CN111366448A - 一种页岩脆性的测定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种页岩脆性的测定方法，包括如下步骤：S1：确定页岩的矿物组分及其含量；S2：计算各矿物组分的力学脆性指数；S3：基于各矿物组分的力学脆性指数，计算常温常压条件下的页岩力学脆性指数；S4：计算杨氏模量的无因次系数和泊松比的无因次系数；S5：计算脆性指数温压系数；S6：利用脆性稳压指数和常温常压条件下的页岩脆性指数计算高温高压条件下的页岩力学脆性指数。本发明通过利用脆性温压系数对常温常压条件下的页岩脆性指数进行修正，从而得到高温高压条件下的页岩脆性指数，测定结果较为稳定，适用性强。

Description

一种页岩脆性的测定方法
技术领域
本发明涉及页岩气评价技术领域，尤其涉及一种页岩脆性的测定方法。
背景技术
随着常规油气资源的日益枯竭，页岩油气作为一种重要非常规资源逐步得到了重视和开发。由于页岩储层致密，属于低孔、超低渗储层，为了实现经济开发需要进行压裂作业，而页岩脆性作为岩石固有的力学属性，决定了页岩储层的可压裂性和压裂改造的难易程度。因此，一般通过岩石的脆性指数来评价岩石的可压裂性，脆性指数越高，说明储层一般性质硬脆，对压裂作业的反应敏感，能迅速形成复杂的网状裂缝。
页岩体积压裂技术已被视为页岩油气增产的最关键技术。岩石的脆性是影响储层可压性的关键指标之一，页岩储层的脆性越高，则越容易形成网络型的裂缝，也就造成了更高的页岩气产能，而脆性越差，岩石的塑性特征越明显，压裂时会吸收更多的能量，岩石易形成简单形态的裂缝，压裂的效果受到不利影响。
传统的岩性脆性指数只统计了硅质含量、钙质含量和泥质含量三大类的岩性组分，其脆性指数主要由硅质含量决定。实际上，含铁矿物，灰岩、白云岩等矿物都具有一定的脆性，当硅质含量较低时，应用此种方法计算的矿物脆性指数往往偏低，且没有考虑到温度和围压对页岩脆性指数的影响。因此，矿物脆性指数评价方法只对硅质矿物含量较高的中浅层页岩的适应性较好。Richman等提出的力学脆性指数是目前应用最广泛的页岩脆性指数评价方法，以页岩的杨氏模量和泊松比的上限值和下限值来评定页岩的脆性指数，适用性较强，杨氏模量和泊松比初始是通过测井解释得来的动态值，必须将动态杨氏模量和波动比转化为静态值，且对测井解释的精度要求较高。除此，也可用储层温度和压力下岩石的实验力学参数作为计算参数，但是高温高压下的杨氏模量和泊松比对实验设备的要求较高。通过一定井段内的杨氏模量和比松比的最大和最小值计算脆性指数的方法是一种相对脆性指数，只在该井段内选取射孔和压裂位置时具有参考意义，对整个井段内的脆性指数评价并没有实际意义。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明所解决的技术问题是提供一种页岩脆性的测定方法，其实现对高温高压条件下的页岩脆性指数进行测定。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案内容具体如下：
一种页岩脆性的测定方法，包括如下步骤：
S1：确定页岩的矿物组分及其含量；
S2：计算各矿物组分的力学脆性指数；
S3：基于各矿物组分的力学脆性指数，计算常温常压条件下的页岩力学脆性指数；
S4：计算杨氏模量的无因次系数和泊松比的无因次系数；
S5：计算脆性指数温压系数；
S6：利用脆性稳压指数和常温常压条件下的页岩脆性指数计算高温高压条件下的页岩力学脆性指数。
作为上述方案的优选，步骤S2为：以石英作为标准脆性矿物，将黏土作为标准塑性矿物，且杨氏模量和泊松比的比重相同，则各矿物组分的力学脆性指数BIi的计算公式为：
Figure BDA0002401784910000021
其中：Ei为各矿物组分的杨氏模量，νi为各矿物组分的泊松比。
作为上述方案的优选，步骤S3为：在常温常压的条件下，各种矿物组分对页岩力学脆性指数的贡献率相同，则常温常压下计算页岩力学脆性指数BI的计算公式为：
Figure BDA0002401784910000022
其中：BIi为各矿物组分的力学脆性指数，ωi为页岩中各矿物组分的含量。
作为上述方案的优选，步骤S4为利用回归分析的方法确定杨氏模量的无因次系数CE和泊松比的无因次系数Cν。
作为上述方案的优选，步骤S5为利用杨氏模量的无因次系数CE和泊松比的无因次系数Cν计算脆性指数温压系数CTσ，其计算公式为：
Figure BDA0002401784910000023
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明公开了一种页岩脆性的测定方法，其通过利用脆性温压系数对常温常压条件下的页岩脆性指数进行修正，从而得到高温高压条件下的页岩脆性指数，测定结果较为稳定，适用性强。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为本发明所述的页岩脆性的测定方法的流程示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：
如图1所示，本发明公开了一种页岩脆性的测定方法，包括如下步骤：
S1：确定页岩的矿物组分及其含量。
S2：计算各矿物组分的力学脆性指数。
具体地，步骤S2为以石英作为标准脆性矿物，将黏土作为标准塑性矿物，且杨氏模量和泊松比的比重相同，则各矿物组分的力学脆性指数BIi的计算公式为：
Figure BDA0002401784910000031
其中：Ei为各矿物组分的杨氏模量，νi为各矿物组分的泊松比。
需要说明的是，在计算各矿物组分的力学脆性指数时，为避免个别矿物组分对页岩力学脆性指数的影响太大，将页岩力学脆性指数小于0的记为0，将页岩力学脆性指数大于100的记为100，并且常见页岩矿物组分的力学脆性指数如表1所示：
表1常见页岩矿物组分的平均力学参数及力学脆性指数
Figure BDA0002401784910000032
Figure BDA0002401784910000041
S3：基于各矿物组分的力学脆性指数，计算常温常压条件下的页岩力学脆性指数。
具体地，在常温常压的条件下，各种矿物组分对页岩力学脆性指数的贡献率相同，则常温常压下计算页岩力学脆性指数BI的计算公式为：
Figure BDA0002401784910000042
其中：BIi为各矿物组分的力学脆性指数，ωi为页岩中各矿物组分的含量。
S4：计算杨氏模量的无因次系数和泊松比的无因次系数。
具体地，步骤S4为利用回归分析的方法确定杨氏模量的无因次系数CE和泊松比的无因次系数Cν。
计算时，通过测试评价区域内页岩在不同的温度和不同压力下的静态杨氏模量、泊松比与常温常压杨氏模量、泊松比的比值，利用回归分析的方法，即可得到杨氏模量的无因次系数CE和泊松比的无因次系数Cν，且计算公式为：
Figure BDA0002401784910000043
其中：T为页岩的温度，σ为页岩的压力。
S5：计算脆性指数温压系数。
具体地，步骤S5为利用杨氏模量的无因次系数CE和泊松比的无因次系数Cν计算脆性指数温压系数CTσ，其计算公式为：
Figure BDA0002401784910000044
这是由于根据经验，杨氏模量和泊松比对力学脆性指数的影响程度基本相同。
S6：利用脆性稳压指数和常温常压条件下的页岩脆性指数计算高温高压条件下的页岩力学脆性指数。
具体地，高温高压条件下的页岩力学脆性指数BI综的计算公式为：
Figure BDA0002401784910000045
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种页岩脆性的测定方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：确定页岩的矿物组分及其含量；
S2：计算各矿物组分的力学脆性指数；
S3：基于各矿物组分的力学脆性指数，计算常温常压条件下的页岩力学脆性指数；
S4：计算杨氏模量的无因次系数和泊松比的无因次系数；
S5：计算脆性指数温压系数；
S6：利用脆性稳压指数和常温常压条件下的页岩脆性指数计算高温高压条件下的页岩力学脆性指数。
2.根据权利要求1所述的页岩脆性的测定方法，其特征在于，步骤S2为以石英作为标准脆性矿物，将黏土作为标准塑性矿物，且杨氏模量和泊松比的比重相同，则各矿物组分的力学脆性指数BIi的计算公式为：
Figure FDA0002401784900000011
其中：Ei为各矿物组分的杨氏模量，νi为各矿物组分的泊松比。
3.根据权利要求2所述的页岩脆性的测定方法，其特征在于，步骤S3为：在常温常压的条件下，各种矿物组分对页岩力学脆性指数的贡献率相同，则常温常压下计算页岩力学脆性指数BI的计算公式为：
Figure FDA0002401784900000012
其中：BIi为各矿物组分的力学脆性指数，ωi为页岩中各矿物组分的含量。
4.根据权利要求2所述的页岩脆性的测定方法，其特征在于，步骤S4为利用回归分析的方法确定杨氏模量的无因次系数CE和泊松比的无因次系数Cν。
5.根据权利要求4所述的页岩脆性的测定方法，其特征在于，步骤S5为利用杨氏模量的无因次系数CE和泊松比的无因次系数Cν计算脆性指数温压系数CTσ，其计算公式为：
Figure FDA0002401784900000013
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