[发明专利]基于黏土壳状模型的砂岩孔隙度有效应力系数计算方法

说明书

本发明涉及基于黏土壳状模型的砂岩孔隙度有效应力系数计算方法，属于岩石力学有效应力系数计算领域；它解决现今利用理论模型计算孔隙度有效模型的方法较少，且精度较低等问题；其技术方案是：提出黏土壳状模型，根据孔隙度有效应力系数定义式，结合黏土壳状物理模型孔隙度定义式，通过链式法得到黏土壳状孔隙度有效应力系数展开式，得到黏土壳状孔隙度有效应力系数方程；将孔隙度、黏土含量、泊松比和刚度比代入到黏土壳状孔隙度有效应力系数模型，计算孔隙度有效应力系数。本发明基于扫描电镜分析结果，提出黏土壳状模型，推导出黏土壳状孔隙度有效应力系数模型，精确计算孔隙度有效应力系数，计算效果精确度较高，可推广性强。

技术领域

本发明涉及基于黏土壳状模型的砂岩孔隙度有效应力系数计算方法，属于岩石力学有效应力系数计算领域。

背景技术

所有油气储层岩石都属于多孔介质，而多孔介质与一般的固体材料最大的区别在于前者具有孔隙且孔隙中包含有流体，孔隙流体将会产生孔隙流体压力。因此在研究油气储层岩石的力学性质和与力学性质有关的物理性质如应力敏感性时，往往借助有效应力定律的概念。有效应力规律的研究是从机理上认识储层应力敏感程度的基础，许多学者基于此建立了一系列表征孔隙度和渗透率与有效应力之间关系的模型。对有效应力规律的研究，实质是对有效应力系数的探讨，明确孔隙度有效应力系数至关重要。

而目前对孔隙度有效应力系数进行研究的文献较少，专利号为CN201710403114.4的《一种确定岩石有效应力系数的方法》，绘制不同围压下卸载偏压增量与轴向/环向应变增量的关系曲线，对该曲线进行数据拟合，得到与偏压等级相关的有效弹性模量和泊松比；通过公式计算出岩样的轴向有效应力系数和环向有效应力系数，该方法获得的有效应力系数相对可靠，但需要试验完成，成本较高。专利号为CN201410320028.3的《一种基于孔隙压缩实验确定岩石有效应力系数的方法》拟合有效应力与孔隙压缩系数的拟合函数，测量饱和岩心的孔隙压力恒定值和增加围压后的孔隙压力值，确定岩心孔隙体积减小量，根据岩石骨架承受的有效应力和岩石孔隙压缩系数的计算公式，最终确定岩石有效应力系数值，该方法测试设备简单，拟合结果存在多解性，结果准确度存疑。2017年，潘珂在硕士毕业论文《含粘土致密砂岩孔隙度应力敏感研究》设想出四种粘土的分布形态，假设粘土不仅存在于孔隙之中，而且有一部分存在于孔隙外，直接受围压的作用，推导出了孔隙度有效应力计算模型，但该模型与实际情况不太相符，且计算出的结果与实际的真实结果相差较大，计算结果的准确性存疑。

总体而言，目前计算和分析孔隙度有效应力系数的方法大多是利用物理实验进行计算和测量，少有的利用理论模型进行计算的方法计算准确度存疑，需要更为精确的计算方法。

发明内容

本发明目的是：为了解决现今利用理论模型计算孔隙度有效模型的方法较少，且精度较低等问题，本发明基于扫描电镜分析结果，提出黏土壳状模型，推导出黏土壳状孔隙度有效应力系数模型，精确计算孔隙度有效应力系数，计算效果精确度较高，可推广性强。

为实现上述目的，本发明提供了基于黏土壳状模型的砂岩孔隙度有效应力系数计算方法，该方法包括下列步骤：

S100、基于扫描电镜分析结果，绿泥石和伊利石以壳状的形式粘附于孔隙内壁，提出黏土壳状模型，确定含黏土矿物的岩样的孔隙度、黏土含量、泊松比和刚度比；

S200、根据孔隙度有效应力系数定义式，结合黏土壳状物理模型孔隙度定义式，通过链式法得到黏土壳状孔隙度有效应力系数展开式，主要步骤为，

S201、确定孔隙度有效应力系数定义式以及黏土壳状物理模型孔隙度定义式，所述孔隙度有效应力系数定义式为，式中为孔隙度有效应力系数，无量纲量；φ为孔隙度，无量纲量；P_p为孔隙压力，单位为MPa；P_c为围压，单位为MPa；所述黏土壳状物理模型孔隙度定义式为，式中：为孔隙内半径，单位为μm；b为孔隙外半径，单位为μm；