CN111537332B - 一种考虑温度效应的深层-超深层岩石力学参数预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种考虑温度效应的深层‑超深层岩石力学参数预测方法，适用于油气开发地质与岩石力学领域。取自深层‑超深层的岩芯其实已经历了慢速升温、快速降温的过程，为消除其对岩石力学性质的影响，通过建立温度差异加载路径前后岩石力学参数之间的关联性，预测深层‑超深层岩石力学参数，其步骤简单，效果好，测算结果可靠性高。

Description

一种考虑温度效应的深层-超深层岩石力学参数预测方法

技术领域

本发明涉及一种力学参数预测方法，尤其适用于油气开发地质与岩石力学领域，使用的一种考虑温度效应的深层-超深层岩石力学参数预测方法。

背景技术

准确预测岩石力学参数对于钻完井工程、油气开发方案与技术措施制定具有重要作用。岩石力学参数可以通过室内岩芯样品实验获取，为岩石力学静态值，其可参考性较高；也可以依据地球物理测井资料估算获取，为岩石力学动态值，存在着一定的偏差，一般需要岩石力学参数动静转换进行校正。

当前，伴随着油气勘探开发理论、技术和装备的突破发展，陆上深层-超深层已成为我国重要的勘探开发领域。油气勘探与资源评价结果显示，我国陆上深层-超深层领域油气资源丰富，截至2018年年底，国内深层-超深层累计天然气探明储量可达3.32×10¹²m³，主要集中于塔里木盆地和四川盆地。

深层-超深层岩石处于一定的地温场环境中，在温度效应下岩石发生微观变化，影响宏观岩石力学性质。在深层-超深层的复杂温度环境下，实验室获取的常温条件下利用标准尺寸岩芯直接测量出来的岩石力学参数已不能满足实际情况要求。为此，需要开展温度效应下的岩石力学性质测试。

申请公布号为CN104122149A的发明专利提出了一种利用单块岩芯试件通过逐级升温测量在不同温度条件下岩石力学的方法，试图解决在岩石力学参数实验目标岩芯稀缺条件下无法进行正常实验操作获取不同温度条件下岩石力学参数以及所测数据的可靠性问题。申请公布号为CN105259036A的发明提出了一种地层岩石力学参数的测量方法，希望可以最大程度地避免岩芯力学性质非均质的影响，并将岩芯利用最大化。

上述专利涉及的方法虽然开始考虑温度对岩石力学性质的影响，但都是直接利用获取的钻井岩芯在温度作用下测试岩石力学性质。然殊不知，采集实验样品的岩芯已经历埋藏时非常缓慢的升温与提升到地表非常快速的降温过程，岩石力学性质已然发生变化。在实验室内利用钻井岩芯获取的岩石力学参数其实是岩石经历“快速升温再快速降温”后的数值。用钻井岩芯直接开展岩石力学实验，获取的岩石力学参数与实际情况必然存在明显差异，对于深层-超深层岩石而言，误差更大。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种步骤简单、可靠性高的一种考虑温度效应的深层-超深层岩石力学参数预测方法，其核心在于建立温度差异加载路径前后岩石力学参数之间的关联性。

为实现上述目标，本发明的考虑温度效应的深层-超深层岩石力学参数预测方法，其步骤如下：

步骤1，开展精细区域地质调查与地球物理勘探，查明目标层年代、埋藏深度和温度特征，并计算提取到地表目标层岩芯的升降温速率比；

步骤2，采集多个未经历深-超深埋藏作用的目标层新鲜试样，采集数量由目标温度级别确定，记为A系列试样；采集经历过深层-超深层埋藏作用的同一目标层内不同深度的钻井岩芯样品，记为B系列试样；然后将所有样品加工成岩石力学实验试样，并测试每个试样的矿物成分及含量；

步骤3，根据步骤2的实验测试结果，从A系列试样中优选矿物成分及含量与B系列试样最接近的试样，记为C系列试样，标号为C1，C2，···，Cn；

步骤4，对步骤3获取的C系列中第1，2，···，m个偶数试样以速率v1分别升温到目标温度T1，T2，···，Tm后恒温2h，然后在相应的目标温度下分别开展岩石力学实验，获取不同目标温度条件下岩石力学参数S集，记为L1(x1，x2，···，xk)，L2(x1，x2，···，xk)，···，Lm(x1，x2，···，xk)，其中，x1，x2，···，xk为不同的岩石力学参数；

步骤5，对步骤3获取的C系列中第1，2，···，m个奇数试样以步骤4中同样非常慢的速率v1分别升温到目标温度T1，T2，···，Tm后恒温2h，然后C系列所有奇数试样再以非常快的速率v2降温到室温T0，最后在温度T0下开展岩石力学实验，获取不同目标温度条件下岩石力学参数S’集，记为L’1(x1，x2，···，xk)，L’2(x1，x2，···，xk)，···，L’m(x1，x2，···，xk)，其中，x1，x2，···，xk为不同的岩石力学参数；

步骤6，基于步骤4和步骤5实验结果，构建岩石力学参数S集与S’集、升降温速率比u＝v1/v2、目标温度T之间的量化关系：Si＝f(S’i，u，Ti)(i＝1，2，···，m)；从而获得Si与S’、i、u和Ti之间的函数关系；

步骤7，对步骤2获取的B系列试样开展室温T0条件下的岩石力学实验，获取的岩石力学即为深层-超深层条件下目标层钻井岩芯的S’集；

步骤8，结合步骤1获取目标的深层-超深层温度、升降温速率比以及步骤7中获取的深层-超深层条件下目标层钻井岩芯岩石力学参数集S’集代入步骤6中获取的函数关系式：Si＝f(S’i，u，Ti)(i＝1，2，···，m)，从而获得深层-超深层条件下目标层岩石力学参数的预测值。

上述步骤1中优选的是，基于三维地震精细解释，确定目标层年代和埋藏深度情况；目标层温度特征由地层测试获取；升温速率为目标层温度与其年代之比；降温速率为目标层温度与提升至地表时间之比；升降温速率比为升温速率与降温速率的比值。

上述步骤2中优选的是，A系列样品数量不少于20件，每件的尺寸应大于10cm×10cm×10cm；B样品为柱塞状样品，直径2.5cm，长度大于8cm；岩石力学实验试样为柱塞状，直径为2.5cm，高为5cm；试样矿物成分及含量利用X-射线衍射实验获取；深层为埋深4500～6000m，超深层为埋深大于6000m。

所述速率v1为0.01℃/min，速率v2为1℃/min。

上述步骤4和5中优选的是，目标温度T1，T2，···，Tm为40℃、60℃、80℃、100℃、120℃、140℃、160℃、180℃、200℃和220℃，室温T0为20℃。

有益效果：

目前在实验室内利用钻井岩芯获取的岩石力学参数其实是岩石经历“快速升温再快速降温”后的数值。只是纯粹的拿地下深处的岩芯样进行实验，没有考虑到取自地下深处的岩芯其实已经经历过了慢速升温、提取到地表快速升温的过程，这个过程已经对岩石力学性质产生了影响。因此单纯使用深层-超深层钻井岩芯直接开展岩石力学实验，获取的岩石力学参数与实际情况必然存在明显差异。

鉴于此，本发明的目的在于提供一种考虑温度效应的深层-超深层岩石力学参数预测方法，该方法通过建立温度差异加载路径前后岩石力学参数之间的关联性预测深层-超深层岩石力学参数，其步骤简单，效果好，测算结果可靠性高。

附图说明

图1一种考虑温度效应的深层-超深层岩石力学参数预测方法的技术流程图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步说明

本发明的一种考虑温度效应的深层-超深层岩石力学参数预测方法，其步骤如下：

步骤1，开展精细区域地质调查与地球物理勘探，查明目标层年代、埋藏深度和温度特征，并计算提取到地表目标层岩芯的升降温速率比；基于三维地震精细解释，确定目标层年代和埋藏深度情况；目标层温度特征由地层测试获取；升温速率为目标层温度与其年代之比；降温速率为目标层温度与提升至地表时间之比；升降温速率比为升温速率与降温速率的比值；

步骤2，采集多个未经历深-超深埋藏作用的目标层新鲜试样，采集数量由目标温度级别确定，记为A系列试样；采集经历过深层-超深层埋藏作用的同一目标层内不同深度的钻井岩芯样品，记为B系列试样；然后将所有样品加工成岩石力学实验试样，并测试每个试样的矿物成分及含量；A系列样品数量不少于20件，每件的尺寸应大于10cm×10cm×10cm；B样品为柱塞状样品，直径2.5cm，长度大于8cm；岩石力学实验试样为柱塞状，直径为2.5cm，高为5cm；试样矿物成分及含量利用X-射线衍射实验获取；深层为埋深4500～6000m，超深层为埋深大于6000m；

步骤3，根据步骤2的实验测试结果，从A系列试样中优选矿物成分及含量与B系列试样最接近的试样，记为C系列试样，标号为C1，C2，···，Cn；

步骤4，对步骤3获取的C系列中第1，2，···，m个偶数试样以速率v1分别升温到目标温度T1，T2，···，Tm后恒温2h，速率v1具体为0.01℃/min，然后在相应的目标温度下分别开展岩石力学实验，获取不同目标温度条件下岩石力学参数S集，记为L1(x1，x2，···，xk)，L2(x1，x2，···，xk)，···，Lm(x1，x2，···，xk)，其中，x1，x2，···，xk为不同的岩石力学参数；

步骤5，对步骤3获取的C系列中第1，2，···，m个奇数试样以步骤4中同样非常慢的速率v1分别升温到目标温度T1，T2，···，Tm后恒温2h，然后C系列所有奇数试样再以非常快的速率v2降温到室温T0，速率v2为1℃/min，最后在温度T0下开展岩石力学实验，获取不同目标温度条件下岩石力学参数S’集，记为L’1(x1，x2，···，xk)，L’2(x1，x2，···，xk)，···，L’m(x1，x2，···，xk)，其中，x1，x2，···，xk为不同的岩石力学参数；目标温度T1，T2，···，Tm为40℃、60℃、80℃、100℃、120℃、140℃、160℃、180℃、200℃和220℃，

步骤6，基于步骤4和步骤5实验结果，构建岩石力学参数S集与S’集、升降温速率比u＝v1/v2、目标温度T之间的量化关系：Si＝f(S’i，u，Ti)(i＝1，2，···，m)；从而获得Si与S’、i、u和Ti之间的函数关系；

步骤7，对步骤2获取的B系列试样开展室温T0条件下的岩石力学实验，获取的岩石力学即为深层-超深层条件下目标层钻井岩芯的S’集；室温T0为20℃；

步骤8，结合步骤1获取目标的深层-超深层温度、升降温速率比以及步骤7中获取的深层-超深层条件下目标层钻井岩芯岩石力学参数集S’集代入步骤6中获取的函数关系式：Si＝f(S’i，u，Ti)(i＝1，2，···，m)，从而获得深层-超深层条件下目标层岩石力学参数的预测值。

Claims (5)

1.一种考虑温度效应的深层-超深层岩石力学参数预测方法，其特征在于步骤如下：

步骤1，开展精细区域地质调查与地球物理勘探，查明目标层年代、埋藏深度和温度特征，并计算提取到地表目标层岩芯的升降温速率比；

步骤2，采集多个未经历深-超深埋藏作用的目标层新鲜试样，采集数量由目标温度级别确定，记为A系列试样；采集经历过深层-超深层埋藏作用的同一目标层内不同深度的钻井岩芯样品，记为B系列试样；然后将所有样品加工成岩石力学实验试样，并测试每个试样的矿物成分及含量；

步骤3，根据步骤2的实验测试结果，从A系列试样中优选矿物成分及含量与B系列试样最接近的试样，记为C系列试样，标号为C1，C2，···，Cn；

步骤4，对步骤3获取的C系列中第1，2，···，m个偶数试样以速率v1分别升温到目标温度T1，T2，···，Tm后恒温2h，然后在相应的目标温度下分别开展岩石力学实验，获取不同目标温度条件下岩石力学参数S集，记为L1(x1，x2，···，xk)，L2(x1，x2，···，xk)，···，Lm(x1，x2，···，xk)，其中，x1，x2，···，xk为不同的岩石力学参数；

步骤5，对步骤3获取的C系列中第1，2，···，m个奇数试样以步骤4中同样非常慢的速率v1分别升温到目标温度T1，T2，···，Tm后恒温2h，然后C系列所有奇数试样再以非常快的速率v2降温到室温T0，最后在温度T0下开展岩石力学实验，获取不同目标温度条件下岩石力学参数S’集，记为L’1(x1，x2，···，xk)，L’2(x1，x2，···，xk)，···，L’m(x1，x2，···，xk)，其中，x1，x2，···，xk为不同的岩石力学参数；

步骤6，基于步骤4和步骤5的结果，构建岩石力学参数S集与S’集、升降温速率比u＝v1/v2、目标温度T之间的量化关系：Si＝f(S’i，u，Ti)(i＝1，2，···，m)；从而获得Si与S’i、u和Ti之间的函数关系；

步骤7，对步骤2获取的B系列试样开展室温T0条件下的岩石力学实验，获取的岩石力学即为深层-超深层条件下目标层钻井岩芯的S’集；

步骤8，结合步骤1获取目标的深层-超深层温度、升降温速率比以及步骤7中获取的深层-超深层条件下目标层钻井岩芯岩石力学参数集S’集代入步骤6中获取的函数关系式：Si＝f(S’i，u，Ti)(i＝1，2，···，m)，从而获得深层-超深层条件下目标层岩石力学参数的预测值。

2.按照权利要求1所述的一种考虑温度效应的深层-超深层岩石力学参数预测方法，其特征在于：上述步骤1中优选的是，基于三维地震精细解释，确定目标层年代和埋藏深度情况；目标层温度特征由地层测试获取；升温速率为目标层温度与其年代之比；降温速率为目标层温度与提升至地表时间之比；升降温速率比为升温速率与降温速率的比值。

3.按照权利要求1所述的一种考虑温度效应的深层-超深层岩石力学参数预测方法，其特征在于：上述步骤2中优选的是，A系列样品数量不少于20件，每件的尺寸应大于10cm×10cm×10cm；B样品为柱塞状样品，直径2.5cm，长度大于8cm；岩石力学实验试样为柱塞状，直径为2.5cm，高为5cm；试样矿物成分及含量利用X-射线衍射实验获取；深层为埋深4500～6000m，超深层为埋深大于6000m。

4.按照权利要求1所述的一种考虑温度效应的深层-超深层岩石力学参数预测方法，其特征在于：所述速率v1为0.01℃/min，速率v2为1℃/min。

5.按照权利要求1所述的一种考虑温度效应的深层-超深层岩石力学参数预测方法，其特征在于：上述步骤4和5中优选的是，目标温度T1，T2，···，Tm为40℃、60℃、80℃、100℃、120℃、140℃、160℃、180℃、200℃和220℃，室温T0为20℃。

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