CN113138107A - 基于随钻岩屑录井资料的岩石脆性评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是基于随钻岩屑录井资料的岩石脆性评价方法，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、计算归一化弹性模量、泊松比和脆性矿物占比；步骤5、计算得到综合考虑岩石矿物成分及力学特性的脆性指数；步骤6、选取待测井不同井深的随钻岩屑，重复步骤1至5，计算得到储层段沿井深分布连续的岩石脆性指数。本发明无需进行取芯作业，综合考虑脆性矿物组成和岩石弹性参数对脆性的影响，储层岩石脆性评价结果更准确。

Description

基于随钻岩屑录井资料的岩石脆性评价方法

技术领域：

本发明涉及的是储层岩石脆性评价技术，具体涉及的是一种基于随钻岩屑录井资料的岩石脆性评价方法。

背景技术：

致密储层具有低孔低渗的特点，必须采用压裂的方法进行增产改造才能实现效益开发，其压裂效果受到岩石脆性的影响，脆性越高压后形成的裂缝越复杂，压裂增产改造效果越好。因此在进行水力压裂设计时，应首先选择岩石脆性较高的井段进行压裂，从而提高压裂改造效果。

现有的岩石脆性评价方法主要建立在岩石矿物组成和力学实验基础上，给出了不同的岩石脆性评价方法及标准，现场最常用的脆性评价方法主要分为以下几种：一是基于矿物含量的岩石脆性评价方法，这种方法主要根据岩石中脆性矿物占总矿物含量的百分比作为岩石脆性的评价标准，并提出了相应的脆性指数来定量表征岩石脆性；二是基于弹性参数的岩石脆性评价方法，这种方法能够通过测井数据计算得到动态弹性模量和泊松比，然后再通过动静态转换的方法获得全井段的岩石脆性评价结果；三是基于强度参数的岩石脆性评价方法，这种方法通过室内岩石力学实验所获得的抗拉强度、抗压强度、残余强度等参数来间接表征岩石脆性；四是基于应变的岩石脆性评价方法，这种方法以岩石应力-应变曲线上峰前弹性(可逆)应变与总应变的比值或峰值应变与残余应变差异程度作为脆性表征参数；五是基于应变能的岩石脆性评价方法，这种方法以岩石断裂过程中积累和释放的应变能特征表征脆性大小。

这几类岩石脆性评价方法各有其优缺点，但总的来说，这几类方法主要存在如下共同不足：

(1)第一种方法可以通过分析随钻岩屑的矿物组成即可得到岩石的脆性，不需要取芯作业即可进行沿井深分布连续的岩石脆性评价结果，但这种方法忽略了岩石成岩过程以及外部受力条件对岩石脆性的影响，评价结果的准确性不高；

(2)第二～五种方法需要取芯开展室内岩石力学实验，然而由于取芯作业的投入成本高、延长建井周期等原因，在储层段仅有部分井有限深度处取芯，大多数井都没有岩芯用来开展脆性评价，因此这几种方法受到取芯作业的制约，通常情况下由于取芯的限制无法得到每口井储层段沿井深分布连续的岩石脆性评价结果。

由此可以看出，现有的几种岩石脆性评价方法均存在不足，为了能够更为准确、简便的现场应用，需要提出一种既能考虑矿物组成和成岩、受力特性对脆性评价结果的影响，又能不依赖现场取芯作业就能得出沿井深分布连续的岩石脆性评价方法。

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脆性评价方法，这种基于随钻岩屑录井资料的岩石脆性评价方法用于解决目前由于脆性评价因素不全面、岩石取芯数量有限等因素导致的脆性评价结果不准确、不能得出沿井深分布连续的岩石脆性评价结果的缺陷的问题。

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脆性评价方法：

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σ_z确定实验是否结束，σ_z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σ_z≤λ(σ_z)_max时，数值实验结束，λ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、计算归一化弹性模量、泊松比和脆性矿物占比，具体为：

4.1、对弹性模量做归一化处理：

式中：E_Brit为归一化弹性模量；E_max为目标区域岩石弹性模量的最大值；E_min为目标区域岩石弹性模量的最小值，GPa；

4.2、对泊松比做归一化处理：

式中：ν_Brit为归一化泊松比；ν_max为目标区域岩石泊松比最大值；ν_min为目标区域岩石泊松比最小值；

4.3、计算脆性矿物占比：

式中：W_Brit为脆性矿物占比；W_quartz为石英含量；W_feldspar为长石含量；W_calcite为方解石含量；W_total为岩石总矿物成分含量；

步骤5、确定归一化弹性模量、泊松比和脆性矿物占比对岩石脆性影响的权重系数，计算得到综合考虑岩石矿物成分及力学特性的脆性指数；

B_Brit＝αE_Brit+βE_Brit+γW_Brit

式中：B_Brit为脆性指数；α、β、γ分别为归一化弹性模量、泊松比和脆性矿物占比对岩石脆性影响的权重系数，α+β+γ＝1；

步骤6、选取待测井不同井深的随钻岩屑，重复步骤1至步骤5，计算得到储层段沿井深分布连续的岩石脆性指数。

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脆性评价方法，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储层岩石的脆性，无需进行取芯作业和测井作业，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脆性评价方法，能够通过分析沿井深的随钻岩屑资料并开展数值仿真，即可得到沿井深分布连续的岩石脆性评价结果，为致密储层压裂井段的选取提供了充足的依据；

(3)本发明提供的基于随钻岩屑录井资料的岩石脆性评价方法，综合考虑了脆性矿物占比和受成岩及外部受力条件影响的弹性模量和泊松比对岩石脆性的影响，储层岩石脆性评价结果更为准确。

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脆性评价方法：

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Φ25mm×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。

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σ_z确定实验是否结束，σ_z首先增加到一定数值(最大值)，随着试样的破坏后降低，当σ_z≤λ(σ_z)_max时，数值实验结束，λ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、计算归一化弹性模量、泊松比和脆性矿物占比。

步骤4所描述的归一化弹性模量、泊松比和脆性矿物占比的计算步骤包括：

4.1、对弹性模量做归一化处理：

式中：E_Brit为归一化弹性模量；E_max、E_min为目标区域岩石弹性模量的最大值和最小值，GPa。

4.2、对泊松比做归一化处理

式中：ν_Brit为归一化泊松比；ν_max、ν_min为目标区域岩石泊松比最大值和最小值。

4.3、计算脆性矿物占比

式中：W_Brit为脆性矿物占比；W_quartz为石英含量；W_feldspar为长石含量；W_calcite为方解石含量；W_total为岩石总矿物成分含量。

步骤5、确定归一化弹性模量、泊松比和脆性矿物占比对岩石脆性影响的权重系数，计算得到综合考虑岩石矿物成分及力学特性的脆性指数。

B_Brit＝αE_Brit+βE_Brit+γW_Brit (4)

式中：B_Brit为脆性指数；α、β、γ分别为归一化弹性模量、泊松比和脆性矿物占比对岩石脆性影响的权重系数，α+β+γ＝1。

步骤6、选取待测井不同井深的随钻岩屑，重复步骤1至步骤5，计算得到储层段沿井深分布连续的岩石脆性指数。

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，综合考虑脆性矿物组成和岩石弹性参数对脆性的影响提出一种更为准确、简便的岩石脆性评价方法。

Claims (2)

1.一种基于随钻岩屑录井资料的岩石脆性评价方法，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σ_z确定实验是否结束，σ_z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σ_z≤λ(σ_z)_max时，数值实验结束，λ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、计算归一化弹性模量、泊松比和脆性矿物占比，具体为：

4.1、对弹性模量做归一化处理：

式中：E_Brit为归一化弹性模量；E_max为目标区域岩石弹性模量的最大值；E_min为目标区域岩石弹性模量的最小值，GPa；

4.2、对泊松比做归一化处理：

式中：ν_Brit为归一化泊松比；ν_max为目标区域岩石泊松比最大值；ν_min为目标区域岩石泊松比最小值；

4.3、计算脆性矿物占比：

式中：W_Brit为脆性矿物占比；W_quartz为石英含量；W_feldspar为长石含量；W_calcite为方解石含量；W_total为岩石总矿物成分含量；

步骤5、确定归一化弹性模量、泊松比和脆性矿物占比对岩石脆性影响的权重系数，计算得到综合考虑岩石矿物成分及力学特性的脆性指数；

B_Brit＝αE_Brit+βE_Brit+γW_Brit

式中：B_Brit为脆性指数；α、β、γ分别为归一化弹性模量、泊松比和脆性矿物占比对岩石脆性影响的权重系数，α+β+γ＝1；

步骤6、选取待测井不同井深的随钻岩屑，重复步骤1至步骤5，计算得到储层段沿井深分布连续的岩石脆性指数。

2.根据权利要求1所述的基于随钻岩屑录井资料的岩石脆性评价方法，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。