一种页岩储层高脆性段优选方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及石油天然气勘探开发领域，尤其是水力压裂领域中一种页岩储层高脆 性段优选方法。
【背景技术】
[0002] 水力压裂技术是低渗透油气藏增产改造的重要措施。水力压裂是利用地面高压栗 组，以超过地层吸收能力的排量将压裂液栗入地层来产生裂缝，然后继续注入带有支撑剂 (砂粒)的压裂液，使裂缝继续延伸并在其中充填支撑剂，当压裂液返排后，在地层压力作用 下，支撑剂在裂缝中起到支撑裂缝的作用，阻止裂缝闭合，从而在地层中形成具有一定长 度、允许流体流动的填砂裂缝。
[0003] 体积压裂是水力压裂的一种形式，被广泛应用于页岩和煤岩等高脆性岩石储层的 增产改造中。它具体是指在压裂的过程中，一方面使脆性岩石被打碎而发生滑移，形成大量 人工裂缝;另一方面使天然裂缝不断扩张，形成天然裂缝与人工裂缝相互交错的裂缝网络， 从而增加储层改造体积，提尚初始广量和最终米收率。
[0004] 储层岩石能否被有效打碎(是否具有较高的脆性），直接关系到体积压裂在储层中 所形成的裂缝网络的复杂程度，从而影响储层改造体积和储层产量;并且一个储层中不同 层段具有不同的脆性，对高脆性段进行压裂所产生的增产效果明显比低脆性段好。因此，评 价储层中各段岩石的脆性，进而优选出适合压裂的高脆性段，对于储层的增产改造有着十 分重要的意义。
[0005] 脆性是指当外力达到一定限度时，材料发生无先兆的突然破坏，且破坏时无明显 塑性变形的性质。页岩脆性是页岩的综合力学特性，它并不是杨氏模量、泊松比那样为单一 的力学参数，科学优选出页岩储层的高脆性段需要立足于对页岩脆性的客观评价，分析页 岩脆性破坏机制，并考虑页岩发生脆性破坏的主要影响因素。
[0006] 岩石的断裂韧性是指岩石阻止其内部裂纹扩展的性能，是度量岩石抵抗脆性破坏 能力的一个定量指标。岩石在不同受力情况下所表现出来的抵抗脆性破坏的能力也是不同 的：I型断裂韧性表示在张性应力作用下岩石抵抗脆性破坏的能力，Π 型断裂韧性表示在剪 切应力作用下岩石抵抗脆性破坏的能力，m型断裂韧性表示在张性应力和剪切应力复合作 用下岩石抵抗脆性破坏的能力。
[0007] 关于页岩储层高脆性段的优选，国内外学者已提出了多种方法，但这些方法主要 是基于岩石矿物组成、岩石力学参数、岩石坚固性以及岩石碎肩比例等方面，大多缺乏针对 性和实用性。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于提供一种页岩储层高脆性段优选方法，该方法原理可靠，操作 简单，能够精确优选出页岩储层中适合压裂的高脆性段，进而为页岩储层的增产改造提供 有效指导。
[0009] 为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。
[0010] 页岩储层岩石的脆性受两方面因素影响：一方面是页岩的岩石力学参数(杨氏模 量和泊松比），另一方面是页岩本身抵抗脆性破坏的能力（I型断裂韧性）。基于上述认识，考 虑到这两方面因素将对页岩脆性产生综合影响，本发明定义了一种脆性指数BI来表征储层 中各段岩石的脆性在整个页岩储层中的相对大小，进而可以通过计算储层中各段岩石的脆 性指数BI来直接优选出高脆性页岩段。
[0011] -种页岩储层高脆性段优选方法，依次包括以下步骤：
[0012] (A)计算储层中各段岩石的动态杨氏模量Ed和动态泊松比Vd;
[0013] (B)利用步骤(A)的结果，计算储层中各段岩石的I型断裂韧性KIC;
[0014] (C)利用步骤(A)与步骤(B)的结果，计算储层中各段岩石的脆性指数BI;
[0015] (D)比较步骤(C)的结果，优选出脆性指数大的层段作为高脆性层段。
[0016] 所述步骤(A)中，储层中各段岩石的动态杨氏模量Ed和动态泊松比vd采用如下公式 进行计算(金衍，陈勉，张旭东.利用测井资料预测深部地层岩石断裂韧性[J].岩石力学与 工程学报，2001，12(04): 454-456):
[0017]
[0018]
[0019] 式中Ed--动态杨氏模量，MPa;
[0020] vd--动态泊松比，无因次；
[0021] P一一岩石密度，g/cm3;
[0022] Vs--横波速度，m/s;
[0023] Vt--纵波速度，m/s。
[0024] 所述步骤(B)中，因为页岩发生脆性破坏进而形成裂缝网络是一种张性破坏模式， 所以此处采用I型断裂韧性Κκ来表征页岩自身抵抗脆性破坏的能力，其计算方法如下：
[0025] 1)计算储层中各段岩石的泥质含量Vsh(刘向君，刘堂晏，刘诗琼.测井原理及工程 应用[M].北京:石油工业出版社，2006:148-149):
[0026]
[0027] 式中Vsh-一泥质含量，小数；
[0028] GCUR--与地层年代有关的经验系数，新地层取3.7，老地层取2;
[0029] GR一一计算层段的自然伽马测井值，可通过测井资料获得；
[0030] GRmin--纯岩性地层的自然伽马测井值；
[0031 ] GRmax--纯泥岩地层的自然伽马测井值。
[0032] 2)计算储层中各段岩石的抗拉强度St(金衍，陈勉，张旭东.利用测井资料预测深 部地层岩石断裂韧性[J]·岩石力学与工程学报，2001，12(04) :454-456):
[0033]
[0034] 式中Vsh--泥质含量，小数；
[0035] Ed--动态杨氏模量，MPa;
[0036] F一一与岩石类型有关的常数，针对页岩取12。
[0037] 本发明根据实验室内50组页岩抗拉强度与抗张强度的测量数据，拟合出了针对页 岩的具体F值为12。
[0038] 3)计算储层中各段的围压Pc(李志明.地应力与油气勘探开发[M].北京:石油工业 出版社，1997):
[0039]
[0040]
[0041]
[0042] 式中Pv--上覆压力，MPa;
[0043] Η--垂直深度，km;
[0044] p一一岩石密度，g/cm3;
[0045] g--重力加速度，m/s2;
[0046] ν8一一静态泊松比，无因次；
[0047] Vd--动态泊松比，无因次；
[0048] pc--围压，MPa;
[0049] Pp--孔隙压力，MPa;
[0050] η--有效应力系数，与泥质含量Vsh有关。当Vsh>0.8时，η = 0·6;当Vsh<0.2时，η = 0.9;当0.2<Vsh<0.8时，
[0051] 4)计算储层中各段岩石的I型断裂韧性Κκ(金衍，陈勉，张旭东.利用测井资料预测 深部地层岩石断裂韧性[J].岩石力学与工程学报，2001，12(04):454-456;陈治喜，陈勉，金 衍.岩石断裂韧性与声波速度相关性的实验研究[J].石油钻采工艺，1997,19(5) :56-75):
[0052]
[0053]
[0054] 式中錄一一零围压下岩石的I型断裂韧性常数，MPa · π/3·5;
[0055] St一一岩石的抗拉强度，MPa;
[0056] Kic--I型断裂韧性，MPa · m0.5;
[0057] pc--围压，MPa。
[0058] 所述步骤(C)中，储层中各段岩石的脆性指数BI的计算公式如下：
[0059]
[0060] 式中BI--脆性指数，MPa-1 · m-0·5;
[00611 Ed--计算层段的动态杨氏模量，MPa;
[0062] Emax--区块最大动态杨氏模量，MPa;
[0063