CN114233283B - 一种页岩油储层的可压性评价方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种页岩油储层的可压性评价方法，涉及油气增产改造领域。所述方法包括：选取页岩油储层的岩心；在岩心上钻取多块岩心样品，分别开展脆性实验、断裂韧性实验、地应力大小实验以及CT扫描实验，获取岩心的脆性指数、无因次断裂韧性指数、地应力差异系数以及天然裂缝影响指数；根据上述参数确定页岩油储层的可压性指数。本申请在评价页岩油储层可压性时考虑了更多维度的影响因素，从而提升了页岩油储层的可压性评价的准确性。另外，上述计算页岩油储层的可压性指数的各项参数，均可通过实验获得，能够准确评价储层的可压性程度，有利于压裂充填和针对性改造工艺的优选，适于规模化推广应用。
Description
技术领域
本申请实施例涉及油气增产改造领域，特别涉及一种页岩油储层的可压性评价方法。
背景技术
储层油储层可压性是衡量储层对压裂改造响应程度的重要依据，目前针对页岩油储层的可压性常用脆性指数对其进行评价，但在实际运用中存在脆性指数相近，实际压裂效果却差别甚远的问题。目前国内外学者针对储层油储层可压性评价影响因素考虑很多并不全面，不能准确地评价页岩油储层的可压性。
发明内容
本申请实施例提供了一种页岩油储层的可压性评价方法，能够提升页岩油储层的可压性评价的准确性。所述技术方案如下：
根据本申请实施例的一个方面，提供了一种页岩油储层的可压性评价方法，所述方法包括：
选取页岩油储层的岩心；
在所述岩心上钻取多块岩心样品，分别开展脆性实验、断裂韧性实验、地应力大小实验以及CT(Computed Tomography，计算机断层扫描)扫描实验，获取所述岩心的脆性指数、无因次断裂韧性指数、地应力差异系数以及天然裂缝影响指数；
根据所述岩心的脆性指数、无因次断裂韧性指数、地应力差异系数以及天然裂缝影响指数，确定所述页岩油储层的可压性指数。
可选地，所述根据所述岩心的脆性指数、无因次断裂韧性指数、地应力差异系数以及天然裂缝影响指数，确定所述页岩油储层的可压性指数，包括：
按照以下公式计算所述页岩油储层的可压性指数Fn：
Fn＝Brit·{a·Kn+b·(1-Kh)+c·Fθ}；
其中，Brit表示所述脆性指数，Kn表示所述无因次断裂韧性指数，Kh表示所述地应力差异系数，Fθ表示所述天然裂缝影响指数，a、b、c为权重系数。
可选地，所述权重系数a、b、c之和为1。
可选地，所述权重系数采用层次分析法进行确定。
可选地，所述获取脆性指数，包括：
通过多功能岩石力学仪开展所述脆性实验，获取所述岩心样品的静态杨氏模量和静态泊松比；
按照以下公式计算所述脆性指数Brit：
其中，ES表示所述静态杨氏模量，Emin表示所述静态杨氏模量的下限值，Emax表示所述静态杨氏模量的上限值，vS表示所述静态泊松比，vmin表示所述静态泊松比的下限值，vmax表示所述静态泊松比的上限值。
可选地，所述获取无因次断裂韧性指数，包括：
通过巴西实验装置和压力伺服仪开展所述断裂韧性实验，获取所述岩心样品的I型断裂韧性KI和II型断裂韧性KII；
按照以下公式计算所述无因次断裂韧性指数Kn：
其中，KIc＝(KImax-KI)/(KImax-KImin)，KIIc＝(KIImax-KII)/(KIImax-KIImin)，KImax表示I型断裂韧性KI的上限值，KImin表示I型断裂韧性KI的下限值，KIImax表示II型断裂韧性KII的上限值，KIImin表示II型断裂韧性KII的下限值。
可选地，用于开展所述断裂韧性实验的所述岩心样品是直径为30.8mm，厚度为20mm的圆盘；
在预制裂缝时，预制裂缝与层理的夹角与天然裂缝倾角θ角度一致，并且初始裂缝与径向加载方向相同。
可选地，所述获取地应力差异系数，包括：
通过开展所述地应力大小实验，获取所述岩心样品的最大水平主应力和最小水平主应力；
按照以下公式计算所述地应力差异系数Kh：
其中，σH表示最大水平主应力，σh表示最小水平主应力。
可选地，所述获取天然裂缝影响指数，包括：
通过对多组岩心样品开展所述CT扫描实验，获得所述多组岩心样品的裂缝倾角平均值作为天然裂缝倾角θ；
按照以下公式计算所述天然裂缝影响指数Fθ：
Fθ＝1-Kh·sin2θ；
其中，Kh表示所述地应力差异系数。
可选地，所述在所述岩心上钻取多块岩心样品之后，还包括：
对所述多块岩心样品分别开展储层物性测定，所述储层物性包括以下至少一项：孔隙度、渗透率、含油饱和度；
选取所述储层物性相近的岩心样品开展所述脆性实验、断裂韧性实验、地应力大小实验以及CT扫描实验。
本申请实施例提供的技术方案可以包括如下有益效果：
在确定页岩油储层的可压性指数时，不仅考虑了岩心的脆性指数，还考虑了岩心的无因次断裂韧性指数、地应力差异系数以及天然裂缝影响指数等参数对可压性的影响，使得在评价页岩油储层可压性时考虑了更多维度的影响因素，从而提升了页岩油储层的可压性评价的准确性。
另外，上述计算页岩油储层的可压性指数的各项参数，均可通过实验获得，能够准确评价储层的可压性程度，有利于压裂充填和针对性改造工艺的优选，适于规模化推广应用。
另外，通过获取目标井页岩油储层岩心，开展岩心渗透率、孔隙度以及含油饱和度实验，选取储层物性相近的岩心样品开展可压性实验，保证参数测定和可压性评价的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一个实施例提供的页岩油储层的可压性评价方法的流程图；
图2是本申请一个实施例提供的用于断裂韧性实验的岩心样品的示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
请参考图1，其示出了本申请一个实施例提供的页岩油储层的可压性评价方法的流程图，该方法可以包括如下几个步骤(110～130)：
步骤110，选取页岩油储层的岩心。
页岩油是指以页岩为主的页岩层系中所含的石油资源。其中包括泥页岩孔隙和裂缝中的石油，也包括泥页岩层系中的致密碳酸岩或碎屑岩邻层和夹层中的石油资源。通常有效的开发方式为水平井和分段压裂技术。在固体矿产领域页岩油是一种人造石油，是由页岩干馏时有机质受热分解生成的一种褐色、有特殊刺激气味的粘稠状液体产物。
储层也称为储集层，是具有连通孔隙、允许油气在其中储存和渗滤的岩层。世界上已发现的油气储量大多数来自沉积岩层，其中以砂岩和碳酸盐岩储集层最为重要，裂缝性泥岩和煤层也可作为储集层；火成岩和变质岩储集层中也有工业性油气发现。储层的储集能力是由储集层的岩石物理性质决定的，通常包括其孔隙性、渗透性；孔隙性决定了储层储存能力的大小，渗透性决定了储集物的渗流能力。
页岩油储层即为储存有页岩油的储层。
岩心是根据地质勘查工作或工程的需要，使用环状岩心钻头或其他取心工具，从孔内取出的岩石样品，该岩石样品可以是呈圆柱状或者其他形状，这由取心工具决定，本申请实施例对此不作限定。
可选地，选取目标井页岩油储层的岩心。目标井是指任意一个需要对其页岩油储层进行可压性评价的井。
步骤120，在岩心上钻取多块岩心样品，分别开展脆性实验、断裂韧性实验、地应力大小实验以及CT扫描实验，获取岩心的脆性指数、无因次断裂韧性指数、地应力差异系数以及天然裂缝影响指数。
岩心样品是从岩心上钻取的一部分样品。
可选地，在同一块岩心上，钻取多块岩心样品。
可选地，该多块岩心样品的尺寸、形状等可以不同，以适应后续开展的不同实验的需求。但是，该多块岩心样品来自于同一块岩心，因此该多块岩心样品具有相同或者相近的物理性质。
可选地，在岩心上钻取多块岩心样品之后，对该多块岩心样品分别开展储层物性测定，选取储层物性相近的岩心样品开展脆性实验、断裂韧性实验、地应力大小实验以及CT扫描实验。
其中，储层物性包括但不限于以下至少一项：孔隙度、渗透率、含油饱和度。
孔隙度是指岩样中所有孔隙空间体积之和与该岩样体积的比值，称为该岩石的总孔隙度，以百分数表示。
渗透率是指在一定压差下，岩石允许流体通过的能力。
含油饱和度是油层有效孔隙中含油体积和岩石有效孔隙体积之比以百分数表示。
通过上述方式，能够选取储层物性相近的岩心样品开展后续实验，保证参数测定和可压性评价的准确性。
另外，所谓储层物性相近，是指储层物性之间的差异量在一个设定的门限值之内，该门限值可以根据实际需求进行设定，本申请实施例对此不作限定。
另外，脆性实验是用于获取岩心的脆性指数的实验，断裂韧性实验是用于获取岩心的无因次断裂韧性指数的实验，地应力大小实验是用于获取岩心的地应力差异系数的实验，CT扫描实验是用于获取岩心的天然裂缝影响指数的实验。
脆性指数是用于衡量岩心的脆性的参数。脆性是指当外力达到一定限度时，材料发生无先兆的突然破坏，且破坏时无明显塑性变形的性质。脆性材料力学性能的特点是抗压强度远大于抗拉强度，破坏时的极限应变值极小。砖、石材、陶瓷、玻璃、混凝土、铸铁等都是脆性材料。与韧性材料相比，它们对抵抗冲击荷载和承受震动作用是相当不利的。
无因次断裂韧性指数是用于衡量岩心的断裂韧性的参数。断裂韧性表征材料阻止裂纹扩展的能力，是度量材料的韧性好坏的一个定量指标。在加载速度和温度一定的条件下，对某种材料而言它是一个常数，它和裂纹本身的大小、形状及外加应力大小无关，是材料固有的特性，只与材料本身、热处理及加工工艺有关。当裂纹尺寸一定时，材料的断裂韧性值愈大，其裂纹失稳扩展所需的临界应力就愈大；当给定外力时，若材料的断裂韧性值愈高，其裂纹达到失稳扩展时的临界尺寸就愈大。它是应力强度因子的临界值。常用断裂前物体吸收的能量或外界对物体所作的功表示。例如应力-应变曲线下的面积。韧性材料因具有大的断裂伸长值，所以有较大的断裂韧性，而脆性材料一般断裂韧性较小。
地应力差异系数是用于衡量岩心的地应力大小的参数。地应力存在于地壳中的应力。即由于岩石形变而引起的介质内部单位面积上的作用力。它一般包括两部分：(1)由覆盖岩石的重量引起的应力，它是由引力和地球自转惯性离心力引起的；(2)由邻近地块或底部传递过来的构造应力。这种应力是指与标准状态差异的部分，它除包括由邻近地块或底部传来的现代构造应力外，还包括过去构造运动残留下来而尚未完全松弛掉的残留应力，以及附近人为工程(如隧洞、开采面)引起的应力变化。构造应力直接反映地壳运动的动力源，它是造成地震的一个重要因素。在构造应力强烈的地区开挖隧洞，由于洞壁成为自由表面容易变形，使洞体逐渐缩小或造成坍塌，因此研究地应力具有重要的意义。
天然裂缝影响指数是用于衡量岩心的裂缝发育倾角的参数。裂缝也称为裂隙，是在岩石中由于地质作用的影响而产生的裂缝。裂缝发育倾角是用于衡量裂缝发育程度的参数。
在示例性实施例中，通过如下方式获取脆性指数：
1、通过多功能岩石力学仪开展脆性实验，获取岩心样品的静态杨氏模量和静态泊松比；
杨氏模量是描述固体材料抵抗形变能力的物理量。
泊松比是指材料在单向受拉或受压时，横向正应变与轴向正应变的绝对值的比值，也叫横向变形系数，它是反映材料横向变形的弹性常数。
静态杨氏模量是指岩心样品在静止状态或者运动速度不大的状态下的杨氏模量。
静态泊松比是指岩心样品在静止状态或者运动速度不大的状态下的泊松比。
2、按照以下公式计算脆性指数Brit：
式中，ES表示静态杨氏模量，MPa；Emin表示静态杨氏模量的下限值，MPa，一般取值0.7×104MPa；Emax表示静态杨氏模量的上限值，MPa，一般取值5.5×104MPa。
式中，vS表示静态泊松比，无量纲；vmin表示静态泊松比的下限值，无量纲，一般取值0.10；vmax表示静态泊松比的上限值，无量纲，一般取值0.40。
在示例性实施例中，通过如下方式获取无因次断裂韧性指数：
1、通过巴西实验装置和压力伺服仪开展断裂韧性实验，获取岩心样品的I型断裂韧性KI和II型断裂韧性KII；
其中，I型断裂韧性也称为张开型断裂韧性，II型断裂韧性也称为划开型断裂韧性。
2、按照以下公式计算无因次断裂韧性指数Kn：
式中，KIc＝(KImax-KI)/(KImax-KImin)。
式中，KIIc＝(KIImax-KII)/(KIImax-KIImin)。
其中，KImax表示I型断裂韧性KI的上限值，KImin表示I型断裂韧性KI的下限值，KIImax表示II型断裂韧性KII的上限值，KIImin表示II型断裂韧性KII的下限值。
可选地，如图2所示，其示出了本申请实施例提供的用于断裂韧性实验的岩心样品201的示意图。
如图2左侧图示，在开展断裂韧性实验获取岩心样品的I型断裂韧性KI和II型断裂韧性KII时，将岩心样品加工成直径30.8mm，厚度20mm的圆盘。
如图2右侧图示，在预制裂缝时，预制裂缝与层理的夹角与天然裂缝倾角θ角度一致，并且初始裂缝与径向加载方向相同。
在示例性实施例中，通过如下方式获取地应力差异系数：
1、通过开展地应力大小实验，获取岩心样品的最大水平主应力和最小水平主应力；
2、按照以下公式计算地应力差异系数Kh：
其中，σH表示最大水平主应力，MPa；σh表示最小水平主应力，MPa。
最大水平主应力是指水平方向上的最大主应力，最小水平主应力是指水平方向上的最小主应力。如果在某个斜面上只有正应力，没有剪应力，则这个斜面称为主平面，相应的正应力称为叫主应力，相应的方向就叫主方向。最大主应力就某个单元中最大的主应力，即主应力的最大值。最小主应力就某个单元中最小的主应力，即主应力的最小值。
在示例性实施例中，通过如下方式获取天然裂缝影响指数：
1、通过对多组岩心样品开展CT扫描实验，获得多组岩心样品的裂缝倾角平均值作为天然裂缝倾角θ；
2、当天然裂缝趋向于低角度缝或水平缝时，更容易产生人工裂缝和天然裂缝交错的复杂裂缝，因此基于水力裂缝与天然裂缝交互理论，按照以下公式计算天然裂缝影响指数Fθ：
Fθ＝1-Kh·sin2θ；
其中，Kh表示地应力差异系数。
步骤130，根据岩心的脆性指数、无因次断裂韧性指数、地应力差异系数以及天然裂缝影响指数，确定页岩油储层的可压性指数。
可选地，按照以下公式计算页岩油储层的可压性指数Fn：
Fn＝Brit·{a·Kn+b·(1-Kh)+c·Fθ}；
其中，Brit表示脆性指数，Kn表示无因次断裂韧性指数，Kh表示地应力差异系数，Fθ表示天然裂缝影响指数，a、b、c为无因次断裂韧性指数Kn、地应力差异系数Kh和天然裂缝影响指数Fθ分别对应的权重系数。
可选地，上述权重系数a、b、c之和为1。可选地，上述权重系数采用层次分析法进行确定。
综上所述，本申请实施例提供的技术方案，在确定页岩油储层的可压性指数时，不仅考虑了岩心的脆性指数，还考虑了岩心的无因次断裂韧性指数、地应力差异系数以及天然裂缝影响指数等参数对可压性的影响，使得在评价页岩油储层可压性时考虑了更多维度的影响因素，从而提升了页岩油储层的可压性评价的准确性。
另外，上述计算页岩油储层的可压性指数的各项参数，均可通过实验获得，能够准确评价储层的可压性程度，有利于压裂充填和针对性改造工艺的优选，适于规模化推广应用。
另外，通过获取目标井页岩油储层岩心，开展岩心渗透率、孔隙度以及含油饱和度实验，选取储层物性相近的岩心样品开展可压性实验，保证参数测定和可压性评价的准确性。
下面，提供一组实验数据，对本申请实施例提供的技术方案的有益效果进行说明。
利用本申请实施例提供的方法，对四川盆地川中地区两口页岩油储层相关实验数据进行可压性评价，式中无因次断裂韧性指数Kn、地应力差异系数Kh以及天然裂缝影响指数Fθ的权重系数分别取值a＝0.5、b＝0.3和c＝0.2，计算结果见如下表1所示。
表1页岩油储层可压性实验评价结果
由上述实施例可知，本申请实施例提供的方法综合考虑了影响页岩油储层可压性的因素，计算公式中各参数均能通过实验获得，能够准确评价储层的可压性程度，有利于压裂充填和针对性改造工艺的优选，适于规模化推广应用。
应当理解的是，在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。另外，本文中描述的步骤编号，仅示例性示出了步骤间的一种可能的执行先后顺序，在一些其它实施例中，上述步骤也可以不按照编号顺序来执行，如两个不同编号的步骤同时执行，或者两个不同编号的步骤按照与图示相反的顺序执行，本申请实施例对此不作限定。
以上所述仅为本申请的示例性实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种页岩油储层的可压性评价方法，其特征在于，所述方法包括：
选取页岩油储层的岩心；
在所述岩心上钻取多块岩心样品，分别开展脆性实验、断裂韧性实验、地应力大小实验以及CT扫描实验，获取所述岩心的脆性指数、无因次断裂韧性指数、地应力差异系数以及天然裂缝影响指数；
按照以下公式计算所述页岩油储层的可压性指数Fn：
Fn＝Brit·{a·Kn+b·(1-Kh)+c·Fθ}；
其中，Brit表示所述脆性指数，Kn表示所述无因次断裂韧性指数，Kh表示所述地应力差异系数，Fθ表示所述天然裂缝影响指数，a、b、c为权重系数，所述权重系数a、b、c之和为1，所述权重系数采用层次分析法进行确定。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述脆性指数，包括：
通过多功能岩石力学仪开展所述脆性实验，获取所述岩心样品的静态杨氏模量和静态泊松比；
按照以下公式计算所述脆性指数Brit：
其中，ES表示所述静态杨氏模量，Emin表示所述静态杨氏模量的下限值，Emax表示所述静态杨氏模量的上限值，vS表示所述静态泊松比，vmin表示所述静态泊松比的下限值，vmax表示所述静态泊松比的上限值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述无因次断裂韧性指数，包括：
通过巴西实验装置和压力伺服仪开展所述断裂韧性实验，获取所述岩心样品的I型断裂韧性KI和II型断裂韧性KII；
按照以下公式计算所述无因次断裂韧性指数Kn：
其中，KIc＝(KImax-KI)/(KImax-KImin)，KIIc＝(KIImax-KII)/(KIImax-KIImin)，KImax表示I型断裂韧性KI的上限值，KImin表示I型断裂韧性KI的下限值，KIImax表示II型断裂韧性KII的上限值，KIImin表示II型断裂韧性KII的下限值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
用于开展所述断裂韧性实验的所述岩心样品是直径为30.8mm，厚度为20mm的圆盘；
在预制裂缝时，预制裂缝与层理的夹角与天然裂缝倾角θ角度一致，并且初始裂缝与径向加载方向相同。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述地应力差异系数，包括：
通过开展所述地应力大小实验，获取所述岩心样品的最大水平主应力和最小水平主应力；
按照以下公式计算所述地应力差异系数Kh：
其中，σH表示最大水平主应力，σh表示最小水平主应力。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述天然裂缝影响指数，包括：
通过对多组岩心样品开展所述CT扫描实验，获得所述多组岩心样品的裂缝倾角平均值作为天然裂缝倾角θ；
按照以下公式计算所述天然裂缝影响指数Fθ：
Fθ＝1-Kh·sin2θ；
其中，Kh表示所述地应力差异系数。
7.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，所述在所述岩心上钻取多块岩心样品之后，还包括：
对所述多块岩心样品分别开展储层物性测定，所述储层物性包括以下至少一项：孔隙度、渗透率、含油饱和度；
选取所述储层物性相近的岩心样品开展所述脆性实验、断裂韧性实验、地应力大小实验以及CT扫描实验。
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