CN117491592A - 基于钻井岩石样品确定水平井压裂位置的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于钻井岩石样品确定水平井压裂位置的方法，其采用扫描电镜显微镜图像获取地下岩石结构信息，基于X射线能量散射谱信号识别矿物成分，并基于岩石储集空间结构和矿物成分计算表征储层品质的储层品质指数，最终基于储层品质指数值的大小确定压裂位置。本发明构思合理，流程简单，矿物成分的识别由间接的元素识别，变成了更为准确的成分直接识别，成本更低，适用于所有类型的钻井。
Description
技术领域
本发明涉及油气资源勘探技术领域，具体涉及一种基于钻井岩石样品确定水平井压裂位置的方法。
背景技术
致密储层水平井开发现状：随着我们油气资源勘探开发程度的加深，新增油气储量绝大多数以页岩油气为代表非常规油气资源。相对于常规油气储集层，非常规油气储层更为致密，岩石结构和成分更为复杂，油气产层在自然状态下无产能，多依赖水平井钻井和压裂技术进行储集层改造后生产油气，如何低成本且有效地确定油气井水平段的压裂改造位置，是储层改造得以成功实施的关键。
油气水平井压裂改造时，主要基于水力压裂，即先对需改造的储层段利用射孔枪射开地下岩层，随后利用高压水流产生人工裂缝，最后再填充入支撑剂。现有压裂改造位置的确定主要基于地球物理测井技术，即通过将不同的地球物理测井仪器放入油气井下，测量地层的声学、电学以及放射性信号，识别地层的岩石类型和结构。现有地球物理测井识别地下储层的方法成本较高，且对于深井或地下温度和压力较高的地层，存在仪器掉入井下，导致水平井失效。此外，地球物理测井采集的信号主要是间接反映地下岩石信息，准确度需提升。
发明内容
针对上述背景技术中存在的问题，本发明提出了一种基于钻井岩石样品确定水平井压裂位置的方法，其构思合理，流程简单，矿物成分的识别由间接的元素识别，变成了更为准确的成分直接识别，成本更低，适用于所有类型的钻井。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种基于钻井岩石样品确定水平井压裂位置的方法，其采用扫描电镜显微镜图像获取地下岩石结构信息，基于X射线能量散射谱信号识别矿物成分，并基于岩石储集空间结构和矿物成分计算表征储层品质的储层品质指数，最终基于储层品质指数值的大小确定压裂位置。
所述基于钻井岩石样品确定水平井压裂位置的方法，其中，包括以下步骤：
1)对采集的岩屑样品依次进行筛选、清洗、环氧树脂固化、表面抛光以及镀导电膜，确保样品可进行后续的扫描电子显微镜图像采集；
2)对岩屑样品开展扫描电镜显微镜成像和基于X射线的能量散射谱矿物成分定量识别；
3)基于扫描电镜图像进行图像分割，确定裂缝和孔隙在岩屑样品中的面积占比，即二维面孔率；在获取完所有样品的面积占比后，进行归一化处理，将面孔率的最高值乘以系数p，使最高值变为100；最后将二维面孔率乘以系数p后的数值定义为孔隙发育指数Pi；
4)基于矿物成分和孔隙特征，获取岩石样品的脆性指数Bi；
5)基于不同深度点的孔隙发育指数Pi和脆性指数Bi,计算出储层品质指数Qi,随后根据Qi值的大小确定压裂设计时的射孔位置。
所述基于钻井岩石样品确定水平井压裂位置的方法，其中，所述步骤1)中的清洗的过程为：对采集的岩屑样品进行清洗，确保岩屑样品置入清水后无明显油花显示。
所述基于钻井岩石样品确定水平井压裂位置的方法，其中，所述步骤1)中的筛选的过程为：选取不同目数的筛子对岩屑进行筛选，使用吸铁石将岩屑中的钻头铁屑筛出，然后挑出样品中的杂质及非新鲜岩屑。
所述基于钻井岩石样品确定水平井压裂位置的方法，其中，所述步骤1)中的烘干的过程为：将筛选好的样品放置烘箱内烘烤10-15分钟，在其水汽挥发完后取出。
所述基于钻井岩石样品确定水平井压裂位置的方法，其中：所述步骤1)中的烘干的过程还可将筛选好的样品直接采用静置将其水气挥发后取出。
所述基于钻井岩石样品确定水平井压裂位置的方法，其中，所述步骤1)中的固化的过程为：取出已有模具，在其内表面及底面涂抹脱膜剂，风干后静置，将样品放入模具中，在其外表面做样品编号标识；取出环氧树脂和固化剂，按照10g：4.5g的比例混合调匀静置，倒入装有样品的模具中，至样品的上表面被覆盖。
所述基于钻井岩石样品确定水平井压裂位置的方法，其中，所述步骤1)中的抛光的过程为：首先进行粗抛，将装有样品的模具从烘箱中取出后，从模具中取出样品，用180目砂纸对样品进行打磨，随后用400目砂纸打磨出岩石表面，再用1200目砂纸对打磨面进行细磨。
所述基于钻井岩石样品确定水平井压裂位置的方法，其中，所述步骤1)中的镀导电膜的过程为：利用镀膜仪在样品表面溅射一层碳膜，厚度为10-20nm。
所述基于钻井岩石样品确定水平井压裂位置的方法，其中，所述步骤2)的具体过程为：
2.1)将所述步骤1)中抛光并镀膜后的样品用碳导电胶带固定到样品台上，将固定好的样品放入仪器样品室中；
2.2)打开电子束，在适当放大倍数下看到扫描图像后对其进行清晰度处理,使其图像清晰；
2.3)利用一次电子在样品表面原子中激发背散射电子过程中产生的特征X射线的能量来判断所扫描点中物体的矿物种类，得出各类型矿物含量与分布信息。
所述基于钻井岩石样品确定水平井压裂位置的方法，其中，所述步骤4)中的脆性指数Bi的计算过程为：
Bi＝(XQ+XF+XC+XD+XP)×100 (1)；
上式(1)中，Bi为岩石矿物脆性指数，无量纲；XQ为样品中石英质量分数百分比；XF为样品中长石质量分数百分比；XC为样品中方解石质量分数百分比；XD为样品中白云石质量分数百分比；XP为样品中黄铁矿质量分数百分比。
所述基于钻井岩石样品确定水平井压裂位置的方法，其中，所述步骤5)中储层品质指数Qi的计算过程为：
Qi＝Pi×0.5+ Bi×0.5 (2)；
上式(2)中，Qi为储层品质指数，无量纲；Pi为岩石孔隙发育指数，无量纲；Bi为岩石矿物脆性指数，无量纲；且储层品质指数的评价标准为大于75为好，大于等于50至小于75为较好，小于50为差；射孔位置选择储层品质好的水平段进行密集压裂，储层品质较好的水平段少压裂，在储层品质差的水平段不压裂。
采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明基于钻井岩石样品确定水平井压裂位置的方法构思合理，矿物成分的识别由间接的元素识别，变成了更为准确的成分直接识别；成本更低，水平井测井成本通常超100万元，本发明的目前市场价一般为80万，成本下降20％；适用于所有类型的钻井，特别是复杂井，如深井和超深井、高温高压井。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明基于钻井岩石样品确定水平井压裂位置的方法中涉及的岩屑样品图；
图2为本发明基于钻井岩石样品确定水平井压裂位置的方法中涉及的岩屑样品扫描电子显微镜成像图；
图3为本发明基于钻井岩石样品确定水平井压裂位置的方法中涉及的岩屑样品矿物成分定量识别图；
图4为本发明基于钻井岩石样品确定水平井压裂位置的方法中提取的岩屑样品孔隙和裂缝图(黑色部分为孔隙和裂缝)；
图5为本发明基于钻井岩石样品确定水平井压裂位置的方法中确定的岩屑样品储层品质指数Qi图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
下面结合具体的实施方式对本发明做进一步的解释说明。
如图1所示，本实施例提供的基于钻井岩石样品确定水平井压裂位置的方法，采用扫描电镜显微镜图像获取地下岩石结构信息，基于X射线能量散射谱信号识别矿物成分，并基于岩石储集空间结构和矿物成分计算表征储层品质的储层品质指数(Qi)，最终基于储层品质指数(Qi)值的大小确定压裂位置，能更准确的识别地下油气储集层的矿物成分和结构信息。
本发明基于钻井岩石样品确定水平井压裂位置的方法，包括以下步骤：
S100、对采集的岩屑样品依次进行筛选、清洗、环氧树脂固化、表面抛光以及镀导电膜，确保样品可进行后续的扫描电子显微镜图像采集。
其中，上述步骤S100中的清洗的过程具体为：对采集的岩屑样品进行清洗，采用常用洗洁剂即可，确保岩屑样品置入清水后无明显油花显示。
上述步骤S100中的筛选的过程具体为：选取不同目数的筛子对岩屑进行筛选，使用吸铁石将岩屑中的钻头铁屑筛出，然后挑出样品中的杂质及岩屑掉块等非新鲜岩屑；其中，页岩样品一般使用40-200目的筛子。
上述步骤S100中的烘干的过程具体为：将筛选好的样品放置烘箱内烘烤10-15分钟,在其水汽挥发完后取出；或直接采用静置将其水气挥发后取出。
上述步骤S100中的固化的过程具体为：取出已有模具，在其内表面及底面涂抹脱膜剂，风干后静置，将样品放入模具中，在其外表面做样品编号标识；取出环氧树脂和固化剂，按照10g：4.5g的比例混合调匀静置，倒入装有样品的模具中，至样品的上表面被覆盖。
上述步骤S100中的抛光的过程具体为：首先进行粗抛，将装有样品的模具从烘箱中取出后，从模具中取出样品，用180目砂纸对样品进行打磨，随后用400目砂纸打磨出岩石表面，再用1200目砂纸对打磨面进行细磨。
上述步骤S100中的镀导电膜的过程具体为：为了增加样品表面的导电性，利用镀膜仪在样品表面溅射一层厚度为10-20nm的碳膜。
S200、对岩屑样品开展扫描电镜显微镜成像和基于X射线的EDS(能量散射谱)矿物成分定量识别；具体过程为：
S201、将上述步骤S100中抛光并镀膜后的样品用碳导电胶带固定到样品台上，将固定好的样品放入仪器样品室中；
S202、打开电子束，在适当放大倍数下看到扫描图像后对其进行清晰度处理(即聚焦、自动调节亮度、对比度、消像散等操作),使其图像清晰；
S203、利用一次电子在样品表面原子中激发背散射电子过程中产生的特征X射线的能量来判断所扫描点中物体的矿物种类，得出各类型矿物含量与分布信息。
S300、基于扫描电镜图像进行图像分割，确定裂缝和孔隙在岩屑样品中的面积占比，即二维面孔率；在获取完所有样品的面积占比后，进行归一化处理，将面孔率的最高值乘以系数p，是最高值变为100。如二维面孔率实际最大值为0.1，乘以1000，使其变为100；二维面孔率乘以系数p后的数值定义为孔隙发育指数Pi。
S400、基于矿物成分和孔隙特征，获取岩石样品的脆性指数Bi；其中，脆性指数Bi的计算过程为：
Bi＝(XQ+XF+XC+XD+XP)×100 (1)；
上式(1)中，Bi为岩石矿物脆性指数，无量纲；XQ为样品中石英质量分数百分比％；XF为样品中长石质量分数百分比％；XC为样品中方解石质量分数百分比％；XD为样品中白云石质量分数百分比％；XP为样品中黄铁矿质量分数百分比％。
S500、基于不同深度点的孔隙发育指数Pi和脆性指数Bi,计算出储层品质指数Qi,随后根据Qi值的大小确定压裂设计时的射孔位置；Qi的计算过程为：
Qi＝Pi×0.5+ Bi×0.5 (2)；
上式(2)中，Qi为储层品质指数，无量纲；Pi为岩石孔隙发育指数，无量纲；Bi为岩石矿物脆性指数，无量纲。储层品质指数的评价标准为大于75为好，大于等于50至小于75为较好，小于50为差。射孔位置应选择储层品质好的水平段进行密集压裂，储层品质较好的水平段少压裂，在储层品质差的水平段不压裂(图5)。
本发明构思合理，流程简单，矿物成分的识别由间接的元素识别，变成了更为准确的成分直接识别，成本更低，适用于所有类型的钻井，特别是复杂井，如深井和超深井、高温高压井。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (12)
1.一种基于钻井岩石样品确定水平井压裂位置的方法，其特征在于：采用扫描电镜显微镜图像获取地下岩石结构信息，基于X射线能量散射谱信号识别矿物成分，并基于岩石储集空间结构和矿物成分计算表征储层品质的储层品质指数，最终基于储层品质指数值的大小确定压裂位置。
2.如权利要求1所述的基于钻井岩石样品确定水平井压裂位置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)对采集的岩屑样品依次进行筛选、清洗、环氧树脂固化、表面抛光以及镀导电膜，确保样品可进行后续的扫描电子显微镜图像采集；
2)对岩屑样品开展扫描电镜显微镜成像和基于X射线的能量散射谱矿物成分定量识别；
3)基于扫描电镜图像进行图像分割，确定裂缝和孔隙在岩屑样品中的面积占比，即二维面孔率；在获取完所有样品的面积占比后，进行归一化处理，将面孔率的最高值乘以系数p，使最高值变为100；最后将二维面孔率乘以系数p后的数值定义为孔隙发育指数Pi；
4)基于矿物成分和孔隙特征，获取岩石样品的脆性指数Bi；
5)基于不同深度点的孔隙发育指数Pi和脆性指数Bi,计算出储层品质指数Qi,随后根据Qi值的大小确定压裂设计时的射孔位置。
3.如权利要求2所述的基于钻井岩石样品确定水平井压裂位置的方法，其特征在于，所述步骤1)中的清洗的过程为：对采集的岩屑样品进行清洗，确保岩屑样品置入清水后无明显油花显示。
4.如权利要求2所述的基于钻井岩石样品确定水平井压裂位置的方法，其特征在于，所述步骤1)中的筛选的过程为：选取不同目数的筛子对岩屑进行筛选，使用吸铁石将岩屑中的钻头铁屑筛出，然后挑出样品中的杂质及非新鲜岩屑。
5.如权利要求2所述的基于钻井岩石样品确定水平井压裂位置的方法，其特征在于，所述步骤1)中的烘干的过程为：将筛选好的样品放置烘箱内烘烤10-15分钟，在其水汽挥发完后取出。
6.如权利要求2所述的基于钻井岩石样品确定水平井压裂位置的方法，其特征在于：所述步骤1)中的烘干的过程还可将筛选好的样品直接采用静置将其水气挥发后取出。
7.如权利要求2所述的基于钻井岩石样品确定水平井压裂位置的方法，其特征在于，所述步骤1)中的固化的过程为：取出已有模具，在其内表面及底面涂抹脱膜剂，风干后静置，将样品放入模具中，在其外表面做样品编号标识；取出环氧树脂和固化剂，按照10g：4.5g的比例混合调匀静置，倒入装有样品的模具中，至样品的上表面被覆盖。
8.如权利要求2所述的基于钻井岩石样品确定水平井压裂位置的方法，其特征在于，所述步骤1)中的抛光的过程为：首先进行粗抛，将装有样品的模具从烘箱中取出后，从模具中取出样品，用180目砂纸对样品进行打磨，随后用400目砂纸打磨出岩石表面，再用1200目砂纸对打磨面进行细磨。
9.如权利要求2所述的基于钻井岩石样品确定水平井压裂位置的方法，其特征在于，所述步骤1)中的镀导电膜的过程为：利用镀膜仪在样品表面溅射一层碳膜，厚度为10-20nm。
10.如权利要求2所述的基于钻井岩石样品确定水平井压裂位置的方法，其特征在于，所述步骤2)的具体过程为：
2.1)将所述步骤1)中抛光并镀膜后的样品用碳导电胶带固定到样品台上，将固定好的样品放入仪器样品室中；
2.2)打开电子束，在适当放大倍数下看到扫描图像后对其进行清晰度处理,使其图像清晰；
2.3)利用一次电子在样品表面原子中激发背散射电子过程中产生的特征X射线的能量来判断所扫描点中物体的矿物种类，得出各类型矿物含量与分布信息。
11.如权利要求2所述的基于钻井岩石样品确定水平井压裂位置的方法，其特征在于，所述步骤4)中的脆性指数Bi的计算过程为：
Bi＝(XQ+XF+XC+XD+XP)×100 (1)；
上式(1)中，Bi为岩石矿物脆性指数，无量纲；XQ为样品中石英质量分数百分比；XF为样品中长石质量分数百分比；XC为样品中方解石质量分数百分比；XD为样品中白云石质量分数百分比；XP为样品中黄铁矿质量分数百分比。
12.如权利要求2所述的基于钻井岩石样品确定水平井压裂位置的方法，其特征在于，所述步骤5)中储层品质指数Qi的计算过程为：
Qi＝Pi×0.5+ Bi×0.5 (2)；
上式(2)中，Qi为储层品质指数，无量纲；Pi为岩石孔隙发育指数，无量纲；Bi为岩石矿物脆性指数，无量纲；且储层品质指数的评价标准为大于75为好，大于等于50至小于75为较好，小于50为差；射孔位置选择储层品质好的水平段进行密集压裂，储层品质较好的水平段少压裂，在储层品质差的水平段不压裂。
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