CN110737020A - 页岩气储层裂缝参数计算方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种页岩气储层裂缝参数计算方法及系统。该方法可以包括：根据声波全波测井资料，获得纵波速度、横波速度与斯通利波速度；确定页岩气储层的介质属性，进而根据纵波速度、横波速度与斯通利波速度，计算页岩气储层的弹性刚度张量；根据弹性刚度张量，计算页岩气储层的裂缝密度与裂缝扁率。本发明通过声波测井资料，简便快捷的计算页岩气储层裂缝参数，为研究页岩气储层裂缝发育特征和页岩气储层评价提供信息。

Description

页岩气储层裂缝参数计算方法及系统

技术领域

本发明涉及油气及煤层气地震勘探与开发领域，更具体地，涉及一种页岩气储层裂缝参数计算方法及系统。

背景技术

随着石油天然气资源的开发利用，常规孔隙性油气藏储量日益减少，开发难度逐渐增大，石油与天然气勘探方向逐渐由浅部转向深部、由常规油气藏转向特殊油气藏。作为油气储集的重要场所—储层的研究也将从常规的孔隙性储层的研究逐渐发展到其他各种类型的储层研究，特别是裂缝性储层近年来引起了广大石油地质工作者的广泛兴趣。同时随着非常规天然气勘探开发的快速发展，页岩气、致密气、煤层气等非常规能源作为常规能源的补充,逐渐引起人们的重视。页岩气藏属于典型的低渗透率、低孔隙度的非常规天然气藏，在我国油气资源里占有很大的比重。与常规砂岩储层相比，页岩具有更复杂的矿物组分和孔隙结构，并且往往发育有天然微裂缝。页岩中的微裂缝既是油气的储集空间，又是油气运移的通道。页岩气产量高低直接与泥页岩内部天然微裂缝发育程度有关，微裂缝的存在某种程度上提高了水力压裂效应的有效性，从而极大改善了泥页岩的渗流能力，为页岩气从基岩孔隙进入井孔提供了必要的运移通道。同时，页岩中的微裂缝和也是页岩气的重要聚集空间，除了以吸附状态赋存于岩石颗粒和有机质表面外，还有大部分页岩气以游离状态赋存于微裂缝之中。因此页岩微裂缝参数是页岩储层评价中的一个重要指标。在油气勘探评价中，页岩裂缝的基本参数为密度、产状、充填、裂缝孔隙度和裂缝渗透率。裂缝识别的主要内容包括：识别裂缝发育层段、发育地区、测量并统计裂缝参数。裂缝识别技术按学科可分为地质方法、测井方法、地震方法等。地质方法：主要包括野外露头观测、井下岩芯观察和显微镜下薄片观测。可以统计出裂缝的宽度(张开度)、长度、间距、密度、产状。但是野外露头和地下岩层毕竟不同，而岩芯数量比较少。测井方法：测井方法主要包括常规测井和成像测井方法。应用常规测井方法可以定性地识别裂缝，另外还可以计算裂缝孔隙度以及裂缝渗透率，但是在计算裂缝张开度、长度、密度等方面还不是很有效。利用成像测井方法不仅可以在图像上直观地识别裂缝，而且可以观察到裂缝的宽度(张开度)、长度、间距、密度、产状。地震裂缝预测的主要方法主要有：构造曲率法、多波多分量探测方法、横波探测方法、三维纵波的裂缝检测方法。具体技术方法包括：地震速度分析、相干体和多属性相干体分析、波形聚类分析、地震属性体分析、属性差异体分析、分频属性分析、AVO分析、多波多分量、分形技术等方法。目前可以比较有效地估算出裂缝发育带的分布，但是还不能很有效地预测裂缝参数。因此，有必要开发一种页岩气储层裂缝参数计算方法及系统。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明提出了一种页岩气储层裂缝参数计算方法及系统，其能够通过声波测井资料，简便快捷的计算页岩气储层裂缝参数，为研究页岩气储层裂缝发育特征和页岩气储层评价提供信息。

根据本发明的一方面，提出了一种页岩气储层裂缝参数计算方法。所述方法可以包括：根据声波全波测井资料，获得纵波速度、横波速度与斯通利波速度；确定页岩气储层的介质属性，进而根据所述纵波速度、所述横波速度与所述斯通利波速度，计算所述页岩气储层的弹性刚度张量；根据所述弹性刚度张量，计算所述页岩气储层的裂缝密度与裂缝扁率。

优选地，所述页岩气储层的介质属性为正交各向异性介质。

优选地，所述页岩气储层的弹性刚度张量为：

其中，C₁₁、C₁₂、C₁₃、C₂₁、C₂₂、C₂₃、C₃₁、C₃₂、C₃₃、C₄₄、C₅₅、C₆₆为弹性刚度张量的参量，ρ_b为体积密度，v_p为纵波速度，v_s-slow为慢横波速度，v_s-fast为快横波速度，v_s-stoneley为斯通利波速度。

优选地，所述页岩气储层的裂缝密度为：

其中，e为裂缝密度。

优选地，所述页岩气储层的裂缝扁率为：

其中，a为裂缝扁率，K_f为液体体积模量，H为计算参数，H通过公式(4)计算：

根据本发明的另一方面，提出了一种页岩气储层裂缝参数计算系统，其特征在于，该系统包括：存储器，存储有计算机可执行指令；处理器，所述处理器运行所述存储器中的计算机可执行指令，执行以下步骤：根据声波全波测井资料，获得纵波速度、横波速度与斯通利波速度；确定页岩气储层的介质属性，进而根据所述纵波速度、所述横波速度与所述斯通利波速度，计算所述页岩气储层的弹性刚度张量；根据所述弹性刚度张量，计算所述页岩气储层的裂缝密度与裂缝扁率。

优选地，所述页岩气储层的介质属性为正交各向异性介质。

优选地，所述页岩气储层的弹性刚度张量为：

其中，C₁₁、C₁₂、C₁₃、C₂₁、C₂₂、C₂₃、C₃₁、C₃₂、C₃₃、C₄₄、C₅₅、C₆₆为弹性刚度张量的参量，ρ_b为体积密度，v_p为纵波速度，v_s-slow为慢横波速度，v_s-fast为快横波速度，v_s-stoneley为斯通利波速度。

优选地，所述页岩气储层的裂缝密度为：

其中，e为裂缝密度。

优选地，所述页岩气储层的裂缝扁率为：

其中，a为裂缝扁率，K_f为液体体积模量，H为计算参数，H通过公式(4)计算：

本发明具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的页岩气储层裂缝参数计算方法的步骤的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

图1示出了根据本发明的页岩气储层裂缝参数计算方法的步骤的流程图。

在该实施例中，根据本发明的页岩气储层裂缝参数计算方法可以包括：步骤101，根据声波全波测井资料，获得纵波速度、横波速度与斯通利波速度；步骤102，确定页岩气储层的介质属性，进而根据纵波速度、横波速度与斯通利波速度，计算页岩气储层的弹性刚度张量；步骤103，根据弹性刚度张量，计算页岩气储层的裂缝密度与裂缝扁率。

在一个示例中，页岩气储层的介质属性为正交各向异性介质。

在一个示例中，页岩气储层的弹性刚度张量为：

其中，C₁₁、C₁₂、C₁₃、C₂₁、C₂₂、C₂₃、C₃₁、C₃₂、C₃₃、C₄₄、C₅₅、C₆₆为弹性刚度张量的参量，ρ_b为体积密度，v_p为纵波速度，v_s-slow为慢横波速度，v_s-fast为快横波速度，v_s-stoneley为斯通利波速度。

在一个示例中，页岩气储层的裂缝密度为：

其中，e为裂缝密度。

在一个示例中，页岩气储层的裂缝扁率为：

其中，a为裂缝扁率，K_f为液体体积模量，H为计算参数，H通过公式(4)计算：

具体地，声波全波测井根据声波在岩层中传播规律，测量并记录了纵横波以及斯通利波在岩层传播的速度和幅度，它在本质上是应力和应变在弹性介质(岩层)中传递。因此，它的速度和幅度是受岩层本身弹性性质的控制，并且反映了岩层的弹性性质。在线性弹性条件下，岩层的应力和应变关系是由胡克定律来描述的。在胡克定律中将岩层的应力和应变联系起来的是岩层的弹性刚度张量。岩层的弹性刚度张量是岩层弹性性质的一种参数化描述，一般表示为：C_ijkl，并且通过如下本构关系将应力和应变联系了起来：

σ_ij＝C_ijkl·ε_kl，i,j,k,l＝1,2,3 (5)

其中σ_ij为应力张量，ε_kl为应变张量，C_ijkl是一个具有81个元素的弹性刚度张量。当应力对称，即σ_ij＝σ_ji，应变也对称，即ε_kl＝ε_lk时，C_ijkl中的81个独立元素就只有36个独立的，此时本构关系变为：

σ_i＝C_ij·ε_j，i,j＝1,2,3,4,5,6 (6)

C_ij虽然反映了弹性介质的性质，但是它不是一个可以测量的量。在实验室中可以对介质(例如岩芯)施加一个应力，然后测量应变，从而计算出C_ij的一个元素。另外C_ij中的各元素与弹性介质的弹性常数之间存在一定的关系，这种关系与介质性质有关。

根据声波全波测井资料，获得纵波速度、横波速度与斯通利波速度。确定页岩气储层的介质属性，进而根据纵波速度、横波速度与斯通利波速度，计算页岩气储层的弹性刚度张量。对于页岩，由于其具有明显的薄层理构造和近似垂直的裂隙，那么可以将其近似为正交各向异性介质，页岩气储层的弹性刚度张量为公式(1)。

根据弹性刚度张量，计算页岩气储层的裂缝密度为公式(2)，裂缝扁率，即裂隙形状的长轴和短轴的长度之比为公式(3)。

本方法通过声波测井资料，简便快捷的计算页岩气储层裂缝参数，为研究页岩气储层裂缝发育特征和页岩气储层评价提供信息。

应用示例

为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出一个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。

根据声波全波测井资料，获得纵波速度、横波速度与斯通利波速度。确定页岩气储层的介质属性，进而根据纵波速度、横波速度与斯通利波速度，计算页岩气储层的弹性刚度张量。对于页岩，由于其具有明显的薄层理构造和近似垂直的裂隙，那么可以将其近似为正交各向异性介质，页岩气储层的弹性刚度张量为：

根据弹性刚度张量，计算页岩气储层的裂缝密度为：

裂缝扁率，即裂隙形状的长轴和短轴的长度之比为：

综上所述，本发明通过声波测井资料，简便快捷的计算页岩气储层裂缝参数，为研究页岩气储层裂缝发育特征和页岩气储层评价提供信息。

本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。

根据本发明的页岩气储层裂缝参数计算系统，其特征在于，该系统包括：存储器，存储有计算机可执行指令；处理器，处理器运行存储器中的计算机可执行指令，执行以下步骤：根据声波全波测井资料，获得纵波速度、横波速度与斯通利波速度；确定页岩气储层的介质属性，进而根据纵波速度、横波速度与斯通利波速度，计算页岩气储层的弹性刚度张量；根据弹性刚度张量，计算页岩气储层的裂缝密度与裂缝扁率。

在一个示例中，页岩气储层的介质属性为正交各向异性介质。

在一个示例中，页岩气储层的弹性刚度张量为：

其中，C₁₁、C₁₂、C₁₃、C₂₁、C₂₂、C₂₃、C₃₁、C₃₂、C₃₃、C₄₄、C₅₅、C₆₆为弹性刚度张量的参量，ρ_b为体积密度，v_p为纵波速度，v_s-slow为慢横波速度，v_s-fast为快横波速度，v_s-stoneley为斯通利波速度。

在一个示例中，页岩气储层的裂缝密度为：

其中，e为裂缝密度。

在一个示例中，页岩气储层的裂缝扁率为：

其中，a为裂缝扁率，K_f为液体体积模量，H为计算参数，H通过公式(4)计算：

本系统通过声波测井资料，简便快捷的计算页岩气储层裂缝参数，为研究页岩气储层裂缝发育特征和页岩气储层评价提供信息。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种页岩气储层裂缝参数计算方法，其特征在于，包括：

根据声波全波测井资料，获得纵波速度、横波速度与斯通利波速度；

确定页岩气储层的介质属性，进而根据所述纵波速度、所述横波速度与所述斯通利波速度，计算所述页岩气储层的弹性刚度张量；

根据所述弹性刚度张量，计算所述页岩气储层的裂缝密度与裂缝扁率。

2.根据权利要求1所述的页岩气储层裂缝参数计算方法，其中，所述页岩气储层的介质属性为正交各向异性介质。

3.根据权利要求1所述的页岩气储层裂缝参数计算方法，其中，所述页岩气储层的弹性刚度张量为：

其中，C₁₁、C₁₂、C₁₃、C₂₁、C₂₂、C₂₃、C₃₁、C₃₂、C₃₃、C₄₄、C₅₅、C₆₆为弹性刚度张量的参量，ρ_b为体积密度，v_p为纵波速度，v_s-slow为慢横波速度，v_s-fast为快横波速度，v_s-stoneley为斯通利波速度。

4.根据权利要求3所述的页岩气储层裂缝参数计算方法，其中，所述页岩气储层的裂缝密度为：

其中，e为裂缝密度。

5.根据权利要求3所述的页岩气储层裂缝参数计算方法，其中，所述页岩气储层的裂缝扁率为：

其中，a为裂缝扁率，K_f为液体体积模量，H为计算参数，H通过公式(4)计算：

6.一种页岩气储层裂缝参数计算系统，其特征在于，该系统包括：

存储器，存储有计算机可执行指令；

处理器，所述处理器运行所述存储器中的计算机可执行指令，执行以下步骤：

根据声波全波测井资料，获得纵波速度、横波速度与斯通利波速度；

确定页岩气储层的介质属性，进而根据所述纵波速度、所述横波速度与所述斯通利波速度，计算所述页岩气储层的弹性刚度张量；

根据所述弹性刚度张量，计算所述页岩气储层的裂缝密度与裂缝扁率。

7.根据权利要求6所述的页岩气储层裂缝参数计算系统，其中，所述页岩气储层的介质属性为正交各向异性介质。

8.根据权利要求6所述的页岩气储层裂缝参数计算系统，其中，所述页岩气储层的弹性刚度张量为：

其中，C₁₁、C₁₂、C₁₃、C₂₁、C₂₂、C₂₃、C₃₁、C₃₂、C₃₃、C₄₄、C₅₅、C₆₆为弹性刚度张量的参量，ρ_b为体积密度，v_p为纵波速度，v_s-slow为慢横波速度，v_s-fast为快横波速度，v_s-stoneley为斯通利波速度。

9.根据权利要求8所述的页岩气储层裂缝参数计算系统，其中，所述页岩气储层的裂缝密度为：

其中，e为裂缝密度。

10.根据权利要求8所述的页岩气储层裂缝参数计算系统，其中，所述页岩气储层的裂缝扁率为：

其中，a为裂缝扁率，K_f为液体体积模量，H为计算参数，H通过公式(4)计算：

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