一种页岩气储层可压性评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于油气田开发领域，具体涉及一种页岩气储层可压性多因素的综合评价 方法。
【背景技术】
[0002] Chong等将可压性定义为页岩储层在水力压裂过程中具有能够被有效压裂从而 获得增产能力的性质（ChongK，GrieserWV，PassmanA.Acompletionsguidebookto shale-playstimulationinthelasttwodecades[C]//ProceedingsofCanadian UnconventionalResourcesandInternationalPetroleumConference, 19-210ctober,S PE133874)。但是，该定义较为模糊，并未给出"有效压裂"的准确解释。由于页岩储层具 有低孔隙度和超低渗透一致密的特点，孔隙度一般为4%~6%，未经压裂的页岩基质渗透 率一般为1〇_ 4~10 _9um2,且页岩储层内天然弱面较为发育，微地震监测表明页岩储层压裂 改造后形成的是复杂的裂缝网络，因此常规的单、双翼缝理论模型已很难满足页岩气井压 裂改造的需求。
[0003] 缝网压裂技术是页岩气储层改造的重要手段，即有意识地利用水力裂缝沟通页岩 储层中的天然裂缝等地质弱面，使其闭合的部分重新开启，开启的部分又相互连通，从而形 成复杂的裂缝网络。若仅在近井地带形成复杂的裂缝网络，获得的储层改造体积（SRV)较 小，增产作用有限。
[0004] 页岩储层缝网压裂的理想效果应该是既形成了复杂的裂缝网络又获得了足够大 的储层改造体积，并能获取高经济效益，页岩可压性越好取得理想压裂效果的概率越大。页 岩压裂效果除与页岩地质、储层特征相关外，还取决于采用的压裂工艺技术，但可压性反映 的是页岩地质、储层在水力压裂过程中的综合特征，与压裂工艺无关。因此页岩气储层可压 性可描述为在相同压裂工艺技术条件下，储层中形成复杂裂缝网络并获得足够大的储层改 造体积的概率以及获取高经济效益的能力。
[0005] 现阶段为获得工业性的气流，90 %以上页岩气井都需要先实施缝网压裂改造。但 缝网压裂技术需要耗费大量的财力、物力，盲目实施压裂不仅会破坏储层，还会导致严重的 环境问题。因此，为了取得好的储层压裂改造效果，避免盲目压裂，必须先对页岩气储层的 可压性进行科学评价。
[0006] 现有的页岩储层可压性评价方法主要分为定性的实验评价法和定量的系数评价 法两大类。实验评价法是对页岩岩心进行一系列室内实验，仔细观察记录实验现象与结果， 并将获得的一系列实验参数与北美页岩参数进行对比，从而对目标区域内页岩进行可压性 评价，此类方法具有一定的准确性，但操作复杂、耗时耗力，不适合在现场推广；系数评价法 则又可细分为脆性系数法与可压性系数法，其中脆性系数法应用最广，系数评价法与实验 评价法相比具有直观有效、操作简单、现场适用强等优点，但现有的可压性系数评价法存在 因素考虑单一或简单的多因素叠加的不足，不能全面科学的反映页岩储层的可压性。
[0007] 综上所述，目前需要的页岩气储层可压性评价方法应该具有以下两个特点：1. 一 套完整的页岩气储层可压性影响因素；2. -种全面科学的可压性评价数学模型。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于提供一种页岩气储层可压性评价方法，用于评价压裂井的储层 品质，更具有操作性和准确性，为页岩气储层压裂选井、选层提供了一种新的决策方法，克 服了现有技术存在的缺陷。
[0009] 为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。
[0010] 首先，对页岩气储层可压性的四种主要因素进行计算分析，由于四种可压性影响 因素的参数具有不同的单位和量纲，而且各参数的数值大小和有效范围不同，为了获得表 征页岩储层可压性的综合可压性系数，需将未定量化的参数进行定量化，再采用极差变换 标准化方法将定量化的参数归一化，获得以下四种范围介于0~1之间的指数：脆性指数、 断裂韧性指数、天然弱面张开难易指数和天然弱面被穿过指数。极差变换中参数分为正向 指标、逆向指标两种，正向指标即指标值越大越好，逆向指标即指标值越小越好；其次，引入 复杂缝网概率指数和改造体积概率指数，建立可压性评价数学模型；最后，根据储层参数特 征和计算模型特点建立适用于本发明的可压性等级划分标准表，确定评价区块页岩地层的 可压性。
[0011] 一种页岩气储层可压性评价方法，依次包括以下步骤：
[0012] (1)计算页岩脆性指数Brit。页岩脆性指数可通过地层岩芯室内三轴岩石力学实 验测定的静态杨氏模量和静态泊松比计算求得。页岩杨氏模量越高、泊松比越低，脆性越强 (唐颖，邢云，李乐忠，等.页岩储层可压裂性影响因素及评价方法[J].地质前缘，2012， 19(5) :356-363)，计算公式如下：
【主权项】
1. 一种页岩气储层可压性评价方法，依次包括以下步骤： (1) 计算页岩脆性指数BHt; (2) 计算页岩断裂韧性指数Kn; (3) 计算天然弱面张开难易指数Pn; (4) 计算天然弱面被穿过指数Cn; (5) 引入复杂缝网概率指数Frf和改造体积概率指数，确定储层可压性系数FI; (6) 根据储层可压性系数FI的大小，评价区块页岩地层的可压性。
2. 如权利要求1所述的页岩气储层可压性评价方法，其特征在于，所述步骤（1)计算页 岩脆性指数BHt，如下：
式中： YM_-归一化的杨氏模量，0~1， PR_-归一化的泊松比，0~1， YM-评价目的层页岩静态杨氏模量，GPa， YM_X、YM"in-全区域内页岩最大、最小静态杨氏模量，GPa， PR-评价目的层页岩静态泊松比，无因次， PR_X、PR?in-全区域内页岩最大、最小静态泊松比，无因次。
3. 如权利要求1所述的页岩气储层可压性评价方法，其特征在于，所述步骤（2)计算页 岩断裂韧性指数&，如下： 首先计算页岩地层的I型裂缝断裂韧性值1。和II型裂缝断裂韧性值KIK: KIC= 0. 2176Pc+0. 0059St3+0. 0923St2+0. 517St-〇. 3322KIIC= 0. 0956Pc+0. 1383St-0. 082 P〇= 0 h-aPp式中： Pc-围压，MPa， St-岩石抗张强度，MPa，a-有效应力系数，0~1， PP-孔隙压力，MPa， 〇h-水平最小地应力，MPa， 然后求取页岩断裂韧性指数Kn:
式中： Krcn -I型断裂韧性值归一化指数，〇~1， KIICn -II型断裂韧性值归一化指数，0~1， KIQMX、KIMn-全区域页岩的最大I型断裂韧性值、全区域页岩的最小I型断裂韧性值，MPa?m1/2， KIICmax、Kircmin-全区域页岩的最大II型断裂韧性值、全区域页岩的最小II型断裂韧性 值，MPa?m1/2。
4. 如权利要求1所述的页岩气储层可压性评价方法，其特征在于，所述步骤（3)计算天 然弱面张开难易指数Pn，如下： 首先计算天然弱面临界张开缝内压力P: P=I〇nl n=[cosy,sinysin0 ,sinycos0 ]
式中： 〇n-天然弱面壁面受到的正应力，MPa， 〇v-垂向地应力，MPa， 〇H-水平最大地应力，MPa， 〇h-水平最小地应力，MPa，n-天然弱面壁面在三维空间中的单位法向矢量， y-天然弱面倾角，0°~90°， 后一天然弱面与水平最大地应力的夹角，0°~90°， 然后求取天然弱面张开难易指数Pn:
式中： P_、Pmin-各种产状天然弱面张开的最大、最小临界缝内压力。
5. 如权利要求1所述的页岩气储层可压性评价方法，其特征在于，所述步骤（4)计算天 然弱面被穿过指数Cn，如下： 当沪=沒与^ =沒一苽满足下面的不等式时，Cn= 1，否贝丨JCn= 0 :
式中： ?一大小为T、方向向量为引的剪应力矢量， ^ 一大小为〇T、方向向量为I的剪应力矢量，
5. 一天然弱面的黏聚力，MPa， u-天然弱面壁面的摩擦系数，0~1， T。一基质岩石的抗张强度，MPa， 9 一水力裂缝逼近天然弱面的逼近角，〇°~90°，t一天然弱面壁面受到远场地应力作用下的剪应力大小，MPa， a?-矢量:r的方向向量， 〇T-天然弱面壁面受到水力裂缝尖端应力场作用下的剪应力，MPa，b一矢量的方向矢量。
6. 如权利要求1所述的页岩气储层可压性评价方法，其特征在于，所述步骤（5)引入复 杂缝网概率指数Frf和改造体积概率指数F_，确定储层可压性系数FI，如下：
7. 如权利要求1所述的页岩气储层可压性评价方法，其特征在于，所述步骤（6)根据储 层可压性系数FI的大小，评价区块页岩地层的可压性，如下： 当FI为0~0. 225时，可压性程度低， 当FI为0. 225~0. 5时，可压性程度一般， 当FI为0. 5~0. 8时，可压性程度高。
【专利摘要】本发明公开了一种页岩气储层可压性评价方法，依次包括以下步骤：(1)计算页岩脆性指数Brit；(2)计算页岩断裂韧性指数Kn；(3)计算天然弱面张开难易指数Pn；(4)计算天然弱面被穿过指数Cn；(5)引入复杂缝网概率指数Fcf和改造体积概率指数Fsrv，确定储层可压性系数FI；(6)根据储层可压性系数FI的大小，评价区块页岩地层的可压性。本发明考虑了各种可压性影响因素，特别是基于缝网形成机理充分考虑了天然弱面的影响，弥补了现有评价方法的不足，利用测井数据计算页岩储层的脆性和断裂韧性，降低了对实验数据的依赖，本发明用于评价压裂井的储层品质，具有操作性和准确性，为页岩气储层压裂选井、选层提供了一种新的决策方法。
【IPC分类】E21B43-26, G06F19-00, E21B49-00
【公开号】CN104775810
【申请号】CN201510094413
【发明人】李勇明, 许文俊, 赵金洲, 张烈辉
【申请人】西南石油大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年3月3日