CN110058323A - 一种致密砂岩地层脆性指数计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种致密砂岩地层脆性指数计算方法，其技术特点在于：包括以下步骤：步骤1、采集研究区多口井目标层段的测井曲线数据；步骤2、计算动态杨氏模量E_d；步骤3、计算地层动态泊松比μd；步骤4、确定回归计算公式，并计算静态样式模量E_s和静态泊松比μ_s；步骤5、采用Rickman方法计算地层脆性指数。本发明可用于致密砂岩地层脆性指数研究，为钻探压裂提供目标层参考。

Description

一种致密砂岩地层脆性指数计算方法

技术领域

本发明属于石油勘探技术领域，涉及岩石地层的脆性指数计算方法，尤其是一种致密砂岩地层脆性指数计算方法。

背景技术

岩石的脆性指数是致密砂岩油气体积压裂设计中应考虑的重要因素之一，也是测井“七性关系”研究的重要内容之一。国内外针对非常规储集层岩石脆性指数开展了大量研究工作，在测井评价中主要采用岩石弹性参数计算法和岩石矿物组分计算法计算岩石脆性指数。

在实际研究过程中，由于钻井取芯造价昂贵，花费巨大，一般仅选择部分井段或部分位置取样，然后对岩样开展实验研究和相关分析。通常情况下岩样还是非连续性的。

地层脆性指数可以通过对岩样进行岩石物理实验，获取相关弹性力学参数，使用经典Rickman公式进行计算获得。也可以对岩样开展矿物组分分析，计算脆性矿物含量占总矿物含量百分比来定义脆性指数。

两种方法都具有良好的适用性，但由于岩样仅能代表井段某一处或者某一段地层的特征，无法反映所有目标层段的属性特征。测井资料是深度连续的，而且全井段均具备，测井资料中岩性系列、孔隙度系列、电阻系列等从各个不同的地球物理角度表征地层特征。如果将岩样分析与测井资料标定结合，就可以从点到面获取全目标层段脆性指数属性特征。

在非常规储集层测井评价中，通常应用岩石脆性表示储集层岩石的压裂难易程度，但当前尚无关于岩石脆性的明确定义及岩石物理测量方法，多用于定性描述中，并且不同地区不同脆性指数计算方法的计算结果差异很大。

一般认为，脆性指数与岩石矿物成分、岩石力学性质等密切相关，杨氏模量越大，泊松比越小，岩石脆性指数越高，越容易破裂形成复杂裂缝。脆性指数较高的储集层一般性质硬脆，受构造运动的影响，其天然裂缝发育，对压裂作业非常敏感，能迅速形成复杂的网状裂缝，对提高产能有很好的帮助，而脆性指数低的储集层一般形成简单的双翼型裂缝。

地层脆性指数计算方法一般采用经典的Rickman公式，即标准化后的静态杨氏模量与标准化后的静态泊松比各取50％后相加。这个定义是在实验室测定后建立的，其中的杨氏模量与泊松比均属于静态弹性参数。使用测井资料计算的结果属于动态弹性参数，两者之间还存在一定的转换关系。

实验室内测定的弹性力学参数为静态参数，选取多块样品进行实验测定获得弹性力学属性，如杨氏模量和泊松比，然后利用具有阵列声波测井资料的井从测井方面进行动态计算获得弹性力学参数，两者进行统计回归，实现静态和动态参数之间的转换。

同时在求取弹性杨氏模量、泊松比参数时都会使用横波速度资料，这在一般的研究区块都是缺失的。老的油田区块或者研究区仅有少数井或部分井提供横波测井资料。现有岩石脆性计算方法一般都会受限于资料的缺乏，导致计算精度有限，影响后续地层压裂技术的选择。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、简易实用、且计算结果准确可靠的致密砂岩地层脆性指数计算方法。

本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：

一种致密砂岩地层脆性指数计算方法，包括以下步骤：

步骤1、采集研究区多口井目标层段的测井曲线数据，包括自然伽马、纵波时差、横波时差和补偿密度曲线；

步骤2、计算动态杨氏模量E_d；

步骤3、计算地层动态泊松比μ_d；

步骤4、确定回归计算公式，并计算静态样式模量E_s和静态泊松比μ_s；

步骤5、采用Rickman方法计算地层脆性指数。

而且，所述步骤2的具体步骤包括：

(1)对已有纵波时差和横波时差分别转换为纵波速度、横波速度；

(2)加入补偿密度计算动态杨氏模量E_d。

而且，所述步骤2第(2)步的具体步骤包括：

①构建目标研究层段泥页岩、粉砂岩的横波速度解释模型：

对于岩性为泥页岩时：Δt_s＝2.0371Δt_p+52.8731ρ-188.421

对于岩性为粉砂岩时：Δt_s＝1.3885Δt_p+31.9774ρ+2.9067

上式中，Δt_s为横波时差，Δt_p为纵波时差，ρ为补偿密度；

②利用GR曲线计算目标层段泥质含量，设立纯砂岩段GR响应值GR1和纯泥岩段GR响应值GR2，采用如下公式计算泥质含量曲线：

SH＝(GR-GR2)/(GR1-GR2)

上式中，GR为测井值，SH为计算的泥质含量；

并设定门槛值取SH<0.3时认为是粉砂岩段，其余岩性均为泥页岩；

即：IF SH<0.3SH_clean＝1；THEN SH_clean＝0。

上式中，SH_clean为砂岩指示参数，当取值为1时为粉砂岩，取值为0时为泥页岩。

③在横波时差计算完毕后，可以使用倒数的方法将纵波时差和横波时差转换为纵波速度V_p和横波速度V_s；

V_p＝1000000/Δt_p

V_s＝1000000/Δt_s

④利用如下公式计算杨氏模量E_d:

而且，所述步骤3的具体方法为：利用已获得的纵波速度V_p和横波速度V_s，直接计算泊松比μ_d：

而且，所述步骤4的具体步骤包括：

(1)确定回归计算公式：实验室测定的为静态参数，而测井计算的结果为动态参数，选择研究区多口井在同一深度点同时具有实验室测定的杨氏模量、泊松比与测井结算结果进行线性回归分析，获得动态与静态岩石力学参数转换关系式。

(2)静态杨氏模量计算方法为：E_s＝0.8425E_d-1522.4

(3)静态泊松比参数计算方法为：μ_s＝3.330μ_d-0.6435

而且，所述步骤5的计算地层脆性指数的计算公式为：

本发明的优点和有益效果：

本发明为了获得准确的弹性参数计算结果，在某区块开展了致密砂层地层脆性指数计算研究，通过建立纵波速度、体积密度与横波速度之间的转换关系以及横波速度计算公式、静态弹性参数与动态弹性参数之间的回归转换关系，形成了适于致密砂岩地层脆性指数计算方法流程。该方法可用于致密砂岩地层脆性指数研究，为钻探压裂提供目标层参考。

附图说明

图1为本发明的处理流程图；

图2为采用本发明方法在XSW研究区内H57井致密砂岩层段脆性指数计算结果示意图；

图3为采用本发明方法在XSW研究区内H45井致密砂岩层段脆性指数计算结果示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：

一种致密砂岩地层脆性指数计算方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1、采集研究区多口井目标层段的测井曲线数据，包括自然伽马、纵波时差、横波时差和补偿密度曲线；

步骤2、计算动态杨氏模量E_d；

所述步骤2的具体步骤包括：

(1)对已有纵波时差和横波时差分别转换为纵波速度、横波速度；

(2)加入补偿密度计算动态杨氏模量E_d。

如果井不存在横波时差时，需要进行纵横波时差转换。

由于计算过程中需要横波时差资料，而大多数井是无法测定横波时差的，因此需要利用现有纵波时差和补偿密度曲线转换以获取横波时差。

所述步骤2第(2)步的具体步骤包括：

①利用标准井阵列声波(XMAC)测井资料，以实测横波时差数据为约束，分泥页岩和粉砂岩两种不同岩性，通过横波时差与纵波时差、密度测井数据的最小二乘法拟合，建立经验关系式，构建目标研究层段泥页岩、粉砂岩的横波速度解释模型：

对于岩性为泥页岩时：Δt_s＝2.0371Δt_p+52.8731ρ-188.421

对于岩性为粉砂岩时：Δt_s＝1.3885Δt_p+31.9774ρ+2.9067

上式中，Δt_s为横波时差，Δt_p为纵波时差，ρ为补偿密度；

②利用GR曲线计算目标层段泥质含量，设立纯砂岩段GR响应值GR1和纯泥岩段GR响应值GR2，采用如下公式计算泥质含量曲线：

SH＝(GR-GR2)/(GR1-GR2)

上式中，GR为测井值，SH为计算的泥质含量；

并设定门槛值取SH<0.3时认为是粉砂岩段，其余岩性均为泥页岩；

即：IF SH<0.3SH_clean＝1；THEN SH_clean＝0。

上式中，SH_clean为砂岩指示参数，当取值为1时为粉砂岩，取值为0时为泥页岩。

③在横波时差计算完毕后，可以使用倒数的方法将纵波时差和横波时差转换为纵波速度V_p和横波速度V_s；

V_p＝1000000/Δt_p

V_s＝1000000/Δt_s

④利用如下公式计算杨氏模量E_d:

步骤3、计算地层动态泊松比μ_d；

使用已有的纵横波速度开展泊松比计算，获得目标层段的泊松比值；

所述步骤3的具体方法为：利用已获得的纵波速度V_p和横波速度V_s，直接计算泊松比μ_d：

由于岩石的各向异性及非均质性，导致其动态力学参数和静态力学参数有一定差别。岩石力学研究和实施钻井、压裂的实际工程应用中，所依据的主要是三轴压缩实验确定的静态力学参数，因此最好的方法是在搞清动、静态力学参数性质的基础上，通过线性回归建立两者的相互关系，利用实验静态力学参数来标定测井解释的动态力学参数，实现由动态力学参数到静态力学参数的校正。

步骤4、确定回归计算公式，并计算静态样式模量E_s和静态泊松比μ_s:

所述步骤4的具体步骤包括：

(1)确定回归计算公式：

(2)静态杨氏模量计算方法为：E_s＝0.8425E_d-1522.4

(3)静态泊松比参数计算方法为：μ_s＝3.330μ_d-0.6435

步骤5、采用Rickman方法计算地层脆性指数：

上式中，B为地层脆性指数，E_s为静态杨氏模量，μ_s为静态泊松比。

图2和图3分别为采用本发明方法在XSW研究区内H57井致密砂岩层段脆性指数计算结果示意图和采用本发明方法在XSW研究区内H45井致密砂岩层段脆性指数计算结果示意图。

需要强调的是，本发明所述实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种致密砂岩地层脆性指数计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、采集研究区多口井目标层段的测井曲线数据，包括自然伽马、纵波时差、横波时差和补偿密度曲线；

步骤2、计算动态杨氏模量E_d；

步骤3、计算地层动态泊松比μ_d；

步骤4、确定回归计算公式，并计算静态样式模量E_s和静态泊松比μ_s；

步骤5、采用Rickman方法计算地层脆性指数。

2.根据权利要求1所述的一种致密砂岩地层脆性指数计算方法，其特征在于：所述步骤2的具体步骤包括：

(1)对已有纵波时差和横波时差分别转换为纵波速度、横波速度；

(2)加入补偿密度计算动态杨氏模量E_d。

3.根据权利要求2所述的一种致密砂岩地层脆性指数计算方法，其特征在于：所述步骤2第(2)步的具体步骤包括：

①构建目标研究层段泥页岩、粉砂岩的横波速度解释模型：

对于岩性为泥页岩时：Δt_s＝2.0371Δt_p+52.8731ρ-188.421

对于岩性为粉砂岩时：Δt_s＝1.3885Δt_p+31.9774ρ+2.9067

上式中，Δt_s为横波时差，Δt_p为纵波时差，ρ为补偿密度；

②利用GR曲线计算目标层段泥质含量，设立纯砂岩段GR响应值GR1和纯泥岩段GR响应值GR2，采用如下公式计算泥质含量曲线：

SH＝(GR-GR2)/(GR1-GR2)

上式中，GR为测井值，SH为计算的泥质含量；

并设定门槛值取SH<0.3时认为是粉砂岩段，其余岩性均为泥页岩；

即：IF SH<0.3 SH_clean＝1；THEN SH_clean＝0；

上式中，SH_clean为砂岩指示参数，当取值为1时为粉砂岩，取值为0时为泥页岩；

③在横波时差计算完毕后，可以使用倒数的方法将纵波时差和横波时差转换为纵波速度V_p和横波速度V_s；

V_p＝1000000/Δt_p

V_s＝1000000/Δt_s

④利用如下公式计算杨氏模量E_d:

4.根据权利要求1所述的一种致密砂岩地层脆性指数计算方法，其特征在于：所述步骤3的具体方法为：利用已获得的纵波速度V_p和横波速度V_s，直接计算泊松比μ_d：

5.根据权利要求1所述的一种致密砂岩地层脆性指数计算方法，其特征在于：所述步骤4的具体步骤包括：

(1)确定回归计算公式：实验室测定的为静态参数，而测井计算的结果为动态参数，选择研究区多口井在同一深度点同时具有实验室测定的杨氏模量、泊松比与测井结算结果进行线性回归分析，获得动态与静态岩石力学参数转换关系式。

(2)静态杨氏模量计算方法为：E_s＝0.8425E_d-1522.4

(3)静态泊松比参数计算方法为：μ_s＝3.330μ_d-0.6435。

6.根据权利要求1所述的一种致密砂岩地层脆性指数计算方法，其特征在于：所述步骤5的计算地层脆性指数的计算公式为：

上式中，B为地层脆性指数，E_s为静态杨氏模量，μ_s为静态泊松比。