CN113138106B - 基于随钻岩屑录井资料的岩石弹性参数确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是基于随钻岩屑录井资料的岩石弹性参数确定方法，其包括：步骤1、根据待测井随钻岩屑录井资料获取三维数字岩心微观参数；步骤2、根据所获得的随钻岩屑微观参数生成三维数字岩心试样；步骤3、对三维数字岩心试样进行单轴或三轴压缩数值实验，获取三维数字岩心应力应变曲线，计算岩心的弹性模量和泊松比；步骤4、选取待测井不同井深的随钻岩屑，重复步骤1至3，得到待测井沿井深分布的连续的岩石弹性模量和泊松比。本发明能够通过分析沿井深的随钻岩屑资料并开展数值仿真，得到沿井深分布的连续的岩石弹性模量和泊松比，可有效的解决全井岩石力学计算基础数据缺失的问题。

Description

基于随钻岩屑录井资料的岩石弹性参数确定方法

技术领域：

本发明涉及的是岩石物性评价技术，具体涉及的是一种基于随钻岩屑录井资料的岩石弹性参数确定方法。

背景技术：

岩石弹性参数是开展岩石力学计算的最基本数据，在石油工程领域的井壁稳定性分析、套管-水泥环组合体应力分析、水力压裂等多个方面具有广泛的应用。岩石力学参数包括弹性模量、泊松比、剪切模量和体积模量，其中最主要的为弹性模量和泊松比，剪切模量和体积模量均可以由这两个参数计算得出。目前通常有两种方法得到弹性模量和泊松比：一种是通过声波测井的横纵波速度来计算，这种评价方法称为动态法；另一种为在室内开展单轴或三轴岩石力学实验，通过测量压缩过程中应力-应变曲线来获得，这种方法称为静态法。动态法由于通过给岩石施加声波振动，其计算得到的结果与真实的岩石力学参数有一定的差别，静态法的缓慢加载条件与地下岩石所处的应力环境基本一致，能够更为真实的反映地下岩石的弹性参数。通常采用动静态结合的方法来得出相对准确的地下岩石力学参数，即分别通过室内实验法和测井数据计算法得到静态和动态的岩石弹性模量及泊松比，然后进行动静态参数的拟合，建立动静态转换的拟合方程，然后再利用测井数据连续的特点即可得到沿井深分布连续的、相对准确的岩石弹性模量和泊松比。然而这种方法仍存在以下不足：

（1）在进行石油工程领域岩石力学计算分析时，通常需要沿井深连续分布的弹性参数，动静态结合的方法可以得到连续的岩石力学参数，但这种方法的前提是需要大量的取芯，才能开展室内静态法岩石力学实验。然而由于取芯作业的投入成本高、延长建井周期等原因，在非储层段通常是不取芯的，即使在储层段也仅有部分井有限深度处取芯，因此在非储层段的各个层位无法得到真实的岩石力学参数的，其只能通过储层段的动静态拟合方程来代替。由于不同井、不同层段岩性的差异，动静态转换拟合方程的系数甚至是方程的形式都会有较大的改变，因此对于没有取芯的非储层段和取芯量较少拟合精度不高的储层段，通过动静态结合的方法得到的连续、沿井深分布的岩石力学参数与真实数值有很大的差异，严重影响了岩石力学分析的准确性；

（2）对于深层、超深层等储集油气资源的重要层位，主要采用水平井开发，其测井环境具有高温、高压、长裸眼段等特点，水平井测井施工存在测井仪器无法下入等诸多技术难题，水平井测井数量受限，不能提供连续的、沿井深分布的测井数据，进而无法得出岩石力学分析所需的弹性参数。

由此可以看出，对于岩石力学计算分析所要求的连续、沿井深分布的岩石弹性参数，即使通过动静态结合的方法也不能准确的实现，因此需要一种能够更为准确、且能够每口井每个深度都能得到的岩石参数确定方法。

发明内容：

本发明的目的是提供一种基于随钻岩屑录井资料的岩石弹性参数确定方法，这种基于随钻岩屑录井资料的岩石弹性参数确定方法用于目前由于岩石取芯成本高、测井数据不全、岩石力学参数计算不准确等因素导致的基础数据缺失问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种基于随钻岩屑录井资料的岩石弹性参数确定方法：

步骤1、根据待测井随钻岩屑录井资料获取三维数字岩心微观参数，三维数字岩心微观参数分别为岩石矿物组分及含量、孔隙度、微观接触刚度、微观弹性模量；

步骤2、根据所获得的随钻岩屑微观参数生成三维数字岩心试样，三维数字岩心试样尺寸为F25mm×50mm，三维数字岩心试样的生成方法：

2.1、在PFC3D软件中创建PFC项目文件，设置100mm×100mm×100mm计算域，建立F25mm×50mm圆柱形墙体；

2.2、按不同矿物组分及含量规定颗粒级配，施加实体密度属性及线性接触模型，设定颗粒接触刚度及微观弹性模量，在域内指定孔隙度，随机投放生成颗粒；

2.3、设置测量圆，重复投放颗粒，直到测量圆内孔隙度与指定孔隙度一致，采用分层压实法压实试样，生成三维数字岩心试样；

步骤3、对步骤2所建立的三维数字岩心试样进行单轴或三轴压缩数值实验，获取三维数字岩心应力应变曲线，计算岩心的弹性模量和泊松比，具体为：

3.1、建立圆柱体模型，设置侧向墙体及上下墙体的平均刚度及摩擦系数；

3.2、以伺服机制原理为基础，通过控制墙体速度达到施加围压和垂向应力的目的，监控侧向及竖向应力变化；

3.3、进行单轴或三轴实验，固定围压，通过监测轴向应力

确定实验是否结束，

首先增加到一定数值，该数值为最大值，随着三维数字岩心试样的破坏后降低，当

时，数值实验结束，

为实验结束系数；

3.4、根据所得到的岩石应力-应变曲线，计算三维数字岩心试样的弹性模量及泊松比；

步骤4、选取待测井不同井深的随钻岩屑，重复步骤1至步骤3，得到待测井沿井深分布的连续的岩石弹性模量和泊松比。

上述方案中步骤1中获取三维数字岩心微观参数的方法：

1.1、选取待测井的随钻岩屑，对其进行清洗干燥、研磨过筛，用于制备粒径约10μm岩粉；

1.2、利用X射线衍射仪，对随钻岩屑进行岩石矿物组成分析；

1.3、利用核磁共振成像分析仪，获取随钻岩屑的孔隙度及密度；

1.4、利用原位纳米压痕仪测量纳米尺度下的随钻岩屑微观接触刚度及微观弹性模量。

本发明具有以下有益效果：

（1）本发明提供的基于随钻岩屑录井资料的岩石弹性参数确定方法，只需开展随钻岩屑的三维数字岩心模拟和实验仿真即可得到岩石的弹性模量和泊松比，无需进行取芯作业，降低了高昂的取芯作业成本；

（2）本发明提供的基于随钻岩屑录井资料的岩石弹性参数确定方法，无需

用到测井数据，实现了无测井作业条件下的岩石弹性模量和泊松比的定量表征；

（3）本发明提供的基于随钻岩屑录井资料的岩石弹性参数确定方法，能够通过分析沿井深的随钻岩屑资料并开展数值仿真，得到沿井深分布的连续的岩石弹性模量和泊松比，可有效的解决全井岩石力学计算基础数据缺失的问题；

(4) 本发明提供的基于随钻岩屑录井资料的岩石弹性参数确定方法，无需进行动静态转换，可有效解决由于数据较少导致的拟合方程形式和系数相差较大的问题。

具体实施方式：

下面对本发明做进一步的说明：

这种基于随钻岩屑录井资料的岩石弹性参数确定方法：

步骤1、根据待测井随钻岩屑录井资料获取三维数字岩心微观参数，分别为岩石矿物组分及含量、孔隙度、微观接触刚度、微观弹性模量。

步骤1所描述的三维数字岩心微观参数获取步骤包括：

1.1、选取待测井的随钻岩屑，对其进行清洗干燥、研磨过筛，用于制备粒径约10μm岩粉；

1.2、利用X射线衍射仪，对随钻岩屑进行岩石矿物组成分析；

1.3、利用核磁共振成像分析仪，获取随钻岩屑的孔隙度及密度；

1.4、利用原位纳米压痕仪测量纳米尺度下的随钻岩屑微观接触刚度及微观弹性模量。

步骤2、根据所获得的随钻岩屑微观参数生成三维数字岩心试样，尺寸为F25mm×50mm。

步骤2所描述的三维数字岩心试样的生成步骤包括：

2.1、在PFC3D软件中创建PFC项目文件，设置100mm×100mm×100mm计算域，建立F25mm×50mm圆柱形墙体；

2.2、按不同矿物组分及含量规定颗粒级配，施加实体密度属性及线性接触模型，设定颗粒接触刚度及微观弹性模量，在域内指定孔隙度，随机投放生成颗粒；

2.3、设置测量圆，重复投放颗粒，直到测量圆内孔隙度与指定孔隙度一致，采用分层压实法压实试样，生成三维数字岩心试样。

步骤3、对步骤2所建立的三维数字岩心试样进行单轴或三轴压缩数值实验，获取三维数字岩心应力应变曲线，计算岩心的弹性模量和泊松比。

步骤3所描述的单轴或三轴压缩数值试验步骤为：

3.1、建立圆柱体模型，设置侧向墙体及上下墙体的平均刚度及摩擦系数；

3.2、以伺服机制原理为基础，通过控制墙体速度达到施加围压和垂向应力的目的，监控侧向及竖向应力变化；

3.3、进行单轴或三轴实验，固定围压，通过监测轴向应力

确定实验是否结束，

首先增加到一定数值（最大值），随着试样的破坏后降低，当

时，数 值实验结束，

为实验结束系数。

3.4、根据所得到的岩石应力-应变曲线，计算数字岩心的弹性模量及泊松比。

步骤4、选取待测井不同井深的随钻岩屑，重复步骤1至3，得到待测井沿井深分布的连续的岩石弹性模量和泊松比。

本发明以随钻岩屑录井资料为基础，通过分析随钻岩屑的矿物组成和微观结构，建立其与岩石宏观力学性质的关系，结合PFC数值模拟方法还原三维数字岩心试样，并进行三轴压缩数值实验，获取三维数字岩心应力应变曲线，从而能够进行每口井沿井深分布的连续的岩石弹性参数评价。

Claims (2)

1.一种基于随钻岩屑录井资料的岩石弹性参数确定方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1、根据待测井随钻岩屑录井资料获取三维数字岩心微观参数，三维数字岩心微观参数分别为岩石矿物组分及含量、孔隙度、微观接触刚度、微观弹性模量；

步骤2、根据所获得的随钻岩屑微观参数生成三维数字岩心试样，三维数字岩心试样尺寸为φ25mm×50mm，三维数字岩心试样的生成方法：

2.1、在PFC3D软件中创建PFC项目文件，设置100mm×100mm×100mm计算域，建立φ25mm×50mm圆柱形墙体；

2.2、按不同矿物组分及含量规定颗粒级配，施加实体密度属性及线性接触模型，设定颗粒接触刚度及微观弹性模量，在域内指定孔隙度，随机投放生成颗粒；

2.3、设置测量圆，重复投放颗粒，直到测量圆内孔隙度与指定孔隙度一致，采用分层压实法压实试样，生成三维数字岩心试样；

步骤3、对步骤2所建立的三维数字岩心试样进行单轴或三轴压缩数值实验，获取三维数字岩心应力应变曲线，计算岩心的弹性模量和泊松比，具体为：

3.1、建立圆柱形墙体模型，设置侧向墙体及上下墙体的平均刚度及摩擦系数；

3.2、以伺服机制原理为基础，通过控制墙体速度达到施加围压和垂向应力的目的，监控侧向及竖向应力变化；

3.3、进行单轴或三轴实验，固定围压，通过监测轴向应力

确定实验是否结束，

首先增加到一定数值，该数值为最大值，随着三维数字岩心试样的破坏后降低，当

时，数值实验结束，

为实验结束系数；

3.4、根据所得到的岩石应力-应变曲线，计算三维数字岩心试样的弹性模量及泊松比；

步骤4、选取待测井不同井深的随钻岩屑，重复步骤1至步骤3，得到待测井沿井深分布的连续的岩石弹性模量和泊松比。

2.根据权利要求1所述的基于随钻岩屑录井资料的岩石弹性参数确定方法，其特征在于：所述的步骤1中获取三维数字岩心微观参数的方法：

1.1、选取待测井的随钻岩屑，对其进行清洗干燥、研磨过筛，用于制备粒径约10μm岩粉；

1.2、利用X射线衍射仪，对随钻岩屑进行岩石矿物组成分析；

1.3、利用核磁共振成像分析仪，获取随钻岩屑的孔隙度及密度；

1.4、利用原位纳米压痕仪测量纳米尺度下的随钻岩屑微观接触刚度及微观弹性模量。