CN111271055B - 页岩的脆性指数确定方法、装置和设备 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种页岩的脆性指数确定方法、装置和设备，其中，该方法包括：获取目标井中多个页岩样品的矿物脆性指数、第一弹性脆性指数和围压；根据多个页岩样品中目标页岩样品的矿物脆性指数、第一弹性脆性指数和围压，计算目标页岩样品在零围压情况下的第二弹性脆性指数；根据所述第二弹性脆性指数和围压，确定所述目标页岩样品的目标围压校正趋势；根据目标围压校正趋势对第二弹性脆性指数进行围压校正，得到所述目标页岩样品的目标脆性指数。在本申请实施例中，可以将围压对页岩脆性的削弱作用考虑至第二弹性脆性指数中，使得上述目标脆性指数可以真实、客观、准确的表征目标页岩样品在目标井中实际围压原位条件下的脆性程度。
Description
技术领域
本申请涉及地质勘探技术领域，特别涉及一种页岩的脆性指数确定方法、装置和设备。
背景技术
页岩储层具有极低的孔隙度和渗透率，因此通常需要压裂增产措施。“脆性指数”可以表征岩石在压裂过程中裂缝形成的难易程度，也可反映储层压裂后所形成裂缝的复杂程度，脆性指数是描述页岩储层可压裂性的重要参数和遴选高品质页岩的必要评价指标。由于随着页岩埋藏深度越大围压也越大，并且随着围压的升高岩石呈现出由脆性向塑性转变的趋势，因此，页岩的脆性会受页岩围压的影响。
现有技术中，通常利用矿物组分和弹性参数来构建脆性指数，其中，矿物组分脆性评价方法是利用页岩中脆性矿物的相对含量来量化页岩的脆性，矿物组分不仅可以通过实验室测试获得，还可以利用ECS测井(地球化学元素测井)获得全井段的矿物含量；弹性参数脆性评价方法通常是基于Richman脆性指数以及其改进形式来表征页岩脆性。而现有技术中的脆性评价方法都忽略了围压对页岩脆性的影响，从而无法正确描述在围压影响下的岩石脆性。因此，采用现有技术中的脆性评价方法，无法全面、准确地确定页岩的脆性指数。
针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本申请实施例提供了一种页岩的脆性指数确定方法、装置和设备，以解决现有技术中无法全面、准确地确定页岩的脆性指数的问题。
本申请实施例提供了一种页岩的脆性指数确定方法，包括：获取目标井中多个页岩样品的矿物脆性指数、第一弹性脆性指数和围压；根据所述多个页岩样品中目标页岩样品的矿物脆性指数、第一弹性脆性指数和围压，计算所述目标页岩样品在零围压情况下的第二弹性脆性指数；根据所述目标页岩样品的第二弹性脆性指数和围压，确定所述目标页岩样品的目标围压校正趋势；根据所述目标围压校正趋势对所述目标页岩样品的第二弹性脆性指数进行围压校正，得到所述目标页岩样品的目标脆性指数。
在一个实施例中，按照以下公式，根据所述目标页岩样品的矿物脆性指数、第一弹性脆性指数和围压，计算所述目标页岩样品在零围压情况下的第二弹性脆性指数：
BIe_0MPa＝f(BIe,Pc)＝a0×BIe+b0×Pc+c0
其中，BIe_0MPa为所述目标页岩样品在零围压情况下的第二弹性脆性指数，无量纲；BIe为所述目标页岩样品的第一弹性脆性指数，无量纲；Pc为所述目标页岩样品的围压，MPa；a0、b0、c0为第一拟合系数，无量纲。
在一个实施例中，根据所述多个页岩样品中目标页岩样品的矿物脆性指数、第一弹性脆性指数和围压，计算所述目标页岩样品在零围压情况下的第二弹性脆性指数，包括：利用所述目标页岩样品的矿物脆性指数对所述第二弹性脆性指数进行标定，得到所述第一拟合系数；根据所述第一拟合系数、所述第一弹性脆性指数和所述围压，计算所述目标页岩样品在零围压情况下的第二弹性脆性指数。
在一个实施例中，根据所述目标页岩样品的第二弹性脆性指数和围压，确定所述目标页岩样品的目标围压校正趋势，包括：获取所述多个页岩样品中各个页岩样品的第二弹性脆性指数和所述目标页岩样品的第一峰值应变脆性指数；根据所述多个页岩样品中各个页岩样品的第二弹性脆性指数，确定多个第二弹性脆性指数中的第三弹性脆性指数，其中，所述第三弹性脆性指数为所述多个第二弹性脆性指数中的最大值；根据所述第三弹性脆性指数和所述目标页岩样品的第一峰值应变脆性指数、第二弹性脆性指数，计算所述目标页岩样品的第二峰值应变脆性指数；利用所述目标页岩样品的第二峰值应变脆性指数对所述围压校正趋势进行标定，得到第二拟合系数；根据所述目标页岩样品的第二拟合系数和围压，计算所述目标页岩样品的目标围压校正趋势。
在一个实施例中，按照以下公式，根据所述目标页岩样品的第二拟合系数和围压，计算所述目标页岩样品的目标围压校正趋势：
其中，Ws为所述目标页岩样品的目标围压校正趋势，无量纲；Pc为所述目标页岩样品的围压，MPa；a1、b1、c1为第二拟合系数，无量纲。
在一个实施例中，根据所述第三弹性脆性指数和所述目标页岩样品的第一峰值应变脆性指数、第二弹性脆性指数，计算所述目标页岩样品的第二峰值应变脆性指数：
BIs1_normal＝BIs1×BIe_0MPa_max/BIe_0MPa
其中，BIs1_normal为所述目标页岩样品的第二峰值应变脆性指数，无量纲；BIe_0MPa_max为所述第三弹性脆性指数，无量纲；BIs1为所述目标页岩样品的第一峰值应变脆性指数，无量纲；BIe_0MPa为所述目标页岩样品的第二弹性脆性指数，无量纲。
在一个实施例中，根据所述目标围压校正趋势对所述目标页岩样品的第二弹性脆性指数进行围压校正，得到所述目标页岩样品的目标脆性指数，包括：获取所述目标页岩样品的峰后强度脆性指数；根据所述目标页岩样品的峰后强度脆性指数，确定所述目标页岩样品的围压校正系数；根据所述目标页岩样品的围压校正系数、第二弹性脆性指数和目标围压校正趋势，计算所述目标页岩样品的目标脆性指数。
在一个实施例中，按照以下公式，根据所述目标页岩样品的围压校正系数、第二弹性脆性指数和目标围压校正趋势，计算所述目标页岩样品的目标脆性指数：
BImulti＝BIe_0MPa×(1-(1-Ws)×k0)
其中，BImulti为所述目标页岩样品的目标脆性指数，无量纲；k0为所述围压校正系数；BIe_0MPa为所述目标页岩样品的第二弹性脆性指数，无量纲；Ws为所述目标页岩样品的目标围压校正趋势，无量纲。
本申请实施例还提供了一种页岩的脆性指数确定装置，包括：获取模块，用于获取目标井中多个页岩样品的矿物脆性指数、第一弹性脆性指数和围压；算模块，用于根据所述多个页岩样品中目标页岩样品的矿物脆性指数、第一弹性脆性指数和围压，计算所述目标页岩样品在零围压情况下的第二弹性脆性指数；确定模块，用于根据所述目标页岩样品的第二弹性脆性指数和围压，确定所述目标页岩样品的目标围压校正趋势；围压校正模块，用于根据所述目标围压校正趋势对所述目标页岩样品的第二弹性脆性指数进行围压校正，得到所述目标页岩样品的目标脆性指数。
本申请实施例还提供了一种页岩的脆性指数确定设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行指令的存储器，所述处理器执行所述指令时实现所述页岩的脆性指数确定方法的步骤。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述指令被执行时实现所述页岩的脆性指数确定方法的步骤。
本申请实施例提供了一种页岩的脆性指数确定方法，可以通过获取目标井中多个页岩样品的矿物脆性指数、第一弹性脆性指数和围压，并根据多个页岩样品中目标页岩样品的矿物脆性指数、第一弹性脆性指数和围压，计算目标页岩样品在零围压情况下的第二弹性脆性指数，其中，利用矿物脆性指数进行零围压校正，使得计算得到的第二弹性脆性指数消除了围压的干扰影响，可以准确地表征目标井中目标页岩样品固有的本征脆性特征。进一步的，可以根据目标页岩样品的第二弹性脆性指数和围压，确定目标页岩样品的目标围压校正趋势，并根据目标围压校正趋势对目标页岩样品的第二弹性脆性指数进行围压校正，得到目标页岩样品的目标脆性指数，从而可以将围压对页岩脆性的削弱作用考虑至第二弹性脆性指数中，使得上述目标脆性指数可以真实、客观、准确的表征目标页岩样品在目标井中实际围压原位条件下的脆性程度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本申请的限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例提供的页岩的脆性指数确定方法的步骤示意图；
图2是根据本申请具体实施例提供的页岩的脆性指数确定方法的步骤示意图；
图3是根据本申请具体实施例提供的第二拟合系数的标定结果的示意图；
图4是根据本申请具体实施例提供的围压校正系数的标定结果的示意图；
图5是根据本申请具体实施例提供的A1井的不同脆性指数的计算结果的示意图；
图6是根据本申请实施例提供的页岩的脆性指数确定装置的结构示意图；
图7是根据本申请实施例提供的页岩的脆性指数确定设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将参考若干示例性实施方式来描述本申请的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本申请，而并非以任何方式限制本申请的范围。相反，提供这些实施方式是为了使本申请公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本领域的技术人员知道，本申请的实施方式可以实现为一种系统、装置设备、方法或计算机程序产品。因此，本申请公开可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件、完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，或者硬件和软件结合的形式。
虽然下文描述流程包括以特定顺序出现的多个操作，但是应该清楚了解，这些过程可以包括更多或更少的操作，这些操作可以顺序执行或并行执行(例如使用并行处理器或多线程环境)。
页岩储层具有极低的孔隙度和渗透率，因此通常需要压裂增产措施。“脆性指数”可以表征岩石在压裂过程中裂缝形成的难易程度，也可反映储层压裂后所形成裂缝的复杂程度，目前已成为描述页岩储层可压裂性的重要参数和遴选高品质页岩的必要评价指标。围压是指周围岩体对岩石本身施加的压力，通常岩石埋藏深度越大，围压也越高。岩石在常温常压下通常表现为脆性，而在高温高压条件下却表现出明显的塑性，这是由于在围压的影响下页岩内部的微裂隙趋于闭合，抑制了页岩在破坏过程中微裂纹的产生和扩展，使其抗压强度增加，提高了岩石的极限承载力，增加了岩石发生脆性破坏的难度，从而导致随着围压的升高，页岩呈现出由脆性向塑性转变的趋势。准确的岩石脆性评价，不仅要考虑岩石本身的矿物成分和力学参数，同时还要考虑外在力学条件变化对岩石脆性的影响，因此，围压对页岩脆性的影响是不可忽略的。
而现有技术中通常利用矿物组分和弹性参数来构建脆性指数，其中，矿物组分脆性评价方法是利用页岩中脆性矿物的相对含量来量化页岩的脆性，矿物组分不仅可以通过实验室测试获得，还可以利用ECS测井(地球化学元素测井)获得全井段的矿物含量；弹性参数脆性评价方法通常是基于Richman脆性指数以及其改进形式来表征页岩脆性，现有技术中并未考虑围压对页岩脆性的影响，从而使得采用现有技术得到的页岩脆性与实际地层中的页岩所表现出来的脆性是不相符的，采用现有技术中的脆性评价方法，无法全面、准确地确定页岩的脆性指数。
基于以上问题，本发明实施例提供了一种页岩的脆性指数确定方法，如图1所示，可以包括以下步骤：
S101：获取目标井中多个页岩样品的矿物脆性指数、第一弹性脆性指数和围压。
由于目标井中不同深度处的页岩的围压、脆性等参数均是不同的，因此，为了更加准确、全面的确定页岩的脆性指数，可以获取目标井中多个页岩样品的矿物脆性指数、第一弹性脆性指数和围压。其中，上述多个页岩样品在目标井中所处的深度可以是不同的。在一些实施例中，上述多个页岩样品在目标井中所处的深度可以是较为分散的，即不集中于某一深度附近，从而能够更好的表征目标井中页岩的脆性变化。
上述页岩样品的数量可以为正整数，例如：2、5、9等，当然还可以为其它任何可能的数值，具体的可以根据目标井中可采样岩石数量、成本等多个因素综合考虑确定，本申请对此不作限定。
上述矿物脆性指数是将矿物组成作为岩石脆性的识别标志，认为脆性矿物含量越多则岩石脆性越强，从而使得矿物脆性指数具有较好的细分性和可靠性，具有不受岩性分界面影响的优点。并且由于XRD(X射线衍射)矿物组分试验通常是在常温、常压情况下进行，因此，计算得到的各个页岩样品矿物脆性指数不受围压的影响，可以将其近似为零围压情况下的脆性表达。
上述第一弹性脆性指数是利用杨氏模量和泊松比两个弹性参数来表征页岩的脆性，即岩石杨氏模量越高、泊松比越低，岩石的脆性越高。上述弹性参数不仅能够通过实验室动态和/或静态力学模拟试验获得，而且还可以利用测井资料，甚至是地震资料来反演得到，因此，利用弹性参数脆性指数进行脆性评价的方式具有较好的实际应用价值。
上述围压是指岩石的周围岩体对它施加的压力，在地下深处岩石的围压，主要是由上覆岩石的重量所致，常称为静岩压力，地壳岩石的围压随埋深的增加而增高，两者大体呈线性关系。与上覆地层压力、孔隙压力和静态弹性参数等有关，上覆地层压力可以通过密度测井在井深范围内积分获得，利用Eaton公式和Yan公式可以计算孔隙压力，进一步的，可以综合静态弹性参数进行围压的计算。在一些实施例中，还可以根据松散体理论或者弹塑性体理论计算围压，具体的可以根据实际情况确定，本申请对此不作具体限定。
S102：根据多个页岩样品中目标页岩样品的矿物脆性指数、第一弹性脆性指数和围压，计算目标页岩样品在零围压情况下的第二弹性脆性指数。
由于上述第一弹性脆性指数是利用杨氏模量和泊松比两个弹性参数来表征页岩的脆性，从弹性参数的变化规律来看，杨氏模量随着围压的增加而增加，而泊松比随围压的变化关系不显著，从而会导致利用这两个参数计算的弹性脆性指数也随围压增加而增加，与随着围压升高页岩由脆性向塑性过渡的实际情况相矛盾。因此，在一些实施例中，可以根据多个页岩样品中目标页岩样品的矿物脆性指数和围压对第一弹性脆性指数进行零围压校正，计算得到目标页岩样品在零围压情况下的第二弹性脆性指数。
由于矿物脆性指数可以近似为零围压情况下的脆性表达，因此，可以根据矿物脆性指数对上述第二弹性脆性指数进行零围压校正，使得在零围压情况下的第二弹性脆性指数消除了围压的干扰影响，可以准确地表征目标井中目标页岩样品固有的本征脆性特征。其中，上述目标页岩样品可以为多个页岩样品中的任意一个页岩样品，本申请不作具体限定。
S103：根据目标页岩样品的第二弹性脆性指数和围压，确定目标页岩样品的目标围压校正趋势。
由于随着围压的升高，岩石具有从脆性转化为塑性的趋势，因此，在一个实施例中，可以根据目标页岩样品的第二弹性脆性指数和围压，确定目标页岩样品的目标围压校正趋势。其中，上述目标围压校正趋势可以用于定量表征上述目标页岩样品从零围压开始，随着围压的升高页岩由脆性向塑性转变的总体趋势。
在一个实施例中，可以获取多个页岩样品中各个页岩样品的第二弹性脆性指数和目标页岩样品的第一峰值应变脆性指数，并根据多个页岩样品中各个页岩样品的第二弹性脆性指数，确定多个第二弹性脆性指数中的第三弹性脆性指数，其中，第三弹性脆性指数为多个第二弹性脆性指数中的最大值。
由于不同的页岩样品并不具用相同的本征脆性特性，因此计算的峰值应变脆性指数受到岩石本身脆性和围压的共同影响，因此，进一步的，需要利用在零围压情况下的第二弹性脆性指数和第三弹性指数对第一峰值应变脆性指数进行标准化处理，从而计算的得到目标页岩样品的第二峰值应变脆性指数，以去除岩石本身脆性的影响。
由于理论上当围压超过一定程度后，即使围压再继续升高，岩石的脆性也变化不大，即岩石本身存在一个最小阈值脆性，不会随着围压升高而降低到零，而峰值应变脆性指数可以较好地表征这一特性。因此，在一个实施例中，可以利用目标页岩样品的第二峰值应变脆性指数对围压校正趋势进行标定，得到第二拟合系数。进一步的，可以根据上述第二拟合系数和围压，计算目标页岩样品的目标围压校正趋势。
可以通过对页岩样品进行实验室静态力学模拟试验，利用应力-应变曲线特征获取岩石的应变、强度等力学参数，进行分析从而可以得到随围压的升高，峰值强度、峰值应变、残余强度、残余应变均逐渐增大。其中，峰值应变是岩石内部摩擦强度达到极值的应变，其大小反映了岩石脆性破坏的难易程度。上述第一峰值应变脆性指数可以为峰值应变的倒数，上述第一峰值应变脆性指数可以用于表征岩石脆性的阈值越低，越容易表现出脆性的特征，即随着围压升高上述第一峰值应变脆性指数曲线趋于平缓的特征。
S104：根据目标围压校正趋势对目标页岩样品的第二弹性脆性指数进行围压校正，得到目标页岩样品的目标脆性指数。
在一个实施例中，可以根据上述目标围压校正趋势对目标页岩样品的在零围压情况下的第二弹性脆性指数进行围压校正，从而可以将围压对页岩脆性的削弱作用带入至在零围压情况下的第二弹性脆性指数中，得到目标页岩样品的目标脆性指数，其中，上述目标脆性指数可以真实、客观的表征目标页岩样品在地下实际围压原位条件下的脆性程度。
由于脆性指数应既能代表材料破坏前抵抗非弹性变形的能力，又能表征破坏后丧失承载力的情况，因此，在进行脆性评价时不能孤立地考虑峰前或峰后的力学性质，而应综合考虑峰前和峰后两个阶段，以完整地反映岩石破坏过程的脆性特征。
在一个实施例中，可以结合目标页岩样品的峰后强度脆性指数确定上述目标脆性指数。具体的，可以获取目标页岩样品的峰后强度脆性指数，并根据目标页岩样品的峰后强度脆性指数，确定目标页岩样品的围压校正系数。其中，围压校正系数取值范围为0至1，可以用于表征对第二弹性脆性指数进行围压校正的程度。
进一步的，可以根据目标页岩样品的围压校正系数、第二弹性脆性指数和目标围压校正趋势，计算目标页岩样品的目标脆性指数。上述峰后强度脆性指数可以为峰值强度与残余强度之差除以峰值强度的值，峰后强度脆性指数可以用于定量表征峰后应力降低的相对大小和绝对速率，峰后强度降低的速度越快，则说明岩石脆性越强，反之亦然。在一个实施例中，可以按照以下公式计算目标页岩样品的目标脆性指数：
BImulti＝BIe_0MPa×(1-(1-Ws)×k0)
其中，BImulti为目标页岩样品的目标脆性指数，无量纲；k0为围压校正系数；BIe_0MPa为目标页岩样品的第二弹性脆性指数，无量纲；Ws为目标页岩样品的目标围压校正趋势，无量纲。
在一个实施例中，可以按照以下方式确定目标页岩样品的围压校正系数，具体的，可以通过调整k0使岩石样品BIs2与BImulti二者之间的累计误差达到最小，并将累计误差达到最小时对应的围压校正系数作为最终得到的围压校正系数，累计误差计算公式可以如下所示：
其中，n为页岩样品的数量；BIs2,i为第i个页岩样品的峰后强度脆性指数；BImulti,i为第i个页岩样品的目标脆性指数。
在一个实施例中，可以按照以下公式，计算目标页岩样品在零围压情况下的第二弹性脆性指数：
BIe_0MPa＝f(BIe,Pc)＝a0×BIe+b0×Pc+c0
其中，BIe_0MPa为目标页岩样品在零围压情况下的第二弹性脆性指数，无量纲；BIe为目标页岩样品的第一弹性脆性指数，无量纲；Pc为目标页岩样品的围压，MPa；a0、b0、c0为第一拟合系数，无量纲。
上述第一拟合系数可以根据目标页岩样品的矿物脆性指数对第二弹性脆性指数进行标定得到，即可以将上述计算第二弹性脆性指数的公式与矿物脆性指数进行拟合。进一步的，可以根据第一拟合系数、第一弹性脆性指数和围压，计算目标页岩样品在零围压情况下的第二弹性脆性指数。
在一个实施例中，可以按照以下公式，根据目标页岩样品的第二拟合系数和围压，计算目标页岩样品的目标围压校正趋势：
其中，Ws为目标页岩样品的目标围压校正趋势；Pc为目标页岩样品的围压，MPa；a1、b1、c1为第二拟合系数，无量纲。
在一个实施例中，可以按照以下公式，根据第三弹性脆性指数和目标页岩样品的第一峰值应变脆性指数、第二弹性脆性指数，计算目标页岩样品的第二峰值应变脆性指数：
BIs1_normal＝BIs1×BIe_0MPa_max/BIe_0MPa
其中，BIs1_normal为目标页岩样品的第二峰值应变脆性指数，无量纲；BIe_0MPa_max为第三弹性脆性指数，无量纲；BIs1为目标页岩样品的第一峰值应变脆性指数，无量纲；BIe_0MPa为目标页岩样品的第二弹性脆性指数，无量纲。
联立上述多个公式，可以得到：
在一些实施例中，可以在利用多个页岩样品计算得到a0、b0、c0、a1、b1、c1、k0等系数之后，可以上述直接根据联立得到的公式计算目标井中页岩的目标脆性指数。
由于目标井中地区沉积条件、岩石力学性质以及页岩的成分结构具有一定的共性，因此，利用多个页岩样品计算得到的上述多个系数值应是相似的。利用目标页岩样品可以直接得到一组a0、b0、c0、a1、b1、c1、k0等系数的值，在一些实施例中，可以直接使用利用目标页岩样品计算得到的系数值，也可以将多个页岩样品计算得到的系数值取平均，以确保结果的准确性。当然还可以采用任何其它可能的方式确定最终的系数值，具体的可以根据实际情况确定，本申请对此不作具体限定。可以理解的是，由于不同地区沉积条件、岩石力学性质等存在差异，因此，对于不同的地区需要分别去计算其对应的a0、b0、c0、a1、b1、c1、k0等系数的值。
从以上的描述中，可以看出，本申请实施例实现了如下技术效果：可以通过获取目标井中多个页岩样品的矿物脆性指数、第一弹性脆性指数和围压，并根据多个页岩样品中目标页岩样品的矿物脆性指数、第一弹性脆性指数和围压，计算目标页岩样品在零围压情况下的第二弹性脆性指数，其中，利用矿物脆性指数进行零围压校正，使得计算得到的第二弹性脆性指数消除了围压的干扰影响，可以准确地表征目标井中目标页岩样品固有的本征脆性特征。进一步的，可以根据目标页岩样品的第二弹性脆性指数和围压，确定目标页岩样品的目标围压校正趋势，并根据目标围压校正趋势对目标页岩样品的第二弹性脆性指数进行围压校正，得到目标页岩样品的目标脆性指数，从而可以将围压对页岩脆性的削弱作用考虑至第二弹性脆性指数中，使得上述目标脆性指数可以真实、客观、准确的表征目标页岩样品在目标井中实际围压原位条件下的脆性程度。
下面结合一个具体实施例对上述方法进行说明，然而，值得注意的是，该具体实施例仅是为了更好地说明本申请，并不构成对本申请的不当限定。
以南方下扬子某地区志留系页岩地层的A1井为例，本申请实施提供了一种页岩的脆性指数确定方法，如图2所示，可以包括：
步骤1：计算矿物脆性指数。
据ECS测井分析可知，A1井0～1400m范围内平均石英含量为52.3％，平均黏土含量为41.4％，平均方解石含量为4.3％，部分地层含有少量的白云石、黄铁矿、正长石等矿物。将石英、方解石、白云石和黄铁矿作为脆性矿物，按照以下公式计算矿物脆性指数：
BIm3＝(VQ+VCa+VPy)/(VQ+VCa+VPy+VCl+VKe+φ)
其中，BIm3为矿物脆性指数，无量纲；VQ、VCa、VPy、VCl、VKe分别为页岩中石英、碳酸盐、黄铁矿、黏土、干酪根的体积分数，％；φ为岩石孔隙度，％。
步骤2：弹性参数动静态转换和第一弹性脆性指数计算。
由测井资料获取的弹性参数为动态参数，而实验室静态力学试验所获得的弹性参数为静态参数，二者结果往往存在很大的差异。在利用测井资料等动态力学参数进行岩石力学评价研究时，往往需要将动态弹性参数转换为静态弹性参数。可以按照以下公式将动态弹性参数转换为静态弹性参数：
Es＝1.108×Ed-0.9015
其中，Es为静态杨氏模量，GPa；Ed为动态杨氏模量，GPa；νs为静态泊松比，无量纲；νd为动态泊松比，无量纲。
按照以下公式计算第一弹性脆性指数：
其中，BIe为第一弹性脆性指数，无量纲；Es为静态杨氏模量，GPa；Es_min为静态杨氏模量最小值，GPa；Es_max为静态杨氏模量最大值，GPa；νs为静态泊松比，无量纲；νs_min为静态泊松比最小值，无量纲；νs_max为静态泊松比最大值，无量纲。
步骤3：计算围压。
对弹性脆性指数进行围压校正前需要进行围压的计算，围压与上覆地层压力、孔隙压力、静态弹性参数等有关。上覆地层压力可以通过密度测井在井深范围内积分获得，利用Eaton公式和Yan公式可以计算孔隙压力，进而综合静态弹性参数进行围压的计算。
步骤4：利用矿物脆性指数标定在零围压情况下的第二弹性脆性指数。
基于计算得到的第一弹性脆性指数和围压，按照以下公式计算在零围压情况下的第二弹性脆性指数：
BIe_0MPa＝f(BIe,Pc)＝a0×BIe+b0×Pc+c0
其中，BIe_0MPa为目标页岩样品在零围压情况下的第二弹性脆性指数，无量纲；BIe为目标页岩样品的第一弹性脆性指数，无量纲；Pc为围压，MPa；a0、b0、c0为第一拟合系数，无量纲。
由于不同地区沉积条件、岩石力学性质等存在差异，因此，上述公式中的系数a0、b0、c0取值每个地区也应不同，需要根据研究区的实际数据进行拟合，在本实施示例中，页岩样品的数量为9个，A1井的标定的结果为：a0＝0.4770、b0＝-0.0007，c0＝0.2388。
步骤5：基于围压校正确定目标脆性指数。
在一个实施例中，可以先按照以下公式，计算目标页岩样品的峰值应变脆性指数：
BIs1＝1/Strainpeak
其中，BIs1为目标页岩的峰值应变脆性指数，无量纲；Strainpeak为峰值应变，％。
由于本文所用到的9块页岩样品并不具用相同的本征脆性特性，因此，峰值应变脆性指数会受到岩石本身脆性和围压的共同影响，需要利用零围压弹性脆性指数对峰值应变脆性指数进行标准化处理得到第二峰值应变脆性指数，使其去除岩石本身脆性的影响。按照以下公式，计算上述峰值应变脆性指数：
BIs1_normal＝BIs1×BIe_0MPa_max/BIe_0MPa
其中，BIs1_normal为目标页岩样品的第二峰值应变脆性指数，无量纲；BIe_0MPa_max为9个页岩样品的第二弹性脆性指数中的最大值，无量纲；BIs1为目标页岩样品的第一峰值应变脆性指数，无量纲；BIe_0MPa为目标页岩样品的第二弹性脆性指数，无量纲。
按照以下公式，计算目标页岩样品的目标围压校正趋势：
其中，Ws为目标页岩样品的目标围压校正趋势，无量纲；Pc为目标页岩样品的围压，MPa；a1、b1、c1为第二拟合系数，无量纲。可以利用目标页岩样品的第二峰值应变脆性指数对围压校正趋势进行标定，得到第二拟合系数。
标定结果如图3中所示，其中图3中的黑色散点即为计算得到的目标页岩样品的第二峰值应变脆性指数与围压的交汇散点，黑线即为拟合的围压校正趋势，R2代表第二峰值应变脆性指数与围压拟合的一元二次方程的相关系数的平方，y为拟合得到的黑线的方程。根据图3中的标定结果可知，a1＝0.0002，b1＝-0.0170，c1＝1。
将峰后强度脆性指数引入到目标脆性指数的确定中，利用其来标定围压校正系数，从而综合峰前和峰后这两个阶段完整的对岩石脆性进行综合描述。具体标定过程如下式所示，通过调整k0使岩石样品峰后强度脆性指数与目标脆性指数二者的累计误差达到最小：
其中，n为页岩样品的数量；BIs2,i为第i个页岩样品的峰后强度脆性指数；BImulti,i为第i个页岩样品的目标脆性指数。标定结果如图4所示，其中，黑色散点代表了当围压校正系数取不同值时，峰后强度脆性指数与目标脆性指数之间的样品累计误差，根据图4中所示，可见当围压校正系数取0.7时累计误差达到最小，即当围压校正系数取0.7时计算的目标脆性指数能够更为准确和合理的描述岩石脆性随围压的变化规律。
进一步的，基于上述第二弹性脆性指数、围压和各个系数值，按照以下公式，计算目标脆性指数：
结合测井曲线和上述公式，对A1井的不同脆性指数的计算结果可以如图5中所示，可以根据计算结果进行对比分析，得到A1井随着围压升高，静态杨氏模量呈明显逐渐增加的趋势，而静态泊松比变化不大。导致计算的第一弹性脆性指数也呈逐渐增加的趋势，即埋深较大地层的脆性指数明显高于浅部地层，与随着围压升高岩石由脆性向塑性转变的趋势相矛盾。进行零围压校正后的第二弹性脆性指数已消除了围压的干扰影响，反映了井段内各深度处的页岩所固有的本征脆性大小。在第二弹性脆性指数基础上进行围压趋势校正得到的目标脆性指数，能够准确表征随着围压升高岩石由脆性向塑性转变这一趋势，并且由于从峰前和峰后两个阶段完整的对岩石脆性进行综合描述，从而更为准确揭示岩石脆性破坏本质，计算结果在理论上更加合理，更加符合地质规律。
上述具体实施例中，是将本申请中的页岩的脆性指数确定方法应用至测井曲线中，然而，值得注意的是，上述具体实施例中所列举内容仅是一种示例性描述，在实际应用的时候，还可以应用至二维地震数据、三维地震数据或者其它数据中，本申请对此不作具体限定。
基于同一发明构思，本申请实施例中还提供了一种页岩的脆性指数确定装置，如下面的实施例所述。由于页岩的脆性指数确定装置解决问题的原理与页岩的脆性指数确定方法相似，因此页岩的脆性指数确定装置的实施可以参见页岩的脆性指数确定方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。图6是本申请实施例的页岩的脆性指数确定装置的一种结构框图，如图6所示，可以包括：获取模块601、计算模块602、确定模块603和围压校正模块604，下面对该结构进行说明。
获取模块601，可以用于获取目标井中多个页岩样品的矿物脆性指数、第一弹性脆性指数和围压；
计算模块602，可以用于根据多个页岩样品中目标页岩样品的矿物脆性指数、第一弹性脆性指数和围压，计算目标页岩样品在零围压情况下的第二弹性脆性指数；
确定模块603，可以用于根据目标页岩样品的第二弹性脆性指数和围压，确定目标页岩样品的目标围压校正趋势；
围压校正模块604，可以用于根据目标围压校正趋势对目标页岩样品的第二弹性脆性指数进行围压校正，得到目标页岩样品的目标脆性指数。
本申请实施方式还提供了一种电子设备，具体可以参阅图7所示的基于本申请实施例提供的页岩的脆性指数确定方法的电子设备组成结构示意图，电子设备具体可以包括输入设备71、处理器72、存储器73。其中，输入设备71具体可以用于输入目标井中多个页岩样品的矿物脆性指数、第一弹性脆性指数和围压。处理器72具体可以用于获取目标井中多个页岩样品的矿物脆性指数、第一弹性脆性指数和围压；根据多个页岩样品中目标页岩样品的矿物脆性指数、第一弹性脆性指数和围压，计算目标页岩样品在零围压情况下的第二弹性脆性指数；根据目标页岩样品的第二弹性脆性指数和围压，确定目标页岩样品的目标围压校正趋势；根据目标围压校正趋势对目标页岩样品的第二弹性脆性指数进行围压校正，得到目标页岩样品的目标脆性指数。存储器73具体可以用于存储目标页岩样品的目标脆性指数等参数。
在本实施方式中，输入设备具体可以是用户和计算机系统之间进行信息交换的主要装置之一。输入设备可以包括键盘、鼠标、摄像头、扫描仪、光笔、手写输入板、语音输入装置等；输入设备用于把原始数据和处理这些数的程序输入到计算机中。输入设备还可以获取接收其他模块、单元、设备传输过来的数据。处理器可以按任何适当的方式实现。例如，处理器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式等等。存储器具体可以是现代信息技术中用于保存信息的记忆设备。存储器可以包括多个层次，在数字系统中，只要能保存二进制数据的都可以是存储器；在集成电路中，一个没有实物形式的具有存储功能的电路也叫存储器，如RAM、FIFO等；在系统中，具有实物形式的存储设备也叫存储器，如内存条、TF卡等。
在本实施方式中，该电子设备具体实现的功能和效果，可以与其它实施方式对照解释，在此不再赘述。
本申请实施方式中还提供了一种基于页岩的脆性指数确定方法的计算机存储介质，计算机存储介质存储有计算机程序指令，在计算机程序指令被执行时可以实现：获取目标井中多个页岩样品的矿物脆性指数、第一弹性脆性指数和围压；根据多个页岩样品中目标页岩样品的矿物脆性指数、第一弹性脆性指数和围压，计算目标页岩样品在零围压情况下的第二弹性脆性指数；根据目标页岩样品的第二弹性脆性指数和围压，确定目标页岩样品的目标围压校正趋势；根据目标围压校正趋势对目标页岩样品的第二弹性脆性指数进行围压校正，得到目标页岩样品的目标脆性指数。
在本实施方式中，上述存储介质包括但不限于随机存取存储器(Random AccessMemory,RAM)、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、缓存(Cache)、硬盘(Hard DiskDrive,HDD)或者存储卡(Memory Card)。所述存储器可以用于存储计算机程序指令。网络通信单元可以是依照通信协议规定的标准设置的，用于进行网络连接通信的接口。
在本实施方式中，该计算机存储介质存储的程序指令具体实现的功能和效果，可以与其它实施方式对照解释，在此不再赘述。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本申请实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本申请实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。
虽然本申请提供了如上述实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无需创造性的劳动在所述方法中可以包括更多或者更少的操作步骤。在逻辑性上不存在必要因果关系的步骤中，这些步骤的执行顺序不限于本申请实施例提供的执行顺序。所述的方法的在实际中的装置或终端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境)。
应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本申请的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请实施例可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种页岩的脆性指数确定方法，其特征在于，包括：
获取目标井中多个页岩样品的矿物脆性指数、第一弹性脆性指数和围压；
根据所述多个页岩样品中目标页岩样品的矿物脆性指数、第一弹性脆性指数和围压，计算所述目标页岩样品在零围压情况下的第二弹性脆性指数；
根据所述目标页岩样品的第二弹性脆性指数和围压，确定所述目标页岩样品的目标围压校正趋势；其中，包括：获取所述多个页岩样品中各个页岩样品的第二弹性脆性指数和所述目标页岩样品的第一峰值应变脆性指数；根据所述多个页岩样品中各个页岩样品的第二弹性脆性指数，确定多个第二弹性脆性指数中的第三弹性脆性指数，其中，所述第三弹性脆性指数为所述多个第二弹性脆性指数中的最大值；根据所述第三弹性脆性指数和所述目标页岩样品的第一峰值应变脆性指数、第二弹性脆性指数，计算所述目标页岩样品的第二峰值应变脆性指数；利用所述目标页岩样品的第二峰值应变脆性指数对所述围压校正趋势进行标定，得到第二拟合系数；根据所述目标页岩样品的第二拟合系数和围压，计算所述目标页岩样品的目标围压校正趋势；所述目标围压校正趋势用于定量表征所述目标页岩样品从零围压开始，随着围压的升高页岩由脆性向塑性转变的总体趋势；
根据所述目标围压校正趋势对所述目标页岩样品的第二弹性脆性指数进行围压校正，得到所述目标页岩样品的目标脆性指数；其中，包括：获取所述目标页岩样品的峰后强度脆性指数；根据所述目标页岩样品的峰后强度脆性指数，确定所述目标页岩样品的围压校正系数；根据所述目标页岩样品的围压校正系数、第二弹性脆性指数和目标围压校正趋势，计算所述目标页岩样品的目标脆性指数；
其中，按照以下公式，根据所述目标页岩样品的矿物脆性指数、第一弹性脆性指数和围压，计算所述目标页岩样品在零围压情况下的第二弹性脆性指数：
BIe_0MPa＝f(BIe,Pc)＝a0×BIe+b0×Pc+c0
其中，BIe_0MPa为所述目标页岩样品在零围压情况下的第二弹性脆性指数，无量纲；BIe为所述目标页岩样品的第一弹性脆性指数，无量纲；Pc为所述目标页岩样品的围压，MPa；a0、b0、c0为第一拟合系数，无量纲；
按照以下公式，根据所述目标页岩样品的第二拟合系数和围压，计算所述目标页岩样品的目标围压校正趋势：
Ws＝f(Pc)＝a1×Pc 2+b1×Pc+c1
其中，Ws为所述目标页岩样品的目标围压校正趋势，无量纲；Pc为所述目标页岩样品的围压，MPa；a1、b1、c1为第二拟合系数，无量纲；
按照以下公式，根据所述第三弹性脆性指数和所述目标页岩样品的第一峰值应变脆性指数、第二弹性脆性指数，计算所述目标页岩样品的第二峰值应变脆性指数：
BIs1_normal＝BIs1×BIe_0MPa_max/BIe_0MPa
其中，BIs1_normal为所述目标页岩样品的第二峰值应变脆性指数，无量纲；BIe_0MPa_max为所述第三弹性脆性指数，无量纲；BIs1为所述目标页岩样品的第一峰值应变脆性指数，无量纲；BIe_0MPa为所述目标页岩样品的第二弹性脆性指数，无量纲；
按照以下公式，根据所述目标页岩样品的围压校正系数、第二弹性脆性指数和目标围压校正趋势，计算所述目标页岩样品的目标脆性指数：
BImulti＝BIe_0MPa×(1-(1-Ws)×k0)
其中，BImulti为所述目标页岩样品的目标脆性指数，无量纲；k0为所述围压校正系数；BIe_0MPa为所述目标页岩样品的第二弹性脆性指数，无量纲；Ws为所述目标页岩样品的目标围压校正趋势，无量纲。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述多个页岩样品中目标页岩样品的矿物脆性指数、第一弹性脆性指数和围压，计算所述目标页岩样品在零围压情况下的第二弹性脆性指数，包括：
利用所述目标页岩样品的矿物脆性指数对所述第二弹性脆性指数进行标定，得到所述第一拟合系数；
根据所述第一拟合系数、所述第一弹性脆性指数和所述围压，计算所述目标页岩样品在零围压情况下的第二弹性脆性指数。
3.一种页岩的脆性指数确定装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取目标井中多个页岩样品的矿物脆性指数、第一弹性脆性指数和围压；
计算模块，用于根据所述多个页岩样品中目标页岩样品的矿物脆性指数、第一弹性脆性指数和围压，计算所述目标页岩样品在零围压情况下的第二弹性脆性指数；
确定模块，用于根据所述目标页岩样品的第二弹性脆性指数和围压，确定所述目标页岩样品的目标围压校正趋势；其中，包括：获取所述多个页岩样品中各个页岩样品的第二弹性脆性指数和所述目标页岩样品的第一峰值应变脆性指数；根据所述多个页岩样品中各个页岩样品的第二弹性脆性指数，确定多个第二弹性脆性指数中的第三弹性脆性指数，其中，所述第三弹性脆性指数为所述多个第二弹性脆性指数中的最大值；根据所述第三弹性脆性指数和所述目标页岩样品的第一峰值应变脆性指数、第二弹性脆性指数，计算所述目标页岩样品的第二峰值应变脆性指数；利用所述目标页岩样品的第二峰值应变脆性指数对所述围压校正趋势进行标定，得到第二拟合系数；根据所述目标页岩样品的第二拟合系数和围压，计算所述目标页岩样品的目标围压校正趋势；所述目标围压校正趋势用于定量表征所述目标页岩样品从零围压开始，随着围压的升高页岩由脆性向塑性转变的总体趋势；
围压校正模块，用于根据所述目标围压校正趋势对所述目标页岩样品的第二弹性脆性指数进行围压校正，得到所述目标页岩样品的目标脆性指数；其中，包括：获取所述目标页岩样品的峰后强度脆性指数；根据所述目标页岩样品的峰后强度脆性指数，确定所述目标页岩样品的围压校正系数；根据所述目标页岩样品的围压校正系数、第二弹性脆性指数和目标围压校正趋势，计算所述目标页岩样品的目标脆性指数；
其中，按照以下公式，根据所述目标页岩样品的矿物脆性指数、第一弹性脆性指数和围压，计算所述目标页岩样品在零围压情况下的第二弹性脆性指数：
BIe_0MPa＝f(BIe,Pc)＝a0×BIe+b0×Pc+c0
其中，BIe_0MPa为所述目标页岩样品在零围压情况下的第二弹性脆性指数，无量纲；BIe为所述目标页岩样品的第一弹性脆性指数，无量纲；Pc为所述目标页岩样品的围压，MPa；a0、b0、c0为第一拟合系数，无量纲；
按照以下公式，根据所述目标页岩样品的第二拟合系数和围压，计算所述目标页岩样品的目标围压校正趋势：
Ws＝f(Pc)＝a1×Pc 2+b1×Pc+c1
其中，Ws为所述目标页岩样品的目标围压校正趋势，无量纲；Pc为所述目标页岩样品的围压，MPa；a1、b1、c1为第二拟合系数，无量纲；
按照以下公式，根据所述第三弹性脆性指数和所述目标页岩样品的第一峰值应变脆性指数、第二弹性脆性指数，计算所述目标页岩样品的第二峰值应变脆性指数：
BIs1_normal＝BIs1×BIe_0MPa_max/BIe_0MPa
其中，BIs1_normal为所述目标页岩样品的第二峰值应变脆性指数，无量纲；BIe_0MPa_max为所述第三弹性脆性指数，无量纲；BIs1为所述目标页岩样品的第一峰值应变脆性指数，无量纲；BIe_0MPa为所述目标页岩样品的第二弹性脆性指数，无量纲；
按照以下公式，根据所述目标页岩样品的围压校正系数、第二弹性脆性指数和目标围压校正趋势，计算所述目标页岩样品的目标脆性指数：
BImulti＝BIe_0MPa×(1-(1-Ws)×k0)
其中，BImulti为所述目标页岩样品的目标脆性指数，无量纲；k0为所述围压校正系数；BIe_0MPa为所述目标页岩样品的第二弹性脆性指数，无量纲；Ws为所述目标页岩样品的目标围压校正趋势，无量纲。
4.一种页岩的脆性指数确定设备，其特征在于，包括处理器以及用于存储处理器可执行指令的存储器，所述处理器执行所述指令时实现权利要求1至2中任一项所述方法的步骤。
5.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机指令，所述指令被执行时实现权利要求1至2中任一项所述方法的步骤。
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