一種岩石脆性的測井方法和裝置

《一種岩石脆性的測井方法和裝置》是中國石油天然氣股份有限公司於2014年10月24日申請的發明專利，該專利的公告號為：CN105527652B，專利授權日：2018年3月13日，發明人：孫中春王振林於靜瞿建華。

《一種岩石脆性的測井方法和裝置》發明公開了一種岩石脆性的測井方法和裝置，其中，該方法包括：使用脆性指數模型來表征岩石的靜態脆性指數和動態脆性指數；使用具有岩石結構特徵的校正模型將動態脆性指數進行動靜態脆性指數轉換處理，生成岩石在同一應力條件下的靜態脆性指數；使用建立的岩石脆性應力校正模型對同一應力條件下的靜態脆性指數進行校正，生成岩石在不同測井深度對應的岩石應力條件下的靜態脆性指數。該發明解決了現有技術沒有考慮岩石結構和應力環境變化對岩石脆性的影響因素，提高了測井岩石脆性指數計算的精度。

2020年7月14日，《一種岩石脆性的測井方法和裝置》獲得第二十一屆中國專利獎金獎。

（概述圖為《一種岩石脆性的測井方法和裝置》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種岩石脆性的測井方法和裝置
• 申請人：中國石油天然氣股份有限公司
• 申請號：201410575775 .1
• 申請日： 2014年10月24日
• 發明人：孫中春， 王振林 ，於靜， 瞿建華
• 類別：發明專利
• Int. Cl.：A61B5/01(2006.01)I; A61B5/0476(2006.01)I; A61B5/0478(2006.01)I
• 地址：北京市東城區東直門北大街9 號中國石油大廈
• 專利代理機構：北京康信智慧財產權代理有限 責任公司
• 代理人：吳貴明， 張永明
• 授權日：2018年3月13日
• 公告號：CN105527652B

專利背景

北美的頁岩油(氣)革命，改變了世界油氣的供應格局。中國緻密油氣資源豐富，是中國油氣勘探的全新的、重要領域。緻密油氣的有效開發需要大型水力壓裂(體積壓裂)提高產能。緻密油氣需要進行大型(體積)壓裂才能獲得有效的產能，測井連續的脆性評價資料是緻密油氣儲層壓裂選層及壓裂參數設計的重要依據。岩石(材料)的脆性是一種定性的概念，還沒有一種物理量能夠有效、準確地表征。通常採用岩石的靜態參數表征岩石的脆性，測井脆性評價廣泛套用的方法是動態岩石機械參數法和礦物成分法。這種評價方法在北美海相緻密油氣的勘探、開發中廣泛套用。

這裡需要說明的是，中國緻密油氣資源大部分分布在陸相地層，地層橫向各向異性強(岩性、物性變化大)、埋深變化大，採用上述方法表征岩石脆性對陸相緻密油氣地層的適用性不強。

原因在於，截至2014年10月24日表征岩石脆性指數的方案存在以下兩種缺陷：

1、礦物法沒有考慮岩石的結構和應力環境對岩石脆性的影響。

2、動態參數法直接用岩石的動態參數表征岩石的脆性。看似避開了動、靜態岩石機械參數轉換的技術難題，但兩種參數存在本質的區別，動態參數表征脆性顯然存在明顯的技術問題。另外，儘管動態參數在一定程度上能夠反映岩石的結構和應力環境的變化，但這種變化與靜態參數的變化趨勢是不同的(如圖1和圖2所示)。動態參數法表征岩石脆性的技術缺陷是顯而易見的。

另外，一般情況下，岩石的楊氏模量越大、泊松比越小，岩石的脆性越好，這也是岩石脆性評價的物理基礎。岩石的靜態機械參數，需要進行三軸抗壓實驗獲得，這項實驗是一種破壞性實驗，樣品實驗量通常有限。這種方法也無法實現全井段的連續測量和脆性的連續表征。

針對沒有充分考慮到岩石動、靜參數轉換、岩石結構的變化和應力環境對岩石脆性的影響，生成岩石脆性指數不準確的問題，尚未提出有效的解決方案。

發明內容

專利目的

《一種岩石脆性的測井方法和裝置》的主要目的在於提供一種岩石脆性的測井方法和裝置，以解決針對沒有充分考慮到岩石結構和應力環境的變化對岩石脆性的影響，生成岩石脆性指數不準確的問題。

技術方案

為了實現《一種岩石脆性的測井方法和裝置》的主要目，根據該發明實施例的一個方面，提供了一種岩石脆性的測井方法。該方法包括：使用脆性指數模型來表征岩石的靜態脆性指數和動態脆性指數；使用具有岩石結構特徵的校正模型將動態脆性指數進行動靜態脆性指數轉換處理，生成岩石在同一應力條件下的靜態脆性指數；使用建立的岩石脆性應力校正模型對同一應力條件下的靜態脆性指數進行校正，生成岩石在不同測井深度對應的岩石應力條件下的靜態脆性指數。為了實現上述目的，根據該發明實施例的另一方面，提供了一種岩石脆性的測井裝置。該裝置包括：表征模組，用於使用脆性指數模型來表征岩石的靜態脆性指數和動態脆性指數；轉換模組，用於使用具有岩石結構特徵的校正模型將動態脆性指數進行動靜態脆性指數轉換處理，生成岩石在同一應力條件下的靜態脆性指數，校正模組，用於使用建立的岩石脆性應力校正模型對同一應力條件下的靜態脆性指數進行校正，生成岩石在不同測井深度對應的岩石應力條件下的靜態脆性指數。

根據發明實施例，通過使用脆性指數模型來表征岩石的靜態脆性指數和動態脆性指數；使用具有岩石結構特徵的校正模型將動態脆性指數進行動靜態脆性指數轉換處理，生成岩石在同一應力條件下的靜態脆性指數；使用建立的岩石脆性應力校正模型對同一應力條件下的靜態脆性指數進行校正，生成岩石在不同測井深度對應的岩石應力條件下的靜態脆性指數，解決了沒有考慮岩石結構和應力環境變化對岩石脆性的影響因素，提高了測井岩石脆性指數計算的精度。

附圖說明

構成《一種岩石脆性的測井方法和裝置》申請的一部分的附圖用來提供對該發明的進一步理解，該發明的示意性實施例及其說明用於解釋該發明，並不構成對該發明的不當限定。在附圖中：

圖1是根據截至2014年10月24日技術的兩塊樣品的動態楊氏模量、泊松比與圍壓的關係圖；

圖1

圖2是根據截至2014年10月24日技術的兩塊相同的樣品靜態楊氏模量、泊松比與圍壓的關係圖；

圖2

圖3是根據該發明實施例一的岩石脆性的評測方法的流程圖；

圖3

圖4是根據該發明實施例一的說明區塊“脆性好”的岩心岩石力學特徵示意圖；

圖5是根據該發明實施例一的說明區塊“脆性一般”的岩心岩石力學特徵示意圖；

圖6是根據該發明實施例一的說明區塊“脆性差”的岩心岩石力學特徵示意圖；

圖7是根據該發明實施例一的說明區塊四塊不同粘土含量的樣品靜態脆性指數與圍壓關係示意圖；

圖7

圖8是根據該發明實施例一的說明區塊脆性垂直應力(埋深)校正指數擬合圖；

圖8

圖9是根據該發明實施例一的說明區塊測井靜態脆性指數處理成果事宜圖；

圖9

圖10是根據該發明實施例二的岩石脆性的評測裝置的結構示意圖。

圖10

技術領域

《一種岩石脆性的測井方法和裝置》涉及石油勘探領域，具體而言，涉及一種岩石脆性的測井方法和裝置。

實施方式

操作內容

下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明《一種岩石脆性的測井方法和裝置》。

為了使該技術領域的人員更好地理解該發明方案，下面將結合該發明實施例中的附圖，對該發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是該發明一部分的實施例，而不是全部的實施例。基於該發明中的實施例，該領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬於該發明保護的範圍。

需要說明的是，該發明的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語“第一”、“第二”等是用於區別類似的對象，而不必用於描述特定的順序或先後次序。應該理解這樣使用的數據在適當情況下可以互換，以便這裡描述的該發明的實施例。此外，術語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在於覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統、產品或設備不必限於清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或對於這些過程、方法、產品或設備固有的其它步驟或單元。

實施案例

實施例一

《一種岩石脆性的測井方法和裝置》實施例提供了一種岩石脆性的測井方法，如圖3所示，該方法包括步驟如下：

步驟S101，使用脆性指數模型來獲取岩石的靜態脆性指數和動態脆性指數。

具體的，上述靜態脆性指數來源於實驗分析，動態脆性指數來源於測井數據，該實施實例首先確定岩石脆性指數基該表征方法，即上述岩石的靜態脆性指數和岩石的動態脆性指數。

步驟S103，用具有岩石結構特徵校正模型將動態脆性指數進行動靜態脆性指數轉換處理，生成岩石在同一應力條件下靜態脆性指數。

具體的，其中同一應力條件可以是任意固定有效應力，該發明推薦該應力為靜態脆性實驗時的有效應力，該實施實例以配套的試驗資料為基礎，建立岩石的動、靜態脆性指數的轉換模型。

步驟S105，使用建立的岩石脆性應力校正模型對同一應力條件下靜態脆性指數進行校正，生成岩石在不同測井深度對應的岩石應力條件下的靜態脆性指數。

具體的，該實施實例以試驗資料為基礎，建立脆性指數的應力環境的校正方法。該實施例可以利用岩石結構、應力環境校正的方法進行測井計算，生成用於表征岩石脆性的脆性指數。

分析可知，上述方案建立了適用性的脆性指數模型來表征岩石的靜態脆性指數和動態脆性指數；以實驗數據為基礎，建立了具有岩石結構校正的動、靜態轉換模型將動態脆性指數轉換為同一應力條件下的靜態脆性指數；在此基礎上，套用建立的岩石脆性應力校正模型對同一應力條件下的靜態脆性指數進行校正，生成岩石在不同測井深度對應的岩石應力條件下的靜態脆性指數。

該實施實例上述各個步驟，採用具有岩石結構特徵的校正模型對岩石的動態脆性指數進行動靜態脆性指數轉換來生成岩石在同一應力條件下的靜態脆性指數，再使用建立的岩石脆性應力校正模型對上述同一應力條件下的靜態脆性指數進行校正，生成壓實在不同測井深度對應的岩石應力條件下的靜態脆性指數，解決了沒有充分考慮到岩石結構和應力環境變化對岩石脆性的影響，提高了測井岩石脆性指數計算的精度。

可選的，步驟S101中使用脆性指數模型來表征岩石的靜態脆性指數和動態脆性指數的步驟還可以包括：

步驟S201，通過如下公式計算得到岩石的靜態脆性指數BI：

式中，BI為岩石的靜態脆性指數，10^4MPa，Es為岩石的靜態楊氏模量，10^4MPa，σs為岩石的靜態泊松比，無量綱，其中上述靜態脆性指數的獲得需要記錄其實驗的有效應力值。具體的，上述方法有效地反映岩石的楊氏模量越大、泊松比越小岩石的脆性越好的技術思路，考慮動、靜態轉換的因素，及表征方法合理、簡便，採用上述公式表征岩石的脆性。

通過如下公式計算得到動態脆性指數BID：

式中，Edye為動態楊氏模量，σdye為動態泊松比。

具體的，截至2014年10月24日技術還沒有一種還能夠準確的表征岩石脆性的物理量，但是一般而言，岩石的楊氏模量越大、泊松比越小岩石的脆性越好，這是用岩石機械參數評價岩石脆性的基礎。建立的脆性表征方法不僅要考慮表征的準確性和可靠性，還要考慮動、靜態轉換的因素。因此，選用了上述具有結構、應力環境校正的岩石的脆性指數的表征方法。

可選的，步驟S103中使用的校正模型（具有岩石結構特徵）將動態脆性指數進行動靜態脆性指數轉換處理，生成岩石在同一應力條件下的靜態脆性指數的步驟還可以包括：

步驟S301，通過如下公式對動態脆性指數進行動靜態脆性指數轉換處理，生成岩石在同一應力條件下的靜態脆性指數：

BIso＝A×BId×e，在上述公式中，BIso為同一應力條件下的靜態脆性指數，GPa；BID為應力條件下的動態脆性指數，GPa；A為動靜態轉換係數，無量綱；Por為孔隙度，小數，無量綱；Vcl為粘土含量，小數，無量綱；α、β分別為動、靜態轉換的係數，無量綱，同一應力條件為岩石的靜態脆性指數在實驗時的有效應力值。

具體的，上述模型脆性指數轉換模型是以動、靜態參數及孔隙度、粘土含量配套實驗資料為基礎，建立動、靜態脆性指數的轉換模型，是具有孔隙度、粘土含量約束的動、靜態脆性指數轉換模型，可以實現測井動態參數轉化為靜態參數的方法，由於上述公式中含有孔隙度和粘土的含量的參數，可知上述模型充分考慮了岩石的結構參數對動、靜態參數轉換的影響，物理意義明確，上述模型簡單且合理。

可選的，步驟S105，使用建立的岩石脆性應力校正模型同一應力條件下的靜態脆性指數進行校正之前，該實施例提供的方法還可以包括：

通過如下公式創建不同測井深度對應的岩石應力條件下校正模型：

上述公式中，BIsc為深度校正後的、具有岩石結構的靜態脆性指數，10MPa，BIso為試驗應力條件下的靜態脆性指數，10MPa，γ為脆性指數的深度校正指數，無量綱，Po為應力條件下採用的有效應力即靜態脆性實驗時採用的有效應力，Lcp為計算點上覆岩石的壓力梯度，MPa/100m；Cp為地層的壓力係數MPa/100m；h為測量點的垂深，m。

其中，通過如下公式計算得到脆性指數的深度校正指數γ：

γ＝c×e，其中，在上述公式中，γ為脆性指數的深度校正指數，Vcl為粘土含量，c、d為轉換係數。

具體的，該實施例可以套用不同岩性、不同圍壓環境即應力環境下的三軸抗壓試驗獲得的靜態脆性指數，即針對上述BIso建立特定岩性埋深條件下靜態脆性指數的校正公式。

可選的，步驟S105使用建立的岩石脆性應力校正模型對同一應力條件下的靜態脆性指數進行校正的步驟包括：

步驟A，通過如下公式對測井獲取到的參數進行計算，生成岩石的動態泊松比σdye和動態楊氏模量Edye：

在上述公式中，dts為測井獲得的橫波時差，μs/ft；dtc為測井獲得的縱波時差，μs/ft；ρ為密度測井獲得的體積密度，g/cm3；Edye為計算的動態楊氏模量，10MPa。

步驟B，通過如下公式使用岩石的動態泊松比σdye和動態楊氏模量Edye進行測井計算，生成用於表征岩石脆性的脆性指數；

在上述公式中，BIsc為不同岩性、不用應力條件下岩石脆性的靜態脆性指數，10MPa；A為動靜態轉換係數，無量綱；α、β為動、靜態轉換的係數，無量綱；γ為深度校正指數，無量綱；Po為同一應力條件下採用的有效應力即靜態脆性指數實驗時的有效應力，Lcp為計算點上覆岩石的壓力梯度，MPa/100m；Cp為地層流體的壓力係數，MPa/100m；h為測量點的垂深，m，Por為孔隙度，小數，無量綱；Vcl為粘土含量，小數，無量綱。

可選的，該實施例可以以上述方案為基礎，建立以測井資料為基礎的脆性指數綜合表征方法，首先，用測井資料計算出岩石的動態泊松比和動態楊氏模量，然後，岩心刻度測井，計算孔隙度、粘土含量和上覆地層岩石的壓力梯度，最後，用上述計算參數額試驗獲得的模型參數聯繫計算每個測量深度的具有結構、應力環境校正的靜態脆性指數。

該申請結合具體場景進行描述：

為了對該發明的技術特徵、目的和效果有更加清楚的理解，現以一個緻密油區塊為例對該發明的技術流程進行詳細說明，但不能理解為對該發明的可實施範圍的限定。 說明區塊為準噶爾盆地二疊系某個緻密油區塊。緻密油儲層為鹹化湖泊環境的細粒沉積，主要岩性為碎屑岩和碳酸鹽岩過渡性岩類。儲層的孔隙度主要分布在6～16％之間，覆壓滲透率普遍低於0.1mD，為典型的緻密油儲層。儲層的埋深中等偏深，深度範圍在2500～5000m；全岩礦物分析資料表明儲層粘土含量分布在0～35％之間，平均值為12％。全區塊多井試油均需壓裂提產，勘探初期套用不考慮圍壓校正的脆性指數計算方法，使得壓裂規模與產量的一致性較差，無法滿足生產上緻密油脆性表征的技術要求。按照該發明提供的方法技術較好地解決了脆性指數計算的技術難題。

榮譽表彰

2020年7月14日，《一種岩石脆性的測井方法和裝置》獲得第二十一屆中國專利獎金獎。