一种与工程力学参数相关的脆性指数预测方法技术

本发明专利技术涉及一种与工程力学参数相关的脆性指数预测方法，属于石油天然气勘探的技术领域。本发明专利技术的方法包括以下步骤：1)岩心取样设计与取样；2)岩心样品矿物成分测试；3)岩心样品杨氏模量和泊松比测试；4)建立岩石矿物成分与工程力学参数之间的数学模型，确定矿物成分与岩石力学参数之间的关系；5)计算所有样品的工程力学参数；6)计算岩石脆性指数。本发明专利技术所述的方法通过数学模型得到岩石力学参数与矿物成分之间关系，得到矿物含量与岩石脆性指数之间的关系。该方法具有试验周期短、取样操作简单和节约成本的特点，能更加高效地指导岩层的可压裂性评价，为油气勘探开发提供技术支撑。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石油天然气勘探的
，更具体地说，本专利技术涉及一种与工程力学参数相关的脆性指数预测方法。
技术介绍
在致密油开发过程中，岩石脆性是可压裂性评价过程中的一项重要参数。代表岩石脆性的工程力学参数主要为杨氏模量和泊松比，由于测试地层杨氏模量和泊松比必须依赖岩心资料，并且价格昂贵，一般获得数据较少。早期的研究中，常使用主要脆性矿物(石英)含量、或脆性矿物组合(石英长石、白云石、方解石等)含量的高低来计算岩石样品的脆性指数。一方面，由于矿物以及矿物组合的含量与工程力学参数之间并没有建立必然的相关性，计算脆性指数与岩石可压裂性之间没有很好的对应关系；另一方面不同矿物之间的工程力学参数是不同的，脆性矿物之间简单的累加结果不能被有效地应用于岩石的可压裂性评价。
技术实现思路
为了解决致密油气储层可压裂性评价过程中脆性指数的确定问题，本专利技术的目的在于提供一种与工程力学相关的、且方便快捷计算的脆性指数预测方法。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种与工程力学参数相关的脆性指数预测方法，其特征在于包括以下步骤：1)岩心取样得到岩心样品；2)对岩心样品的矿物成分进行测试；3)对岩心样品的杨氏模量和泊松比进行测试；4)根据杨氏模量和泊松比计算岩心样品的脆性指数；5)建立矿物成分与脆性指数之间的数学模型，确定矿物成分与脆性指数之间的关系；6)利用矿物成分计算脆性指数。其中，在步骤1)中，在岩心段内均匀分布取出被用于成分测试的岩芯样品，并且岩芯样品能够被用于岩石成分和工程力学参数的测试。其中，在步骤2)中，使用X-ray衍射法(XRD)确定岩心样品的成分及其相对含量。其中，在步骤3)中，对岩心样品采用岩石力学三轴实验，得到岩心样品的应力应变曲线，从而得到岩心样品的杨氏模量和泊松比。其中，在步骤4)中，根据杨氏模量和泊松比计算岩心样品的脆性指数，其计算方法如下：根据杨氏模量和泊松比的归一化结果，定义二者的均方根为脆性指数；YBrit＝(yi-ymin)/(ymax-ymin)×100BBrit＝(bmax-bi)/(bmax-bmin)×100Brit=YBrit2+BBrit22]]>式中：YBrit为归一的杨氏模量；yi为杨氏模量的测量值，ymax为杨氏模量最大值，ymin为杨氏模量最小值，BBrit为归一的泊松比；bi为泊松比的测量值；bmax为泊松比最大值；bmin为泊松比最小值；Brit为脆性指数，无量纲。其中，在步骤5)中，建立矿物成分与脆性指数间的数学模型，确定矿物成分与脆性指数之间的关系。并且，步骤5)包括以下子步骤：5a)模型假设：假设模型内共有m个岩心样品，每个岩心样品内共有n种矿物成分；岩心样品的矿物成分组成视为一个Rn样品空间，那么m个岩心样品的矿物成分构成一个点集，样品空间的矿物成分矩阵Amn：Amn=a11a12...a1na21a22...a2n............am1am2...amn]]>在Rp空间中，可以找到一通过原点的一维子空间F1，表示该一维子空间F1的直线的方向由一个单位向量u1∈Rn来定义；在F1上第i个脆性指数值可由观察值Mi∈Rn由相应点映射到u1而得，F1上的坐标由下式给出：Briti=MiTu1||u1||=MiTu1]]>使用“最小二乘法”定义最优线F1：找到u1∈RP以最小化下式：Σi=1n||Mi-Briti||2]]>根据勾股定理：最小化问题式等价于最大化问题变为找到在||u1||＝1约束下最大化得到：Brit1Brit2...Britn=M1Tu1M2Tu1MmTu1=Au1]]>此问题重新表示为：寻找当||u1||＝1时的u1∈Rn以最大化二次项(Au1)TAu1)或maxu1Tu1u1TMTMu1]]>把矿物成分Mi到脆性指数Brit的映射视为多元线性归回模型Brit＝β1m1+β2m2+…+βnmn式中β1β2…βn为回归系数式中b1b2…bn为回归系数的估计值。5b)参数估计Brit=Brit1Brit2...BritnM=m11m12...m1nm21m22...m2n............mm1mm2...mmnB=b1b2...bm]]>B＝(M′M)-1X′Y5c)假设检验④相关系数-衡量回归方程与原始数据相符合的程度：总离差平方和SS：称为Brit的离差。全部的离差平方之和称为Brit的总离差平方和SS：SSresid残差平方和反映了实验值与按回归方程计算的值的总偏差，它越小，表明回归效果越好；SS回归回归平方和反映了M与Brit的线性关系而引起Brit变化的大小，它越大，表明回归效果越好；⑤r2相关性检验SS回归越大，M与Brit的回归关系越重要，r2越接近于1，另SSresid越小，线性关系越好；⑥回归方程的显著性检验：为了检验模型中的因变量与自变量之间是否存在显著的线性关系，构造统计量：对于给定显著性水平α，确定拒绝域F＞Fα(k，n-k-1)。计算出统计量值，并判断是否拒绝原假设。其中，在步骤6)中，根据步骤5)中确定的b1，b2…bn，计算岩心样品的脆性指数。与现有的技术相比，本专利技术所述的与工程力学参数相关的脆性指数计算方法具有以下有益效果：1)从工程力学试验的角度出发解决工程压裂过程中所遇见的问题。岩心的可压裂性与其工程力学性质是具有直接联系，其试验结果可直接被用于压裂方案的制定，是可压裂性的直观表现。从工程力学的角度出发解决问题，增加了本专利技术的实用性。2)通过岩石样品的矿物成分含量，寻找工程力学参数的决定因素。岩石的工程力学性质，是由其内部的矿物成分及其相对含量的多少所决定的。不同工程力学性质的矿物，其含量多少，对于岩石的脆性所做的贡献不同。杨氏模量高，泊松比小的矿物，其脆性指数较高。通过数学模型的建立，可以找出研究区工程力学性质与矿物含量之间的关系。3)工程力学试验在样品的要求和时间周期上都要高于对矿物成分分析所需要的费用。本专利技术利用少量的工程力学试验，结合常规测试项目成果，高效快速或得研究区的脆性指数，在保证数据有效性的基础上，节约成本。说明书附图图1为矿物含量与脆性指数间的映射模型图。图2岩石力学三轴压力试验岩心样品压裂前的照片。图3岩石力学三轴压力试验岩心样品压裂后的照片。图4某井不同方法计算出的岩石脆性指数。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术所述的脆性指数计算方法做进一步阐述，以帮助本领域的专业技术人员对本专利技术的专利技术构思、技术方案有更完整、更准确和深入的理解；需要声明的是在在具体实施例的描述都是示例性的，而并不意味着对本专利技术保护范围的限制，本专利技术的权利范围以限定的权利要求为准。实施例1本实施例的脆性指数预测方法，其包括以下步骤：1.岩心取样设计与取样；样品按照XRD全岩X衍射分析和工程力学试验的取样要求，保证样品在深度上一致。2.岩心样品矿物成分测试；通过样品进行的XRD衍射试验分析可知，致密岩层内岩石矿物组成多样，主要成分为石英、方解石、方沸石、黏土、白云石、长石、黄铁矿等。其矿物成分测试数据如表1：表1XRD分析矿物成含量样品编号深度(m)层位石英方解石方沸石黏土白云石长石黄铁矿12939.53Ek211324818215222953.31Ek211632713本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种与工程力学参数相关的脆性指数预测方法，其特征在于包括以下步骤：1)岩心取样得到岩心样品；2)对岩心样品的矿物成分进行测试；3)对岩心样品的杨氏模量和泊松比进行测试；4)根据杨氏模量和泊松比计算岩心样品的脆性指数；5)建立矿物成分与脆性指数之间的数学模型，确定矿物成分与脆性指数之间的关系；6)利用矿物成分计算脆性指数。

【技术特征摘要】
1.一种与工程力学参数相关的脆性指数预测方法，其特征在于包括以下步骤：1)岩心取样得到岩心样品；2)对岩心样品的矿物成分进行测试；3)对岩心样品的杨氏模量和泊松比进行测试；4)根据杨氏模量和泊松比计算岩心样品的脆性指数；5)建立矿物成分与脆性指数之间的数学模型，确定矿物成分与脆性指数之间的关系；6)利用矿物成分计算脆性指数。2.根据权利要求1所述的脆性指数预测方法，其特征在于：在步骤1)中，在岩心段内均匀分布取出被用于成分测试的岩芯样品，并且岩芯样品能够被用于岩石成分和工程力学参数的测试。3.根据权利要求1所述的脆性指数预测方法，其特征在于：在步骤2)中，使用X-ray衍射法确定岩心样品的成分及其相对含量。4.根据权利要求1所述的脆性指数预测方法，其特征在于：在步骤3)中，对岩心样品采用岩石力学三轴实验，得到岩心样品的应力应变曲线，从而得到岩心样品的杨氏模量和泊松比。5.根据权利要求1所述的脆性指数预测方法，其特征在于：在步骤4)中，根据杨氏模量和泊松比计算岩心样品的脆性指数，其计算方法如下：根据杨氏模量和泊松比的归一化结果，定义二者的均方根为脆性指数；YBrit＝(yi-ymin)/(ymax-ymin)×100BBrit=(bmax-bi)/(bmax-bmin)×100Brit=YBrit2+BBrit22]]>式中：YBrit为归一的杨氏模量；yi为杨氏模量的测量值，ymax为杨氏模量最大值，ymin为杨氏模量最小值，BBrit为归一的泊松比；bi为泊松比的测量值；bmax为泊松比最大值；bmin为泊松比最小值；Brit为脆性指数，无量纲。6.根据权利要求1所述的脆性指数预测方法，其特征在于：步骤5)包括以下子步骤：5a)模型假设：假设模型内共有m个岩心样品，每个岩心样品内共有n种矿物成分；岩心样品的矿物成分组成视为一个Rn样品空间，那么m个岩心样品的矿物成分构成一个点集，样品空间的矿物成分矩阵Amn：Amn=a11a12...a1na21a22...a2n............am1am2...amn]]>在Rp空间中，可以找到一通过原点...

【专利技术属性】
技术研发人员：周立宏，蒲秀刚，陈长伟，肖敦清，杨飞，韩国猛，马建英，
申请(专利权)人：中国石油大港油田勘探开发研究院，
类型：发明
国别省市：天津;12