一种测量储层岩石的脆性指数的方法及装置与流程

本发明涉及石油勘探开发中的岩石力学评价领域，尤其涉及一种测量储层岩石的脆性指数的方法及装置。
背景技术：
：致密气、页岩气、煤层气、致密油等致密油气储存在致密储层中。随着开采技术的进步，这些致密油气具有较高的开发潜力，但由于致密储层孔隙度和渗透率都非常低，一般情况下无自然产能或者自然产能较低，需要进行规模压裂才能产出工业油气流。储层的脆性是寻找相对优质储层、遴选射孔改造层段以及设计压裂规模的重要基础参数。现有的储层脆性的测量方法有很多，例如，1、基于地球物理资料的动态弹性参数法(参见2008年《SPE》，RickmanR和MullenMJ等著作的《ApracticaluseofshalepetrophysicsforstimulationdesignoptimizationallshaleplaysarenotclonesoftheBarnettShale》)；2、基于储层的岩心分析或测井评价的岩性参数指示法，然而，上述的两类方法均存在多解性。岩心的脆性测量方法还包括有基于破裂实验的应力应变关系法，该方法可以克服上述的多解性的问题。前人对基于破裂实验的应力应变关系法进行了大量的研究，主要有以下几种观点：1、H.Honda和Y.Sanada提出以硬度和坚固性差异表征脆性(参见杂志《Fuel》中文章《Hardnessofcoal》)；2、V.Hucka和B.Das建议采用试样抗压强度和抗拉强度的差异表示脆性(参见杂志《InternationalJournalofRockMechanicsandMiningSciencesandGeomechanicsAbstracts》中文章《Brittlenessdeterminationofrocksbydifferentmethods》)；3、A.W.Bishop认为应从标准试样的应变破坏试验入手，分析应力释放的速度进而表征脆性(参见论文集《Proceedingsofthegeotechnicalconference》中文章《Progressivefailurewithspecialreferencetothemechanismcausingit》)，但这些方法大多针对具体问题提出没有较高的通用性，且仅仅考虑了破裂后的应力应变的关系，没有考虑到破裂前的应力应变关系。李庆辉(参见杂志《岩石力学与工程学报》中文章《页岩脆性的室内评价方法及改进》)提出基于全应力-应变的脆性评价方法。该方法考虑了破裂前和破裂后的两种应力应变关系曲线，但该脆性评价方法需要确定的参数较多，且没有统一的标准。因此如何使用较少的参数准确地测量储层脆性是当前亟待解决的问题。技术实现要素：针对上述问题，本发明的目的在于提供一种测量储层岩石的脆性指数的方法及装置，该方法可以在获取较少的参数情况下测量储层的脆性指数。为了实现上述目的，本发明提供的一种测量储层岩石的脆性指数的方法。该方法包括：对待测岩心进行破裂实验并获取所述待测岩心的应力值与应变值；基于获取的所述应力值和所述应变值生成应力应变关系曲线；基于所述应力应变关系曲线通过第一算法计算峰前脆性指数；基于所述应力应变关系曲线通过第二算法计算峰后脆性指数；基于所述峰前脆性指数以及所述峰后脆性指数通过第三算法计算所述待测岩心的脆性指数。优选的，所述对待测岩心进行破裂实验并获取待测岩心的应力值与应变值的步骤包括：对所述待测岩心施加预定的围限压力；对所述待测岩心施加预设的孔隙压力；对所述待测岩心施加预设的所述围限压力以及预设的所述孔隙压力后，对所述待测岩心施加轴向压力并逐渐增大，同时获取所述待测岩心的所述应力值与所述应变值，直至待测岩心破裂。优选的，所述围限压力的值根据待测岩心所在的深度和地层密度确定；所述孔隙压力的值根据所述待测岩心所在的深度和流体密度确定。优选的，所述基于应力应变关系曲线通过第一算法计算峰前脆性指数的步骤包括：获取所述应力应变关系曲线上达到最大屈服强度的应变值εy以及峰值强度的应变值εp；基于获取的最大屈服强度的应变值εy以及峰值强度的应变值εp通过第一算法计算峰前脆性指数Bb。优选的，所述第一算法为：其中Bb为峰前脆性指数；εy为最大屈服强度的应变值，％；εp为峰值强度的应变值，％。优选的，所述基于应力应变关系曲线通过第二算法计算峰后脆性指数的步骤包括：获取所述应力应变关系曲线上达到峰值强度的应力值τp以及达到残余强度时的应力值τr；基于获取的达到峰值强度的应力值τp以及达到残余强度时的应力值τr通过第二算法计算峰后脆性指数Ba。优选的，所述第二算法为：其中，Ba为峰后脆性指数；τp为达到峰值强度的应力值，单位为兆帕；τr为达到残余强度时的应力值，单位为兆帕。优选的，所述基于峰前脆性指数以及峰后脆性指数通过第三算法计算储层岩石的脆性指数的步骤包括：基于计算得到的峰前脆性指数Ba以及峰后脆性指数Bb通过所述第三算法计算待测岩心的脆性指数B；其中，所述第三算法为：B＝(Bb+Ba)/2B为储层岩石的脆性指数；Ba为峰后脆性指数；Bb为峰前脆性指数。优选的，所述待测岩心的直径为2.5～2.6厘米之间；所述待测岩心的高度为4.5～5.5厘米之间。本发明还提供了一种测量储层岩石的脆性指数的装置，包括：破裂实验单元，用于对待测岩心进行破裂实验并获取待测岩心的应力值与应变值；与所述破裂实验单元电连接的处理单元，用于获取所述待测岩心的应力值和应变值并基于获取到的应力值和应变值生成应力应变关系曲线；与所述处理单元电连接的第一计算单元，用于基于应力应变关系曲线通过第一算法计算峰前脆性指数；与所述处理单元电连接的第二计算单元，用于基于应力应变关系曲线通过第二算法计算峰后脆性指数；分别与所述第一计算单元以及第二计算单元电连接的第三计算单元，用于获取峰前脆性指数以及峰后脆性指数并通过第三算法计算储层岩石的脆性指数。优选的，所述待测岩心通过取芯钻机或钻井设备进行钻取。优选的，所述破裂实验单元包括：具有所述待测岩心的放置位的放置组件；设置在所述放置组件上的围限压力施加组件，用于向所述待测岩心施加围限压力；设置在所述放置组件上的孔隙压力施加组件，用于向所述待测岩心施加孔隙压力；设置在所述放置组件上的轴向压力施加组件，用于向所述待测岩心施加轴向压力；设置在所述放置组件上的数据获取组件，用于获取所述待测岩心的应力值和应变值。本发明针对当前勘探热点页岩气和致密砂岩等致密储层，通过对待测的致密储层的岩心进行破裂实验分析获取待测岩心的应力应变关系曲线，再根据获取到的应力应变关系曲线分析曲线上峰前和峰后两个阶段并分别计算峰前脆性指数和峰后脆性指数，综合上述两个阶段的脆性指数后，进而得到储层岩石的脆性指数。该方法可以在获取较少的参数情况下测量储层的脆性指数，克服了之前参数多、标准不统一的难题，为致密储层岩石力学性质评价奠定坚实的基础。附图说明图1为本发明的实施例提供的测量储层的脆性的方法的流程图；图2为本发明实施例中典型应力应变关系曲线示意图；图3为本发明实施例中应力应变关系曲线关键点示意图；图4a为本发明实施例中样品1的应力应变关系曲线图；图4b为本发明实施例中样品2的应力应变关系曲线图；图5为本发明实施例中测量储层脆性的装置中各单元的连接示意图；图6为本发明实施例中测量储层脆性的装置的破裂实验单元中各部件的示意图。附图说明：1、破裂实验单元；2、处理单元；3、第一计算单元；4、第二计算单元；5、第三计算单元。具体实施方式为了使本
技术领域：
的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。本发明公开了一种测量储层岩石的脆性指数的方法，参照图1所示，该方法包括：S101：对待测岩心进行破裂实验并获取待测岩心的应力值与应变值。在该步骤中，首先可以使用破裂实验的设备对待测岩心施加预定的围限压力。其中，围限压力的值可以根据待测岩心未钻取之前所在的深度和地层密度确定，即待测岩心在未被钻取之前所处在的储层对其的压力值。施加围限压力的目的在于模拟岩心在地下的环境。保证待测岩心在实验室中进行测量时，能保证该待测岩心处于较为真实的环境中，从而确保该方法获取到的数据的准确度。对待测岩心施加预设的孔隙压力。其中，孔隙压力的值根据待测岩心所在的深度和流体密度确定，即孔隙压力为待测岩心处于储层中时，待测岩心内的孔隙中存在的油或者气对其的压力。施加孔隙压力值的目的在于模拟岩心在地下的环境，进而保证待测岩心在实验室中进行测量时，能保证该待测岩心处于较为真实的环境中，从而保证获取到的数据的准确度。其中，围限压力和孔隙压力的施加顺序没有具体的限制，即，可以先施加围限压力然后再施加孔隙压力，同样，也可以先施加孔隙压力再施加围限压力。对待测岩心施加预设的围限压力以及预设的孔隙压力后，对待测岩心施加轴向压力并逐渐增大，直至待测岩心破裂。具体的，施加轴向压力的装置可以与待测岩心的端部相接触，进而对其施加一轴向的压力。对待测岩心施加轴向压力的同时，操作人员可以获取待测岩心的应力值与应变值。具体的，操作人员可以在待测岩心以及向待测岩心施加轴向压力的装置上设置应力感应器以及应变感应器，进而获取在对待测岩心施加轴向压力时的应力值以及应变值。该技术为现有技术中获取应力与应变值的惯用手段，在此不再赘述。在该步骤中，待测岩心可以通过取芯设备在储层中钻取获得，或者也可以通过钻井设备在钻井的过程中获得。为了保证待测岩心的尺寸能在实验室的设备上进行实验。待测岩心的直径可以为2.5～2.6厘米(cm)之间；待测岩心的高度为4.5～5.5厘米之间。S102：基于获取的应力值和应变值生成应力应变关系曲线。在该步骤中，如图2所示，该图为本发明实施例中根据应力值以及应变值生成的典型应力应变关系曲线示意图。该曲线可被划分为弹性区域、塑性区域和破裂区3个部分。又如图3所示，该图为本发明实施例的应力应变关系曲线关键点示意图。通过该曲线可读出3个关键点坐标，分别是屈服强度的应力和应变(εy,τy)，峰值强度的应力和应变(εp,τp)以及残余强度的应力和应变(εr,τr)。例如，如图4a以及图4b所示，该图为本发明的实施例提供的两块样品的具体的应力应变关系曲线图。图4a为样品1的应力应变关系曲线。参照图3标示的各个关键点坐标，可以根据该应力应变关系曲线读取屈服强度的应力和应变(εy,τy)，峰值强度的应力和应变(εp,τp)以及残余强度的应力和应变(εr,τr)的值，进而可以根据上述的值计算样品1的脆性指数。其中，根据上述的步骤计算出的样品1的脆性指数值见下表1。同样的，图4b为样品2的应力应变关系曲线。参照图3标示的各个关键点坐标，可以根据该应力应变关系曲线读取屈服强度的应力和应变(εy,τy)，峰值强度的应力和应变(εp,τp)以及残余强度的应力和应变(εr,τr)的值，进而可以根据上述的值计算样品2的脆性指数。其中，根据上述的步骤计算出的样品2的脆性指数值见下表1。S103：基于应力应变关系曲线通过第一算法计算峰前脆性指数。在该步骤中，参照图3所示，首先获取应力应变关系曲线上达到最大屈服强度的应变值εy以及峰值强度的应变值εp，即，上述的屈服强度的应力和应变(εy,τy)，峰值强度的应力和应变(εp,τp)中的横向坐标值。其中，屈服强度的应力是在岩石压缩过程中，当应力达到一定值时，应力有微小的增加而应变却急剧增长的现象，该应力值即为屈服压力。它可表征岩石弹性变形段的大小。基于获取的最大屈服强度的应变值εy以及峰值强度的应变值εp通过第一算法计算峰前脆性指数Bb。其中，第一算法为：其中Bb为峰前脆性指数；εy为最大屈服强度的应变值，％；εp为峰值强度的应变值，％。S104：基于应力应变关系曲线通过第二算法计算峰后脆性指数。在该步骤中，首先获取应力应变关系曲线上达到峰值强度的应力值τp以及达到残余强度时的应力值τr，即，上述曲线中的峰值强度的应力和应变(εp,τp)以及残余强度的应力和应变(εr,τr)的纵向坐标值。基于获取的达到峰值强度的应力值τp以及达到残余强度时的应力值τr通过第二算法计算出峰后脆性指数Ba。其中，第二算法为：其中，Ba为峰后脆性指数；τp为达到峰值强度的应力值，单位为兆帕(Mpa)；τr为达到残余强度时的应力值，单位为兆帕(Mpa)。S105：基于峰前脆性指数以及峰后脆性指数通过第三算法计算储层岩石的脆性指数。在该步骤中，首先基于计算得到的峰前脆性指数Ba以及峰后脆性指数Bb通过第三算法计算储层岩石的脆性指数B；其中，第三算法为：B＝(Bb+Ba)/2其中，B为储层岩石的脆性指数；Ba为峰后脆性指数；Bb为峰前脆性指数。参照表1所示，该表为19个样品通过该方法计算出的储层岩石的脆性指数B。表1编号τyτpτrεyεpεrB样品1211.0212.4167.00.4100.4130.47460.32样品2102.0113.983.30.3160.5510.62842.11样品3227.6229.8142.90.3940.3980.48568.41样品4102.8114.078.10.3980.5680.62850.78样品5121.4132.493.60.3870.6150.68246.12样品6111.7118.064.50.4890.6180.67662.23样品7114.5122.382.90.4000.5280.66753.99样品8118.1123.894.50.4160.5670.66048.52样品9108.0118.287.10.3470.5290.61745.95样品10109.5121.794.10.3600.5510.60644.01样品11108.3113.593.30.4540.5320.58051.57样品12106.9114.679.60.3590.5330.64748.95样品1399.7109.473.20.3210.5270.62147.00样品14105.2106.390.90.4760.4900.53355.82样品15104.5114.277.90.3790.5370.62851.18样品16111.7120.889.00.4280.5500.59752.07样品17116.1125.592.50.4410.5660.61552.11样品18117.5121.578.20.4610.5470.61659.96样品19132.0134.698.10.5050.5810.64057.02其中，表中第一列为编号，从样品1到样品19；第二列为τy，即达到屈服强度时的应力；第三列为τp，即达到峰值强度时的应力；第四列为τr，即达到残余强度时的应力；第五列为εy，即达到屈服强度时的应变；第六列为εp，即达到峰值强度时的应变；第七列为εr，即达到残余强度时的应变；第八列为B，即储层岩石的脆性指数。通过表1不难看出：通过本发明提供的测量储层岩石的脆性指数的方法可以准确的测量出待测岩心的脆性指数。本发明针对当前勘探热点页岩气和致密砂岩等致密储层，通过对待测岩心进行破裂实验分析获取待测岩心的应力应变关系曲线，再根据获取到的应力应变关系曲线分析曲线上峰前和峰后两个阶段并分别计算峰前脆性指数和峰后脆性指数，再综合两个阶段的脆性指数进而得到储层岩石的脆性指数。该方法可以在较少的参数情况下测量储层的脆性指数，克服了之前参数多、标准不统一的难题，为致密储层岩石力学性质评价奠定坚实的基础。本发明还公开了一种测量储层岩石的脆性指数的装置，参照图5所示，包括：破裂实验单元1，用于对待测岩心进行破裂实验并获取待测岩心的应力值与应变值；与破裂实验单元1电连接的处理单元2，处理单元2用于基于获取的应力值和应变值生成应力应变关系曲线；与处理单元2电连接的第一计算单元3，用于基于应力应变关系曲线通过第一算法计算峰前脆性指数；与处理单元2电连接的第二计算单元4，用于基于应力应变关系曲线通过第二算法计算峰后脆性指数；分别与第一计算单元3以及第二计算单元4电连接的第三计算单元5，用于基于峰前脆性指数以及峰后脆性指数通过第三算法计算储层岩石的脆性指数。其中，处理单元2、第一计算单元3、第二计算单元4以及第三计算单元5可以为集成芯片、第一计算单元3、第二计算单元4以及第三计算单元5的算法可以写入集成芯片内。在一具体的实施方式中，参照图6所示，破裂实验单元1可以包括：具有待测岩心的放置位的放置组件；其中，放置组件可以为一能设置在实验室工作台上的金属支撑板。该金属支撑板上可以设置有能与待测岩心的直径相适配的放置位，放置位上可以设置有放置装置，例如，凹槽，夹持件等能将待测岩心固定设置在支撑板上的装置，进而使得向待测岩心施加各个方向的压力时，能保证待测岩心的稳定。设置在放置组件上的围限压力施加组件，用于向待测岩心施加围限压力；其中，围限压力施加组件可以为液压组件。围限压力施加组件可以围设在待测岩心的周围。围限压力施加组件的围限压力值可以根据待测岩心未钻取之前所在的深度和地层密度确定，即，待测岩心在未被钻取之前所处在的储层对其的压力值。其中，施加围限压力值的目的在于模拟岩心在地下的环境。保证待测岩心在实验室中进行测量时，能保证该待测岩心处于较为真实的环境中，从而保证获取到的数据的准确度。设置在放置组件上的孔隙压力施加组件，用于向待测岩心施加孔隙压力。其中，孔隙压力的值可以根据待测岩心所在的深度和流体密度确定，即，孔隙压力为待测岩心处于储层中时，待测岩心内的孔隙中存在的油或者气对其的压力。施加孔隙压力值的目的在于模拟岩心在地下的环境，进而保证待测岩心在实验室中进行测量时，能保证该待测岩心处于较为真实的环境中，从而保证获取到的数据的准确度。孔隙压力组件可以为液压组件。孔隙压力组件的作用位置为待测岩心的空隙部，孔隙压力组件的压力流体可以进入待测岩心的孔隙内，使得该组件能还原待测岩心在地下时，存在的油或者气对其的压力。设置在放置组件上的轴向压力施加组件，用于向待测岩心施加轴向压力。其中，轴向压力施加组件可以包括一具有能与待测岩心的端部相接触的压力头，当将待测岩心放置在放置组件上时，轴向压力施加组件的压力头可以与待测岩心的上端部相接触，轴向压力施加组件进而可以向待测岩心施加轴向的压力。设置在放置组件上的数据获取组件，用于获取待测岩心的应力值和应变值。其中，数据获取组件可以包括应力感应器以及应变感应器。应力感应器以及应变感应器可以获取在对待测岩心施加轴向压力时的应力值以及应变值。应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。当前第1页1 2 3