一種頁巖氣儲層可壓性評價方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于油氣田開發領域，具體涉及一種頁巖氣儲層可壓性多因素的綜合評價 方法。
【背景技術】
[0002] Chong等將可壓性定義為頁巖儲層在水力壓裂過程中具有能夠被有效壓裂從而 獲得增產能力的性質（ChongK，GrieserWV，PassmanA.Acompletionsguidebookto shale-playstimulationinthelasttwodecades[C]//ProceedingsofCanadian UnconventionalResourcesandInternationalPetroleumConference, 19-210ctober,S PE133874)。但是，該定義較為模糊，并未給出"有效壓裂"的準確解釋。由于頁巖儲層具 有低孔隙度和超低滲透一致密的特點，孔隙度一般為4%~6%，未經壓裂的頁巖基質滲透 率一般為1〇_ 4~10 _9um2,且頁巖儲層內天然弱面較為發育，微地震監測表明頁巖儲層壓裂 改造后形成的是復雜的裂縫網絡，因此常規的單、雙翼縫理論模型已很難滿足頁巖氣井壓 裂改造的需求。
[0003] 縫網壓裂技術是頁巖氣儲層改造的重要手段，即有意識地利用水力裂縫溝通頁巖 儲層中的天然裂縫等地質弱面，使其閉合的部分重新開啟，開啟的部分又相互連通，從而形 成復雜的裂縫網絡。若僅在近井地帶形成復雜的裂縫網絡，獲得的儲層改造體積（SRV)較 小，增產作用有限。
[0004] 頁巖儲層縫網壓裂的理想效果應該是既形成了復雜的裂縫網絡又獲得了足夠大 的儲層改造體積，并能獲取高經濟效益，頁巖可壓性越好取得理想壓裂效果的概率越大。頁 巖壓裂效果除與頁巖地質、儲層特征相關外，還取決于采用的壓裂工藝技術，但可壓性反映 的是頁巖地質、儲層在水力壓裂過程中的綜合特征，與壓裂工藝無關。因此頁巖氣儲層可壓 性可描述為在相同壓裂工藝技術條件下，儲層中形成復雜裂縫網絡并獲得足夠大的儲層改 造體積的概率以及獲取高經濟效益的能力。
[0005] 現階段為獲得工業性的氣流，90 %以上頁巖氣井都需要先實施縫網壓裂改造。但 縫網壓裂技術需要耗費大量的財力、物力，盲目實施壓裂不僅會破壞儲層，還會導致嚴重的 環境問題。因此，為了取得好的儲層壓裂改造效果，避免盲目壓裂，必須先對頁巖氣儲層的 可壓性進行科學評價。
[0006] 現有的頁巖儲層可壓性評價方法主要分為定性的實驗評價法和定量的系數評價 法兩大類。實驗評價法是對頁巖巖心進行一系列室內實驗，仔細觀察記錄實驗現象與結果， 并將獲得的一系列實驗參數與北美頁巖參數進行對比，從而對目標區域內頁巖進行可壓性 評價，此類方法具有一定的準確性，但操作復雜、耗時耗力，不適合在現場推廣；系數評價法 則又可細分為脆性系數法與可壓性系數法，其中脆性系數法應用最廣，系數評價法與實驗 評價法相比具有直觀有效、操作簡單、現場適用強等優點，但現有的可壓性系數評價法存在 因素考慮單一或簡單的多因素疊加的不足，不能全面科學的反映頁巖儲層的可壓性。
[0007] 綜上所述，目前需要的頁巖氣儲層可壓性評價方法應該具有以下兩個特點：1. 一 套完整的頁巖氣儲層可壓性影響因素；2. -種全面科學的可壓性評價數學模型。
【發明內容】
[0008] 本發明的目的在于提供一種頁巖氣儲層可壓性評價方法，用于評價壓裂井的儲層 品質，更具有操作性和準確性，為頁巖氣儲層壓裂選井、選層提供了一種新的決策方法，克 服了現有技術存在的缺陷。
[0009] 為達到以上技術目的，本發明提供以下技術方案。
[0010] 首先，對頁巖氣儲層可壓性的四種主要因素進行計算分析，由于四種可壓性影響 因素的參數具有不同的單位和量綱，而且各參數的數值大小和有效范圍不同，為了獲得表 征頁巖儲層可壓性的綜合可壓性系數，需將未定量化的參數進行定量化，再采用極差變換 標準化方法將定量化的參數歸一化，獲得以下四種范圍介于0~1之間的指數：脆性指數、 斷裂韌性指數、天然弱面張開難易指數和天然弱面被穿過指數。極差變換中參數分為正向 指標、逆向指標兩種，正向指標即指標值越大越好，逆向指標即指標值越小越好；其次，引入 復雜縫網概率指數和改造體積概率指數，建立可壓性評價數學模型；最后，根據儲層參數特 征和計算模型特點建立適用于本發明的可壓性等級劃分標準表，確定評價區塊頁巖地層的 可壓性。
[0011] 一種頁巖氣儲層可壓性評價方法，依次包括以下步驟：
[0012] (1)計算頁巖脆性指數Brit。頁巖脆性指數可通過地層巖芯室內三軸巖石力學實 驗測定的靜態楊氏模量和靜態泊松比計算求得。頁巖楊氏模量越高、泊松比越低，脆性越強 (唐穎，邢云，李樂忠，等.頁巖儲層可壓裂性影響因素及評價方法[J].地質前緣，2012， 19(5) :356-363)，計算公式如下：
【主權項】
1. 一種頁巖氣儲層可壓性評價方法，依次包括以下步驟： (1) 計算頁巖脆性指數BHt; (2) 計算頁巖斷裂韌性指數Kn; (3) 計算天然弱面張開難易指數Pn; (4) 計算天然弱面被穿過指數Cn; (5) 引入復雜縫網概率指數Frf和改造體積概率指數，確定儲層可壓性系數FI; (6) 根據儲層可壓性系數FI的大小，評價區塊頁巖地層的可壓性。
2. 如權利要求1所述的頁巖氣儲層可壓性評價方法，其特征在于，所述步驟（1)計算頁 巖脆性指數BHt，如下：
式中： YM_-歸一化的楊氏模量，0~1， PR_-歸一化的泊松比，0~1， YM-評價目的層頁巖靜態楊氏模量，GPa， YM_X、YM"in-全區域內頁巖最大、最小靜態楊氏模量，GPa， PR-評價目的層頁巖靜態泊松比，無因次， PR_X、PR?in-全區域內頁巖最大、最小靜態泊松比，無因次。
3. 如權利要求1所述的頁巖氣儲層可壓性評價方法，其特征在于，所述步驟（2)計算頁 巖斷裂韌性指數&，如下： 首先計算頁巖地層的I型裂縫斷裂韌性值1。和II型裂縫斷裂韌性值KIK: KIC= 0. 2176Pc+0. 0059St3+0. 0923St2+0. 517St-〇. 3322KIIC= 0. 0956Pc+0. 1383St-0. 082 P〇= 0 h-aPp式中： Pc-圍壓，MPa， St-巖石抗張強度，MPa，a-有效應力系數，0~1， PP-孔隙壓力，MPa， 〇h-水平最小地應力，MPa， 然后求取頁巖斷裂韌性指數Kn:
式中： Krcn -I型斷裂韌性值歸一化指數，〇~1， KIICn -II型斷裂韌性值歸一化指數，0~1， KIQMX、KIMn-全區域頁巖的最大I型斷裂韌性值、全區域頁巖的最小I型斷裂韌性值，MPa?m1/2， KIICmax、Kircmin-全區域頁巖的最大II型斷裂韌性值、全區域頁巖的最小II型斷裂韌性 值，MPa?m1/2。
4. 如權利要求1所述的頁巖氣儲層可壓性評價方法，其特征在于，所述步驟（3)計算天 然弱面張開難易指數Pn，如下： 首先計算天然弱面臨界張開縫內壓力P: P=I〇nl n=[cosy,sinysin0 ,sinycos0 ]
式中： 〇n-天然弱面壁面受到的正應力，MPa， 〇v-垂向地應力，MPa， 〇H-水平最大地應力，MPa， 〇h-水平最小地應力，MPa，n-天然弱面壁面在三維空間中的單位法向矢量， y-天然弱面傾角，0°~90°， 后一天然弱面與水平最大地應力的夾角，0°~90°， 然后求取天然弱面張開難易指數Pn:
式中： P_、Pmin-各種產狀天然弱面張開的最大、最小臨界縫內壓力。
5. 如權利要求1所述的頁巖氣儲層可壓性評價方法，其特征在于，所述步驟（4)計算天 然弱面被穿過指數Cn，如下： 當滬=沒與^ =沒一苽滿足下面的不等式時，Cn= 1，否貝丨JCn= 0 :
式中： ?一大小為T、方向向量為引的剪應力矢量， ^ 一大小為〇T、方向向量為I的剪應力矢量，
5. 一天然弱面的黏聚力，MPa， u-天然弱面壁面的摩擦系數，0~1， T。一基質巖石的抗張強度，MPa， 9 一水力裂縫逼近天然弱面的逼近角，〇°~90°，t一天然弱面壁面受到遠場地應力作用下的剪應力大小，MPa， a?-矢量:r的方向向量， 〇T-天然弱面壁面受到水力裂縫尖端應力場作用下的剪應力，MPa，b一矢量的方向矢量。
6. 如權利要求1所述的頁巖氣儲層可壓性評價方法，其特征在于，所述步驟（5)引入復 雜縫網概率指數Frf和改造體積概率指數F_，確定儲層可壓性系數FI，如下：
7. 如權利要求1所述的頁巖氣儲層可壓性評價方法，其特征在于，所述步驟（6)根據儲 層可壓性系數FI的大小，評價區塊頁巖地層的可壓性，如下： 當FI為0~0. 225時，可壓性程度低， 當FI為0. 225~0. 5時，可壓性程度一般， 當FI為0. 5~0. 8時，可壓性程度高。
【專利摘要】本發明公開了一種頁巖氣儲層可壓性評價方法，依次包括以下步驟：(1)計算頁巖脆性指數Brit；(2)計算頁巖斷裂韌性指數Kn；(3)計算天然弱面張開難易指數Pn；(4)計算天然弱面被穿過指數Cn；(5)引入復雜縫網概率指數Fcf和改造體積概率指數Fsrv，確定儲層可壓性系數FI；(6)根據儲層可壓性系數FI的大小，評價區塊頁巖地層的可壓性。本發明考慮了各種可壓性影響因素，特別是基于縫網形成機理充分考慮了天然弱面的影響，彌補了現有評價方法的不足，利用測井數據計算頁巖儲層的脆性和斷裂韌性，降低了對實驗數據的依賴，本發明用于評價壓裂井的儲層品質，具有操作性和準確性，為頁巖氣儲層壓裂選井、選層提供了一種新的決策方法。
【IPC分類】E21B43-26, G06F19-00, E21B49-00
【公開號】CN104775810
【申請號】CN201510094413
【發明人】李勇明, 許文俊, 趙金洲, 張烈輝
【申請人】西南石油大學
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年3月3日