CN115266785A - 一种基于岩石力学性质的页岩油储层脆性评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于岩石力学性质的页岩油储层脆性评价方法，包括以下步骤：根据测量的矿物成分计算不同矿物的质量百分含量；利用岩样单矿物组分计算杨氏模量强势量和泊松比强势量，并对泊松比强势量进行修正处理；利用杨氏模量强势量和修正后的泊松比强势量计算力学性质强势量；计算岩样不同矿物质量百分含量和力学性质强势量；确定不同矿物偏差因子的最大值与最小值；计算岩石脆性指数。本发明同时考虑影响岩石脆性的矿物成分与岩石力学参数，并定义新的脆性指数对岩石可压性潜力进行定量综合定量表征，首次通过结合岩石矿物本身的力学性质和内在裂缝存在潜力计算微脆性指数定量表征岩石初始微裂缝发育程度，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及石油天然气工程领域，尤其是页岩油气储层勘探开发过程中一 种基于岩石力学性质的页岩油储层脆性评价方法。
背景技术
在储层中建立复杂的裂缝网络，使得油气渗流接触面积最大、 渗流阻力最小、渗流距离最短，是非常规体积压裂的核心。其中 岩石的脆性是体积压裂能否形成裂缝网络的关键，在体积压裂技 术优化与提升方面起到了关键作用。岩石的脆性受岩石矿物成分、 岩石力学性质以及初始微裂缝发育程度等影响，不同因素之间关 系复杂，特别是储层的初始微裂缝很难定量表征，体积压裂工程 可行性难以评价。国内外学者对岩石脆性的评价与表征做了大量 的研究，目前主要有以下几种：
(1)赵志红等(赵志红，赵玉航，郭建春等.一种基于力学非均质性 的页岩脆性评价方法，专利号：CN201910757761.4)。该方法根据页岩矿物 组成确定矿物组分偏差系数；确定各种矿物的动态杨氏模量和动态泊松比； 根据各种矿物的动态杨氏模量和动态泊松比，利用组分模型确定储层的估算 杨氏模量和估算泊松比，通过线性拟合，得到由动态杨氏模量和动态泊松比 计算对应的拟合杨氏模量和拟合泊松比线性拟合式，计算脆性系数。
(2)赵志红等(赵志红，赵玉航，郭建春等.一种页岩压裂形成缝网 复杂程度的预测方法，专利号：CN202010189682.0)该方法通过室内实验 测得页岩样品矿物成分种类和含量，计算不同矿物之间的相差量和评价矿物 之间的差异性，并建立基于矿物成分非均质性的页岩脆性评价模型，进而评 价页岩形成缝网复杂程度的潜力。
(3)周立宏等(周立宏，刘学伟，付大其等.陆相页岩油岩石可压裂 性影响因素评价与应用-以沧东凹陷孔二段为例[J].中国石油勘探，2019， 24(5):670-678)通过综合考虑岩石脆性、天然裂缝和地应力三因素，建立缝 网指数模型，对大港探区沧东凹陷孔二段发育典型的陆相页岩油岩石可压性 进行定性分析与定量表征,进一步优化水平井射孔参数和压裂施工参数。
上述代表性的方法(1)考虑了矿物和力学性质的影响，但是范围较局 限，针对不同的区块，要更换标准，没有很好的普适性。方法(2)仅仅基 于矿物成分的差异性，评价形成裂缝的潜力。方法(3)建立理论模型误差 较大，难以推广应用，精度有待提高。且上述3种方法都没有同时考虑矿物 成分、岩石力学性质、初始微裂缝发育程度对岩石脆性的影响，形成缝网的 工程可行性难以定量表征，因此急需一种新的非常规岩石的脆性评价方法，为体积压裂工程可行性提供依据，助推技术进步带动产量的提升。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于岩石力学性质的页岩油储层脆性评价 方法。该方法首先开展页岩油储层目标压裂评价段取心工作，并测试岩样 矿物成分和百分含量。其次根据岩样单矿物组分计算影响岩石初始微裂缝 发育程度的力学性质的杨氏模量强势量和泊松比强势量。最后，同时考虑 岩石矿物组分和力学性质影响，计算脆性指数，对岩石的脆性进行定量评 价，其值越高，岩石脆性越好，体积压裂形成复杂缝网的潜力越大，而达到对页岩油储层脆性的综合评价的目的。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案。一种基于岩石力学性质 的页岩油储层脆性评价方法，依次包括以下步骤：
(1)对储层进行取心，然后制备岩样并烘干，利用X射线衍射方法测 量所述岩样的矿物成分，根据测量的矿物成分计算不同矿物的质量百分含 量；
(2)利用岩样单矿物组分计算杨氏模量强势量和泊松比强势量，并对 泊松比强势量进行修正处理；
(3)利用杨氏模量强势量和修正后的泊松比强势量计算力学性质强势 量；
(4)计算岩样不同矿物质量百分含量和力学性质强势量；
(5)确定不同矿物偏差因子的最大值Fmax与最小值Fmin；
(6)利用不同矿物的偏差因子，计算岩石脆性指数BI。
优选地，其中步骤(1)中的不同矿物的质量百分含量计算方法为：
式中：Q为不同矿物的质量百分含量，％；M为岩样不同矿物的质 量，g；i为岩样不同矿物编号，无因次；n为矿物种类。
优选地，其中步骤(2)中计算杨氏模量强势量和泊松比强势量的方法 为：
式中：Ei为单个矿物的杨氏模量，MPa；νi为单个矿物的泊松比，无因 次；
为杨氏模量强势量，％；
为泊松比强势量，％；
其中对泊松比强势量进行修正处理的方法为：
优选地，步骤(3)中的计算力学性质强势量计算方法为：
式中：Li为力学性质强势量，％。
优选地，步骤(4)中偏差因子F计算方法为：
式中：F为偏差因子，无因次；Q为不同矿物所占百分含量，％；Li为 力学性质强势量，％。
优选地，步骤(5)中的偏差因子的最大值Fmax与最小值Fmin计算方法 为：
Fmin＝2(Li)黄铁矿-0.1 (8)
优选地，步骤(6)中岩石脆性指数BI计算方法为：
式中：BI为岩石脆性指数，无因次；F为不同矿物偏差因子，无因次。
与现有技术相比，本发明的有利效果是：本发明提出了一种新的基于岩石 力学性质的页岩油储层脆性评价方法，该方法同时考虑影响岩石脆性的矿物成 分与岩石力学参数，并定义新的脆性指数对岩石可压性潜力进行定量综合定量 表征。该方法首次通过结合岩石矿物本身的力学性质和内在裂缝存在潜力计算 微脆性指数定量表征岩石初始微裂缝发育程度，为体积压裂工程甜点优选提供 直接依据，相比目前通过地震监测手段获取地层微裂缝发育程度与分布，该方 法大大节约了测试成本，其计算方法简单可行，对同类非常规储层岩石脆性评 价同样适用，具有良好的应用前景，对非常规资源勘探开发有很好的指导作 用。
附图说明
图1为本申请的岩石脆性指数计算流程图；
图2为本申请实施例中的不同岩样矿物偏差因子对比图；
图3为本申请实施例中不同岩样脆性指数对比图；
图4为本申请实施例中不同岩样脆性指数排序图。
具体实施方式
下面根据附图和实施例进一步说明本发明。
如图1所示，本申请提供了一种基于岩石力学性质的页岩油储层脆性评价方法，包括以 下步骤：
(1)对储层进行取心，然后制备岩样并烘干，利用X射线衍射方法测量所述岩样的矿物 成分，根据测量的矿物成分计算不同矿物的质量百分含量。
在岩样制备时，将页岩油储层目标评价段划分为若干单元，对每个评价单元开展连续取 心工作。将页岩油储层段的岩石制成直径为2.5cm，长度为5cm的标准岩样，将标准岩样放 置100℃烘箱内干燥至恒重。
利用X射线衍射仪测试上述处理后的岩样的矿物成分，并根据页岩油目标段岩样不同矿 物成分测试质量结果，计算不同矿物质量百分含量，计算公式如下：
式中：i为岩样不同矿物编号，无因次；Q为岩样不同矿物所占质量百分含量，％；M为 岩样不同矿物的质量，g。
(2)利用岩样单矿物组分计算杨氏模量强势量和泊松比强势量，并对泊松比强势量进行 修正处理。
利用矿物力学性质，主要为杨氏模量和泊松比，计算各矿物的力学性质强势量，分别为 杨氏模量强势量和泊松比强势量，同时对
进行修正处理，计算公式如下：
式中：Ei为单个矿物的杨氏模量，MPa；νi为单个矿物的泊松比，无因次；
为杨氏模 量强势量，％；
为泊松比强势量，％；
为修正后的泊松比强势量，％。
(3)利用杨氏模量强势量和修正后的泊松比强势量计算力学性质强势量，计算公式如下：
式中：Li为力学性质强势量，％。
(4)计算岩样不同矿物质量百分含量和力学性质强势量。
利用根据岩样不同矿物质量百分含量和力学性质强势量，计算偏差因子EI，其物理意义 为各矿物的百分含量与力学性质强势量Li的差的绝对值的和，计算公式如下：
式中：i为岩样不同矿物编号，无因次；F为偏差因子，无因次；Q为不同矿物所占百分 含量，％。
(5)确定不同矿物偏差因子的最大值Fmax与最小值Fmin。
计算不同矿物偏差因子的最大值Fmax与最小值Fmin，当岩样中接近只有一种矿物时，其 偏差因子达到最大。当岩样中各矿物成分按力学性质强势量均匀分布时，其偏差因子最小， 计算表达式如下：
Fmin＝2(Li)黄铁矿-0.1 (8)
(6)利用不同矿物的偏差因子，计算岩石脆性指数BI。
式中：BI为岩石脆性指数，无因次；F为不同矿物偏差因子，无因次。
利用计算脆性指数对岩石的脆性进行定量评价，其值越高，岩石脆性越好，体积压裂形 成复杂缝网的潜力越大。
下面某区块页岩油储层岩石的脆性评价为实例详细描述本发明的具体实施方式，说明方 法的实用性。
某页岩油储层采用水平井体积压裂改造，评价井H1-1井，总计压裂20段，其中6段开 展了井下取心，编号为S1～S6，为评价目标压裂段，说明本发明的具体实施过程。
将页岩油储层目标评价段划分为若干单元，对每个评价单元开展连续取心工作。将页岩 油储层段的岩石制成直径为2.5cm，长度为5cm的标准岩样，将标准岩样放置100℃烘箱内 干燥至恒重。
利用X射线衍射仪测试步骤(2)岩样的矿物成分，见表1。并根据页岩目标段岩样不同 矿物成分测试质量结果，利用公式(1)计算不同矿物质量百分含量，见表2。
表1岩样矿物成分质量测试结果表
表2岩样矿物成分百分含量结果表
力学性质的强势量计算，根据岩样单矿物组分计算影响岩石初始微裂缝发育程度的力学 性质的杨氏模量强势量和泊松比强势量。
利用矿物力学性质，主要为杨氏模量和泊松比，计算各矿物的力学性质强势量，利用 公式
计算杨氏模量强势量，利用公式
计算泊松比强 势量，从表2得知，选取白云石、石英、方解石、长石、黄铁矿和粘土这六种矿物最为参考对象，六种矿物本身的杨氏模量和泊松比如表3所示。于是计算出的杨氏模量强势量和泊松比强势量如表4所示。
表3岩样矿物本身力学性质参数表
表4岩样杨氏模量强势量和泊松比强势量计算表
| 矿物名称 | 杨氏模量强势量(％) | 泊松比强势量(％) |
| 石英 | 14.78 | 4.76 |
| 白云石 | 16.22 | 17.69. |
| 方解石 | 12.02 | 21.09 |
| 长石 | 9.99 | 21.77 |
| 黄铁矿 | 43.61 | 11.56 |
| 粘土 | 3.38 | 23.13 |
利用杨氏模量强势量和泊松比强势量计算力学性质强势量，首先将计算出的
以公式 
进行修正。然后以公式
计算力学性质强势量，其 结果如表5所示。
表5岩样力学性质强势量计算表
根据岩样不同矿物质量百分含量和力学性质强势量，利用公式6计算偏差因子F，计算 结果如表6所示。
表6岩样偏离度计算表
利用公式7和8计算不同矿物偏离度的最大值Fmax与最小值Fmin，带入各矿物的力学性 质强势量可得，Fmax＝196.74，Fmin＝84.02。
利用公式9计算不同岩心的岩石脆性指数BI，计算结果如表7所示。从表7可得，6块岩心脆性大小排序依次为：S6>S2>S3>S5>S1>S4。
表7岩样裂缝复杂潜力指数
上通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是，本实施例仅是本发明的优 选实施例，并非对本发明作任何限制，也并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他 实施例的排除。而本领域人员所进行的改动和简单变化不脱离本发明技术思想和范围，则均 属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于岩石力学性质的页岩油储层脆性评价方法，依次包括以下步骤：
(1)对储层进行取心，然后制备岩样并烘干，利用X射线衍射方法测量所述岩样的矿物成分，根据测量的矿物成分计算不同矿物的质量百分含量；
(2)利用岩样单矿物组分计算杨氏模量强势量和泊松比强势量，并对泊松比强势量进行修正处理；
(3)利用杨氏模量强势量和修正后的泊松比强势量计算力学性质强势量；
(4)计算岩样不同矿物质量百分含量和力学性质强势量；
(5)确定不同矿物偏差因子的最大值Fmax与最小值Fmin；
(6)利用不同矿物的偏差因子，计算岩石脆性指数BI。
2.根据权利要求1所述的一种基于岩石力学性质的页岩油储层脆性评价方法，其中步骤(1)中的不同矿物的质量百分含量计算方法为：
式中：Q为不同矿物的质量百分含量，％；M为岩样不同矿物的质量，g；i为岩样不同矿物编号，无因次；n为矿物种类。
3.根据权利要求1所述的一种基于岩石力学性质的页岩油储层脆性评价方法，其中步骤(2)中计算杨氏模量强势量和泊松比强势量的方法为：
式中：Ei为单个矿物的杨氏模量，MPa；νi为单个矿物的泊松比，无因次；
为杨氏模量强势量，％；
为泊松比强势量，％；
其中对泊松比强势量进行修正处理的方法为：
4.根据权利要求1所述的一种基于岩石力学性质的页岩油储层脆性评价方法，步骤(3)中的计算力学性质强势量计算方法为：
式中：Li为力学性质强势量，％。
5.根据权利要求1所述的一种基于岩石力学性质的页岩油储层脆性评价方法，步骤(4)中偏差因子F计算方法为：
式中：F为偏差因子，无因次；Q为不同矿物所占百分含量，％；Li为力学性质强势量，％。
6.根据权利要求1所述的一种基于岩石力学性质的页岩油储层脆性评价方法，步骤(5)中的偏差因子的最大值Fmax与最小值Fmin计算方法为：
Fmin＝2(Li)黄铁矿-0.1 (8)。
7.根据权利要求1所述的一种基于岩石力学性质的页岩油储层脆性评价方法，步骤(6)中岩石脆性指数BI计算方法为：
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| CN116698577A (zh) * | 2023-04-27 | 2023-09-05 | 兰州城市学院 | 一种页岩油储层体积压裂形成复杂缝网潜力的定量评价方法 |
| CN116698577B (zh) * | 2023-04-27 | 2024-03-01 | 兰州城市学院 | 一种页岩油储层体积压裂形成复杂缝网潜力的定量评价方法 |
| CN116482336A (zh) * | 2023-06-26 | 2023-07-25 | 中海油田服务股份有限公司 | 多维度射孔损伤评价方法、装置、计算设备及存储介质 |
| CN116482336B (zh) * | 2023-06-26 | 2023-08-22 | 中海油田服务股份有限公司 | 多维度射孔损伤评价方法、装置、计算设备及存储介质 |
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