CN106896410B

CN106896410B - 利用声波测井资料解释岩石的变形模量和脆性指数的方法

Info

Publication number: CN106896410B
Application number: CN201710137577.0A
Authority: CN
Inventors: 张昊天; 周文; 徐浩; 陈文玲; 杨宇
Original assignee: Chengdu Univeristy of Technology
Current assignee: Chengdu Univeristy of Technology
Priority date: 2017-03-09
Filing date: 2017-03-09
Publication date: 2019-08-23
Anticipated expiration: 2037-03-09
Also published as: CN106896410A

Abstract

利用声波测井资料解释岩石的变形模量和脆性指数的方法，涉及油气储层测井评价。利用声波测井资料解释变形模量的方法，变形模量的解释模型为：Dm＝ae^b*f(AC),Dm为变形模量，f(AC)＝Vp为声波纵波速度，a和b均为常数。f(AC)的计算公式为：f(AC)＝pAC^‑q，式中：p和q均为常数；AC为测井声波时差。其通过建立测井声波时差与变形模量的函数关系来定量解释岩石的变形模量，其结果更为精确。利用声波测井资料解释脆性指数的方法，其包括：利用岩石的静态杨氏模量和根据上述的利用声波测井资料解释岩石的变形模量的方法得到的变形模量来计算岩石的脆性指数。其能够较好的反映储层岩石脆性特征在测井剖面上的变化规律，可以作为储层岩石力学评价和水力压裂施工的参考数据。

Description

利用声波测井资料解释岩石的变形模量和脆性指数的方法

技术领域

本发明涉及油气储层测井评价领域，且特别涉及利用声波测井资料解释岩石的变形模量和脆性指数的方法。

背景技术

泥页岩储层的脆性特征评价中，需要考虑岩石塑性变形特征，其中弹性应变、塑性应变量是评价泥页岩脆性的重要参数。实验室内的岩石力学实验可以获得这些参数，但是不能应用于现场评价中，要实现现场应用，就必须建立起利用测井资料解释泥页岩的应变量。

在测井解释评价中，目前主要通过两个方面建立岩石脆性的评价方法：

(1)基于弹性特征的脆性测井评价方法

Griser和Bray(2007)在对比分析Barnett页岩气产量与测井参数的关系研究中，认为适于体积压裂的页岩具有低泊松比或者高杨氏模量的特征，并以此提出用归一化的杨氏模量和泊松比定量评价页岩储层脆性。Rickman等(2008)给出了杨氏模量和泊松比定量评价脆性指数的归一化参数的极值的经验常数，并认为岩石的泊松比越低在压裂中越容易产生复杂的裂缝***，杨氏模量越高压裂后越容易维持裂缝的稳定性。杨氏模量和泊松比能够在一定程度上反映岩石的可压性，但是页岩是一种塑性较高的脆塑性岩类，不能将杨氏模量和泊松比简单的与脆性等同。例如，随着围压的增加，岩石往往表现出更高的杨氏模量和更低的泊松比，但是其塑性也更强。

(2)基于矿物含量的脆性测井评价方法

Jarvie等(2007)提出根据Barnett页岩硅质组分的百分比含量定量评价储层岩石的脆性。一些学者根据不同地区矿物特征，对该方法在不同地区的适用性提出了改进。例如，Wang和Gale's(2009)引入了白云石和TOC，其中将白云石作为脆性组分；Wang等(2008)将有机质成熟度Ro引入作为表征岩石成岩强度；刁海燕(2013)提出将矿物组分的方法和弹性参数的方法结合评价页岩储层岩石脆性的方法。矿物组分含量是决定岩石脆性的重要因素，但是一些其他因素，如相同地区、层位的页岩的纹理发育程度的差异，不同地区、层位的页岩经历成岩作用、成岩后期改造作用的差异，对岩石脆性也具有重要影响。而矿物组分含量的脆性指数很难较为全面的表征这些反映脆性的因素。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用声波测井资料解释变形模量的方法，其通过建立测井声波时差与变形模量的函数关系来定量解释岩石的变形模量，其结果更为精确。

本发明的另一目的在于提供一种利用声波测井资料解释脆性指数的方法，能够较好的反映储层岩石脆性特征在测井剖面上的变化规律，可以作为储层岩石力学评价和水力压裂施工的参考数据。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出一种利用声波测井资料解释变形模量的方法，变形模量的解释模型为：Dm＝ae^b*f(AC),Dm为变形模量，f(AC)＝Vp为声波纵波速度，a和b均为通过建立测井声波纵波速度与变形模量的回归关系得到的常数。f(AC)的计算公式为：f(AC)＝pAC^-q，式中：p和q均为常数、p和q不同时为1且p和q均不为0；AC为测井声波时差。

本发明还提出一种利用声波测井资料解释脆性指数的方法，其包括：利用岩石的静态杨氏模量和根据上述的利用声波测井资料解释岩石的变形模量的方法得到的变形模量来计算岩石的脆性指数。

本发明实施例的利用声波测井资料解释岩石的变形模量和脆性指数的方法的有益效果是：利用声波测井资料解释岩石的变形模量，通过建立测井声波时差与声波纵波速度的函数关系，再建立声波纵波速度与变形模量的关系，即建立了测井声波时差与变形模量的函数关系来定量解释岩石的变形模量，其结果更为精确。利用声波测井资料解释脆性指数的方法能够较好的反映储层岩石脆性特征在测井剖面上的变化规律，可以作为储层岩石力学评价和水力压裂施工的参考数据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为岩石的应力-应变曲线图；

图2为测井解释动态模量与室内模拟地层条件下测试的静态杨氏模量的关系图；

图3为模拟地层条件下室内测试的声波纵波速度与测井声波时差的关系图；

图4为室内测试的变形模量与声波纵波速度的关系图；

图5为脆塑性参数测井解释剖面。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例的利用声波测井资料解释变形模量和脆性指数的方法进行具体说明。

本发明提供一种利用声波测井资料解释岩石的变形模量的方法，变形模量的解释模型为：Dm＝ae^b*f(AC),Dm为变形模量，f(AC)为声波纵波速度，a和b均为通过建立测井声波纵波速度与变形模量的回归关系得到的常数。f(AC)的计算公式为：f(AC)＝pAC^-q，式中：p和q均为常数、p和q不同时为1且p和q均不为0；AC为测井声波时差。在本实施例中，岩石为泥页岩。

一些研究表明，岩石的声波纵波速度与变形模量之间存在较好的非线性关系。如Barton(2002)在砂泥互层型地层中利用Q***分类的方法分析发现岩石声波纵波速度和变形模量具有较好的指数函数关系。吴兴春等(1998)利用岩石力学参数管理***ROMEDA拟合了花岗岩岩体声波波速与变形模量之间的关系。周洪福等(2015)对我国四川多个地区不同岩类的二叠系玄武岩室内测试显示，其声波纵波速度与变形模量具有极好的指数函数关系。因此，可以建立起变形模量与声波纵波速度的函数关系。现有技术中，一般通过在实验室对采集的样品进行测试得到室内声波时差，然后对室内声波时差倒数后得到声波纵波速度，即室内声波纵波速度。但是在实际应用中，由于岩石测井声波频率和室内测试声波频率存在差异以及测试的温度、压力等外部因素，造成测井声波时差和室内声波纵波速度往往存在一定差异。在本发明的实施例中，测井声波时差指的是测井现场得到的声波时差。本发明的实施例中，通过建立测井声波时差与声波纵波速度的函数关系，再建立声波纵波速度与变形模量的关系，即建立了测井声波时差与变形模量的函数关系来定量解释岩石的变形模量，其结果更为精确。

进一步地，变形模量的解释模型中，0.01<a<0.1，0.9<b<5。优选地，0.02<a<0.05，1<b<2。进一步优选地，a＝0.027，b＝1.2811。优选地，f(AC)的计算公式中，p＝24.206，q＝0.361。

本发明还提供一种利用声波测井资料解释岩石的脆性指数的方法，其包括：利用岩石的静态杨氏模量和根据上述的利用声波测井资料解释岩石的变形模量的方法得到的变形模量来计算岩石的脆性指数。

现有技术中，主要通过弹性参数或者脆性矿物含量间接评价岩石脆性，没有针对页岩高塑性特征进行测井评价。通过上述的利用声波测井资料解释岩石的变形模量的方法得到的变形模量和岩石的静态杨氏模量来计算岩石的脆性指数，其包含了岩石的塑性特征，对岩石的脆性评价结果更为精准可靠。

进一步地，解释脆性指数的模型为：脆性指数的模型中：B_ε为岩石的脆性指数，ε_el为岩石破坏前轴向可恢复应变，ε_tot为岩石破坏前轴向总应变，σ_c为岩石的抗压强度，Dm为岩石的变形模量，Yms为岩石的静态杨氏模量。

脆性材料在破坏前几乎或者不发生塑性变形，主要包含两个方面的特征：其一，脆性材料在破坏前塑性应变(ε_pl)极小或者为零；其二，脆性材料的破坏前塑性应变占总应变的比值极小或为零，即弹性应变占总应变比值(B_ε)为1或者接近1，如图1所示。由于抗压强度、静态杨氏模量的测井评价方法目前已经较为成熟，本发明的实施例中通过对测井评价现有的计算公式进行变形引入了变形模量，在岩石的高塑性特征方面有所体现，对岩石的脆性评价更为精准。

进一步地，Yms是由测井动态杨氏模量决定的。静态杨氏模量的计算模型为：Yms＝0.0067·Ymd²+0.032·Ymd+16，静态杨氏模量的计算模型中：Ymd为测井动态杨氏模量。

现有技术中，一般直接利用岩石的动态杨氏模量参量，但由于岩石内部的微裂隙、孔隙流体状态以及外部的测试频率、应变幅值的差异，由测井曲线直接计算得到的动态杨氏模量与室内力学测试的静态杨氏模量存在一定的差异。实验表明，随受力环境的变化，其动、静态杨氏模量变化趋势相同，因此在岩石力学参数的测井解释中，常通过室内试验模拟地层条件下岩石的静态杨氏模量，同时统计分析测井动态杨氏模量与静态杨氏模量的函数关系，建立静态杨氏模量的测井评价方法。进一步地，Ymd的计算公式为：式中：ρ_b为测井密度曲线，Δt_s为测井横波时差，Δt_p为测井声波时差。在本实施例中，Δt_p和AC均为测井声波时差，用不同的代号表示只是为了更好地区别理解。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例

实验对象：四川盆地新场地区须家河组须五段。须五段属于三角洲平原-滨浅湖沉积环境，岩性主要为黑色、灰黑色泥页岩与灰色、灰褐色粉砂岩、细砂岩不等厚互层，砂地比主要分布在30％～70％之间。考虑评价地区页岩储层的岩性差异，本实施例分别选区了页岩、粉砂质页岩、粉砂岩、细砂岩、不等粒砂岩共计26个样品。

实验测试：对上述的26个样品开展密度测量、三轴抗压试验、声波纵波速度测试，测试结果见表1。表2所示为在室内模拟地层条件下(即围压为32MPa时)室内测试得到的力学参数和通过取样点的测井曲线计算得到的力学参数。

静态杨氏模量的计算过程如下，根据测井动态杨氏模量的计算公式：利用测井密度、纵波时差、横波时差曲线计算出测井动态杨氏模量，然后根据测试静态杨氏模量与测井解释动态杨氏模量的关系(如图2)：Yms＝0.0067·Ymd²+0.032·Ymd+16，计算出静态杨氏模量。

变形模量的计算过程如下，根据图3中的测井声波时差与室内测试声波纵波速度的关系，可得到f(AC)的计算公式为：f(AC)＝pAC^-q，计算公式中，p＝24.206，q＝0.361。然后根据变形模量与室内测试岩石的声波纵波速度的函数关系(如图4)计算得到变形模量，变形模量的计算模型为：Dm＝ae^b*f(AC)，计算模型中f(AC)为声波纵波速度，a＝0.027，b＝1.2811。

脆性指数B_ε的计算过程如下：将上述计算得到的静态杨氏模量和变形模量带入脆性指数的计算模型中得到脆性指数B_ε。脆性指数的计算模型为：

对比例1

实验对象：四川盆地新场地区须家河组须五段。

实验测试：利用基于脆性矿物的脆性指数B₁的计算公式：对其脆性指数进行计算，式中V_bri为岩石脆性矿物组分的体积，V_tot为岩石骨架总体积。

对比例2

实验对象：四川盆地新场地区须家河组须五段。

实验测试：利用基于弹性参数的脆性指数B₂的计算公式：对其脆性指数进行计算。式中Ymd为测井计算动态杨氏模量，μd为测井计算动态泊松比。

试验例

根据图5，射孔段及其上下地层可以分为脆性变化较为明显的五段(A、B、C、D、E)。将A、B、C、D、E五段对应的B₁、B₂和B_ε的数据统计在表3中。

表1室内测试样品的力学参数特征及声波纵波速度

表2地层条件下测井计算动态参数和室内测试静态参数的数据表(围压32MPa)

编号	DEN(g/cm<sup>3</sup>)	AC(μs/ft)	Vp(m/s)	Ymd(GPa)	Yms(GPa)	Dm(GPa)
							F1-3D	2.53	83.10	5.04	21.30	25.9	14.2
X23-2D	2.60	78.60	4.69	22.10	19.4	7.7
							F2-1D	2.56	82.50	5.16	21.00	23.7	15.2
F2-2D	2.43	98.10	4.69	16.20	20.5	11.1
							F2-5B	2.54	70.10	5.38	31.88	26.2	26.1
F1-1D	2.57	69.40	5.24	42.65	34.0	21.0
							X23-1D	2.60	75.70	4.92	18.45	16.0	10.4
X33-1D	2.56	84.50	4.81	27.57	17.4	11.5
							F1-4D	2.58	60.40	5.46	54.54	36.0	32.3
F1-5D	2.58	63.60	5.41	50.81	25.8	21.9
							F1-2D	2.58	66.30	5.26	47.87	27.8	25.1
X28-1D	2.88	65.10	5.39	47.12	35.8	33.0
							F2-3D	2.58	60.20	5.59	53.23	40.1	35.7
F2-4D	2.58	56.80	5.55	48.63	28.8	25.7
							X33-2D	2.56	59.60	5.77	64.14	51.5	46.9

表3不同井段的脆塑性参数平均值

根据图5的结果，射孔段及其上下地层可以分为脆性变化较为明显的五段(A、B、C、D、E)。从表3的统计结果，脆性指数B_ε、B₁表征的脆性变化具有较好的耦合性，储层的脆性矿物含量越高，矿物组分脆性指数B₁越大，脆性指数B_ε越大；而弹性参数脆性指数B₂与前三者的耦合性较差。

图5中最后一列是在压裂过程中，地面微地震监测获得的声发射事件频数。将微地震监测结果与脆性指数B_ε代表的岩石脆性进行比较，在脆性指数较高的D段内，声发射事件的频数较高，且频数降低较为缓慢；当裂缝向下延伸到脆性最低的E段，声发射事件频数快速下降，裂缝的扩展收到抑制；当裂缝向上延伸到脆性中等的C段，声发射事件频数在一定程度上降低；当裂缝穿过C段向上继续延伸到脆性较高的B段，声发射事件频数与C段相差不大；当裂缝穿过B段向上继续延伸到脆性较低的A段，声发射事件频数继续降低，直至与背景值相差不大。由此可见，脆性指数B_ε所代表的岩石的脆性特征与地面微地震监测获得的声发射事件频数的变化同样具有较好的耦合性，即高脆性的层段有利于水力压裂缝的延伸，而高塑性的层段对水力压裂缝的延伸具有阻挡作用。

由此可见，本发明实施例提出的利用声波测井资料解释岩石的脆性指数的方法与岩石的脆性矿物含量和压裂过程中压裂缝的延伸规律均具有较好的耦合关系，能够较好的反映储层岩石脆性特征在测井剖面上的变化规律，可以作为储层岩石力学评价和水力压裂施工的参考数据。

综上所述，本发明实施例的利用声波测井资料解释岩石的变形模量和脆性指数的方法中：利用声波测井资料解释岩石的变形模量，通过建立声波纵波速度与变形模量的关系可以来定量解释岩石的变形模量，本发明是通过测井声波时差与室内声波纵波速度建立的函数关系得到的声波纵波速度，解决了通过室内测试声波时差倒数之后来求取声波纵波速度不准确的问题。利用声波测井资料解释脆性指数的方法能够较好的反映储层岩石脆性特征在测井剖面上的变化规律，可以作为储层岩石力学评价和水力压裂施工的参考数据。

以上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。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

Claims

1.一种利用声波测井资料解释岩石的脆性指数的方法，其特征在于，其包括：利用岩石的静态杨氏模量和声波测井资料解释岩石的变形模量的方法得到变形模量来解释所述岩石的所述脆性指数；

其中，所述变形模量的解释模型为：Dm＝ae^b*f(AC)，Dm为变形模量，其中,Dm＝σ_c/ε_tot,ε_tot为所述岩石破坏前轴向总应变，σ_c为所述岩石的抗压强度，f(AC)＝Vp为声波纵波速度，a和b均为通过建立所述声波纵波速度与所述变形模量的回归关系得到的常数；所述f(AC)的计算公式为：f(AC)＝pAC^-q，式中：p和q均为常数、p和q不同时为1且p和q均不为0；AC为测井声波时差；

解释所述脆性指数的模型为：所述脆性指数的模型中：B_ε为所述岩石的所述脆性指数，ε_el为所述岩石破坏前轴向可恢复应变，ε_tot为所述岩石破坏前轴向总应变，σ_c为所述岩石的抗压强度，Dm为所述岩石的所述变形模量，Yms为所述岩石的所述静态杨氏模量。

2.根据权利要求1所述的利用声波测井资料解释岩石的脆性指数的方法，其特征在于，所述变形模量的解释模型中，0.01<a<0.1，0.9<b<5。

3.根据权利要求2所述的利用声波测井资料解释岩石的脆性指数的方法，其特征在于，所述变形模量的解释模型中，0.02<a<0.05，1<b<2。

4.根据权利要求3所述的利用声波测井资料解释岩石的脆性指数的方法，其特征在于，所述变形模量的解释模型中，a＝0.027，b＝1.2811。

5.根据权利要求1所述的利用声波测井资料解释岩石的脆性指数的方法，其特征在于，所述f(AC)的计算公式中，p＝24.206，q＝0.361。

6.根据权利要求1所述的利用声波测井资料解释岩石的脆性指数的方法，其特征在于，所述Yms是由测井动态杨氏模量决定的。

7.根据权利要求6所述的利用声波测井资料解释岩石的脆性指数的方法，其特征在于，所述静态杨氏模量的计算模型为：Yms＝0.0067·Ymd²+0.032·Ymd+16，其中：Ymd为所述测井动态杨氏模量。

8.根据权利要求7所述的利用声波测井资料解释岩石的脆性指数的方法，其特征在于，所述Ymd的计算公式为：式中：ρ_b为测井密度曲线，Δt_s为测井横波时差，Δt_p为测井声波时差。