CN111695274A - 基于数值岩心的砂砾岩储层强度尺寸效应评估方法 - Google Patents

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张子麟
李明
陈勇
姜亦栋
王丽萍
刘廷峰
李潇菲
黄波
王昊
李连崇
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Abstract

本发明提供一种基于数值岩心的砂砾岩储层强度尺寸效应评估方法，包括：步骤1，进行标准尺寸实际岩心的单轴岩石力学实验测试，得到实际砂砾岩岩心的模量和强度参数；步骤2，计算得到标准尺寸数值岩心的模量和强度参数、以及应力应变特征曲线；步骤3，建立尺度逐渐增大的、不同尺度的砂砾岩数值岩心；步骤4，计算得到不同尺寸的砂砾岩数值岩心的模量和强度参数、以及应力应变特征曲线；步骤5，拟合得到砂砾岩岩心强度随尺寸变化的量化规律。该基于数值岩心的砂砾岩储层强度尺寸效应评估方法可以对不同砂砾岩含量、不同砂砾胶结特性的砂砾岩储层岩石强度尺寸效应，做到逐一的定量化评估，可重复性好、评估效率高。

Description

基于数值岩心的砂砾岩储层强度尺寸效应评估方法
技术领域
本发明涉及油气开发技术领域，特别是涉及到一种基于数值岩心的砂砾岩储层强度尺寸效应评估方法。
背景技术
我国低渗透油藏储量丰富，但大多需要压裂开发，压裂改造过程中裂缝形态复杂、油井改造效果不佳，且针对低渗透砂岩储层，还没有有效的评价储层可压性的方法，限制了该类储层的压前评估。
岩石力学参数是压裂设计及优化过程中采用的关键参数之一，是评价岩石可压性的重要参数。依托三轴力学试验系统能够获取真实小尺度岩心力学参数(国际标准尺寸5cm×10cm)，但在建立动静态岩石力学参数耦合关系模型时，存在如下问题：(1)实际取心数量有限，不可能做到各个油层、各个隔层都取心，即使能够全部取心，个别层位的取心可能不合格，加工不出标准的实际物理岩心。(2)静态岩石力学参数室内测试时，特别是储层非均匀性较强时(如砂砾岩)，无论单轴还是三轴岩石力学实验，数据离散性都较大。(3)国内外已有的岩石力学实验及理论研究表明：岩石力学参数尺度效应明显，岩心强度随其尺寸增大一般呈单调减小，并趋于岩心的最小强度值，室内实验获得的力学参数直接应用于储层压裂设计误差较大，室内实验获得的力学参数与现场储层力学参数的对应关系需要明确。(4)储层的天然非均匀性，例如砾石的存在加剧了岩心岩石力学参数的尺寸效应，依托现有设备开展物模岩石力学试验无法考虑砾石含量对岩心力学参数的影响。(5)目前物模岩石力学试验岩心尺寸为5cm×10cm，与真实地层岩石在尺寸上存在差距，超过30cm以上的实际岩心难以在室内岩石力学试验机上测试完成。
因此迫切需要一种简易实施、成本低、可重复性操作的方法来实现对致密砂砾岩储层岩心强度的尺寸效应进行评估。为此我们发明了一种新的基于数值岩心的砂砾岩储层强度尺寸效应评估方法，解决了以上技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种以标准尺寸5cm×10cm砂砾岩岩心的模量和强度参数为基准，通过建立不同尺度的砂砾岩数值岩心以及对应的有限元数值计算，得到砂砾岩储层岩石强度随尺寸而变化的量化规律的基于数值岩心的砂砾岩储层强度尺寸效应评估方法。
本发明的目的可通过如下技术措施来实现：基于数值岩心的砂砾岩储层强度尺寸效应评估方法，该基于数值岩心的砂砾岩储层强度尺寸效应评估方法包括：步骤1，进行标准尺寸实际岩心的单轴岩石力学实验测试，得到实际砂砾岩岩心的模量和强度参数；步骤2，计算得到标准尺寸数值岩心的模量和强度参数、以及应力应变特征曲线；步骤3，建立尺度逐渐增大的、不同尺度的砂砾岩数值岩心；步骤4，计算得到不同尺寸的砂砾岩数值岩心的模量和强度参数、以及应力应变特征曲线；步骤5，拟合得到砂砾岩岩心强度随尺寸变化的量化规律。
本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
在步骤1中，根据待压裂改造的砂砾岩储层地质条件及实际取心，进行标准尺寸5cm×10cm实际岩心的单轴岩石力学实验测试，得到5cm×10cm尺度实际砂砾岩岩心的模量和强度参数。
在步骤2中，基于有限元数值计算方法，建立标准尺寸5cm×10cm的砂砾岩数值岩心，以步骤1测试得到的模量和强度参数为输入值，开展有限元数值计算，计算得到标准尺寸5cm×10cm的数值岩心的模量和强度参数、以及应力应变特征曲线，并且与实际岩心的模量和强度参数对比校核，标定出标准尺寸5cm×10cm砂砾岩岩心的模量和强度参数。
在步骤3中，建立尺度逐渐增大的、不同尺度的砂砾岩数值岩心，其中砾石的含量、砾石的粒径尺寸、砾石与基质之间的胶结强度根据实际测井数据获得。
在步骤1中，针对步骤3所建立的这些不同尺度的砂砾岩数值岩心，逐一开展有限元数值计算，计算得到不同尺寸的砂砾岩数值岩心的模量和强度参数、以及应力应变特征曲线，直至某一特定尺寸下，数值岩心的强度趋于常数。
在步骤5中，根据步骤4得到的不同尺度的砂砾岩数值岩心强度测试数据，拟合得到砂砾岩岩心强度随尺寸变化的量化规律。
本发明中的基于数值岩心的砂砾岩储层强度尺寸效应评估方法，涉及低渗致密砂砾岩油藏储层水力压裂设计、水力压裂裂缝三维空间延伸控制、砂砾岩储层强度尺寸效应的评估，可以对不同砂砾岩含量、不同砂砾胶结特性的砂砾岩储层岩石强度尺寸效应，做到逐一的定量化评估，可重复性好、评估效率高，进而可有效指导致密砂砾岩储层区块水力压裂改造工程的设计。
上述技术方案的难点在于，对于实际待改造储层，实际取心数量有限，不可能做到各个油层、各个隔层都取心，即使能够全部取心，个别层位的取心可能不合格，加工不出标准的实际物理岩心；对于非均匀性较强的砂砾岩，无论单轴还是三轴岩石力学实验，数据离散性都较大。能够以直观、量化的手段计算得到不同尺度砂砾岩岩心的强度参数，就能准确地评估砂砾岩储层强度的尺寸效应。这一客观规律的揭示和发现，是本发明技术思想形成的前提和基础，是本发明技术方案的核心关键点。
综上所述，本发明相对于现有技术，具有以下显著效果：
1、本发明可以清晰直观地给出不同尺度砂砾岩岩心破裂过程的三维空间形貌，这是在物理实验以及现场测试中都是难以获得的；
2、本发明可以对影响砂砾岩储层岩石强度尺寸效应的砾石含量、砾石胶结特征等关键影响因素做到逐一的、定量化的评估，可重复性好，评估效率高；
3、本发明可实现砂砾岩储层岩石强度尺寸效应的量化评估，可有效指导现场压裂设计。
附图说明
图1为本发明的一具体实施例中标准尺寸5cm×10cm实际砂砾岩岩心的示意图；
图2为本发明的一具体实施例中标准尺寸5cm×10cm砂砾岩数值岩心的示意图；
图3为本发明的一具体实施例中标准尺寸5cm×10cm砂砾岩岩心的应力应变曲线对比图；
图4为本发明的一具体实施例中尺寸40cm×40cm砂砾岩数值岩心破裂结果图；
图5为本发明的一具体实施例中尺寸60cm×60cm砂砾岩数值岩心破裂结果图；
图6为本发明的一具体实施例中尺寸100cm×100cm砂砾岩数值岩心破裂结果图；
图7为本发明的一具体实施例中尺寸200cm×200cm砂砾岩数值岩心破裂结果图；
图8为本发明的一具体实施例中不同尺度的砂砾岩数值岩心应力应变曲线对比图；
图9为本发明的一具体实施例中砂砾岩储层岩石强度的尺寸效应评估结果曲线图；
图10为本发明的基于数值岩心的砂砾岩储层强度尺寸效应评估方法的一具体实施例的流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。
如图10所示，图10为本发明的基于数值岩心的砂砾岩储层强度尺寸效应评估方法的流程图。
步骤101，根据待压裂改造的砂砾岩储层地质条件及实际取心，进行标准尺寸5cm×10cm实际岩心的单轴岩石力学实验测试，得到5cm×10cm尺度实际砂砾岩岩心的模量和强度参数。
步骤102，基于有限元数值计算方法，建立标准尺寸5cm×10cm的砂砾岩数值岩心，以步骤101测试得到的模量和强度参数为输入值，开展有限元数值计算，计算得到标准尺寸5cm×10cm的数值岩心的模量和强度参数、以及应力应变特征曲线，并且与实际岩心的模量和强度参数对比校核，标定出标准尺寸5cm×10cm砂砾岩岩心的模量和强度参数。
步骤103，建立尺度逐渐增大的、不同尺度的砂砾岩数值岩心，其中砾石的含量、砾石的粒径尺寸、砾石与基质之间的胶结强度根据实际测井数据获得。
步骤104，针对步骤103所建立的这些不同尺度的砂砾岩数值岩心，逐一开展有限元数值计算，计算得到不同尺寸的砂砾岩数值岩心的模量和强度参数、以及应力应变特征曲线，直至某一特定尺寸下，数值岩心的强度趋于常数。
步骤105，根据步骤104得到的不同尺度的砂砾岩数值岩心强度测试数据，拟合得到砂砾岩岩心强度随尺寸变化的量化规律。
以下为应用本发明的一具体实施例：
步骤一，根据待压裂改造的砂砾岩储层地质条件及实际取心，进行标准尺寸5cm×10cm实际砂砾岩岩心的单轴岩石力学实验测试，如图1实际砂砾岩岩心的破坏模式，得到5cm×10cm尺度实际砂砾岩岩心的模量9987.6MPa和强度34.9MPa。
步骤二，基于有限元数值计算方法，建立标准尺寸5cm×10cm的砂砾岩数值岩心，如图2所示，以步骤一测试得到的模量9987.6MPa和强度34.9MPa为输入值，开展有限元数值计算，计算得到标准尺寸5cm×10cm的数值岩心的模量10010.8MPa和强度35.2MPa、以及应力应变特征曲线，如图3所示，并且与实际岩心的模量和强度参数对比校核，标定出标准尺寸5cm×10cm砂砾岩岩心的模量和强度参数。
步骤三，建立尺度逐渐增大的、不同尺度的砂砾岩数值岩心，其中砾石的含量、砾石的粒径尺寸、砾石与基质之间的胶结强度根据实际测井数据获得。如图4至图7所示，砂砾岩数值岩心的尺寸分别为40cm×40cm、60cm×60cm、100cm×100cm和200cm×200cm，每个数值岩心的砾石含量均为37.5％，最大砾石直径20cm，最小砾石直径2cm。
步骤四，针对步骤三所建立的这些不同尺度的砂砾岩数值岩心，逐一开展有限元数值计算，计算得到不同尺寸的砂砾岩数值岩心的模量和强度参数、以及应力应变特征曲线，如图8，直至某一特定尺寸下，数值岩心的强度趋于常数。
步骤五，根据步骤四得到的不同尺度的砂砾岩数值岩心强度测试数据，拟合得到砂砾岩岩心强度随尺寸变化的量化规律，如图9，得到的拟合公式是y＝22.66x-0.16，其中y表示砂砾岩强度，x表示砂砾岩岩心尺寸。
结果表明，此种基于数值岩心的砂砾岩储层强度尺寸效应评估方法，可以对影响砂砾岩储层岩石强度尺寸效应的关键影响因素做到逐一的、定量化的评估，可重复性好，评估效率高，且成本较低，操作简单。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.基于数值岩心的砂砾岩储层强度尺寸效应评估方法，其特征在于，该基于数值岩心的砂砾岩储层强度尺寸效应评估方法包括：
步骤1，进行标准尺寸实际岩心的单轴岩石力学实验测试，得到实际砂砾岩岩心的模量和强度参数；
步骤2，计算得到标准尺寸数值岩心的模量和强度参数、以及应力应变特征曲线；
步骤3，建立尺度逐渐增大的、不同尺度的砂砾岩数值岩心；
步骤4，计算得到不同尺寸的砂砾岩数值岩心的模量和强度参数、以及应力应变特征曲线；
步骤5，拟合得到砂砾岩岩心强度随尺寸变化的量化规律。
2.根据权利要求1所述的基于数值岩心的砂砾岩储层强度尺寸效应评估方法，其特征在于，在步骤1中，根据待压裂改造的砂砾岩储层地质条件及实际取心，进行标准尺寸5cm×10cm实际岩心的单轴岩石力学实验测试，得到5cm×10cm尺度实际砂砾岩岩心的模量和强度参数。
3.根据权利要求1所述的基于数值岩心的砂砾岩储层强度尺寸效应评估方法，其特征在于，在步骤2中，基于有限元数值计算方法，建立标准尺寸5cm×10cm的砂砾岩数值岩心，以步骤1测试得到的模量和强度参数为输入值，开展有限元数值计算，计算得到标准尺寸5cm×10cm的数值岩心的模量和强度参数、以及应力应变特征曲线，并且与实际岩心的模量和强度参数对比校核，标定出标准尺寸5cm×10cm砂砾岩岩心的模量和强度参数。
4.根据权利要求1所述的基于数值岩心的砂砾岩储层强度尺寸效应评估方法，其特征在于，在步骤3中，建立尺度逐渐增大的、不同尺度的砂砾岩数值岩心，其中砾石的含量、砾石的粒径尺寸、砾石与基质之间的胶结强度根据实际测井数据获得。
5.根据权利要求1所述的基于数值岩心的砂砾岩储层强度尺寸效应评估方法，其特征在于，在步骤1中，针对步骤3所建立的这些不同尺度的砂砾岩数值岩心，逐一开展有限元数值计算，计算得到不同尺寸的砂砾岩数值岩心的模量和强度参数、以及应力应变特征曲线，直至某一特定尺寸下，数值岩心的强度趋于常数。
6.根据权利要求1所述的基于数值岩心的砂砾岩储层强度尺寸效应评估方法，其特征在于，在步骤5中，根据步骤4得到的不同尺度的砂砾岩数值岩心强度测试数据，拟合得到砂砾岩岩心强度随尺寸变化的量化规律。
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