[发明专利]一种正交各向异性页岩岩石物理模型的建立方法

说明书

本发明公开了一种正交各向异性页岩岩石物理模型的建立方法，包括以下步骤：通过测井、录井、室内测试、各向异性SCA和DEM模型、各向同性SCA和DEM模型、Schoenberg线性滑动模型、Brown‑Korringa模型，从而建立一种可以预测页岩刚度张量的岩石物理模型。本发明分别考虑无机质孔隙和有机质孔隙对建模结果的影响，提出利用吸附气和游离气的含量，结合总孔隙度分别计算有机质孔隙和无机质孔隙的含量，综合考虑了页岩各向异性的成因和发育有垂直裂缝的情况，解决了正交各向异性页岩刚度系数难以获取的问题。

技术领域

本发明涉及一种正交各向异性页岩岩石物理模型的建立方法，属于岩石物理技术领域。

背景技术

页岩的微观性质会对宏观性质产生重要的影响，例如有机质矿物的定向排列、成层以及岩石中扁平状孔隙(横向发育微裂缝)的存在是导致页岩表现出横观各向同性的主要原因。页岩岩石在平行于层面方向和垂直于层面方向的弹性性质存在较大差异，最明显的就是两个方向上的杨氏模量和泊松比有所不同。常规油气藏(例如砂岩油气藏、碳酸盐岩油气藏)往往表现出各向同性的特性，其弹性参数仅需2个独立弹性刚度系数即可表征。而一般的横观各向同性的页岩弹性特征需要5个独立的弹性刚度系数才能表征。目前的测井仪器最多能获取5个独立弹性刚度系数中的3个，剩余2个仍然无能为力。尽管室内岩石力学实验或经验公式能够获取剩余的2个参数，但经验公式缺乏普适性，室内岩石力学实验则存在周期长、费用高，且数据点不连续的缺点。对于发育有垂向裂缝的页岩地层，其不再表现出横观各向同性特征，而是呈现出正交各向异性特征，要描述正交各向异性页岩地层的弹性特征需要多达9个独立的弹性常数，测井和地震等地球物理方法更是无能为力。岩石物理方法是架接岩石微观物性特征(岩石矿物组分、孔隙及其填充物、矿物颗粒形状、胶结程度、连通性等)和宏观弹性特征(波速、岩石弹性参数)的桥梁。

为模拟富含有机质页岩的等效弹性性质，以扫描电镜获得的黏土-干酪根矿物定向排列特征为基础，Vernik通过对Backus平均进行改进来模拟页岩的等效弹性性质，尽管修正后的Backus取得了良好的预测效果，但其计算公式为半经验公式，不具有普适性。Hornby等人从各向同性自洽模型(SCA)和微分等效介质模型(DEM)出发，推导了各向异性的SCA和DEM模型，基于扫描电镜，引入高斯分布模拟了页岩中黏土和干酪根的定向排列分布和成层特性。Bandyopadhyay和Wu将将干酪根视为背景介质，利用V-R-H界限计算除干酪根以外的混合岩石矿物的等效弹性模量，并通过各向异性DEM模型将混合物添加到干酪根中，来模拟富含有机质页岩的弹性属性。通常情况下干酪根含量很少，不足以在地层中形成连续的背景，并且V-R-H界限计算的混合物的等效弹性模量有较大误差，此外该模型模拟出的岩石内部流体处于离散状态。考虑到流体的连通问题，Hu利用各向异性SCA和DEM模拟的黏土和流体混合物作为背景介质，并将其余矿物用V-R-H界限模拟干酪根、石英、方解石等混合物的等效弹性模量，最后用各向异性DEM将混合物添加到背景介质中，由于干酪根和石英等矿物的弹性模量差异较大，因此该模型也存在较大误差；刘子淳针对Wu和Hu模型的局限性，将干酪根作为背景介质，用SCA+DEM模型将孔隙添加到干酪根中以保证孔隙和干酪根的相互连通，利用H-S界限计算除干酪根以外的矿物等效弹性模量并作为包裹体，然后利用DEM添加到背景介质中，最后进行流体替换得到饱和的页岩岩石物理模型，该模型考虑了干酪根及孔隙的相互连通，但没有考虑不同孔隙对建模结果的影响。

上述的的页岩岩石物理建模绝大多数均将页岩地层视为横观各向同性，而无法描述发育有裂缝的具有正交各向异性特征页岩弹性特征。充分考虑页岩的各向异性成因和特征，建立具有正交各向异性特征的页岩岩石物理模型，可以为正交各向异性页岩地层的弹性刚度矩阵获取，各向异性地层地应力评价，井壁稳定分析等提供基础参数。

发明内容

针对上述问题，本发明主要是克服现有技术中的不足之处，提出一种正交各向异性页岩岩石物理模型的建立方法。

本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种正交各向异性页岩岩石物理模型的建立方法，包括以下步骤：