CN112304838B - 基于岩心三轴压缩的油页岩储层可改造性室内评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于岩心三轴压缩的油页岩储层可改造性室内评价方法。基于岩心三轴压缩的油页岩储层可改造性室内评价方法包括：S1、钻取目标地层的岩样，得到有效地层围压PE下岩样的初始渗透率K0；S2、将渗透率测试后的岩样用热缩管封装后，得到岩样的应力‑应变曲线；S3、将三轴压缩测试后的岩样在有效地层围压PE下进行渗透率测试，得到三轴压缩后的渗透率K1；S4、根据岩样的应力‑应变曲线分析得到岩样的三轴抗压强度，计算岩样的力学强度指数；S5、计算岩样的破裂能量指数；S6、计算岩样的可改造性指数。本发明解决了现有技术中油页岩储层可靠性评价结果的问题。

Description

基于岩心三轴压缩的油页岩储层可改造性室内评价方法
技术领域
本发明涉及石油天然气钻探技术领域，具体而言，涉及一种基于岩心三轴压缩的油页岩储层可改造性室内评价方法。
背景技术
随着我国油气资源资源需求的持续攀升，对页岩油、页岩气、致密油等非常规油气的勘探开发规模日益增大。然而，与常规油气资源不同，以油页岩为代表的非常规油气储层，通常都表现出低孔、特低渗等特征，需要对其储层进行有效的改造(常采用体积压裂、密分切割压裂等)，才能获取工业产能。因此，对储层对可改造性进行科学评价不仅是开发地层优选、工程“甜点”优化以及高效压裂工程设计的基础，对最大程度实现页岩油气的经济开发也具有极其的重要意义。
近年来，国内外围绕储层可压性或可压裂性已开展了大量工作，并提出了一大批以脆性指数、裂缝发育特征、断裂韧性、地应力、岩石力学等基本参数为基础、将其中一个或多个参数进行组合的可压裂性评价模型，然而，已有的理论研究与大量工程实践表明，目前已成的可压裂性评价模型普遍存在如下问题：已有的大量可压裂性评价模型主要以复杂非常规储层是否容易压开、是否够形成缝网为评价目标，而对压裂后对井周储层渗透性的影响即改造效果没有进行明确反映、科学评价；受可压裂性模型构建出发点的上述局限性，部分可压裂性评价结果较好的储层，却未表现出较好的压裂效果，即压裂增产效果与可压裂性评价结果对应性不好。
因此，现有技术中存在油页岩储层可靠性评价结果差的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于岩心三轴压缩的油页岩储层可改造性室内评价方法，以解决现有技术中油页岩储层可靠性评价结果的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种基于岩心三轴压缩的油页岩储层可改造性室内评价方法，包括：S1、钻取目标地层的岩样，根据取心深度计算上覆地层压力，通过上覆地层压力计算有效地层围压PE，在有效地层围压PE下对岩样进行渗透率测试，得到有效地层围压PE下岩样的初始渗透率K0；S2、将渗透率测试后的岩样用热缩管封装后，在有效地层围压PE下进行三轴压缩测试，得到岩样的应力-应变曲线；S3、将三轴压缩测试后的岩样在有效地层围压PE下进行渗透率测试，得到三轴压缩后的渗透率K1，并计算有效地层围压PE下岩样三轴压缩后的渗透率增幅指数RK；S4、根据岩样的应力-应变曲线分析得到岩样的三轴抗压强度，并根据岩样的三轴抗压强度计算岩样的力学强度指数；S5、根据岩样的应力-应变曲线分析获取岩样破坏前的应变能密度和破坏后的应变能密度，计算岩样的破裂能量指数；S6、根据岩样的渗透率增幅指数、力学强度指数和破裂能量指数计算岩样的可改造性指数。
进一步地，在步骤S1中，岩样的直径大于等于24mm且小于等于60mm，岩样的长径比为1.5-2.5。
进一步地，岩样的直径为25mm，且岩样的长径比为2.0。
进一步地，在步骤S1中，上覆地层压力的计算公式为：
PG＝ρgH×10-2-PpH×10-2
其中，PG为上覆地层压力，单位为MPa；ρ为上覆地层的平均密度，单位为g/cm3；g为重心加速度，取值为10m/s2；H为取心井深，单位为m；PP为地层压力，单位为MPa；
步骤S1中有效地层围压PE的计算公式为：
PE＝PG-Pp
其中，PG为上覆地层压力，单位为MPa；PP为地层压力，单位为MPa。
进一步地，在步骤S3中，岩样的渗透率增幅指数的计算公式为：
Figure GDA0003290629830000021
其中，RK为岩样的渗透率增幅指数；K1为有效地层围压PE下岩样三轴压缩后的渗透率，单位为mD；K0为有效地层围压PE下岩样的初始渗透率，单位为mD。
进一步地，在步骤S4中，岩样的力学强度指数的计算公式为：
Figure GDA0003290629830000022
其中，RS为岩样的力学强度指数；σC为岩样的三轴抗压强度，单位为MPa；PE为有效地层围压，单位为MPa。
进一步地，在步骤S5中，岩样的破裂能量指数的计算公式为：
Figure GDA0003290629830000023
其中，RE为岩样的破裂能量指数；ES为岩样破坏前的应变能密度，单位为MPa；EF为岩样破坏后的应变能密度，单位为MPa。
进一步地，岩样破坏前的应变能密度ES的值等于岩样破坏前轴向应力-应变曲线下方的面积大小。
进一步地，岩样破坏后的应变能密度EF的值等于岩样破坏后轴向应力-应变曲线下方的面积大小。
进一步地，在步骤S6中，岩样的可改造性指数的计算公式为：
Figure GDA0003290629830000031
其中，RRF为岩样的可改造性指数，RE为岩样的破裂能量指数，RK为岩样的渗透率增幅指数，RS为岩样的力学强度指数。
应用本发明的技术方案，本申请中的基于岩心三轴压缩的油页岩储层可改造性室内评价方法，包括：S1、钻取目标地层的岩样，根据取心深度计算上覆地层压力，通过上覆地层压力计算有效地层围压PE，在有效地层围压PE下对岩样进行渗透率测试，得到有效地层围压PE下岩样的初始渗透率K0；S2、将渗透率测试后的岩样用热缩管封装后，在有效地层围压PE下进行三轴压缩测试，得到岩样的应力-应变曲线；S3、将三轴压缩测试后的岩样在有效地层围压PE下进行渗透率测试，得到三轴压缩后的渗透率K1，并计算有效地层围压PE下岩样三轴压缩后的渗透率增幅指数RK；S4、根据岩样的应力-应变曲线分析得到岩样的三轴抗压强度，并根据岩样的三轴抗压强度计算岩样的力学强度指数；S5、根据岩样的应力-应变曲线分析获取岩样破坏前的应变能密度和破坏后的应变能密度，计算岩样的破裂能量指数；S6、根据岩样的渗透率增幅指数、力学强度指数和破裂能量指数计算岩样的可改造性指数。
本发明通过三轴压缩测试，综合考虑地层被压裂开的难易程度、地层压裂形成缝网复杂度以及压裂后渗透率提升幅度，建立可改造性压裂指数计算方法，实现了对油页岩储层可改造性的室内实验评价，为油页岩工程“甜点”识别、评价以及油页岩储层的压裂改造提供了可靠的关键基础参数，为油页岩储层精细勘探与高效压裂改造提供了强有力的基础实验支撑，对页岩油的高效经济开发具有重要意义。并且，本发明提供的评价方法准确率较高、可靠性好，能够为油页岩储层压裂提供重要的理论依据。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的一个具体实施例的基于岩心三轴压缩的油页岩储层可改造性室内评价方法的流程图；以及
图2示出了本发明的一个具体实施例中岩样的应力-应变曲线。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。
为了解决现有技术中油页岩储层可靠性评价结果的问题，本申请提供了一种基于岩心三轴压缩的油页岩储层可改造性室内评价方法。
本申请中的基于岩心三轴压缩的油页岩储层可改造性室内评价方法，包括：S1、钻取目标地层的岩样，根据取心深度计算上覆地层压力，通过上覆地层压力计算有效地层围压PE，在有效地层围压PE下对岩样进行渗透率测试，得到有效地层围压PE下岩样的初始渗透率K0；S2、将渗透率测试后的岩样用热缩管封装后，在有效地层围压PE下进行三轴压缩测试，得到岩样的应力-应变曲线；S3、将三轴压缩测试后的岩样在有效地层围压PE下进行渗透率测试，得到三轴压缩后的渗透率K1，并计算有效地层围压PE下岩样三轴压缩后的渗透率增幅指数RK；S4、根据岩样的应力-应变曲线分析得到岩样的三轴抗压强度，并根据岩样的三轴抗压强度计算岩样的力学强度指数；S5、根据岩样的应力-应变曲线分析获取岩样破坏前的应变能密度和破坏后的应变能密度，计算岩样的破裂能量指数；S6、根据岩样的渗透率增幅指数、力学强度指数和破裂能量指数计算岩样的可改造性指数。
本发明通过三轴压缩测试，综合考虑地层被压裂开的难易程度、地层压裂形成缝网复杂度以及压裂后渗透率提升幅度，建立可改造性压裂指数计算方法，实现了对油页岩储层可改造性的室内实验评价，为油页岩工程“甜点”识别、评价以及油页岩储层的压裂改造提供了可靠的关键基础参数，为油页岩储层精细勘探与高效压裂改造提供了强有力的基础实验支撑，对页岩油的高效经济开发具有重要意义。并且，本发明提供的评价方法准确率较高、可靠性好，能够为油页岩储层压裂提供重要的理论依据。
需要说明的是，在本申请中可改造性指数越大，表明相同工艺条件下油页岩储层改造越易形成复杂缝网、储层改造预期效果越好，则该储层具有较强的可改造性，因此，根据岩样的可改造性指数评价其可改造性。
如图1所示，本申请中的基于岩心三轴压缩的油页岩储层可改造性室内评价方法主要包括以下流程：压缩实验前渗透率测试、三轴压缩测试、压缩实验后渗透率测试、岩石强度分析、破裂能量分析、可改造性指数计算。
具体地，在步骤S1中，岩样的直径大于等于24mm且小于等于60mm，岩样的长径比为1.5-2.5。
具体地，岩样的直径为25mm，且岩样的长径比为2.0。
具体地，在步骤S1中，上覆地层压力的计算公式为：
PG＝ρgH×10-2-PpH×10-2 (I)
其中，PG为上覆地层压力，单位为MPa；ρ为上覆地层的平均密度，单位为g/cm3；g为重心加速度，取值为10m/s2；H为取心井深，单位为m；PP为地层压力，单位为MPa。
步骤S1中有效地层围压PE的计算公式为：
PE＝PG-Pp (2)
其中，PG为上覆地层压力，单位为MPa；PP为地层压力，单位为MPa。
具体地，在步骤S3中，岩样的渗透率增幅指数的计算公式为：
Figure GDA0003290629830000051
其中，RK为岩样的渗透率增幅指数；K1为有效地层围压PE下岩样三轴压缩后的渗透率，单位为mD；K0为有效地层围压PE下岩样的初始渗透率，单位为mD。
具体地，在步骤S4中，岩样的力学强度指数的计算公式为：
Figure GDA0003290629830000052
其中，RS为岩样的力学强度指数；σC为岩样的三轴抗压强度，单位为MPa；PE为有效地层围压，单位为MPa。
具体地，在步骤S5中，岩样的破裂能量指数的计算公式为：
Figure GDA0003290629830000053
其中，RE为岩样的破裂能量指数；ES为岩样破坏前的应变能密度，单位为MPa；EF为岩样破坏后的应变能密度，单位为MPa。
具体地，岩样破坏前的应变能密度ES的值等于岩样破坏前轴向应力-应变曲线下方的面积大小。
具体地，岩样破坏后的应变能密度EF的值等于岩样破坏后轴向应力-应变曲线下方的面积大小。
具体地，在步骤S6中，岩样的可改造性指数的计算公式为：
Figure GDA0003290629830000061
其中，RRF为岩样的可改造性指数，RE为岩样的破裂能量指数，RK为岩样的渗透率增幅指数，RS为岩样的力学强度指数。
在本申请的一个具体实施例中：
S1、渗透率测试。由取自井下待评价地层的钻井取心钻取制备直径为25mm且长径比约为2.0的圆柱体岩样，由取心井深3560m、上覆地层岩石平均密度2.325g/cm3、地层压力39.16MPa，由式(1)、式(2)计算得到有效地层围压PE为43.61MPa。
以氦气为介质，施加围压PE＝43.61MPa，采用压力脉冲衰减法对岩样进行渗透率测试；测得初始渗透率K0为7.803×10-3mD。
S2、三轴压缩测试。对已进行渗透率测试的圆柱试样用热缩管进行封装，放入三轴压缩岩石力学试验系统的三轴室，并施加围压PE＝43.61MPa，然后进行三轴压缩测试。对三轴压缩过程中岩石试样变形、破坏全过程对应的轴向应力-应变曲线、径向应力-应变曲线进行实时采集、记录，如附图2所示。
S3、三轴压缩后的渗透率测试。对三轴压缩后的岩样，基于达西渗流理论，进行围压为PE条件下的渗透率测试，测得渗透率为K1为2.179×10-3mD，并依据式(3)计算渗透率增幅指数RK为1.792。
S4、岩石强度分析。依据岩样三轴压缩测试得到应力-应变曲线，分析获取岩石的抗压强度为126.83MPa，并依据式(4)计算岩样的力学强度指数RS为2.908。
S5、破裂能量分析。依据图2所示岩样三轴压缩测试得到应力-应变曲线，分析由图2中轴向应力-应变曲线下方OAB面积获取岩石破坏前的应变能密度，由图2中轴向应力-应变曲线下方BACD面积获取岩石破坏后的应变能密度以及破坏后的应变能密度，并依据式(5)计算岩样的破裂能量指数RE为0.8342。
S6、可改造性指数计算。由上述步骤分析得到的岩样渗透率增幅指数、岩样力学强度指数、岩样破裂能量指数，由式(6)计算可改造性指数REF为0.5140。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
1、准确率较高、可靠性好；
2、能够为油页岩储层压裂提供重要的理论依据。
显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于岩心三轴压缩的油页岩储层可改造性室内评价方法，其特征在于，包括：
S1、钻取目标地层的岩样，根据取心深度计算上覆地层压力，通过所述上覆地层压力计算有效地层围压PE，在所述有效地层围压PE下对所述岩样进行渗透率测试，得到所述有效地层围压PE下所述岩样的初始渗透率K0；
S2、将渗透率测试后的所述岩样用热缩管封装后，在所述有效地层围压PE下进行三轴压缩测试，得到所述岩样的应力-应变曲线；
S3、将三轴压缩测试后的所述岩样在所述有效地层围压PE下进行渗透率测试，得到三轴压缩后的渗透率K1，并计算所述有效地层围压PE下所述岩样三轴压缩后的渗透率增幅指数RK；
S4、根据所述岩样的应力-应变曲线分析得到所述岩样的三轴抗压强度，并根据所述岩样的三轴抗压强度计算所述岩样的力学强度指数；
S5、根据所述岩样的应力-应变曲线分析获取所述岩样破坏前的应变能密度和破坏后的应变能密度，计算所述岩样的破裂能量指数；
S6、根据所述岩样的渗透率增幅指数、力学强度指数和破裂能量指数计算所述岩样的可改造性指数
在所述步骤S4中，所述岩样的力学强度指数的计算公式为：
Figure FDA0003267990210000011
其中，RS为所述岩样的力学强度指数；σC为所述岩样的三轴抗压强度，单位为MPa；PE为有效地层围压，单位为MPa；
在所述步骤S5中，所述岩样的破裂能量指数的计算公式为：
Figure FDA0003267990210000012
其中，RE为所述岩样的破裂能量指数；ES为所述岩样破坏前的应变能密度，单位为MPa；EF为所述岩样破坏后的应变能密度，单位为MPa；
在所述步骤S6中，所述岩样的可改造性指数的计算公式为：
Figure FDA0003267990210000013
其中，RRF为所述岩样的可改造性指数，RE为所述岩样的破裂能量指数，RK为所述岩样的渗透率增幅指数，RS为所述岩样的力学强度指数。
2.根据权利要求1所述的基于岩心三轴压缩的油页岩储层可改造性室内评价方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述岩样的直径大于等于24mm且小于等于60mm，所述岩样的长径比为1.5-2.5。
3.根据权利要求2所述的基于岩心三轴压缩的油页岩储层可改造性室内评价方法，其特征在于，所述岩样的直径为25mm，且所述岩样的长径比为2.0。
4.根据权利要求1所述的基于岩心三轴压缩的油页岩储层可改造性室内评价方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述岩样的渗透率增幅指数的计算公式为：
Figure FDA0003267990210000021
其中，RK为所述岩样的渗透率增幅指数；K1为有效地层围压PE下所述岩样三轴压缩后的渗透率，单位为mD；K0为有效地层围压PE下所述岩样的初始渗透率，单位为mD。
5.根据权利要求1所述的基于岩心三轴压缩的油页岩储层可改造性室内评价方法，其特征在于，所述岩样破坏前的应变能密度ES的值等于所述岩样破坏前轴向应力-应变曲线下方的面积大小。
6.根据权利要求1所述的基于岩心三轴压缩的油页岩储层可改造性室内评价方法，其特征在于，所述岩样破坏后的应变能密度EF的值等于所述岩样破坏后轴向应力-应变曲线下方的面积大小。
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