致密砂岩储层可压裂性定量评价方法、系统、设备及终端

本发明属于致密砂岩油气开发，尤其涉及一种致密砂岩储层可压裂性定量评价方法、系统、设备及终端。

背景技术：

1、目前，深层致密砂岩储层埋深较大、地应力规模较大且岩石力学各向异性较强，在优选致密砂岩储层“地质工程双甜点”时，采用单一因素往往无法有效优选，因此，有学者提出可压裂性的概念，即在压裂过程中储层能够有效压裂形成复杂缝网，有利于储层改造获得有效的工业产能。可压裂性模型的构建，必须需要考虑的是岩石是否容易被压开，能否形成复杂缝网，储层改造过程需要消耗的弹性能量及压裂裂缝能否更好地纵向延伸等因素，以上因素对深层致密砂岩储层的可压裂性准确评价至关重要。而当前可压裂性评价模型大多采用页岩储层可压裂性的评价方法，并以岩石力学或矿物脆性指数法来进行评价，其在深层致密砂岩储层评价过程中应用效果较差，难以适用于其可压裂性的准确评价，严重制约了深层致密砂岩储层纵向上甜点段的选取与压裂改造优化。

2、为了解决单一因素可压裂性评价模型精度较差的缺点，学者们开始探索多因素耦合下的储层可压裂性综合评价。其中，徐长贵等利用有机碳含量、含水饱和度、孔隙度、渗透率、脆性指数、杨氏模量、剪胀角、耗散能、断裂韧性、逼近角、地应力差等各种地质评价参数进行耦合，综合考虑储层地质情况、岩石矿物、地应力、天然裂缝等因素对储层可压裂性的耦合关系，采用裂缝复杂度作为量化结果来评价地质力学评价参数的权重，以此完成对砂岩储层的可压裂综合评价。赵宁等以脆性指数、断裂韧性、水平两向应力差系数作为特征指标，定量评价储层可压裂性。窦亮彬等通过分析影响页岩体积压裂过程中压碎难度、缝网的复杂度、获得较高改造体积的概率以及压裂后导流能力等方面，重新定义了可压裂性的科学内涵，基于页岩脆性、围压、天然裂缝发育程度、断裂韧性和抗压强度，建立了页岩可压裂性评价新模型。

3、但是，现有技术提出的可压裂性评价指数的评价参数要么过多，在实际压裂优选过程中存在计算复杂、地质资料不全时难以有效评价储层可压裂性等缺点；要么可压裂性评价主要以力学参数为特征指标，没有充分考虑压裂缝网的纵向延展能力，是否能形成体积缝网，能否有效沟通纵向储层。目前该方法的实际应用还有一定限制。对可压裂性主控因素中脆性指数的定义尚存在争议，在可压裂性指标构建中，往往不足以表征岩石内部的变形及能量消耗转换情况。

4、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

5、(1)现有的可压裂性评价模型大多是针对页岩储层构建的，因此在深层致密砂岩储层评价过程中应用效果不佳，难以准确评估其可压裂性。这种情况严重制约了深层致密砂岩储层纵向上甜点段的选取与压裂改造优化。

6、(2)现有技术提出可压裂性指数的评价参数过多，在实际压裂优选过程中存在计算复杂、地质资料不全时难以有效评价储层可压裂性等缺点。

7、(3)现有的可压裂性评价主要依赖于力学参数作为特征指标，然而，这并未充分考虑到压裂缝网的纵向延展能力，以及能否形成体积缝网和有效沟通纵向储层的重要性。

8、(4)现有的致密砂岩储层可压裂性评价方法在实际应用中仍存在一定的局限性，对于可压裂性的主要控制因素——脆性指数的定义，仍存在争议；在构建可压裂性指标时，往往不足以完全表征岩石内部的变形情况以及能量消耗转换情况。这些限制和争议影响了我们对可压裂性的深入理解和准确评价。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种致密砂岩储层可压裂性定量评价方法、系统、设备及终端，尤其涉及一种基于岩石力学层纵向非均质性的致密砂岩储层可压裂性定量评价方法、系统、介质、设备及终端。

2、本发明是这样实现的，一种致密砂岩储层可压裂性定量评价方法，该方法包括以下步骤：首先，系统地对致密砂岩储层岩石力学层的纵向非均质性进行分析。然后，优选出包括岩石脆性指数、两向应力差系数、破裂消耗能量强度、裂缝发育指数、最小水平主应力以及岩石力学层系数在内的六个参数作为致密砂岩储层可压裂性综合评价的主控因素。接下来，利用层次分析法来确定这六个参数在评价模型中的权重。最后，经过压裂参数和产能数据的校验后，完成对深层致密砂岩储层的可压裂性综合评价。

3、进一步，致密砂岩储层可压裂性定量评价方法包括以下步骤：

4、步骤一，利用静态岩石力学参数计算岩石脆性指数、破裂消耗能量强度并构建岩石力学层系数；

5、步骤二，计算最小水平主应力、水平两向应力差系数和裂缝发育指数；

6、步骤三，对岩石脆性指数、两向应力差系数、破裂消耗能量强度、裂缝发育指数、最小水平主应力以及岩石力学层系数进行归一化处理；

7、步骤四，采用层次分析法确定参数权重，并构建可压裂性综合评价指标。

8、进一步，步骤一中的利用静态岩石力学参数计算岩石脆性指数、破裂消耗能量强度并构建岩石力学层系数包括：

9、(1)对岩石力学参数进行动静校正：利用岩心样品三轴实验测得泊松比和弹性模量，对测井计算的弹性模量和泊松比进行动静矫正，具体包括：

10、利用声波测井资料确定岩石的动态杨氏模量和动态泊松比，计算公式如下：

11、

12、

13、式中，μd为动态泊松比，无量纲；δts为横波时差，μs/ft；δtp为纵波时差，μs/ft；ρb为岩石体积密度，g/cm3；ed为动态杨氏模量，gpa。

14、基于三轴室内实验结果，对测井计算的弹性参数进行动静校正，得出动静校正关系如下：

15、μs＝2.6822μd-0.3078；

16、es＝0.8175ed-0.2737；

17、式中，μs为静态泊松比，无量纲；es为静态杨氏模量，gpa。

18、(2)计算脆性指数b

19、选取杨氏模量和泊松比两个参数评价分析区的岩石脆性分布特征；基于岩石破裂过程通过构建脆性评价指标bec获取脆性，脆性评价指标bec构建公式如下：

20、

21、式中，bec为脆性评价指标，是bc段斜率，取绝对值；为ab段斜率；ue为塑性屈服阶段积累在试样内部的总能量；uf为峰后断裂能。

22、在实验构建的脆性评价指标bec的基础上对比杨氏模量和泊松比的相关性，进一步将实验脆性评价结果转化到可直接利用杨氏模量和泊松比构建的测井脆性指数评价上。

23、脆性指数方法计算公式如下：

24、b＝es/μs；

25、式中，b为脆性指数，gpa。

26、(3)计算破裂消耗能量强度w

27、基于三轴实验过程中岩样试件全应力-应变曲线图，分析岩样能量演化过程和消耗能量强度，构建岩石破裂消耗能量强度w与杨氏模量关系图版。

28、故破裂消耗能量强度的计算公式如下：

29、w＝0.215es2-14.618es+255.75；

30、式中，w为破裂消耗能量强度，n·mm·mm-3。

31、(4)计算岩石力学层系数r

32、基于脆性指数分布于特征，将岩石按脆性由差到好分为1～4级；以5m为界限，同一脆性分级厚度不足5m的合并为一套岩石力学层，5m以上则分为两套岩石力学层；将组合脆性指数和组合厚度的乘积定义为岩石力学层系数，表征岩石力学层压开的难易程度。

33、岩石力学层系数计算公式如下：

34、

35、

36、

37、式中，为组合评价脆性指数，无量纲；为组合厚度，m；h0、h分别为同一岩石力学层的初始深度和终止深度，m；rb为同一岩石力学层的级数值，无量纲；r为岩石力学层系数，无量纲；为小于5m时对应的组合评价脆性指数。

38、进一步，步骤二中的计算最小水平主应力、水平两向应力差系数和裂缝发育指数包括：

39、(1)采用黄荣樽模型测井计算地应力大小，模型计算公式如下：

40、

41、

42、

43、式中，σv为垂向主应力，mpa；h为深度，m；g为重力加速度，m/s2；σh、σh为最大水平、最小水平主应力，mpa；pp为地层孔隙压力，mpa；α为biot系数，无量纲；a、b为反应水平方向上构造应力大小的两个系数，无量纲。

44、(2)计算水平两向应力差系数sh

45、水平两向应力差系数计算公式如下：

46、

47、式中，sh为水平两向应力差系数，无量纲。

48、(3)计算裂缝发育指数i

49、根据成像、岩心资料，建立裂缝识别训练样本、倾角识别样本、开度识别样本、充填识别样本和非裂缝段样本；通过整合多参数训练样本，基于智能算法识别裂缝；综合计算五种裂缝特征参数，优选算法分级评价计算精度，建立天然裂缝智能评价体系，最终构建裂缝发育指数的综合判别计算公式如下：

50、i＝0.06sp+0.18gr+0.18ac+0.125den+0.125cn+0.33rd/rs；

51、式中，i为裂缝发育指数，无量纲；sp为自然电位，mv；gr为自然伽马，api；ac为声波时差，μs/ft；den为岩石密度，g/cm3；cn为中子密度，pu.；rd、rs分别为深、浅双侧向电阻率值，ω·m。

52、进一步，步骤三中的对岩石脆性指数、两向应力差系数、破裂消耗能量强度、裂缝发育指数、最小水平主应力以及岩石力学层系数进行归一化处理包括：

53、岩石脆性指数、裂缝发育强度为正向指标，归一化处理公式如下：

54、

55、式中，sp代表正向指标，无量纲；x为对应深度的参数值；xmin为目的层的最小参数值；xmax为目的层的最大参数值。

56、破裂消耗能量强度、两向应力差系数、最小水平主应力和岩石力学层系数为负向指标，归一化处理公式如下：

57、

58、式中，sn代表负向指标，无量纲。

59、进一步，步骤四中的采用层次分析法确定六个参数的权重，并构建可压裂性综合评价指标包括：

60、综合判断岩石脆性指数、两向应力差系数、破裂消耗能量强度、裂缝发育指数、最小水平主应力以及岩石力学层系数在可压裂性指标主控因素中的优先级顺序，采用层次分析法确立各参数权重，构建分析区深层致密砂岩储层可压裂性综合评价指标。其中，可压裂性综合评价指标的构建公式如下：

61、

62、式中，fi为可压裂性综合评价指标，无量纲；w为各参数权重，无量纲；p为归一化后的可压裂性评价指标，无量纲。

63、最终分析区的可压裂性综合指标构建如下式：

64、fi＝0.248bp+0.215shn+0.165wn+0.1665ip+0.124σhn+0.083rn；

65、式中，bp为归一化后的岩石脆性指数，无量纲；shn为归一化后的两向应力差系数，无量纲；wn为归一化后的破裂消耗能量强度，无量纲；ip为归一化后的裂缝发育指数，无量纲；σhn为归一化后的最小水平主应力，无量纲；rn为归一化后的岩石力学层系数，无量纲。

66、本发明的另一目的在于提供一种应用所述致密砂岩储层可压裂性定量评价方法的致密砂岩储层可压裂性定量评价系统，致密砂岩储层可压裂性定量评价系统包括：

67、岩石力学系数构建模块，用于对岩石力学参数进行动静校正，利用静态岩石力学参数计算岩石脆性指数、破裂消耗能量强度并构建岩石力学层系数；

68、岩石非均质性分析模块，用于对致密砂岩储层岩石力学层纵向非均质性进行分析，计算最小水平主应力、水平两向应力差系数和裂缝发育指数；

69、系数处理模块，用于对岩石脆性指数、两向应力差系数、破裂消耗能量强度、裂缝发育指数、最小水平主应力以及岩石力学层系数进行归一化处理；

70、可压裂性评价模块，用于确定参数权重并构建可压裂性综合评价指标，经压裂参数和产能数据校验后，完成致密砂岩储层可压裂性综合评价。

71、本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，计算机设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行所述致密砂岩储层可压裂性定量评价方法的步骤。

72、本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行所述致密砂岩储层可压裂性定量评价方法的步骤。

73、本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，信息数据处理终端用于实现所述致密砂岩储层可压裂性定量评价系统。

74、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

75、第一，本发明的致密砂岩储层可压裂性定量评价方法，充分考虑了致密砂岩储层岩石力学层纵向非均质性，优选了岩石脆性指数、两向应力差系数、破裂消耗能量强度、裂缝发育指数、最小水平主应力以及岩石力学层系数等6个参数来构建可压裂性综合评价指数，并利用层次分析法确定了各参数在评价模型中的权重，并经过压裂参数和产能数据校验后，完成对深层致密砂岩储层的可压裂性综合评价。本发明通过引入裂缝发育指数，裂缝发育指数是以智能算法为基础，综合各种裂缝参数，对测井数据进行优选，最终拟合出裂缝发育指数的计算公式，能够更好的表征地下储层改造过程中复杂缝网形成的难易程度。

76、由于压裂施工的成本较高，压裂技术在不同地区适用性差异较大等问题，构建适用的可压裂综合评价模型是极其必要的，本发明通过构建有效的可压裂综合评价模型选择出合适的压裂层段可以大大节约成本和节省时间，完成有效的储层压裂改造和高效的油气开采。由于可压裂性主控因素之一的脆性指数表征方式各异，大多孤立的考虑应力-应变曲线峰前或峰后的破坏特征，且室内实验评价方法耗时、成本高，测井评价方法又计算步骤复杂，不足以表现岩石发生破裂的性质。本发明的致密砂岩储层可压裂性定量评价方法采用杨氏模量与泊松比的比值来共同约束岩石的脆性，对于以高杨氏模量和低泊松比为主的块状致密砂岩应用效果较为显著，并综合考虑高脆性储层所引起的较大压裂弹性能的消耗，故引入破裂消耗能力强度来表征岩石中水力裂缝维持向前扩展的能力。本发明基于脆性指数分布特征，将岩石按脆性由差到好分级；以5m为界限，同一脆性分级厚度不足5m的合并为一套岩石力学层，5m以上则分为两套岩石力学层；将组合脆性指数和组合厚度的乘积定义为岩石力学层系数，表征岩石力学层压开的难易程度，且能体现压裂裂缝能否纵向上穿透更多的储层段。

77、本发明对可压裂性影响因素考虑的更加细致全面，平面上考虑最小水平主应力和两向应力差系数来共同约束地应力的影响，纵向上构建岩石力学层系数来反映岩石压开的难易程度以及压裂后能够上下沟通气层的深度范围，以脆性指数和破裂消耗能量强度反映岩石自身性质对压裂的影响，以裂缝发育系数来作为能否形成复杂缝网的重要诱因。本发明根据常用的脆性评价指标选择了适用于分析区的e/μ弹性参数来表征脆性指数，计算简单，适用性较强，在以块状致密砂岩为主的储层中，能明显的反映岩石力学性质的细微变化。另外，本发明引入了岩石力学层系数，利用组合脆性指数和组合厚度共同表征岩石力学层的压开难易程度，能进一步缩小对压裂层段的优选范围。现有技术大多是以力学性质反映是否能够形成复杂缝网，而本发明的致密砂岩储层可压裂性定量评价方法则是直接引入裂缝发育指数，以天然裂缝的发育程度作为诱因，将其作为复杂缝网形成的先决条件之一，能更优的体现可压裂层段选取的科学性。

78、第二，本发明从平面上、纵向上、岩石自身力学性质以及天然裂缝发育程度等方面共同约束可压裂性，对可压裂模型的构建考虑的更为详细。本发明通过脆性指数e/μ的构建，适用于致密储层岩石的脆性评价。本发明引入了裂缝发育指数，以天然裂缝的发育程度作为形成复杂缝网的重要诱因是其他大多现有技术没有考虑的。本发明引入了岩石力学层系数，基于脆性指数将岩石进行分类，以岩石的组合脆性指数和组合厚度的乘积来定义岩石力学层系数，可以从纵向上反应岩石力学层压开的难易程度，能进一步缩小对压裂层段的优选范围。

79、现有技术对可压裂性影响因素考虑的不够全面，大多只考虑了岩石的力学性能，而本发明则是从平面上、纵向上、岩石自身力学性质以及形成网状裂缝的诱因出发，对可压裂综合指标的构建更加全面，可应用范围更广。本发明提出了岩石力学层系数的概念，为纵向上选择可压裂层段的大大缩小了范围。同时，本发明还构建了裂缝发育指数，为复杂缝网的形成提供了先决条件。

80、第三，本发明是专门针对深层致密砂岩储层构建的可压裂性模型，不仅考虑了深层致密砂岩储层构造应力强、地应力较大、裂缝发育等特点，还充分考虑了储层岩石自身力学性质、储层纵向上非均质、能否形成网状裂缝诱因等因素。通过综合分析这些因素，本发明提供了一种更准确、可靠的方法来评估深层致密砂岩储层的可压裂性。

81、本发明填补了人们在评价深层致密砂岩储层的可压裂性方面存在的技术偏见。过去，人们普遍认为只有具有高脆性指数的岩石才具有可压裂性，然而本发明表明，即使岩石具有高脆性指数，但如果其对应的岩石力学层厚度较大，仍然难以进行压裂。另一方面，如果岩石的脆性指数较低，但具有较低的最小水平主应力和较好的裂缝发育指数等特征，那么这种储层岩石仍然具有较好的可压裂性。这种全新的视角和方法填补了行业内的技术空白，为深层致密砂岩储层的压裂改造提供了更为准确和可靠的技术支持。

82、本发明的技术方案还提供了一种有效的压裂参数和产能数据校验方法，这使得可压裂性评价结果更加准确可靠。通过层次分析法确定各参数的权重，可以更好地反映不同参数对于可压裂性的影响程度，从而使得评价结果更加客观、公正。