一种泥页岩脆性指数预测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于石油天然气勘探领域，具体涉及一种泥页岩脆性指数预测方法。
【背景技术】
[0002] 页岩本身具有低孔隙度、低渗透率的特点，一般而言需对页岩储层进行大规模压 裂改造，在压裂过程中不断产生各种形式的裂缝，形成裂缝网络才能获得较高的商业产能。 页岩中裂缝网络的形成除了与地应力大小及其分布有关外，岩石的脆性也是影响压裂效果 的重要影响因素。因此，近些年国内外开展了一些关于页岩脆性方面的研究，比如Rickman 等（2008 年）在《APracticalUseofShalePetrophysicsforStimulationDesign Optimization：A11ShalePlaysAreNotClonesoftheBarnettShale》一文中通过分 析Barnett页岩实验室测试数据提出高脆性的泥页岩拥有高杨氏模量和低泊松比的特点， 并基于实验室测量的静态杨氏模量和泊松比数据提出脆性指数（归一化后的杨氏模量和 泊松比之和除以2)的概念。但结合北美页岩气勘探经验来看，大多数是定性地描述泥页岩 脆性，且描述方式较多，包括单独使用杨氏模量、泊松比、拉梅系数X密度（AP)、剪切模 量X密度P)等方法。同时，Rickman脆性公式中使用的是静态岩石弹性参数，而反演 结果属于动态参数数据体，利用反演结果计算脆性指数数据体前需要做动、静态弹性参数 的转换，而这种转换往往会带来一定的误差，并且还存在缺乏实验室力学测试数据的情况。 国内方面，申请号为201310036314. 2的专利公开了一种非常规泥页岩油气藏有效压裂层 段的检测方法及装置，实现了利用矿物含量及矿物泊松比计算脆性指数的方法，但矿物的 泊松比计算存在较大难度，并且只利用了泊松比这一种弹性参数，计算结果可能存在较大 误差。目前来看，结合现有实验室力学测试分析、地震及测井上的认识，认为泥页岩脆性预 测方面主要存在如下几个问题：
[0003] (1)岩矿脆性指数的定义多种多样，没有统一的标准，在实际勘探生产中大多数情 况下仅进行定性地描述；
[0004] (2)基于实验室力学测试数据得到的是岩石静态弹性参数，而通过测井资料计算 的是动态弹性参数，其中在动、静态弹性参数转换过程中会存在一定误差；
[0005] (3)实验室力学测试数据多数只能给出井点位置处取样点岩石的脆性指数，难以 反映平面上岩石脆性指数的变化。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种泥页岩脆性指数预 测方法，能够预测泥页岩脆性指数纵横向变化情况，指导页岩气水平井井轨迹设计和压裂 方案设计。
[0007] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0008] -种泥页岩脆性指数预测方法，包括：
[0009] (1)地质、测井、地震数据准备；
[0010] (2)利用泥页岩岩石矿物组分分析资料中的石英、粘土、碳酸盐岩的含量计算脆性 矿物含量与总矿物含量之比，即岩矿脆性指数；
[0011] (3)利用偶极子声波测井资料中的纵波速度、横波速度、密度曲线计算岩石力学特 征参数；
[0012] (4)在井点位置处建立岩矿脆性指数曲线与岩石力学特征参数曲线之间的多元回 归模型；
[0013] (5)开展叠前反演获得纵波速度、横波速度和密度数据体，然后计算岩石力学特征 参数数据体；
[0014] (6)利用步骤（4)得到的多元回归模型和步骤（5)得到的岩石力学特征参数数据 体，计算得到脆性指数数据体。
[0015] 所述步骤（1)中的地质、测井、地震数据具体如下：
[0016] 地质数据包括录井、试气以及泥页岩岩心矿物组分分析数据；
[0017] 测井数据包括偶极子声波测井或全波列声波测井资料，至少包括纵波时差、横波 时差、密度测井曲线以及泥页岩矿物组分含量测井解释曲线；
[0018] 地震数据包括经叠后或叠前偏移处理的成果数据以及经过随机噪音衰减、同相轴 拉平、AV0特征补偿等面向叠前地震反演的处理手段处理后的叠前地震道集数据。
[0019] 所述步骤（2)中的岩矿脆性指数BI_的计算公式为：
[0020] (I)
[0021] 式中，V quartzA^clayA^carbonate分别为石英、粘土、碳酸盐岩（方解石+白云石）矿物含 量。
[0022] 所述步骤（3)和步骤（5)中的所述岩石力学特征参数包括动态杨氏模量、泊松比、 拉梅系数X密度和剪切模量X密度；
[0023] 步骤（3)和步骤（5)均是利用下面的公式计算岩石力学特征参数：
[0028] E为动态杨氏模量，v为泊松比，入为拉梅系数，ii为剪切模量，\、1和P分别 为纵波速度、横波速度和密度。
[0029] 所述步骤（4)是这样实现的：
[0030] 在井点位置处建立岩矿脆性指数曲线与岩石力学特征参数曲线之间的多元回归 模型：
[0031] BImin =aXE+bXv+cX入p+dXup+e(8)
[0032] 式中，BI_为步骤（2)得到的岩矿脆性指数曲线；a、b、c、d、e为常数参数，利用多 元线性回归求出这些参数的数值。
[0033] 所述步骤（6)是这样实现的：
[0034] 将步骤（5)得到的岩石力学特征参数数据体和步骤⑷得到的a、b、c、d、e的值 代入到式（8)中，得到脆性指数数据体。
[0035] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过建立泥页岩岩石矿物分析资 料计算的脆性指数与杨氏模量、泊松比、拉梅系数X密度、剪切模量X密度之间的多元回 归模型，提出了一种可以利用地震技术进行预测的脆性指数计算方法。利用该方法可得到 泥页岩脆性指数在纵向上和横向上的变化情况，为泥页岩水平井井轨迹设计以及压裂方案 设计提供依据，进而减少了钻井工程风险，提升了页岩气勘探开发经济效益。
【附图说明】
[0036] 图1为本发明方法的步骤框图
[0037] 图2为泥页岩段岩石力学特征曲线与脆性指数曲线
[0038] 图3-1为泊松比反演结果
[0039] 图3-2为杨氏模量反演结果
[0040] 图3-3为拉梅系数X密度反演结果
[0041] 图3-4为剪切模量X密度反演结果
[0042] 图4为本发明计算得到的脆性指数剖面
[0043] 图5为本发明预测的脆性指数平面图
【具体实施方式】
[0044] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
[0045] 本发明原理上是以利用矿物组分计算的脆性指数为标准，建立其与反映岩石力学 特征参数之间的多元回归模型，并综合利用地震资料、测井资料开展叠前地震反演预测岩 石力学特征参数，进而完成脆性指数的预测。
[0046] 具体实现方法为：
[0047] (1)地质、测井、地震数据准备：地质数据包括录井、试气以及泥页岩岩心矿物组 分分析数据；测井数据包括偶极子声波测井或全波列声波测井资料，至少包括纵波时差、横 波时差、密度测井曲线以及泥页岩矿物组分含量测井解释曲线（包括石英、粘土、碳酸盐岩 等）；地震资料包括经叠后或叠前偏移处理的成果数据以及经过随机噪音衰减、同相轴拉 平、AV0特征补偿等面向叠前地震反演的处理手段处理后的叠前地震道集数据；
[0048] (2)利用岩石矿物分析资料获取岩石不同矿物组分含量的数据，然后计算脆性矿 物含量与总矿物含量之比，即岩矿脆性指数BImin，其计算公式为：
[0050] 式中，V
[0049] (1) quartzA ^clayA^carbonate分别为石英、粘土、碳酸盐岩（方解石+白云石）含量。
[0051] (3)计算岩石力学特征参数：
[0052] 岩石物理学中将岩石的脆性定义为描述岩石本构关系的一种性质，岩石的本构关 系即岩石的应变或应变率依赖于应力、温度、时间等变化的关系。如果岩石受力达到一定程 度发生破裂时不伴有或者仅有少量的永久变形，则称岩石或材料是脆性的，反之则称岩石 或材料是韧性的。杨氏模量（E)、泊松比（v)、拉梅系数X密度（Xp)与剪切模量X密度 (P P)是描述岩石应力-应变关系的弹性参数，因此常用这些岩石弹性参数来表征岩石的 力学性质，也称这些参数为岩石力学特征参数。杨氏模量定义为张应力与张应变在单一轴 向应力状态之比，据此可知在相同应力状态下，岩石杨氏模量越大，则应变越小，因此通常 用杨氏模量反映泥页岩被压裂后保持裂缝的能力。实验室及利用测井曲线计算杨氏模量的 方法如式2 (静态杨氏模量）、式3 (动态杨氏模量）所示。泊松比定义为径向应变与轴向应 变在单一应力状态下的比的负值，据此可知在柱状岩样临近破裂应力时，岩石泊松比越小 则岩石在破裂前的变形越小。实验室及利用测井曲线计算泊松比的方法如式4 (静态泊松 比）、式5(动态泊松比）所示