[发明专利]横观各向同性页岩储层岩石力学参数的确定方法

说明书

技术领域

本发明属于石油勘探技术领域，涉及岩石力学参数的确定方法，尤其涉及一种利用矿物组分确定横观各向同性页岩储层岩石力学强度参数的方法。

背景技术

在各类工程设计、施工、采矿、石油勘探等领域中，岩石力学参数的确定是制定钻井、完井与油气开发和施工措施的重要依据。尤其在钻井领域中，横观各向同性页岩储层岩石力学参数的确定更为重要，它直接影响着井周应力分布的合理预测，进而影响钻井液泥浆密度窗口的确定。岩石力学参数的合理确定最终影响着油田整体方案的设计，进而影响油田的开采量。

页岩储层是典型的横观各向同性地层，其岩石的力学参数具有很强的各向异性，通常人们通过现场取芯和三轴实验的方法确定其各向异性。但是，硬脆性页岩储层裂缝发育，取芯困难，成本很高，并且耽误钻井作业时间。因此亟需一种既能实时反映地层特征，又能经济有效地计算地层各向异性参数的方法。钻屑是随钻井液返出的岩屑，不仅易于获取、省时省力省钱，而且可以实时反映储层的特征。因此，开展通过利用矿物组分计算横观各向同性页岩储层岩石力学强度参数的实验计算方法的研究是非常必要的。

目前，能够得到横观各向同性页岩储层岩石力学参数的方法主要有两种：一是基于声波测井原理，利用测井资料，建立反演模型，然后计算岩石力学参数；二是基于实验的手段，在现场取较大的岩心柱，在平行于层理面和垂直于层理面的方向上分别取小岩心，利用三轴岩石力学试验仪，通过实验方法得到岩石的弹性模量和泊松比。这两种方法在应用中都存在一定的局限性，一种方法是建立在经验公式的基础上，但是没有实验验证，导致结果存在一定程度的失真；另一种方法需要通过大量现场岩心获取岩石力学参数，然而获得大量现场岩心费时费力费钱。

公开号为CN103115820A的发明专利公开了一种节理岩体各向异性的确定方法，首先构建能充分反映岩石、节理力学特性和节理空间分布特征的多尺度节理岩体，不同尺度的节理岩体包括三组试样，其长轴方向分别沿X、Y、Z向；然后，沿各类节理岩体的长轴方向进行虚拟单轴压缩加载，获得应力-应变曲线，并提取出岩石力学参数；最后，建立各向异性指数，确定不同尺度下，节理岩体不同轴向的单轴抗压强度和弹性模量等力学参数的各向异性。该方法虽然原理简单、操作方便，但是测量时需要井底岩心，成本较高。又由于某些缝洞型弱胶结储层难以获得岩心，因此本方法在此类储层无法实施。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种横观各向同性页岩储层岩石力学参数的确定方法，其按照先后顺序包括以下步骤：

(1)通过X射线衍射实验，确定某井深的岩石矿物组分，通过声波测井实验记录声波时差，利用声波测井资料反演某井深的岩石孔隙度；

(2)利用测得的岩石矿物组分和孔隙度，确定粘土矿物的体积分数和非粘土矿物的体积分数，进而确定粘土的堆积密度；

(3)通过闭循环-矫正-验证的方法，确定尺度0下页岩的横观各向同性岩石的刚度矩阵；将此刚度矩阵视为页岩唯一的横观各向同性特性的来源。

(4)利用孔隙弹性理论，确定尺度1下页岩的横观各向同性岩石的刚度矩阵；

(5)利用孔隙弹性理论，确定尺度2下页岩的横观各向同性岩石的刚度矩阵；

(6)将步骤(5)中得到的刚度矩阵系数代入杨氏模量、泊松比和剪切模量的反演模型，确定岩石的力学参数。

本发明将实验与理论耦合在一起，即将X射线衍射实验、声波测井实验反演孔隙度方法、横观各向同性反演岩石力学参数理论三者耦合在一起。目前，还没有用实验与理论耦合的方法得到岩石力学参数的先例，只有用单独的理论或者单独的实验得到岩石的力学参数，本发明利用上述三种技术以及在现场获得的岩屑达到分析岩石力学参数的目的，这是前人没有做过的。本发明通过室内实验测得岩石矿物组分及声波测井资料反演的孔隙度，再利用软件编程实现尺度0、尺度1和尺度2下的岩石刚度矩阵求解。可选用Matlab等软件编程。

由于岩屑容易得到，X射线衍射实验方便，理论计算效率高，因此本发明具有省时省力省钱的特点，又由于岩屑是随钻井液实时返到井口的，可反映地层的真实情况，因此本发明所得结果较准确。

优选的是，所述页岩分为三个尺度，分别为尺度0、尺度1和尺度2。