划分，根据岩石的岩性、层理类型及裂缝发育程度划分岩石相类型，颗粒大小及排列方式、层理及裂缝发育程度都对岩石力学性质有较大的影响，划分岩相基本原则为裂缝发育+层理类型+岩性。

在步骤1中，划分的岩相包括裂缝发育槽状交错层理细砂岩相、块状细砂岩相、小型交错层理粉砂岩相。

在步骤2中，利用取心井岩心，在相近深度取不同岩石相岩石样品，每一岩石相类型取4-5块；将岩样饱和水，利用三轴压缩实验，在不同围压下，测量岩石静态力学参数，根据实验数据，建立不同岩石相岩石静态力学参数围压矫正图版

在步骤2中，首先对区域内取心井进行观察描述，并划分取心井段的岩相类型，每一岩石相在相近深度水平向钻取标准岩样4-5块；将岩样饱和水，利用三轴压缩实验，一种岩石相，分0.1Mpa、Δp、2Δp、3Δp、4Δp围压，Δp为围压增加步长，测量岩石力学参数杨氏模量E及泊松比λ(E₀，λ₀)、(E₁，λ₁)、(E₂，λ₂)、(E₃，λ₃)、(E₄，λ₄)，计算不同围压下岩石力学参数与0.1Mpa下的差(ΔE_i,Δλ_i)：

根据实验得到的ΔE_i与围压，Δλ_i与围压，建立不同岩相两者的数学关系，通过大量统计发现ΔE_i与围压，Δλ_i与围压呈对数关系，所以利用对数拟合建立两者的关系：

上式中，P为围压，a为ΔE与lnp的关系系数；b为ΔE与lnp的关系常数；c为Δλ与lnp的关系系数；d为Δλ与lnp的关系常数；

依据上式得出杨氏模量及泊松比的围压矫正公式：

上式中，E'、λ'为矫正后的杨氏模量、泊松比，E₀、λ₀为0.1Mpa条件下的实测某一杨氏模量及泊松比；

同理得到其他岩石相类型的力学参数的围压矫正公式，得出油藏围压条件下岩石力学参数的围压矫正模型，统一表达为：

上式中，E'_j，λ'_j为某种岩相矫正后的杨氏模量、泊松比；E_j0、λ_j0为该岩石相0.1Mpa围压条件下实测的某一杨氏模量、泊松比；j为某地区根据岩心划分的岩石相种类数；a_j、b_j、c_j、d_j为某种岩石相根据不同围压的三轴压缩实验数据拟合得到的系数。

在步骤2中，系数a_j、b_j、c_j、d_j受到三级构造单元、层位及岩石相类型的控制；因此该围压矫正模型的适用条件是相同凹陷相同层位相同岩石相类型。

在步骤3中，根据三轴压缩实验测量得的某一岩石相不同围压下杨氏模量E及泊松比λ(E_j0，λ_j0)、(E_j1，λ_j1)、(E_j2，λ_j2)、(E_j3，λ_j3)、(E_j4，λ_j4)，建立杨氏模量、泊松比与围压之间的数学统计关系，通过大量统计发现E与围压p，λ与围压p呈对数关系，所以利用对数拟合建立两者的关系，得到油藏围压条件下岩石静态力学参数的预测模型：

j为某地区根据岩心划分的岩石相种类数；A_j、B_j、C_j、D_j为某种岩石相根据不同围压的三轴压缩实验数据拟合得到的系数。

在步骤3中，系数A_j、B_j、C_j、D_j受到三级构造单元、层位及岩石相类型的控制，因此该岩石静态力学参数预测模型的适用条件是相同凹陷相同层位相同岩石相类型。

在步骤4中，利用声发射、差应变这些实验手段，测量油藏的围压，建立油藏围压与埋藏深度之间的关系图版。

在步骤4中，建立的油藏围压与埋藏深度之间的关系为：

式中S_H为水平最大主应力，Mpa；S_h为水平最小主应力，Mpa；H为油藏中部埋深，m；m为S_H与H的关系系数；n为S_h与H的关系系数。

在步骤5中，根据步骤2及步骤4的两个图版，将某一岩石相任意深度下大气压下的岩石静态力学参数矫正到油藏围压条件下；根据步骤3及步骤4的两个图版，预测未知区域不同岩石相油藏围压条件下的岩石静态力学参数。

本发明的油藏围压条件下岩石静态力学参数的矫正及预测方法，为大气压下测试的岩石力学参数提供一种可行的矫正方法，为油藏新区地质体的岩石力学参数预测提供了一种可行方法，在油藏钻井、地质力学问题及工程力学问题的力学参数选取中有很大的应用前景。

附图说明

图1为本发明油藏围压条件下岩石静态力学参数的矫正及预测方法的一具体实施例的流程图；

图2为本发明的一具体实施例中岩相类型划分图版；

图3为本发明的一具体实施例中岩石静态力学参数围压矫正图版；

图4为本发明的一具体实施例中岩石静态力学参数预测图版；

图5为本发明的一具体实施例中油藏围压预测图版。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出某一地区较佳实例，以杨氏模量为例，并配合所附图式，作详细说明如下。

如图1所示，图1为本发明油藏围压条件下岩石静态力学参数的矫正及预测方法的流程图。

在步骤101中，岩石相类型划分，根据取心井岩性资料划分目标区块的岩石相类型。区别于地质学岩石相划分，要根据岩石的岩性、层理类型及裂缝发育程度等划分岩石相类型，颗粒大小及排列方式、层理及裂缝发育程度都对岩石力学性质有较大的影响，划分岩相基本原则裂缝发育+层理类型+岩性，例如裂缝槽状交错层理细砂岩相、块状细砂岩相、小型交错层理粉砂岩相等。

在步骤102中，围压矫正图版建立，利用取心井岩心，在相近深度取不同岩石相岩石样品，每一岩石相类型取4-5块；将岩样饱和水，利用三轴压缩实验，在不同围压下测量岩石静态力学参数，根据实验数据，建立不同岩石相岩石静态力学参数围压矫正图版。在一实施例中，首先对区域内取心井进行观察描述，并划分取心井段的岩相类型，每一岩石相在相近深度水平向钻取标准岩样4-5块；将岩样饱和水，利用三轴压缩实验，一种岩石相，分0.1Mpa、Δp、2Δp、3Δp、4Δp围压(Δp为围压增加步长)，测量岩石力学参数杨氏模量E及泊松比λ(E₀，λ₀)、(E₁，λ₁)、(E₂，λ₂)、(E₃，λ₃)、(E₄，λ₄)，计算不同围压下岩石力学参数与0.1Mpa围压下的差(ΔE_i,Δλ_i)：

根据实验得到的ΔE_i与围压，Δλ_i与围压，建立不同岩相两者的数学关系，通过大量统计发现ΔE_i与围压，Δλ_i与围压呈对数关系，所以利用对数拟合建立两者的关系：

上式中，P为围压，a为ΔE与lnp的关系系数；b为ΔE与lnp的关系常数；c为Δλ与lnp的关系系数；d为Δλ与lnp的关系常数。依据上式得出杨氏模量及泊松比的围压矫正公式：

上式中，E'、λ'为矫正后的杨氏模量、泊松比，E₀、λ₀为大气压下(0.1Mpa)的实测某一杨氏模量及泊松比。

同理可以得到其他岩石相类型的力学参数的围压矫正公式，得出油藏围压条件下岩石力学参数的围压矫正模型，可以统一表达为：

上式中，E'_j，λ'_j为某种岩相矫正后的杨氏模量、泊松比；E_j0、λ_j0为该岩石相0.1Mpa围压实测的某一杨氏模量、泊松比；j为某地区根据岩心划分的岩石相种类数；a_j、b_j、c_j、d_j为某种岩石相根据不同围压的单轴压缩实验数据拟合得到的系数，该系数所受影响因素较多：①岩石相类型不同，其值不同；②相同岩石相类型不同盆地之间，其值也存在较大的差异，相同盆地不同凹陷之间也存在一定的差异，如济阳坳陷东营凹陷与沾化凹陷之间就存在较大的差异；③相同岩石相类型层位不同，其值也不同，如东营凹陷沙河街组与东营组之间就存在较大的差异。所以该围压矫正模型的适用条件是相同凹陷相同层位相同岩石相类型。

在步骤103中，岩石静态力学参数预测图版建立，利用不同围压下的实验数据，建立不同岩石相岩石静态力学参数与围压的关系图版。根据三轴压缩实验测量得的某一岩石相不同围压下杨氏模量E及泊松比λ(E_j0，λ_j0)、(E_j1，λ_j1)、(E_j2，λ_j2)、(E_j3，λ_j3)、(E_j4，λ_j4)，建立杨氏模量、泊松比与围压之间的数学统计关系，通过对济阳坳陷大量统计发现E与围压，λ与围压呈对数关系，所以利用对数拟合建立两者的关系，得到油藏围压条件下岩石静态力学参数的预测模型：

j为某地区根据岩心划分的岩石相种类数；A_j、B_j、C_j、D_j为某种岩石相根据不同围压的单轴压缩实验数据拟合得到的系数，该系数所受影响因素较多与a_j、b_j、c_j、d_j相近受到三级构造单元、层位及岩石相类型的控制。所以该岩石静态力学参数预测模型的适用条件是相同凹陷相同层位相同岩石相类型。该预测模型一般是在对油藏新区，没有取心井，无法进行岩石力学参数测试的条件下，对地下地质体的岩石力学参数进行预测，为钻完井工程设计提供较可靠的力学参数，应用过程中一定要注意其适用条件，根据对东营凹陷及沾化凹陷的预测结果与后期实测结果的对比发现，其吻合率在70％-90％之间。

在步骤104中，围压预测图版建立，利用声发射、差应变等实验手段，测量油藏的围压，建立油藏围压与埋藏深度之间的关系图版。在一实施例中，利用声发射、差应变等实验手段，测量岩石的围压条件，建立油藏围压与埋藏深度之间的关系：

式中S_H为水平最大主应力，Mpa；S_h为水平最小主应力，Mpa；H为油藏中部埋深，m；m为S_H与H的关系系数；n为S_h与H的关系系数。

在步骤105中，岩石静态力学参数围压矫正及预测，根据步骤102及步骤104的两个图版，将某一岩石相任意深度下大气压下的岩石静态力学参数矫正到油藏围压条件下；根据步骤103及步骤104的两个图版，预测未知区域不同岩石相的岩石静态力学参数。在步骤104得到油藏围压预测图版的基础上，依据该图版利用样品深度及预预测油藏地质体深度，得出其围压条件，根据步骤103及步骤104中的矫正及预测模型，可以对样品0.1Mpa围压测试的岩石力学参数进行矫正，对新区的岩石力学参数做出较准确的预测。

在应用本发明的一具体实施例中，特举出某一地区较佳实例，以杨氏模量为例，并配合所附图式，作详细说明如下。

在步骤1中，根据岩心观察划分岩石相类型(图2)。

在步骤2中，根据相同岩石相不同围压下测量的岩石力学参数，计算不同围压下岩石力学参数与0.1Mpa围压下的差值，建立差值与围压的关系(图3)，得出不同岩石相的围压矫正公式：

交错层状粉-细砂岩相E'_j＝E_j0+(2.1701ln p+4.9763)

块状砂砾岩相E'_j＝E_j0+(2.1363ln p+4.8484)

上式中，E'_j，λ'_j为某种岩相矫正后的杨氏模量、泊松比；E_j0、λ_j0为该岩石相0.1Mpa围压实测的某一杨氏模量、泊松比。

在步骤3中，根据相同岩石相不同围压下测量的岩石力学参数，直接建立岩石力学参数与围压的关系(图4)，得出不同岩石相岩石力学参数的预测图版。

在步骤4中，利用声发射、差应变等实验手段，测量岩石的围压条件，建立油藏围压与埋藏深度之间的关系(图5)。

在步骤5中，在步骤4得到油藏围压预测图版的基础上，依据该图版利用样品深度及预预测油藏地质体深度，得出其围压条件，根据步骤3及步骤4中的矫正及预测模型，可以对样品大气压下测试的岩石力学参数进行矫正，对新区的岩石力学参数做出较准确的预测，如表1所示。

表1部分大气压下样品油藏围压矫正及部分新区岩石力学参数预测结果

Claims (9)

1.油藏围压条件下岩石静态力学参数矫正及预测方法，其特征在于,该油藏围压条件下岩石静态力学参数矫正及预测方法包括：

步骤1，根据取心井岩性资料，划分目标区块的岩石相类型；

步骤2，建立不同岩石相岩石静态力学参数围压矫正图版；

步骤3，利用不同围压下的实验数据，建立不同岩石相围压条件下岩石静态力学参数预测图版；

步骤4，建立油藏围压与埋藏深度之间的关系图版；

步骤5，进行岩石静态力学参数围压矫正及预测；

在步骤2中，首先对区域内取心井进行观察描述，并划分取心井段的岩相类型，每一岩石相在相近深度水平向钻取标准岩样4-5块；将岩样饱和水，利用三轴压缩实验，一种岩石相，分0.1Mpa、Δp、2Δp、3Δp、4Δp围压，Δp为围压增加步长，测量岩石力学参数杨氏模量E及泊松比λ(E₀，λ₀)、(E₁，λ₁)、(E₂，λ₂)、(E₃，λ₃)、(E₄，λ₄)，计算不同围压下岩石力学参数与0.1Mpa围压下的差(ΔE_i,Δλ_i)：

根据实验得到的ΔE_i与围压，Δλ_i与围压，建立不同岩相两者的数学关系，通过大量统计发现ΔE_i与围压，Δλ_i与围压呈对数关系，所以利用对数拟合建立两者的关系：

式中a为ΔE与lnp的关系系数；b为ΔE与lnp的关系常数；c为Δλ与lnp的关系系数；d为Δλ与lnp的关系常数；

上式中，P为围压，依据上式得出杨氏模量及泊松比的围压矫正公式：

上式中，E'、λ'为矫正后的杨氏模量、泊松比，E₀、λ₀为0.1Mpa围压下的实测某一杨氏模量及泊松比；

同理得到其他岩石相类型的力学参数的围压矫正公式，得出油藏围压条件下岩石力学参数的围压矫正模型，统一表达为：

上式中，E_j’，λ_j’为某种岩相矫正后的杨氏模量、泊松比；E_j0、λ_j0为该岩石相0.1Mpa围压实测的某一杨氏模量、泊松比；j为某地区根据岩心划分的岩石相种类数；a_j、b_j、c_j、d_j为某种岩石相根据不同围压的三轴压缩实验数据拟合得到的系数。

2.根据权利要求1所述的油藏围压条件下岩石静态力学参数矫正及预测方法，其特征在于，在步骤1中，区别于地质学岩石相划分，根据岩石的岩性、层理类型及裂缝发育程度划分岩石相类型，颗粒大小及排列方式、层理及裂缝发育程度都对岩石力学性质有较大的影响，划分岩相基本原则为裂缝发育+层理类型+岩性。

3.根据权利要求2所述的油藏围压条件下岩石静态力学参数矫正及预测方法，其特征在于，在步骤1中，划分的岩相包括裂缝发育槽状交错层理细砂岩相、块状细砂岩相、小型交错层理粉砂岩相。

4.根据权利要求1所述的油藏围压条件下岩石静态力学参数矫正及预测方法，其特征在于，在步骤2中，系数a_j、b_j、c_j、d_j受到三级构造单元、层位及岩石相类型的控制；因此该围压矫正模型的适用条件是相同凹陷相同层位相同岩石相类型。

5.根据权利要求1所述的油藏围压条件下岩石静态力学参数矫正及预测方法，其特征在于，在步骤3中，根据三轴压缩实验测量得的某一岩石相不同围压下杨氏模量E及泊松比λ(E_j0，λ_j0)、(E_j1，λ_j1)、(E_j2，λ_j2)、(E_j3，λ_j3)、(E_j4，λ_j4)，建立杨氏模量、泊松比与围压之间的数学统计关系，通过大量统计发现E与围压p，λ与围压p呈对数关系，所以利用对数拟合建立两者的关系，得到油藏围压条件下岩石静态力学参数的预测模型：

j为某地区根据岩心划分的岩石相种类数；A_j、B_j、C_j、D_j为某种岩石相根据不同围压的三轴压缩实验数据拟合得到的系数。

6.根据权利要求5所述的油藏围压条件下岩石静态力学参数矫正及预测方法，其特征在于，在步骤3中，系数A_j、B_j、C_j、D_j受到三级构造单元、层位及岩石相类型的控制，因此该岩石静态力学参数预测模型的适用条件是相同凹陷相同层位相同岩石相类型。

7.根据权利要求1所述的油藏围压条件下岩石静态力学参数矫正及预测方法，其特征在于，在步骤4中，利用声发射、差应变这些实验手段，测量油藏的围压，建立油藏围压与埋藏深度之间的关系图版。

8.根据权利要求7所述的油藏围压条件下岩石静态力学参数矫正及预测方法，其特征在于，在步骤4中，建立的油藏围压与埋藏深度之间的关系为：

式中S_H为水平最大主应力，Mpa；S_h为水平最小主应力，Mpa；H为油藏中部埋深，m；m为S_H与H的关系系数；n为S_h与H的关系系数。

9.根据权利要求1所述的油藏围压条件下岩石静态力学参数矫正及预测方法，其特征在于，在步骤5中，根据步骤2及步骤4的两个图版，将某一岩石相任意深度下大气压下的岩石静态力学参数矫正到油藏围压条件下；根据步骤3及步骤4的两个图版，预测未知区域不同岩石相油藏围压条件下的岩石静态力学参数。

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