一种通过岩石材料计算岩石弹性特性的方法与流程

1.本发明涉及地质检测技术领域，具体为一种通过岩石材料计算岩石弹性特性的方法。


背景技术：

2.声音在岩石中的传播速度是用来测量和理解地球地表下岩石的一个关键参数。测量得到的声波速度可以分为纵波和横波，本文以下部分分别用vp和vs 表示。
3.通常，这两种声波速度是通过地面地震成像或井下测量设备直接测量所得。在地震成像测量时，使用炸药或者机械冲击设备等震源产生地震波并向地下传播，然后位于陆地、海底或者海面的地震波检测器探测和记录入射地震波与地下地层相互作用形成的反射地震波；井下设备测量声波速度也采用了与地面地震类似的原理，不同之处在于震源和接收器同时位于井下电缆工具中。通常情况下，震源是一种利用电流产生地震波的电磁装置，然后使用一个类似的检波器来检测和测量来自地层的反射波。
4.地面技术的优势是可以测量大量的地下数据体，提供对地下情况的区域性认知。然而，这种区域性勘测的缺点是测量的基础分辨率取决于采集的具体参数和数据处理，精度一般是米级。为了实现米级以下的地震分辨率，就需要设备在被下放到井下以及回收的过程中对小范围内的地层进行更直接的测量。
5.尽管井下设备可以提供非常精细的结构信息，但这一优势带来的损耗是只能处理相对较小的地下体积，而且由于大多数井下探测工具的探测距离只有几厘米，所有的数据只能来自于钻井井孔附近。这两种技术除了检测分辨率不同之外，都有一个共同的缺点，这两种技术按照要求获取数据并将数据处理为可用格式的成本都很高，地面地震技术的成本比井下测量高几个数量级。由于井下设备测量时需要和岩石表面直接接触，所以从井下设备获取数据通常在井眼钻进过程中，下套管之前完成。这意味着，一旦钻完井并下完套管，再次获取井下数据就受到了限制。此外，由于井下工具需要与地层表面直接接触，这意味着测量工作很容易受到井眼条件的影响，因此大多数井下设备都是为测量直井设计的。而且由于设备下入到水平段时往往会下沉到井底，部分设备无法与井顶接触，这使得测量水平段地层变化变得更加困难。


技术实现要素：

6.(一)解决的技术问题
7.针对现有技术的不足，本发明提供了一种通过岩石材料计算岩石弹性特性的方法。
8.(二)技术方案
9.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种通过岩石材料计算岩石弹性特性的方法，包括以下步骤：
10.第一步：从岩屑中获得数据，数据从正钻井的钻机中获得、来自于过去已完钻井的
岩屑样品或者从世界各地的岩屑库中获取岩屑样品；
11.第二步：对岩屑样品进行预处理，得到处理后的岩屑样品；
12.第三步：对处理后的岩屑样品进行烘干处理，得到干燥的岩屑样品；
13.第四步：将干燥的岩屑样品固定在固化介质中，得到固化样品；
14.第五步：对固化样品进行切割，暴露出岩屑的横截面，得到切割后的样品；
15.第六步：对切割后的样品暴露出岩屑的横截面进行分析，得到分析数据；
16.第七步：进行重复分析，要求分析两套样品，第一套样品是具有直接测量的测井数据的直井样品；
17.第八步：根据分析数据，进行建模，从标准岩石物理模型开始，包括成熟的砂岩地层模型、页岩地层模型和碳酸盐地层模型，得到模型一；
18.第九步：对模型一进行校正，得到校正后模型；
19.第十步：利用岩石物理模型模拟声波速度(vp和vs)，除了使用来自岩屑分析的信息之外，还使用总垂直深度(tvd)、体积密度(ρ)和有效孔隙度(φ) 参数，进行计算，得到计算数据。
20.优选的，所述第二步中的预处理包括以下内容：首先对进行筛选，使用标准分样筛去除样品中较大的颗粒，收集介于粗分样筛和细分样筛之间的样品作为最后的样品用于分析；
21.对岩屑样品进行处理以去除表面污染，新鲜获得的岩屑样品和来自仓库的陈旧岩屑处理过程是相同的，对岩屑样品进行清洗，清洗岩屑样品的清洗液为水以及有机溶剂。
22.优选的，所述第三步中烘干处理：将处理后的岩屑样品进行干燥处理，干燥方式包括但加热表面、空气流动、真空干燥或者微波加热。
23.优选的，所述第四步中固化样品的获取方法如下：样品干燥完成之后，选取一小部分干燥的样品固定在固化介质中，固化介质为液体环氧树脂混合丙烯酸树脂或者加热熔融。
24.优选的，所述第五步中获取切割后样品内容如下：固化样品通过机械切割系统、机械研磨系统、离子束系统或光束系统切割固化后的样品块，暴露出岩屑的横截面。
25.优选的，所述第六步中分析数据内容如下：切割后所得样品的横截面可以使用光学光束、离子束或者电子束系统进行分析，所有可以生成矿物或元素的百分含量和彩色或灰色的高分辨率样品表面图像的分析系统都包括在内。
26.优选的，所述第九步中模型校正包括以下内容：输入第七步中测井数据后得到声波速度与测量到声波速度匹配到可接受的程度，当构成标准岩石物理模型的方程调整到可接受范围内时，使用获得的直井岩屑分析数据输入岩石物理模型，然后将模型中使用岩屑获得的输出数据和使用电缆测井得到的数据对比，比较计算得到的声波速度和岩石特征参数的匹配度，如果需要根据测量数据调整岩石物理模型和岩屑数据中的模型参数，使测量值和预测值之间的相关性达到可接受的范围，确定了岩屑数据所需的校准方程后，就可以使用经过验证的岩石物理模型来预测钻井的声波速度，而无需测量数据。
27.(三)有益效果
28.与现有技术相比，本发明提供了一种通过岩石材料计算岩石弹性特性的方法，具备以下有益效果：
29.1、该通过岩石材料计算岩石弹性特性的方法，这种方法比地面地震成像和井下设备测量更具有成本效益。这种方法仍然需要在地下钻井，但是不需要任何额外的时间或将设备下入井筒内。
30.2、该通过岩石材料计算岩石弹性特性的方法，这种方法只需要正常钻井过程中获得的岩屑，既适用于直井和水平井，又适用于所有的地下条件，如：高温、高压等，这些特殊的地下条件通常会损伤甚至损毁井下设备。最后，这项发明可以应用于过去已完成钻探井，从而为老井的再次分析提供一种手段。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.本发明的第一步是从岩屑中获得数据，这些数据既可以直接从正钻井的钻机中获得，也可以来自于过去已完钻井的岩屑样品(世界各地的岩屑库中有很多这样的样品)。
33.首先需要对样品进行处理以去除表面污染，新鲜获得的岩屑和来自仓库的陈旧岩屑处理过程是相同的，清洗过程要求使用标准分样筛去除样品中较大的颗粒，标准分样筛一般情况下是2毫米(也有可能使用任意更大或者更小的分样筛)。经过粗分样筛筛选之后的样品再使用细分样筛筛选，细标准分样筛一般是65微米(也有可能使用不超过粗分样筛目数的更大或者更小的分样筛)。收集介于粗分样筛和细分样筛之间的样品作为最后的样品用于分析。
34.由于许多直接从钻机和岩屑库获得的样品都会被污染，需要用一种液体清洗获得的岩屑，所使用的液体包括但不限于水、有机溶剂，水或其他清洗液，清洗液的选择取决于样品表面的污染程度和样品放置的年龄。
35.经过筛选、清洗之后，将收集到的中等大小的样品干燥，干燥方式包括但不限于加热表面、空气流动、真空干燥或者微波加热。图解中加热表面、空气流动、真空干燥或者微波加热举例说明了使得样品干燥的可能的系统，但是并不包括所有可能的设计，这一步只是要求样品被干燥。
36.样品干燥完成之后，选取一小部分干燥的样品固定在某种类型的固化介质中。这种固化作用可以通过液体环氧树脂的混合、丙烯酸树脂或者加热熔融的介质实现(以上只是举例可能的固化介质，本过程中使用的材料包含其他任意可以固定岩屑、使其相互之间无法相对移动的固化介质)。
37.然后通过机械切割系统、机械研磨系统、离子束系统或光束系统切割固化后的样品块，暴露出岩屑的横截面(以上仅是生成固化样品块中岩屑横截面的示例系统，包括生成光滑岩屑横截面的任何方法)。
38.切割后所得样品的横截面可以使用光学光束、离子束或者电子束系统进行分析(举例说明了可能的分析系统)，所有可以生成矿物或元素的百分含量和彩色或灰色的高分辨率样品表面图像的分析系统都包括在内。
39.所有有价值样品的收集、准备和分析过程可以重复进行，以便之后计算声波速度。
在此工作过程中，要求分析两套样品，第一套样品是具有直接测量的测井数据的直井样品，分析数据将会被用于校正模型。
40.整个建模流程从现有的标准岩石物理模型开始。现有的模型包括成熟的砂岩地层模型、页岩地层模型和碳酸盐地层模型，还包括任何其他的地层模型。
41.由行业内的专业技术人员对标准岩石物理模型的方程进行调整和校正，使得输入测井数据后得到声波速度与测量到声波速度匹配到可接受的程度。
42.当构成标准岩石物理模型的方程调整到可接受范围内时，获得的直井岩屑分析数据输入岩石物理模型，然后将模型中使用岩屑获得的输出数据和使用电缆测井得到的数据对比，比较计算得到的声波速度和岩石特征参数的匹配度。如果需要，可以根据测量数据调整岩石物理模型和岩屑数据中的模型参数，使测量值和预测值之间的相关性达到可接受的范围。确定了岩屑数据所需的校准方程后，就可以使用经过验证的岩石物理模型来预测钻井的声波速度，而无需测量数据。
43.测量从钻井收集的岩屑，确定验证的岩石物理模型和数据校准参数。
44.利用岩石物理模型模拟声波速度(vp和vs)，除了使用来自岩屑分析的信息之外，还使用了总垂直深度(tvd)、体积密度(ρ)和有效孔隙度(φ) 等参数。表1展示了使用岩石物理模型模拟声波速度用到的岩石参数、来自岩屑的数据以及一些可能用到的方程。表1中展示的并不是所有的参数和方程。
[0045][0046]
a＝公制单位与英制单位的比例系数。
[0047]
b＝0.08
–
0.10之间的比例系数。
[0048]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。