页岩储层成缝能力测试方法及装置与流程
本发明涉及页岩测试领域，尤其涉及一种页岩储层成缝能力测试方法及装置。
背景技术：
页岩气开采已列入我国油气资源开发战略。由于页岩储层基质渗透率极低，需要通过压裂改造才能形成产能。与常规储层压裂不同，页岩储层的压裂要求形成弥散式体积裂缝网络(体积压裂)。这取决于页岩储层形成缝网的能力和压裂施工参数。然而并非所有的储层都能通过大规模的压裂施工实现大范围的体积压裂改造，因此，页岩储层成缝能力评价对于优选压裂井段、预测经济效益具有重要意义。
研究表明，储层是否具备实施体积改造的条件，取决于岩石的塑脆性、天然裂缝发育状况以及各向异性。到目前为止，国内外页岩储层成缝能力测试方案中，通常将页岩储层成缝能力等价于“脆性系数”评价。但实际上脆性并不等同于成缝能力，因此，通过现有的页岩储层成缝能力测试方案不能准确地对页岩的可压性进行评价。
技术实现要素：
本发明提供一种页岩储层成缝能力测试方法及装置，用于解决现有的页岩储层成缝能力测试方案不能准确地对成缝能力进行评价的技术问题。
本发明的第一个方面是提供一种页岩储层成缝能力测试方法，包括：
获取样品的各评价系数，所述各评价参数包括所述样品的脆性系数、速度应力敏感性指数、以及声发射活动性指数；
通过对所述各评价系数进行归一化，获得所述样品的成缝能力评价系数。
本发明的另一个方面是提供一种页岩储层成缝能力测试装置，包括：
获取模块，用于获取样品的各评价系数，所述各评价参数包括所述样品的脆性系数、速度应力敏感性指数、以及声发射活动性指数；
处理模块，用于通过对所述各评价系数进行归一化，获得所述样品的成缝能力评价系数。
本发明提供的页岩储层成缝能力测试方法及装置，将样品的脆性系数、速度应力敏感性指数以及声发射活动性指数作为评价页岩储层样品成缝能力的评价系数，从而在对页岩储层成缝能力进行测试的过程中，综合考虑了页岩的塑脆性、天然裂缝发育程度以及形成裂缝的破裂活动性，通过基于上述各评价系数共同评价成缝能力的方案，使得测试更为全面准确，且操作简单，适用于油田致密储层成缝能力的评价。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的页岩储层成缝能力测试方法的流程示意图；
图2为本发明实施例二提供的页岩储层成缝能力测试方法的流程示意图；
图3为本发明实施例三提供的页岩储层成缝能力测试装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
图1为本发明实施例一提供的页岩储层成缝能力测试方法的流程示意图如图1所示，所述方法包括：
101、获取样品的各评价系数，所述各评价参数包括所述样品的脆性系数、速度应力敏感性指数、以及声发射活动性指数。
本实施例中，天然裂缝发育程度以及各向异性等也是成缝能力评价的关键因素。实际应用中，可以在实验室内建立实验装置，针对标准样品(一英寸或两英寸小岩心柱)，开展室内超声测试研究。利用超声波和声发射共同评价页岩储层的塑脆性、裂隙发育的方法，进行页岩储层的成缝能力综合评价。
其中，所述样品可以为取自井下或露头的致密储层岩心，比如页岩、致密砂岩等岩心，将岩心切割并打磨成25毫米(mm)×50mm岩心柱、38mm×76mm岩心柱、或50*100mm的岩心柱(一英寸或两英寸小岩心柱)，样品的侧壁和两个端面保持光滑，其中样品两个端面平行度在±0.01mm以内，以保证在加压情况下受力均匀。相应的，在101之前，所述方法还可以包括：将致密储层岩心制备成所述样品，所述样品为圆柱体，所述样品的两个端面平行度在±0.01mm范围内。
可选的，页岩储层的塑脆性可以通过岩心脆性矿物成分比例、弹性模量和泊松比、抗压强度与抗拉强度之比等来评价。实际应用中，可以通过脆性系数反映页岩样品的塑脆性，进一步的，脆性参数可以由纵横波波速反映。
具体的，获取脆性系数的过程可以为，首先对样品进行常温常压下纵波和横波波速测量，波速测量可以采用超声脉冲技术，即测量样品内部已知路径上的超声波传过的时间。举例来说，图2为本发明实施例一中利用超声脉冲技术监测到的波形示意图，如图2所示，前面的初至为纵波p波到达时间，后面的初至为横波s波到达时间，读取p波和s波的到达时间，根据已知距离，即可计算出标准样品的纵波和横波波速，进一步利用获得的纵横波波速计算杨氏模量和泊松比，评价了样品的脆性指数。相应的，101中，所述获取所述样品的脆性系数，具体可以包括：
利用超声脉冲技术，采集沿所述样品的直径方向的纵波波速和横波波速；
根据所述纵波波速、所述横波波速和第三公式，计算获得杨氏模量和泊松比，所述第三公式为：
根据第四公式，对所述杨氏模量进行归一化，获得归一化后的杨氏模量，所述第四公式为：ebrit＝(e-10)/(80-10)×100，其中，ebrit为归一化后的杨氏模量；
根据第五公式，对所述泊松比进行归一化，获得归一化后的泊松比，所述第五公式为：νbrit＝(0.4-ν)/(0.4-0.15)×100，其中，νbrit为归一化后的泊松比；
根据所述归一化后的杨氏模量和泊松比、以及第六公式，计算获得所述脆性系数，所述第六公式为：bi＝0.5ebrit+0.5υbrit，其中，bi为所述脆性系数。
其中，归一化后的杨氏模量ebrit的单位具体可以为gpa。本实施方式中，由脆性系数来反映页岩样品的塑脆性，具体的，脆性系数越大，则页岩的脆性越强。举例来说，当脆性系数bi>40时，岩石是脆性的；bi>60时，岩石脆性则很强。
基于上述实施方式，实际应用中，可以利用超声波探头监测波速。具体的，将一对探头固定在标准样品的侧面，测量标准样品沿直径方向的波速。利用脉冲信号发生器发生信号，通过发射探头，超声波在样品中传播，由另一侧相应的接收探头接收，读取波形的到达时间，获得纵波和横波波速。则相应的，所述利用超声脉冲技术，采集沿所述样品的直径方向的纵波波速和横波波速，具体可以包括：
在所述样品的侧壁上对称设置发射探头和接收探头，利用超声脉冲技术，获得所述样品中的纵波和横波波形；
根据所述纵波和横波波形，获得沿所述样品的直径方向，所述纵波和所述横波穿过所述样品所用的时长；
通过计算所述样品的直径分别除以所述纵波和所述横波穿过样品所用的时长，获得所述纵波波速和所述横波波速。
再具体的，获得脆性系数之后可以通过对标准样品进行单轴加载，并在加载过程中记录每单位应力，例如，每兆帕(mpa)，变化获得波速。利用波速随应力变化得到其应力敏感性。相应的，101中所述获取所述样品的速度应力敏感性指数，具体可以包括：
按预设的步长，增加单轴加载在所述样品上的压力，直至所述样品破裂；
在所述样品破裂前，通过采集各第一时刻下沿所述样品直径方向的波速，获得所述波速随应力变化的关系，所述第一时刻为与上次采集波速时施加在所述样品上的压力相比，当前施加在所述样品上的压力增加了预设的阈值时对应的时刻；
根据所述波速随应力变化的关系，获得所述样品的速度应力敏感性指数。
又具体的，所述声发射活动性指数具体可以包括声发射率，其中，所述声发射率为单位时间内发生的声发射数。实际应用中，在前述的单轴加载过程中，可以采用超声探头记录裂缝扩展中所产生的声发射率，以获得储层岩心破裂的活动性指数。相应的，所述获取所述样品的声发射活动性指数，具体可以包括：
按预设的步长，增加单轴加载在所述样品上的压力，并记录在此期间发生的所有声发射数，直至所述样品破裂；
根据所述声发射数，计算获得所述声发射率。
可选的，可以利用超声波探头监测声发射。相应的，所述按预设的步长，增加单轴加载在所述样品上的压力，并记录在此期间发生的所有声发射数，直至所述样品破裂，具体可以包括：
按预设的步长，增加单轴加载在所述样品上的压力，并利用设置在所述样品侧壁上的超声探头，记录所有声发射数，直至所述样品破裂。
102、通过对所述各评价系数进行归一化，获得所述样品的成缝能力评价系数。
具体的，利用脆性系数、速度应力敏感性系数、破裂的活动性指数，建立一个综合评价致密储层样品的成缝能力的方法，该方法考虑了岩石的塑脆性、天然裂缝发育程度以及最后形成裂缝的破裂活动性。总的来说，本实施例中，储层成缝能力综合评价指数(fracbilityindex)由三部分组成，即脆性系数、应力敏感性系数或裂隙密度、声发射活动性。相应的，102具体可以包括：
根据第一公式，分别对所述各评价系数进行归一化，获得归一化后的各评价系数，所述第一公式为：
根据归一化后的各评价系数和第二公式，计算获得所述成缝能力评价系数，所述第二公式为：
其中，成缝能力综合评价系数fi具体可以为百分比数值，本实施例中所述各评价系数的个数n的取值具体为3，xid分别为归一化以后的单个评价系数，即表示脆性系数、应力敏感性系数、ae活动性等。
具体的，首先对标准样品进行常温常压下纵波和横波波速测量，利用获得的速度计算杨氏模量和泊松比，评价样品的脆性指数。并对岩心样品进行单轴加压至最后破裂，此过程中采用超声探头记录了裂缝扩展所产生的声发射，以及每mpa应力变化获得波速。利用波速随应力变化得到其应力敏感性，采用声发射获得储层岩心破裂的活动性指数。利用脆性系数、应力敏感性系数、破裂的活动性指数，综合评价致密储层样品的成缝能力。
本实施例提供的页岩储层成缝能力测试方法，将样品的脆性系数、速度应力敏感性指数以及声发射活动性指数作为评价页岩储层样品成缝能力的评价系数，从而在对页岩储层成缝能力进行测试的过程中，综合考虑了页岩的塑脆性、天然裂缝发育程度以及形成裂缝的破裂活动性，通过基于上述各评价系数共同评价成缝能力的方案，使得测试更为全面准确，且操作简单，适用于油田致密储层成缝能力的评价。
图2为本发明实施例二提供的页岩储层成缝能力测试方法的流程示意图，如图2所示，所述方法包括：
201、将致密储层岩心制备成样品；
202、在所述样品的侧壁上布置至少三个超声探头，一个探头用来记录声发射，一对探头用来监测沿标准样品直径方向的纵波波速和横波波速；
203、利用监测的纵横波速度获得样品的杨氏模量和泊松比，并评估其脆性指数；
204、对样品单轴加载至破裂，每增加单位mpa记录纵波和横波波速，并相应记录破裂前发生的所有声发射数；
205、对获得的脆性指数、速度应力敏感性、以及破裂声发射数进行归一化，综合评价致密储层的成缝能力。
具体的，本实施例中的具体过程及方法可以参照实施例一中的相关内容。
本实施例提供的页岩储层成缝能力测试方法，将样品的脆性系数、速度应力敏感性指数以及声发射活动性指数作为评价页岩储层样品成缝能力的评价系数，从而在对页岩储层成缝能力进行测试的过程中，综合考虑了页岩的塑脆性、天然裂缝发育程度以及形成裂缝的破裂活动性，通过基于上述各评价系数共同评价成缝能力的方案，使得测试更为全面准确，且操作简单，适用于油田致密储层成缝能力的评价。
图3为本发明实施例三提供的页岩储层成缝能力测试装置的结构示意图，如图3所示，所述装置包括：
获取模块31，用于获取样品的各评价系数，所述各评价参数包括所述样品的脆性系数、速度应力敏感性指数、以及声发射活动性指数；
处理模块32，用于通过对所述各评价系数进行归一化，获得所述样品的成缝能力评价系数。
实际应用中，可以在实验室内建立实验装置，针对标准样品(一英寸或两英寸小岩心柱)，开展室内超声测试研究。利用超声波和声发射共同评价页岩储层的塑脆性、裂隙发育的方法，进行页岩储层的成缝能力综合评价。
其中，所述样品可以为取自井下或露头的致密储层岩心，比如页岩、致密砂岩等岩心，将岩心切割并打磨成25mm×50mm岩心柱、38mm×76mm岩心柱、或50*100mm的岩心柱(一英寸或两英寸小岩心柱)，样品的侧壁和两个端面保持光滑，其中样品两个端面平行度在±0.01mm以内，以保证在加压情况下受力均匀。相应的，所述样品的两个端面平行度在±0.01mm范围内。
可选的，页岩储层的塑脆性可以通过岩心脆性矿物成分比例、弹性模量和泊松比、抗压强度与抗拉强度之比等来评价。实际应用中，可以通过脆性系数反映页岩样品的塑脆性，进一步的，脆性参数可以由纵横波波速反映。
具体的，获取脆性系数的过程可以为，首先对样品进行常温常压下纵波和横波波速测量，波速测量可以采用超声脉冲技术，即测量样品内部已知路径上的超声波传过的时间。相应的，获取模块31可以包括：
第一采集单元，用于利用超声脉冲技术，采集沿所述样品的直径方向的纵波波速和横波波速；
第一计算单元，用于根据所述纵波波速、所述横波波速和第三公式，计算获得杨氏模量和泊松比，所述第三公式为：
所述第一计算单元，还用于根据第四公式，对所述杨氏模量进行归一化，获得归一化后的杨氏模量，所述第四公式为：ebrit＝(e-10)/(80-10)×100，其中，ebrit为归一化后的杨氏模量；
所述第一计算单元，还用于根据第五公式，对所述泊松比进行归一化，获得归一化后的泊松比，所述第五公式为：νbrit＝(0.4-ν)/(0.4-0.15)×100，其中，νbrit为归一化后的泊松比；
所述第一计算单元，还用于根据所述归一化后的杨氏模量和泊松比、以及第六公式，计算获得所述脆性系数，所述第六公式为：bi＝0.5ebrit+0.5υbrit，其中，bi为所述脆性系数。
其中，归一化后的杨氏模量ebrit的单位具体可以为gpa。本实施方式中，由脆性系数来反映页岩样品的塑脆性，具体的，脆性系数越大，则页岩的脆性越强。
基于上述实施方式，实际应用中，可以利用超声波探头监测波速。具体的，将一对探头固定在标准样品的侧面，测量标准样品沿直径方向的波速。利用脉冲信号发生器发生信号，通过发射探头，超声波在样品中传播，由另一侧相应的接收探头接收，读取波形的到达时间，获得纵波和横波波速。则相应的，所述第一采集单元包括：
第一采集子单元，用于通过对称设置在所述样品的侧壁上的发射探头和接收探头，利用超声脉冲技术，获得所述样品中的纵波和横波波形；
第一处理子单元，用于根据所述纵波和横波波形，获得沿所述样品的直径方向，所述纵波和所述横波穿过所述样品所用的时长；
第一计算子单元，用于通过计算所述样品的直径分别除以所述纵波和所述横波穿过样品所用的时长，获得所述纵波波速和所述横波波速。
再具体的，获得脆性系数之后可以通过对标准样品进行单轴加载，并在加载过程中记录每单位应力，例如，每mpa，变化获得波速。利用波速随应力变化得到其应力敏感性。相应的，获取模块31还可以包括：
第一加压单元，用于按预设的步长，增加单轴加载在所述样品上的压力，直至所述样品破裂；
第二采集单元，用于在所述样品破裂前，通过采集各第一时刻下沿所述样品直径方向的波速，获得所述波速随应力变化的关系，所述第一时刻为与上次采集波速时施加在所述样品上的压力相比，当前施加在所述样品上的压力增加了预设的阈值时对应的时刻；
第一处理单元，用于根据所述波速随应力变化的关系，获得所述样品的速度应力敏感性指数。
又具体的，所述声发射活动性指数具体可以包括声发射率，其中，所述声发射率为单位时间内发生的声发射数。实际应用中，在前述的单轴加载过程中，可以采用超声探头记录裂缝扩展中所产生的声发射率，以获得储层岩心破裂的活动性指数。相应的，获取模块31还可以包括：
第二处理单元，用于按预设的步长，增加单轴加载在所述样品上的压力，并记录在此期间发生的所有声发射数，直至所述样品破裂；
第二计算单元，用于根据所述声发射数，计算获得所述声发射率。
可选的，可以利用超声波探头监测声发射。相应的，所述第二处理单元，具体用于按预设的步长，增加单轴加载在所述样品上的压力，并利用设置在所述样品侧壁上的超声探头，记录所有声发射数，直至所述样品破裂。
具体的，利用脆性系数、速度应力敏感性系数、破裂的活动性指数，建立一个综合评价致密储层样品的成缝能力的方法，该方法考虑了岩石的塑脆性、天然裂缝发育程度以及最后形成裂缝的破裂活动性。总的来说，本实施例中，储层成缝能力综合评价指数(fracbilityindex)由三部分组成，即脆性系数、应力敏感性系数或裂隙密度、声发射活动性。相应的，处理模块32包括：
归一化单元，用于根据第一公式，分别对所述各评价系数进行归一化，获得归一化后的各评价系数，所述第一公式为：
第三计算单元，用于根据归一化后的各评价系数和第二公式，计算获得所述成缝能力评价系数，所述第二公式为：
其中，成缝能力综合评价系数fi具体可以为百分比数值，xid分别为归一化以后的单个评价系数，即表示脆性系数、应力敏感性系数、ae活动性等。
具体的，首先对标准样品进行常温常压下纵波和横波波速测量，利用获得的速度计算杨氏模量和泊松比，评价样品的脆性指数。并对岩心样品进行单轴加压至最后破裂，此过程中采用超声探头记录了裂缝扩展所产生的声发射，以及每mpa应力变化获得波速。利用波速随应力变化得到其应力敏感性，采用声发射获得储层岩心破裂的活动性指数。利用脆性系数、应力敏感性系数、破裂的活动性指数，综合评价致密储层样品的成缝能力。
本实施例提供的页岩储层成缝能力测试装置，将样品的脆性系数、速度应力敏感性指数以及声发射活动性指数作为评价页岩储层样品成缝能力的评价系数，从而在对页岩储层成缝能力进行测试的过程中，综合考虑了页岩的塑脆性、天然裂缝发育程度以及形成裂缝的破裂活动性，通过基于上述各评价系数共同评价成缝能力的方案，使得测试更为全面准确，且操作简单，适用于油田致密储层成缝能力的评价。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
需要说明的是，本发明各实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
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