一种动静态弹性参数的转换方法与流程

本发明涉及一种动静态弹性参数的转换方法，属于石油勘探测井
技术领域：
。
背景技术：
：低渗透及致密油气藏日益成为油气勘探的重点和难点领域。建立正确的动静态弹性参数转换方法，对于利用测井资料准确评价地层的岩石力学特征，进而优选压裂试油井段，优化试油完井方案具有重要意义。弹性参数是用来描述岩石所受应力与所产生应变之间大小关系的参数，如杨氏模量、泊松比等。获得弹性参数的方式有两种：一种是通过实验室超声波及密度测量或者通过井下连续深度的声波及密度测井资料获得岩石的动态弹性参数；另一种是在实验室中通过应力应变测量获得岩石的静态弹性参数。对于油气层的压裂改造具有指导意义的是静态弹性参数，但由于其只能通过实验室测量才能得到，在井下无法连续应用。因此通常首先利用测井资料获得连续深度的动态弹性参数，利用动态弹性参数与静态弹性参数的转换规律，将动态弹性参数转换为静态弹性参数，最后在井下全剖面地层岩石力学参数评价过程中应用。现有动、静态弹性参数的转换技术，一般是将一系列从钻井取芯获得的柱塞样品置于实验室中，在近似地层压力条件下对其进行动静态弹性参数测量，然后建立特定地层应力条件下动静态弹性参数的线性转换关系。现有技术存在明显的缺陷，因为它只考虑了地层应力条件对动、静态弹性参数转换规律的影响，此时对同一地质层位，埋深条件相近时，动静态弹性参数的比值为定值。但实际情况并非如此简单。实验表明，即使是来自同一层位的岩芯样品，由于粘土含量的不同，在应力条件也相近时，动静态弹性参数的比值也显著不同。因此，除了地层应力条件外，岩性变化的影响也同样不能忽视。现有技术的这一缺陷导致利用测井资料连续评价地层岩石力学参数的精度不高，制约储层完井品质的准确评价，影响压裂试油方案的优化及降本增效目标的实现。技术实现要素：为解决上述技术问题，本发明提供了一种动静态弹性参数的转换方法，该方法充分考虑了地层应力和粘土含量对动静态弹性参数转换规律的影响，对提高岩石力学参数测井评价精度具有重要意义。为达到上述目的，本发明提供了一种动静态弹性参数的转换方法，该方法包括以下步骤：步骤S1，获取目的地层不同深度的水平岩芯；步骤S2，在不同的压力下，测量所述水平岩芯的动态弹性参数；步骤S3，在不同的压力下，测量所述水平岩芯的静态弹性参数；步骤S4，测量所述水平岩芯的粘土含量；步骤S5，建立动静态弹性参数的比值与地层压力及粘土含量的函数关系式；完成动静态弹性参数的转换。本发明提供的技术方案通过对储层不同深度水平岩心在不同地层压力下的动、静态弹性参数，以及粘土含量进行测量，根据测量得到的结果，建立了动静态弹性参数的比值与地层压力及粘土含量的函数关系式，由此便可得到动静态弹性参数的转换规律。本发明提供的技术方案由于充分考虑了地层压力及岩性变化等多重影响因素的作用，因而结果更加准确。在上述方法中，优选地，在步骤S1中，所述获取目的地层不同深度的水平岩芯包括以下步骤：步骤S101，在同一地层深度D1处沿水平方向钻取m块岩芯，分别记为D11，D12，D13，…，D1m；步骤S102，将地层深度D1处钻取的m块岩芯，每一块切分为两小块，并分别记为D11A，D11B，D12A，D12B，D13A，D13B，…，D1mA，D1mB；步骤S103，按照步骤S101和步骤S102的操作，钻取地层深度Dn处的m块岩芯，并将所述Dn处的m块岩芯每一块分为两小块，分别记为Dn1A，Dn1B，Dn2A，Dn2B，Dn3A，Dn3B，…，DnmA，DnmB。在上述方法中，优选地，在步骤S101中，岩芯的长度为8-10cm、直径为2.5cm。在上述方法中，优选地，在步骤S102中，将每一块岩芯切分为两小块时，两小块中的每一块长度为4-5厘米，直径为2.5厘米。在本发明提供的技术方案中，水平岩心的深度间隔、数量及大小可以根据实际勘测需求和实验精度要求进行合理设置。一般，为保障后续X衍射的测量精度和多地层压力条件的测量需求，获取的水平岩芯数量及重量需要达到一定的设计要求。在本发明提供的技术方案中，步骤S1中，D11表示在地层深度D1处由第一步获得的岩芯，D12表示在地层深度D1处由第二步获得的岩芯，…，D1m表示在地层深度D1处由第m步获得的岩芯；依此类推，Dnm表示在地层深度Dn处由第m步获得的岩芯。在上述方法中，优选地，在步骤S2中，在不同的压力下，测量所述水平岩芯的动态弹性参数包括以下步骤：步骤S201，基于目的地层的压力，从小到大设置m个地层压力值，分别记为P1，P2，P3，…，Pm；其中，压力区间[P1，Pm]包含了整个目的地层的压力，即P1-Pm覆盖了整个目的地层的压力；步骤S202，在压力为P1下，分别对不同地层深度处由第一步获得的水平岩芯D11A，D21A，D31A，…，Dn1A进行测量，计算它们的动态弹性参数，分别记为Ed11，Ed21，Ed31，…，Edn1；在压力为P2的条件下，分别对不同地层深度处由第二步获得的水平岩芯D12A，D22A，D32A，…，Dn2A进行测量，计算它们的动态弹性参数，分别记为Ed12，Ed22，Ed32，…，Edn2；依此类推，在压力为Pm下，分别对不同地层深度处由第m步获得的水平岩芯D1mA，D2mA，D3mA，…，DnmA进行测量，并计算它们的动态弹性参数，分别记为Ed1m，Ed2m，Ed3m，…，Ednm。在上述方法中，优选地，在步骤S202中，所述测量的项目包括密度、纵波速度和横波速度，所述纵波速度和横波速度的测量方法参照SY/T6351-2012；更优选地，所述测量的条件为饱和盐水条件。在上述方法中，地层压力值的个数m与水平方向钻取的岩芯的块数m是相对应的；更优选地，m、n的取值均≥3。在上述方法中，优选地，在步骤S3中，在不同的压力下，测量所述水平岩芯的静态弹性参数包括以下步骤：步骤S301，基于目的地层的压力，从小到大设置m个地层压力值，分别记为P1，P2，P3，…，Pm；其中，压力区间[P1，Pm]包含了整个目的地层的压力，即P1-Pm覆盖了整个目的地层的压力；步骤S302，在压力为P1下，分别对不同地层深度由第一步获得的水平岩芯D11B，D21B，D31B，…，Dn1B进行测量，计算它们的静态弹性参数，分别记为Es11，Es21，Es31，…，Esn1；在压力为P2下，分别对不同地层深度由第二步获得的水平岩芯D12B，D22B，D32B，…，Dn2B进行测量，计算它们的静态弹性参数，分别记为Es12，Es22，Es32，…，Esn2；依此类推，在压力为Pm下，分别对不同地层深度由第m步获得的水平岩芯D1mB，D2mB，D3mB，…，DnmB进行测量，并计算它们的静态弹性参数，分别记为Es1m，Es2m，Es3m，…，Esnm。在上述方法中，优选地，在步骤S302中，所述测量的项目包括应力和应变，所述应力和应变的测量参照GBT23561.9-2009；更优选地，所述测量的条件为饱和盐水条件。在上述方法中，优选地，在步骤S4中，测量所述水平岩芯的粘土含量包括以下步骤：将测量过静态弹性参数的水平岩芯D11B，D12B，D13B，…，D1mB的碎样收集起来，进行X衍射测量，获得地层深度D1处的粘土含量Vcl1；将测量过静态弹性参数的水平岩芯D21B，D22B，D23B，…，D2mB的碎样收集起来，进行X衍射测量，获得地层深度D2处的粘土含量Vcl2；依此类推，将测量过静态弹性参数的水平岩芯Dn1B，Dn2B，Dn3B，…，DnmB的碎样收集起来，进行X衍射测量，获得地层深度Dn处的粘土含量Vcln。所述X衍射测量方法参照行业标准SY/T5163-2010。在上述方法中，优选地，在步骤S5中，所述建立动静态弹性参数的比值与地层压力及粘土含量的函数关系式包括以下步骤：步骤S501，计算地层深度D1处的岩芯样品在P1-Pm中m个压力值下的动静态弹性参数的比值，分别记为Ed11/Es11，Ed12/Es12，Ed13/Es13，…，Ed1m/Es1m，构建地层深度为D1时的动静态弹性参数的比值与压力的曲线图，即构建动静态弹性参数的比值Ed11/Es11，Ed12/Es12，Ed13/Es13，…，Ed1m/Es1m与它们各自对应的压力值P1，P2，P3，…，Pm的曲线图，通过曲线图可以获得两者之间的关系；计算地层深度D2处的岩芯样品在P1-Pm中m个压力值下的动静态弹性参数的比值，分别记为Ed21/Es21，Ed22/Es22，Ed23/Es23，…，Ed2m/Es2m，构建地层深度为D2时的动静态弹性参数的比值与压力的曲线图，通过曲线图可以获得两者之间的关系；依此类推，计算地层深度Dn处的岩芯样品在P1-Pm中m个压力值下的动静态弹性参数的比值，分别记为Edn1/Esn1，Edn2/Esn2，Edn3/Esn3，…，Ednm/Esnm，构建地层深度为Dn时的动静态弹性参数的比值与压力的关曲线图，通过曲线图可以获得两者之间的关系；步骤S502，压力值为P1时，计算岩心样品在D1-Dn中n个地层深度下的动静态弹性参数的比值，分别记为Ed11/Es11，Ed21/Es21，Ed31/Es31，…，Edn1/Esn1；根据获得的D1-Dn中n个地层深度的粘土含量Vcl1，Vcl2，Vcl3，……，Vcln，构建压力值为P1时的动静态弹性参数的比值与粘土含量的曲线图，即构建动静态弹性参数的比值Ed11/Es11，Ed21/Es21，Ed31/Es31，…，Edn1/Esn1与它们各自对应的粘土含量Vcl1，Vcl2，Vcl3，……，Vcln的曲线图，通过曲线图可以获得两者之间的关系；压力值为P2时，计算岩心样品在D1-Dn中n个地层深度下的动静态弹性参数的比值，分别记为Ed12/Es12，Ed22/Es22，Ed32/Es32，…，Edn2/Esn2；根据获得的D1-Dn中n个地层深度的粘土含量Vcl1，Vcl2，Vcl3，……，Vcln，构建压力值为P2时的动静态弹性参数的比值与粘土含量的曲线图；依此类推，压力值为Pm时，计算岩心样品在D1-Dn中n个地层深度下的动静态弹性参数的比值，分别记为Ed1m/Es1m，Ed2m/Es2m，Ed3m/Es3m，…，Ednm/Esnm；根据获得的D1-Dn中n个地层深度的粘土含量Vcl1，Vcl2，Vcl3，……，Vcln，构建压力值为Pm时的动静态弹性参数的比值与粘土含量的曲线图，通过曲线图可以获得两者之间的关系；步骤S502，根据步骤S501和步骤S502获得的关系，建立动静态弹性参数的比值与地层压力及粘土含量的函数关系式Ed/Es＝f(P,Vcl)。本发明的有益效果：1)本发明提供的技术方案通过对储层不同深度水平岩心在不同地层压力下的动、静态弹性参数，以及粘土含量进行测量，根据测量得到的结果，建立了动静态弹性参数的比值与地层压力及粘土含量的函数关系式，由此得到动静态弹性参数转换规律由于充分考虑了地层压力及岩性变化等多重影响因素的作用，因而结果更加准确；2)本发明提供的技术方案充分考虑了地层应力条件和粘土含量对动静态弹性参数转换规律的影响，对提高岩石力学参数测井评价精度具有重要意义。附图说明图1为本发明实施例提供的动静态弹性参数转换方法的流程示意图；图2为本发明实施例中动静态弹性参数的比值与地层压力的关系图；图3为本发明实施例中动静态弹性参数的比值与粘土含量在地层压力为20Mpa时的关系图；图4为本发明实施例中动静态弹性参数的比值与粘土含量在地层压力为40Mpa时的关系图；图5为本发明实施例的应用效果对比图。具体实施方式为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。实施例本实施例提供了一种动静态弹性参数的转换方法(流程如图1所示)，其包括以下步骤：步骤S1，获取目的地层不同深度的水平岩芯：在勘探区域不同深度钻取水平柱塞样岩芯，同一地层深度处钻取m＝4块水平小岩芯，构成一组；一共钻取n＝8组岩芯，分别记为D11，D12，D13，D14；D21，D22，D23，D24；…；D81，D82，D83，D84；其中，每一块水平岩芯的直径为2.5cm，长度为8-10cm。分别对上述岩芯进行切割，将每一块岩芯切割为两小块，切割面与柱塞样岩芯底面平行，切割点的位置应保证切割后两块岩芯中每一块长度为4-5cm；将切割后满足此条件的岩芯分别记为D11A，D11B，D12A，D12B，…，D14A，D14B；D21A，D21B，D22A，D22B，…，D24A，D24B；…，D81A，D81B，D82A，D82B，…，D84A，D84B；其中，D11A，D11B分别表示：将D11切割为两小块之后，其中一块记为D11A，另一块记为D11B；依此类推。步骤S2，在不同的压力下，测量所述水平岩芯的动态弹性参数：基于地层压力，从小到大设置4个地层压力值，分别记为P1，P2，P3，P4(单位：MPa)，其中，P1＝20MPa，P2＝30MPa，P3＝40MPa，P4＝60MPa；20MPa-60MPa的压力数值范围包含了整个勘探区域的压力；在压力为P1＝20MPa的条件下，对由步骤S1获得的水平岩芯D11A，D21A，D31A，…，D81A进行饱和盐水条件下的密度及纵、横波速度测量(纵、横波速度的测量方法参照SY/T6351-2012)，测量结果如表1所示，计算它们的动态杨氏模量Ed11，Ed21，Ed31，…，Ed81；其中，动态杨氏模量的计算公式如式1所示：式1中，E为动态杨氏模量，KPa；ρ为密度，g/cm3；Vp为纵波速度，m/s；Vs为横波速度，m/s；表1然后，在压力为P2＝30MPa的条件下，对步骤S1获得的水平岩芯D12A，D22A，D32A，…，D82A进行饱和盐水条件下的密度及纵横波速度测量，计算它们的动态杨氏模量Ed12，Ed22，Ed32，…，Ed82；依此类推，在压力为P4＝60MPa的条件下，对由第一步获得的水平岩芯D14A，D24A，D34A，…，D84A进行饱和盐水条件下的密度及纵横波速度测量，计算它们的动态杨氏模量Ed14，Ed24，Ed34，…，Ed84。步骤S3，在不同的压力下，测量所述水平岩芯的静态弹性参数：在压力为P1＝20MPa的条件下，对由步骤S1获得的水平岩芯D11B，D21B，D31B，…，D81B进行饱和盐水条件下的应力应变测量(应力和应变的测量参照GBT23561.9-2009)，并根据测量结果，计算它们的静态杨氏模量(如表2所示)；其中，静态杨氏模量的计算公式如式2所示：在式2中：σab—应力与轴向应变关系曲线上直线段终点与起点的应力差，单位为兆帕(MPa)；εab—应力与轴向应变关系曲线上直线段终点与起点的应变差，百分数；依此类推，在压力分别为P2＝30、40、60MPa的条件下，对由第一步获得的水平岩芯D12B、D22B、D32B、…、D82B，…，D14B、D24B、D34B、…、D84B进行饱和盐水条件下的应力应变测量，计算它们的静态杨氏模量。表2步骤S4，测量所述水平岩芯的粘土含量：将经过应力应变测量后的岩芯D11B，D12B，…，D14B的碎样收集起来，进行X衍射测量，获得的粘土含量值代表地层深度D1的粘土含量；依此类推，对经过应力应变测量后的其他各地层深度的水平岩芯碎样，分别收集起来进行X衍射测量，获得的粘土含量值代表各自对应的地层深度的粘土含量，如表3所示。表3样号粘土总量D13.5D22D319.8D420.8D516.7D612.5D711.8D814.2步骤S5，建立动静态弹性参数的比值与地层压力及粘土含量的函数关系式：根据各地层深度在不同压力值下的测量计算结果，建立动静态弹性参数的比值(这里动静态弹性参数的比值即为动静态杨氏模量的比值)与地层压力的关系(如图2所示)；同时，结合各地层深度的粘土含量测量结果，建立固定压力值下的动静态弹性参数的比值与粘土含量的关系(如图3及图4所示)，它们揭示了在地层压力分别为20MPa及40MPa时，动静弹性参数的比值与粘土含量的关系；根据动静态弹性参数的比值与地层压力的关系及其在不同地层压力值下与粘土含量的关系，建立动静态弹性参数的比值与粘土含量及地层压力的函数关系式，如式2所示：式2中，Ed为动态弹性参数(又称之为动态杨氏模量)，Es为静态弹性参数(又称之为静态杨氏模量)，Vclay为粘土含量，Peff为地层压力，A、B、C、D为根据实验结果得到的经验系数，在本实施例中，A＝3.5，B＝-8.14，C＝1.35，D＝-0.3。图5是在勘探区域一口井中的应用效果对比图。图中共包含11道信息，其中第9道中的Esta为利用本发明实施例提供的方法计算得到的静态杨氏模量，Esta2为利用传统的动静态线性回归方法计算得到的静态杨氏模量，Esta_Core为岩芯测量获得的静态杨氏模量。对比结果表明，利用本发明实施例提供的方法计算的结果与岩芯测量结果最为接近，三个数据点的平均相对误差为18％，而传统方法的平均相对误差达45％。对该区域3口井7个数据点的统计结果表明，与岩芯测量结果相比，本发明提供的方法的相对误差为13％，而传统方法的相对误差达28％。当前第1页1 2 3