CN110426405A - 一种页岩超临界co2压裂试验分析方法 - Google Patents

一种页岩超临界co2压裂试验分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种页岩超临界CO2压裂试验分析方法，对超临界CO2压裂试验后的立方体岩心进行CT扫描，通过对比压裂前后的CT图像，识别压裂诱导裂缝，数字化裂缝的空间位置信息，计算其分布均匀度指数，从而评价压裂的效果。本发明在运用分析后，可以定量评价页岩超临界CO2压裂形成均布裂缝的能力，可以比较超临界CO2压裂与水力压裂的诱导裂缝的分布差异，分析压裂改造中形成高度复杂裂缝的重要因素，本方法可满足油气勘探开发相关领域的页岩压裂试验评价的实际需求。

Description

一种页岩超临界CO2压裂试验分析方法
技术领域
本发明涉及页岩超临界CO2压裂试验技术领域，具体涉及一种岩心超临界CO2压裂后诱导裂缝分布均匀程度的定量表征方法。
背景技术
近年来，水力压裂技术在页岩气革命中发挥了重要作用。然而，由于该方法对用水量和环境质量的影响，环境保护组织反对该技术。许多学者对水力压裂的各个方面进行了研究，包括水力压裂的替代技术。特别是，超临界CO2压裂技术引起了人们的关注。为了评价超临界CO2压裂技术对页岩的压裂改造效果，我们提出了一种页岩超临界CO2压裂试验分析方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中针对页岩超临界CO2压裂试验的造缝效果的定量评价方法的不足，而提出的一种页岩超临界CO2压裂试验分析方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种页岩超临界CO2压裂试验分析方法，对超临界CO2压裂试验后的立方体岩心进行CT扫描，通过对比压裂前后的CT图像，识别压裂诱导裂缝，数字化裂缝的空间位置信息，计算其分布均匀度指数，从而评价压裂的效果。
进一步的，页岩压裂试验后诱导裂缝分布均匀度指数的定量表征方法，具体步骤如下：
S1、压裂诱导裂缝位置信息数字化准备工作,基于页岩岩心压裂前后的CT扫描图像，将压裂诱导裂缝的空间位置信息通过图像处理技术展现在多张的二维图像中,具体操作为：二值化CT图像，存在压裂诱导裂缝的位置为1，其他位置为0,基于由此得到的只包含0与1两种元素的二值稀疏矩阵，根据以下方法计算压裂诱导裂缝的分布均匀度指数；
S2、将100mm×100mm×100mm的立方体岩心沿长、宽、高方向各2分n次，分为8n(n＝0,1,2,...)个小立方体，每一个小立方体的边长是100/2nmm，超临界CO2压裂过程中所产生的诱导裂缝的位置必然位于这些小立方体中的某一个，或跨越位于多个小立方体中，在这些小立方体中，包括压裂诱导裂缝的立方体的总数记为函数g(n)，程序在具体计算时通过搜索表征压裂诱导裂缝的位置的二值稀疏矩阵中是否存在“1”来实现，将函数f(n)定义为包含压裂诱导裂缝的立方体个数占划分形成的立方体总数(即8n)的比值，即：
S3、将函数f(n)的图形绘制在坐标系中，计算由曲线f(n)和曲线f0(n)所包围的面积记为S，由曲线f1(n)和曲线f0(n)所包围的面积记为s1，两者面积的比值S/S1定义为压裂诱导裂缝的分布均匀度指数，其中函数f1(n)和函数f0(n)的定义为：
在分布均匀度指数的计算中，划分次数n的选择可根据分析目的不同选取不同的值，如果主要分析毫米级裂缝的分布，划分次数n的最大值取为6；如果主要分析微米级裂缝的分布，划分次数n的最大值取为16；如果主要分析纳米级裂缝的分布，划分次数n的最大值取为26，且所分析的裂缝尺度可表示为其中，l表示页岩岩心试件的尺度，n表示最大划分次数。
本发明提出的一种页岩超临界CO2压裂试验分析方法，有益效果在于：本发明基于页岩的CT扫描图像，提出了一种可以表征压裂诱导裂缝分布均匀程度的定量指标，及利用该指标评价超临界CO2压裂的造缝效果的分析方法。本发明在运用的过程中，可分析岩心中所含的原始自然微裂纹的总数和数量对页岩的力学性能和超临界CO2压裂的改造效果的显著影响；定量地比较在特定条件下，超临界二氧化碳压裂与水力压裂的油气回收效果。本发明适用但不限于立方体岩心超临界CO2压裂，对圆柱或其它形状的岩心压裂后的诱导裂缝分布均匀度分析也适用。
附图说明
图1是本发明的流程示意图；
图2是将立方体岩心沿长宽高方向各2分n次(如图中n＝2时，模型划分成8n＝64个小立方体)的示意图；
图3是分布均匀度指数为曲线f(n)和曲线f0(n)所包围的面积与曲线f1(n)和曲线f0(n)所包围的面积的比值示意图；
图4是裂缝位置信息数字化的示意图；
图5是表示裂缝位置信息的数字矩阵的示意图；
图6是将岩心划分2次，计算含裂缝的小立方体所占比值的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。
参照图1-3，一种页岩超临界CO2压裂试验分析方法，对超临界CO2压裂试验后的立方体岩心进行CT扫描，通过对比压裂前后的CT图像，识别压裂诱导裂缝，数字化裂缝的空间位置信息，计算其分布均匀度指数，从而评价压裂的效果。
页岩压裂试验后诱导裂缝分布均匀度指数的定量表征方法，具体步骤如下：
S1、压裂诱导裂缝位置信息数字化准备工作,基于页岩岩心压裂前后的CT扫描图像，将压裂诱导裂缝的空间位置信息通过图像处理技术展现在多张的二维图像中,具体操作为：二值化CT图像，存在压裂诱导裂缝的位置为1，其他位置为0,基于由此得到的只包含0与1两种元素的二值稀疏矩阵，根据以下方法计算压裂诱导裂缝的分布均匀度指数；
S2、将100mm×100mm×100mm的立方体岩心沿长、宽、高方向各2分n次，分为8n(n＝0,1,2,…)个小立方体，每一个小立方体的边长是100/2nmm，超临界CO2压裂过程中所产生的诱导裂缝的位置必然位于这些小立方体中的某一个，或跨越位于多个小立方体中，在这些小立方体中，包括压裂诱导裂缝的立方体的总数记为函数g(n)，程序在具体计算时通过搜索表征压裂诱导裂缝的位置的二值稀疏矩阵中是否存在“1”来实现，将函数f(n)定义为包含压裂诱导裂缝的立方体个数占划分形成的立方体总数(即8n)的比值，即：
S3、将函数f(n)的图形绘制在坐标系中，计算由曲线f(n)和曲线f0(n)所包围的面积记为S，由曲线f1(n)和曲线f0(n)所包围的面积记为S1，两者面积的比值S/S1定义为压裂诱导裂缝的分布均匀度指数，其中函数f1(n)和函数f0(n)的定义为：
在分布均匀度指数的计算中，划分次数n的选择可根据分析目的不同选取不同的值，如果主要分析毫米级裂缝的分布，划分次数n的最大值取为6；如果主要分析微米级裂缝的分布，划分次数n的最大值取为16；如果主要分析纳米级裂缝的分布，划分次数n的最大值取为26，且所分析的裂缝尺度可表示为其中，l表示页岩岩心试件的尺度，n表示最大划分次数。
实施例1
参照图4-6，下面以分析毫米级压裂诱导裂缝为例，划分次数n的最大值取为6，利用本发明的方法对超临界CO2压裂试验结果进行分析，包括如下步骤：
S1、压裂诱导裂缝位置信息数字化准备工作。基于页岩岩心压裂前后的CT扫描图像，将压裂诱导裂缝的空间位置信息通过图像处理技术展现在多张的二维图像中，具体操作为：二值化CT图像，存在压裂诱导裂缝的位置为1，其他位置为0，基于由此得到的只包含0与1两种元素的二值稀疏矩阵，便于理解，将多个表示压裂诱导裂缝的位置信息的矩阵叠放成三维图显示，如图4、图5所示。
S2、将100mm×100mm×100mm的立方体岩心沿长、宽、高方向各2分n次，分为8n(n＝0,1,2,…)个小立方体，每一个小立方体的边长是100/2nmm，如图6所示为划分2次时的情况，超临界CO2压裂过程中所产生的诱导裂缝的位置必然位于这些小立方体中的某一个，或跨越位于多个小立方体中，在这些小立方体中，包括压裂诱导裂缝的立方体的总数记为函数g(n)，程序在具体计算时可通过搜索表征压裂诱导裂缝的位置的二值稀疏矩阵中是否存在“1”来实现，计算函数f(n)的数值，即包含压裂诱导裂缝的立方体个数占划分形成的立方体总数(即8n)的比值，也即：
依次将岩心划分0次、1次、…、6次，分别计算出含裂缝的小立方体所占比值f(0)、f(1)、…、f(6)，其结果如表1所示。
表1
S3、将函数f(n)的图形绘制在如图2所示的坐标系中，计算由曲线f(n)和曲线f0(n)所包围的面积，其结果为S＝1.651，由曲线f1(n)和曲线f0(n)所包围的面积为S1＝5.357，压裂诱导裂缝的分布均匀度指数即为两者面积的比值S/S1＝0.308。
综上所述：压裂诱导裂缝的分布均匀度指数从一定程度上定量地表征了裂缝空间位置分布的均匀程度，本发明在运用的过程中，可分析岩心中所含的原始自然微裂纹的总数和数量对页岩的力学性能和超临界CO2压裂的改造效果的显著影响；利用本发明通过对比不同试验条件下诱导裂缝的分布情况，可以对超临界CO2压裂试验的结果进行分析，如对非常规储层的孔隙、裂隙分布、地应力等特征对于超临界CO2压裂的人工诱导裂缝扩展演化的影响机制进行了研究。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种页岩超临界CO2压裂试验分析方法，其特征在于，对超临界CO2压裂试验后的立方体岩心进行CT扫描，通过对比压裂前后的CT图像，识别压裂诱导裂缝，数字化裂缝的空间位置信息，计算其分布均匀度指数，从而评价压裂的效果。
2.根据权利要求1所述的一种页岩超临界CO2压裂试验分析方法，其特征在于，页岩压裂试验后诱导裂缝分布均匀度指数的定量表征方法，具体步骤如下：
S1、压裂诱导裂缝位置信息数字化准备工作,基于页岩岩心压裂前后的CT扫描图像，将压裂诱导裂缝的空间位置信息通过图像处理技术展现在多张的二维图像中,具体操作为：二值化CT图像，存在压裂诱导裂缝的位置为1，其他位置为0,基于由此得到的只包含0与1两种元素的二值稀疏矩阵，根据以下方法计算压裂诱导裂缝的分布均匀度指数；
S2、将100mm×100mm×100mm的立方体岩心沿长、宽、高方向各2分n次，分为8n(n＝0,1,2,…)个小立方体，每一个小立方体的边长是100/2nmm，超临界CO2压裂过程中所产生的诱导裂缝的位置必然位于这些小立方体中的某一个，或跨越位于多个小立方体中，在这些小立方体中，包括压裂诱导裂缝的立方体的总数记为函数g(n)，程序在具体计算时通过搜索表征压裂诱导裂缝的位置的二值稀疏矩阵中是否存在“1”来实现，将函数f(n)定义为包含压裂诱导裂缝的立方体个数占划分形成的立方体总数(即8n)的比值，即：
S3、将函数f(n)的图形绘制在坐标系中，计算由曲线f(n)和曲线f0(n)所包围的面积记为S，由曲线f1(n)和曲线f0(n)所包围的面积记为S1，两者面积的比值S/S1定义为压裂诱导裂缝的分布均匀度指数，其中函数f1(n)和函数f0(n)的定义为：
3.根据权利要求2所述的一种页岩超临界CO2压裂试验分析方法，其特征在于，在分布均匀度指数的计算中，划分次数n的选择可根据分析目的不同选取不同的值，如果主要分析毫米级裂缝的分布，划分次数n的最大值取为6；如果主要分析微米级裂缝的分布，划分次数n的最大值取为16；如果主要分析纳米级裂缝的分布，划分次数n的最大值取为26，且所分析的裂缝尺度可表示为其中，l表示页岩岩心试件的尺度，n表示最大划分次数。
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