单井原状地层力学剖面计算方法、系统、设备及存储介质与流程

本申请涉及石油天然气钻探的技术领域，尤其涉及一种单井原状地层力学剖面计算方法、系统、设备及存储介质。

背景技术：

目前在石油天然气钻井井壁稳定、矿业地质技术中，页岩地层力学特征是钻井设计的重要参数。由于页岩具有较强水化特性，当页岩与钻井液接触后，岩石力学特征发生变化，测井信息也会受到水化干扰，使得钻前原状地层力学特征难以预测，从而不利于现场前期钻井工程设计，导致页岩原状地层力学参数的单井剖面计算因水化影响后发生变化导致不够精确。因此，现有技术中存在着页岩原状地层力学参数的单井剖面计算因水化影响后发生变化导致不够精确的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供一种单井原状地层力学剖面计算方法、系统、设备及存储介质，用于解决现有技术中页岩原状地层力学参数的单井剖面计算因水化影响后发生变化导致不够精确的问题。

本申请提供了的一种单井原状地层力学剖面计算方法，所述方法包括：根据获得的多个声波时差数据与获得的多个电阻率数据，计算获得相关函数，所述多个声波时差数据为对预先获取不同浸泡时间下的多个岩心试样进行试验和计算获得的声波时差数据，所述多个电阻率数据为对所述多个岩心试样进行试验和计算获得的多个电阻率数据；根据获得的水化作用下电阻率变化幅度与所述相关函数，计算原状页岩声波时差；根据所述多个声波时差数据和获得的原状页岩力学参数进行拟合，计算获得相关方程组；根据所述原状页岩声波时差和所述相关方程组，计算获得原状页岩地层力学特征剖面。

可选地，在本申请实施例中，在所述根据获得的多个声波时差数据与获得的多个电阻率数据，计算获得相关函数之前，还包括对所述岩心试样进行超声波透射试验，获得多个声波时差数据；对所述岩心试样进行电阻率测试试验，获得多个电阻率数据；对所述岩心试样进行三轴压缩试验，获得原状页岩力学参数。

可选地，在本申请实施例中，所述对所述岩心试样进行超声波透射试验，获得多个声波时差数据，包括：对所述岩心试样进行超声波透射试验，获得多个其中，δt为声波时差数据；l为所述岩心试样的长度；t1为所述超声波透射试验中的探头对接时的首波起跳时间，t2为所述超声波透射试验中的超声波透射岩样的首波起跳时间。

可选地，在本申请实施例中，所述对所述岩心试样进行电阻率测试试验，获得多个电阻率数据，包括：对所述岩心试样进行电阻率测试试验，获得多个其中，re为电阻率数据，r为所述岩心试样的电阻，s为所述岩心试样的横截面积，u为所述岩心试样的电压，i为所述岩心试样的电流。

可选地，在本申请实施例中，所述根据获得的多个声波时差数据与获得的多个电阻率数据，计算获得相关函数，包括：根据获得的多个声波时差数据与获得的多个电阻率数据，计算获得其中，为所述多个电阻率数据中的原状页岩电阻率，为所述多个电阻率数据中的水化后页岩电阻率，δt^o为所述多个声波时差数据中的原状页岩声波时差，δt^h为所述多个声波时差数据中的水化后页岩声波时差，α为第一拟合系数，β为第二拟合系数。

可选地，在本申请实施例中，所述根据所述多个声波时差数据和获得的原状页岩力学参数进行拟合，计算获得相关方程组，包括：根据所述原状页岩声波时差和所述原状页岩的单轴抗压强度进行拟合，计算获得第一函数，所述原状页岩力学参数包括单轴抗压强度；根据所述原状页岩声波时差和所述原状页岩的内聚力进行拟合，计算获得第二函数，所述原状页岩力学参数包括内聚力；根据所述原状页岩声波时差和所述原状页岩的内摩擦角进行拟合，计算获得第三函数，所述原状页岩力学参数包括内摩擦角；联立所述第一函数、所述第二函数和所述第三函数，获得计算获得相关方程组。

可选地，在本申请实施例中，所述联立所述第一函数、所述第二函数和所述第三函数，获得计算获得相关方程组，包括：联立所述第一函数、所述第二函数和所述第三函数，获得计算获得其中，σc为页岩单轴抗压强度，c为页岩内聚力，φ为页岩内摩擦角，δt^o为所述多个声波时差数据中的原状页岩声波时差，c为第一拟合系数，e为第二拟合系数，f为第三拟合系数，g为第四拟合系数，h为第五拟合系数，j为第六拟合系数。

本申请还提供了一种单井原状地层力学参数剖面计算系统，所述系统包括：相关函数计算模块，用于根据获得的多个声波时差数据与获得的多个电阻率数据对应关系，计算获得相关函数；声波时差计算模块，用于根据所述多个电阻率数据中的水化作用下的电阻率变化幅度与所述相关函数，计算获得原状页岩声波时差；相关方程组计算模块，用于根据所述原状页岩声波时差和获得的原状页岩力学参数进行拟合，计算获得相关方程组；特征剖面计算模块，用于根据所述多个声波时差数据和所述相关方程组，计算获得原状页岩地层力学特征剖面。

本申请还提供了一种设备，所述设备包括：处理器和存储器，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行如上所述的方法。

本申请还提供了一种存储介质，该存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行如上所述的方法。

本申请提供一种单井原状地层力学剖面计算方法、系统、设备及存储介质，通过根据获得的多个声波时差数据与获得的多个电阻率数据，计算获得相关函数，该相关函数能够反映声波时差和电阻率在被钻井液浸泡不同时间情况下的相关性，因此能够依据页岩地层声波时差、电阻率的水化动态响应特征以及声波时差与电阻率的关系，对页岩声波时差数据进行被钻井液浸泡影响即水化影响进行修正。再根据测试获得的水化作用下的电阻率变化幅度与相关函数，计算去水化影响后的原状页岩声波时差，通过原状页岩声波时差来计算原状页岩地层力学特征剖面。通过这种方式从而有效地解决了现有技术中页岩原状地层力学参数的单井剖面计算因水化影响后发生变化导致不够精确的问题。

为使本申请的上述目的和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本申请实施例提供的单井原状地层力学剖面计算方法流程示意图；

图2示出了本申请实施例提供的单井原状地层力学剖面计算方法的步骤s110之前的流程示意图；

图3示出了本申请实施例提供的单井原状地层力学剖面计算方法步骤s130的流程示意图；

图4示出了本申请实施例提供的单井原状地层力学剖面计算方法另一种实施方式的流程示意图；

图5示出了本申请实施例提供的水化作用下页岩声波时差变化幅度与电阻率变化幅度关系示意图；

图6示出了基于另一种实施方式提供的方法获得的页岩原状地层力学参数剖面图；

图7示出了本申请实施例提供的单井原状地层力学参数剖面计算系统结构示意图；

图8示出了本申请实施例提供的设备结构示意图；

图9示出了本申请实施例提供的设备和存储介质的结构示意图。

图标：100-剖面计算系统；110-相关函数计算模块；120-声波时差计算模块；130-相关方程组计算模块；140-特征剖面计算模块；

200-设备；210-处理器；220-存储器；300-存储介质。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。

在本申请的描述中，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

第一实施例

请参见图1，图1示出了本申请实施例提供的单井原状地层力学剖面计算方法流程示意图。本申请提供了的一种单井原状地层力学剖面计算方法，该方法包括：

步骤s110：根据获得的多个声波时差数据与获得的多个电阻率数据，计算获得相关函数。

其中，多个声波时差数据为对预先获取不同浸泡时间下的多个岩心试样进行试验和计算获得的声波时差数据，多个电阻率数据为该多个岩心试样进行试验和计算获得多个电阻率数据。

步骤s120：根据所述多个电阻率数据中的水化作用下的电阻率变化幅度与声波时差变化幅度的相关函数，计算原状页岩声波时差。

其中，基于不同浸泡时间下的岩心声波时差与电阻率，可以构建水化作用下的页岩声波时差变化幅度与电阻率变化幅度的相关性，即基于现场深侧向测井、浅侧向测井及声波时差测井资料，借助页岩声-电特征的相关性，对测井信息进行去水化校正。再根据获得的原状页岩电阻率与相关函数，计算原状页岩声波时差。

步骤s130：根据多个声波时差数据和获得的原状页岩力学参数进行拟合，计算获得相关方程组。

其中，对原状岩心开展力学与超声波透射试验，获取原状岩心力学参数与声波时差，构建岩心声波时差与力学参数相关性，计算获得相关方程组。

步骤s140：根据原状页岩声波时差和相关方程组，计算获得原状页岩地层力学特征剖面。

其中，根据原状页岩声波时差和相关方程组，结合水化校正后的测井数据和原状页岩声波时差与力学的相关性，计算获得原状页岩地层力学特征剖面。

请参见图1和图2，图2示出了本申请实施例提供的单井原状地层力学剖面计算方法的步骤s110之前的流程示意图。可选地，在本申请实施例中，在根据获得的多个声波时差数据与获得的多个电阻率数据，计算获得相关函数之前，还包括：

步骤s80：对岩心试样进行超声波透射试验，获得多个声波时差数据。

其中，实验前将激发探头与接收探头对接进行一次超声波透射实验，读出探头对接时的首波起跳时间，然后再对岩样超声波透射实验，读出超声波透射岩样的首波起跳时间。在实验之前，需要对矿场硬脆性页岩进行观察描述，制备并筛选岩心试样。

步骤s90：对岩心试样进行电阻率测试试验，获得多个电阻率数据。

步骤s100：对岩心试样进行三轴压缩试验，获得原状页岩力学参数。

其中，对原状岩心开展三轴压缩试验与超声波透射试验，获取原状岩心力学参数与声波时差。通过三轴压缩试验中，可获取岩石应力应变曲线，从而得到岩石单轴抗压强度。

请参见图1和图2，可选地，在本申请实施例中，对岩心试样进行超声波透射试验，获得多个声波时差数据，包括：

对岩心试样进行超声波透射试验，获得多个

其中，δt为声波时差数据；l为岩心试样的长度；t1为超声波透射试验中的探头对接时的首波起跳时间，t2为超声波透射试验中的超声波透射岩样的首波起跳时间。

请参见图1和图2，可选地，在本申请实施例中，对岩心试样进行电阻率测试试验，获得多个电阻率数据，包括：

对岩心试样进行电阻率测试试验，获得多个

其中，re为电阻率数据，r为岩心试样的电阻，s为岩心试样的横截面积，u为岩心试样的电压，i为岩心试样的电流。

请参见图1和图2，可选地，在本申请实施例中，根据获得的多个声波时差数据与获得的多个电阻率数据，计算获得相关函数，包括：

根据获得的多个声波时差数据与获得的多个电阻率数据，计算获得

其中，为多个电阻率数据中的原状页岩电阻率，为多个电阻率数据中的水化后页岩电阻率，δt^o为多个声波时差数据中的原状页岩声波时差，δt^h为多个声波时差数据中的水化后页岩声波时差，α为第一拟合系数，β为第二拟合系数。

请参见图3，图3示出了本申请实施例提供的单井原状地层力学剖面计算方法步骤s130的流程示意图。可选地，在本申请实施例中，根据多个声波时差数据和获得的原状页岩力学参数进行拟合，计算获得相关方程组，包括：

步骤s131：根据原状页岩声波时差和原状页岩的单轴抗压强度进行拟合，计算获得第一函数，原状页岩力学参数包括单轴抗压强度。

步骤s132：根据原状页岩声波时差和原状页岩的内聚力进行拟合，计算获得第二函数，原状页岩力学参数包括内聚力。

步骤s133：根据原状页岩声波时差和原状页岩的内摩擦角进行拟合，计算获得第三函数，原状页岩力学参数包括内摩擦角。

步骤s134：联立第一函数、第二函数和第三函数，获得计算获得相关方程组。

需要说明地是，这里的原状页岩力学参数包括：单轴抗压强度、内聚力和内摩擦角，所以结合声波时差与岩石力学参数(弹性模量、抗压强度、内聚力及内摩擦角)的相关性，实现了页岩原状地层力剖面的构建。

请参见图3，可选地，在本申请实施例中，联立第一函数、第二函数和第三函数，获得计算获得相关方程组，包括：

联立第一函数、第二函数和第三函数，获得计算获得

其中，σc为页岩单轴抗压强度，c为页岩内聚力，φ为页岩内摩擦角，δt^o为多个声波时差数据中的原状页岩声波时差，c为第一拟合系数，e为第二拟合系数，f为第三拟合系数，g为第四拟合系数，h为第五拟合系数，j为第六拟合系数。

为了便于理解，下面介绍本申请实施例提供的单井原状地层力学剖面计算方法的另一种实施方式，该方法的另一种实施方式具体描述如下：

请参见图4，图4示出了本申请实施例提供的单井原状地层力学剖面计算方法另一种实施方式的流程示意图。本申请实施例提供的单井原状地层力学剖面计算方法的另一种实施方式为，一种基于硬脆性页岩声学特性的水化损伤评价方法,按照先后顺序包括以下步骤：

第一步，使用空气钻头从页岩露头中钻取圆柱岩心，将钻取的岩心两端切平并保证两个端面与岩心轴线垂直，通过渗透率与孔隙度测试，筛选出物性相近的岩心备用，并对岩心进行编号。

第二步，使用现场钻井液对岩心开展不同时间浸泡，然后开展超声波透射试验。实验前将激发探头与接收探头对接进行一次超声波透射实验，读出探头对接时的首波起跳时间，然后再对岩样超声波透射实验，读出超声波透射岩样的首波起跳时间，计算得到声波时差如下所示：

式中，δt为声波时差,单位为us/m；l为岩样的长度，单位为m；t2为超声波透射岩样的首波起跳时间；t1为探头对接时的首波起跳时间。

第三步，使用现场钻井液对岩心开展不同时间浸泡，然后开展电阻率测试。基于通过岩心的电流与加载在岩心两端的电压，依据欧姆定律，可以得到电阻率如下所示：

式中，r为岩心电阻，单位为ω；s为岩心横截面积，单位为m²；u为岩心电压，单位为v；i为岩心电流，单位为a；re为电阻率，单位为ω·m。

第四步，请参见图5，图5示出了本申请实施例提供的水化作用下页岩声波时差变化幅度与电阻率变化幅度关系示意图。基于不同浸泡时间下的岩心声波时差与电阻率，拟合得到水化作用下的页岩声波时差变化幅度与电阻率变化幅度对应关系，如下所示:

式中，分别为原状及水化后页岩电阻率，单位为ω·m；δt^h，δt^o分别为原状及水化后页岩声波时差，单位为us/m；α，β为拟合系数。

第五步，所采用的测井资料中，常规声波时差与浅侧向测井为井壁位置岩石特征响应信息。由于井壁岩石受钻井液侵入影响，常规声波时差与浅侧向测井数据可以认为是受水化影响下的页岩声波时差(δt^h)和电阻率深侧向测井由于具有较深的探测深度，能够获取远离井壁，未受水化作用的页岩电阻基于此，水化作用下的页岩声波时差变化幅度与电阻率变化幅度对应关系(式3)，对声波测井进行去水化校正，得到原状地层声波测井信息(δt^o)。

第六步，对原状岩心开展三轴压缩试验与超声波透射试验，获取原状岩心力学参数与声波时差。通过三轴压缩试验中，可获取岩石应力应变曲线，从而得到岩石单轴抗压强度。在此基础上，根据摩尔库伦准则，可计算得到岩石内聚力和内摩擦角。依据原状页岩力学参数与声波时差，拟合得到两者的相关性，如下所示：

式中，σc为页岩单轴抗压强度，单位为mpa；c为页岩内聚力，单位为mpa；φ为页岩内摩擦角，单位为°。

第七步，结合水化校正后的测井数据和原状页岩声波时差与力学特性的相关性，构建原状页岩地层力学特征剖面。

请参见图6，图6示出了基于另一种实施方式提供的方法获得的页岩原状地层力学参数剖面图。从图中可以看出，水化作用后岩石单轴抗压强度、内聚力、内摩擦角均出现下降，水化对页岩有明显弱化作用。通过所构建的力学剖面，可以清楚了解纵向剖面上，水化作用强度以及页岩力学特征改变程度，对指导页岩地层钻井有重要意义。

第二实施例

请参见图7，图7示出了本申请实施例提供的单井原状地层力学参数剖面计算系统结构示意图。本申请提供了的一种单井原状地层力学参数剖面计算系统100，单井原状地层力学参数剖面计算系统100包括：

相关函数计算模块110，用于根据获得的多个声波时差数据与获得的多个电阻率数据对应关系，计算获得相关函数。

声波时差计算模块120，用于根据所述多个电阻率数据中的水化作用下的电阻率变化幅度与所述相关函数，计算原状页岩声波时差。

相关方程组计算模块130，用于根据原状页岩声波时差和获得的原状页岩力学参数进行拟合，计算获得相关方程组。

特征剖面计算模块140，用于根据多个声波时差数据和相关方程组，计算获得原状页岩地层力学特征剖面。

第三实施例

请参见图8，图8示出了本申请实施例提供的设备结构示意图。本申请提供了的一种设备200，设备200包括：处理器210和存储器220，存储器220存储有处理器210可执行的机器可读指令，机器可读指令被处理器210执行时执行如第一实施例的方法。

第四实施例

请参见图9，图9示出了本申请实施例提供的设备和存储介质的结构示意图。本申请提供了的一种存储介质300，该存储介质300上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器210运行时执行如第一实施例的方法。

本申请提供一种单井原状地层力学剖面计算方法、系统、设备及存储介质，通过根据获得的多个声波时差数据与获得的多个电阻率数据，计算获得相关函数，该相关函数能够反映声波时差和电阻率在被钻井液浸泡不同时间情况下的相关性，因此能够依据页岩地层声波时差、电阻率的水化动态响应特征以及声波时差与电阻率的关系，对页岩声波时差数据进行被钻井液浸泡影响即水化影响进行修正。再根据测试获得的水化作用下的变化幅度与相关函数，计算去水化影响后的原状页岩声波时差，通过原状页岩声波时差来计算原状页岩地层力学特征剖面。通过这种方式从而有效地解决了现有技术中页岩原状地层力学参数的单井剖面计算因水化影响后发生变化导致不够精确的问题。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。