CN109238854B - 一种确定破裂岩石裂缝面积的致密储层可压性评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及的是一种确定破裂岩石裂缝面积的致密储层可压性评价方法，具体为：一、选取某区块岩石，制备密岩样试件；二、使用三轴压缩试验机对致密岩样试件进行三轴压缩试验；三、根据三轴压缩试验的轴向应力应变曲线计算致密岩样试件破裂时消耗的表面能；四、制备圆盘形岩样，对其进行巴西劈裂试验，记录圆盘形岩样破裂时的载荷，计算岩样的抗拉强度；五、计算圆盘形岩样的比表面能；六、计算三轴压缩试验致密岩样试件发生破裂后的裂缝面积；七、选取该区块不同位置的多个致密岩样试件，重复步骤一至六，对不同位置的致密岩样进行可压性评价。本发明以岩石破裂后内部形成的裂缝面积作为可压性的评价指标，能科学的反映可压性的物理内涵。

Description

一种确定破裂岩石裂缝面积的致密储层可压性评价方法
技术领域
本发明涉及致密储层压裂技术，具体涉及一种确定破裂岩石裂缝面积的致密储层可压性评价方法。
背景技术
致密储层具有低孔低渗的特点，为最大限度的提高其开发效益，需要对其储层岩石的可压性进行评价，优选出可压性良好容易形成缝网的井段进行压裂，从而提高压裂效果和单井产能。可压性是指储层形成复杂裂缝网络的难易程度，是用来衡量储层有效改造难易程度的参数。储层可压性好，表明该储层经过水力压裂较易形成复杂缝网，压裂改造效果较好；储层可压性差，则表明压裂后形成的裂缝形态比较简单，很难形成复杂的缝网，储层增产改造效果较差。
目前国内外主要以岩石脆性作为表征致密储层可压性的评价指标，部分学者还通过断裂韧性、岩石内摩擦角、总有机碳含量以及镜质体反射率等参数中的一个或者几个参数的组合作为表征可压性的指标。这些致密储层可压性评价方法的缺点主要体现在：
(1)岩石的脆性和可压性是不同的概念，用岩石脆性来表征储层可压性的方法存在一定的缺陷：①岩石脆性是指岩石在外力作用下变形很小即发生破裂的性质，可压性是指储层岩石破裂后形成复杂裂缝网络的难易程度，二者在物理内涵上存在较大的差别；②岩石的脆性主要通过岩石的物理力学性质(例如弹性模量与泊松比、硬度、抗压强度、应力跌落程度等)和矿物组成(脆性矿物含量)来表征，无论是岩石的物理力学性质和矿物组成均不能与可压性表征的复杂缝网特征一致，同时用来评价岩石脆性的方法和参数都具有各自的优缺点和适用条件，用不同方法表征的岩石脆性具有一定的差异。
(2)断裂韧性、岩石内摩擦角是岩石力学性质的一种表征，并不能反映破裂后岩石内部的裂缝特征，也不宜用来表征可压性；
(3)可压性指的是储层岩石能否通过压裂被有效改造的工程特征，而总有机碳含量以及镜质体反射率等参数是用来反映储层含油气特征的参数，因此总有机碳含量以及镜质体反射率等参数不能反映储层岩石的工程可压性。
可压性是指储层形成复杂裂缝网络的难易程度，现有的可压性评价法都存在一定的缺陷，亟需一种科学的储层可压性评价方法，真实的反映储层岩石可压性的物理内涵，从而为致密储层压裂选井、选层提供指导，提高致密储层的压裂改造效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种确定破裂岩石裂缝面积的致密储层可压性评价方法，这种确定破裂岩石裂缝面积的致密储层可压性评价方法用于解决现有致密储层可压性评价方法不能真实的反映储层岩石可压性的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种确定破裂岩石裂缝面积的致密储层可压性评价方法包括如下步骤：
步骤一、选取某区块岩石，用于制备φ25mm×50mm的致密岩样试件；
步骤二、使用三轴压缩试验机对致密岩样试件进行三轴压缩试验，先将围压以恒定速率加至预定值σ3，再轴向加载直至破坏，获取轴向应力应变曲线及相应的径向应变；
步骤三、根据三轴压缩试验的轴向应力应变曲线计算致密岩样试件破裂时消耗的表面能Eb：
Figure BDA0001835939790000021
式中：Eb为三轴压缩试验致密岩样试件破裂时消耗的表面能，KJ；ε1为轴向应变，无量纲；εc为强度极限时的轴向应变，无量纲；εd为轴向残余应变，无量纲；σ1为轴向应力，MPa；σ3为围压，MPa；σc为极限强度，MPa；σd为残余应力，MPa；E为弹性模量，GPa；v为泊松比，无量纲；
步骤四、制备φ50mm×25mm的圆盘形岩样，对其进行巴西劈裂试验，记录圆盘形岩样破裂时的载荷P，并计算岩样的抗拉强度：
Figure BDA0001835939790000031
式中：P为圆盘形岩样破裂时的载荷，N；R为圆盘形岩样的半径，mm；t为圆盘形岩样的厚度，mm；St为圆盘形岩样的抗拉强度，MPa；α为加载角的一半，°；
步骤五、计算圆盘形岩样的比表面能GIC：
Figure BDA0001835939790000032
式中：GIC为岩石破裂时消耗的比表面能，KJ/mm2；P为巴西劈裂试验圆盘形岩样破裂时的载荷，N；α为圆盘加载角的一半，°，σ3为围压，MPa；
步骤六、计算三轴压缩试验致密岩样试件发生破裂后的裂缝面积：
A＝Eb/GIC (4)
式中：A为破裂后致密岩样试件的裂缝面积，mm2；
步骤七、选取该区块不同位置的多个致密岩样试件，重复步骤一至六，得到多块致密岩样试件破裂后的裂缝面积，统计分析确定该区块致密岩石可压性评价的相对评价等级和划分标准，并对不同位置的致密岩样进行可压性评价。
上述方案中制备φ25mm×50mm的致密岩样试件时，要求致密岩样试件两端面相互平行，致密岩样试件不平整度误差不大于0.5mm，致密岩样试件高度的误差不得大于0.3mm，致密岩样试件端面应垂直于致密岩样试件轴线，最大偏差不得大于0.25°。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明以岩石破裂后内部形成的裂缝面积作为可压性的评价指标，裂缝面积越大代表裂缝越复杂，更能科学的反映可压性的物理内涵；
(2)本发明通过三轴压缩试验的应力应变曲线和巴西劈裂试验来确定岩石破裂后内部形成的裂缝面积，方法简单易行，便于实际应用；
(3)本发明提出的致密储层可压性评价方法具有普遍适用性，能够为致密储层压裂选井、选层提供可靠的依据。
具体实施方式
下面对本发明作进一步的说明：
这种确定破裂岩石裂缝面积的致密储层可压性评价方法包括如下步骤：
步骤一、选取某区块岩石，用于制备φ25mm×50mm的致密岩样试件，要求致密岩样试件两端面相互平行，致密岩样试件不平整度误差不大于0.5mm，致密岩样试件高度的误差不得大于0.3mm，致密岩样试件端面应垂直于致密岩样试件轴线，致密岩样试件端面最大偏差不得大于0.25°。
步骤二、使用三轴压缩试验机对致密岩样试件进行三轴压缩试验，先将围压以恒定速率加至预定值σ3，再轴向加载直至破坏，获取轴向应力应变曲线及相应的径向应变。
步骤三、根据三轴压缩试验的轴向应力应变曲线计算致密岩样试件破裂时消耗的表面能Eb：
Figure BDA0001835939790000041
式中：Eb为三轴压缩试验致密岩样试件破裂时消耗的表面能，KJ；ε1为轴向应变，无量纲；εc为强度极限时的轴向应变，无量纲；εd为轴向残余应变，无量纲；σ1为轴向应力，MPa；σ3为围压，MPa；σc为极限强度，MPa；σd为残余应力，MPa；E为弹性模量，GPa；v为泊松比，无量纲。
步骤四、制备φ50mm×25mm的圆盘形岩样，对其进行巴西劈裂试验，记录圆盘形岩样破裂时的载荷P，并计算岩样的抗拉强度：
Figure BDA0001835939790000042
式中：P为圆盘形岩样破裂时的载荷，N；R为圆盘形岩样的半径，mm；t为圆盘形岩样的厚度，mm；St为圆盘形岩样的抗拉强度，MPa；α为加载角的一半，°。
步骤五、计算圆盘形岩样的比表面能GIC：
Figure BDA0001835939790000051
式中：GIC为岩石破裂时消耗的比表面能，KJ/mm2；P为巴西劈裂试验圆盘形岩样破裂时的载荷，N；α为圆盘加载角的一半，°，σ3为围压，MPa。
步骤六、计算三轴压缩试验致密岩样试件发生破裂后的裂缝面积：
A＝Eb/GIC (4)
式中：A为破裂后致密岩样试件的裂缝面积，mm2。
步骤七、选取该区块不同位置的多个致密岩样试件，重复步骤一至六，得到多块岩样破裂后的裂缝面积，统计分析确定该区块致密岩石可压性评价的相对评价等级和划分标准，并对不同位置的致密岩样进行可压性评价。

Claims (2)

1.一种确定破裂岩石裂缝面积的致密储层可压性评价方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一、选取某区块岩石，用于制备φ25mm×50mm的致密岩样试件；
步骤二、使用三轴压缩试验机对致密岩样试件进行三轴压缩试验，先将围压以恒定速率加至预定值σ3，再轴向加载直至破坏，获取轴向应力应变曲线及相应的径向应变；
步骤三、根据三轴压缩试验的轴向应力应变曲线计算致密岩样试件破裂时消耗的表面能Eb：
Figure FDA0002930699310000011
式中：Eb为三轴压缩试验致密岩样试件破裂时消耗的表面能，KJ；ε1为轴向应变，无量纲；εc为极限强度时的轴向应变，无量纲；εd为轴向残余应变，无量纲；σ1为轴向应力，MPa；σ3为围压，MPa；σc为极限强度，MPa；σd为残余应力，MPa；E为弹性模量，GPa；v为泊松比，无量纲；
步骤四、制备φ50mm×25mm的圆盘形岩样，对其进行巴西劈裂试验，记录圆盘形岩样破裂时的载荷P，并计算岩样的抗拉强度：
Figure FDA0002930699310000012
式中：P为圆盘形岩样破裂时的载荷，N；R为圆盘形岩样的半径，mm；t为圆盘形岩样的厚度，mm；St为圆盘形岩样的抗拉强度，MPa；α为加载角的一半，°；
步骤五、计算圆盘形岩样的比表面能GIC：
Figure FDA0002930699310000013
式中：GIC为圆盘形岩样破裂时消耗的比表面能，KJ/mm2；
步骤六、计算三轴压缩试验致密岩样试件发生破裂后的裂缝面积：
A＝Eb/GIC (4)
式中：A为破裂后致密岩样试件的裂缝面积，mm2；
步骤七、选取该区块不同位置的多个致密岩样试件，重复步骤一至六，得到多块致密岩样试件破裂后的裂缝面积，统计分析确定该区块致密岩石可压性评价的相对评价等级和划分标准，并对不同位置的致密岩样进行可压性评价。
2.根据权利要求1所述的确定破裂岩石裂缝面积的致密储层可压性评价方法，其特征在于：所述的制备φ25mm×50mm的致密岩样试件时，要求致密岩样试件两端面相互平行，致密岩样试件不平整度误差不大于0.5mm，致密岩样试件高度的误差不得大于0.3mm；致密岩样试件端面应垂直于致密岩样试件轴线，偏差不得大于0.25°。
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