一种致密砂岩储层岩石脆性指数计算方法

技术领域

本发明涉及非常规油气勘探与开发领域，涉及地层岩石的脆性指数计算方法，尤其是一种致密砂岩储层岩石脆性指数计算方法。

背景技术

岩石的脆性指数是致密砂岩油气体积压裂设计中应考虑的重要因素之一。一般认为，脆性指数与岩石矿物成分、岩石力学性质等密切相关。岩石脆性指数越高，越容易破裂形成复杂裂缝。

当前，国内外岩石脆性评价方法主要可分为三大类：基于弹性应变的评价方法，基于岩石弹性参数的评价方法和基于岩石矿物组成的评价方法。对于非常规储集层，采用不同脆性评价方法计算得到的脆性指数之间差异往往较大，现有脆性指数评价方法可靠性不强，准确性有待进一步提高。

基于弹性应变的脆性评价方法是实验室研究岩石脆性指数的主要手段之一。应力-应变实验根据应力—应变实验分析，当应力由某一初始弹性态加载到峰值强度后，将发生突变而迅速跌落至残余强度面上（如附图1）。通过岩石应力跌落的这一特征，可以将脆性指数B1表示为B1=((b-a)-(c-b))/(b-a)。然而，在实际操作中，经常会遇到缺少残余强度或残余强度不明显的问题。对于该类型应力—应变曲线（如附图2），基于弹性应变的评价方法无法准确计算脆性指数。

发明内容

本发明的目的在于提高致密砂岩储层岩石脆性指数计算精度与可靠性，有效解决基于弹性应变的脆性指数评价方法中残余强度面不明显的问题，提出了一种设计合理，通用性强，且计算结果准确可靠的致密砂岩储层岩石脆性指数计算方法。

本发明一种致密砂岩储层岩石脆性指数计算方法，包括以下步骤：

1）制备应力-应变实验所需致密砂岩试样；

2）开展应力-应变实验直至岩样破坏；

3）将破坏后的岩样进行处理，制备铸体薄片；

4）分析铸体薄片中裂缝分布特征，计算分数维度；

5）分析分数维度数据，估算岩石脆性指数，估算模型为脆性指数B=(D-D

6）对步骤5中估算的岩石脆性指数进行校正，得到致密砂岩储层岩石脆性指数计算模型B

D

F(D

其中1＜D

当F(D

优选地，步骤4）中分数维度计算方法：采用光学显微镜观察铸体薄片并拍摄图片，对图片进行处理，得到裂缝分布图，根据裂缝分布图计算分数维度。

优选地，步骤4）中采用网格覆盖法计算裂缝分数维度，具体为以铸体薄片中心为基准点，划正方形网格，选定裂缝长度作为裂缝特征，得到边长为

优选地，步骤4）中采用网格覆盖法计算裂缝分数维度，具体为以铸体薄片中心为基准点，划正方形网格，选定裂缝数量作为裂缝特征，得到边长为R的正方形网格内裂缝数量

优选地，步骤4）中采用网格覆盖法计算裂缝分数维度，具体为以铸体薄片中心为基准点，划正方形网格，选定裂缝面积作为裂缝特征，得到边长为R的正方形网格内裂缝面积

或者优选地，步骤3）中采用蓝色荧光树脂对破坏后的岩样进行染色，标记裂缝初始形态，切割，打磨，封装，最后形成用于光学显微镜下观察的铸体薄片。

优选地，步骤2）中应力-应变实验为单轴压缩实验或三轴压缩实验，将试样装入橡胶套，放入压力机承压板中心，以0.5MPa/s的加载速率对试样加载，直至试样破坏。

优选地，步骤2）中应力-应变实验为拉伸实验或剪切实验或切削实验。

本发明有效的提高了致密砂岩储层岩石脆性指数计算精度与可靠性，有效解决基于弹性应变的脆性指数评价方法中残余强度面不明显的问题。

当残余强度面不明显时，基于弹性应变的脆性评价方法失效，而本发明基于分数维度的计算方法依然可以定量评价脆性。

附图说明

图1为致密砂岩存在残余强度的应力-应变曲线。

图2为致密砂岩不存在残余强度的应力-应变曲线。

图3为破坏后的岩样。

图4为本发明对破坏后岩样进行处理得到铸体薄片。

图5为本发明采用网格覆盖法计算裂缝分数维度示意图。

图6为本发明的脆性指数计算结果与基于弹性应变的脆性指数计算结果的对比图。

具体实施方式

本发明一种致密砂岩储层岩石脆性指数计算方法，包括以下步骤：

1）制备应力-应变实验所需致密砂岩试样；

2）开展应力-应变实验直至岩样破坏；

3）将破坏后的岩样进行处理，制备铸体薄片；

4）分析铸体薄片中裂缝分布特征，计算分数维度；

5）分析分数维度数据，估算岩石脆性指数，估算模型为脆性指数B=(D-D

6）对步骤5中估算的岩石脆性指数进行校正，得到致密砂岩储层岩石脆性指数计算模型B

D

F(D

其中1＜D

当F(D

步骤4）中分数维度计算方法：采用光学显微镜观察铸体薄片并拍摄图片，对图片进行处理，得到裂缝分布图，根据裂缝分布图计算分数维度。

步骤4）中采用网格覆盖法计算裂缝分数维度，具体为以铸体薄片中心为基准点，划正方形网格，选定裂缝长度作为裂缝特征，得到边长为

步骤4）中采用网格覆盖法计算裂缝分数维度，具体为以铸体薄片中心为基准点，划正方形网格，也选定裂缝数量作为裂缝特征，得到边长为R的正方形网格内裂缝数量

步骤4）中采用网格覆盖法计算裂缝分数维度，具体为以铸体薄片中心为基准点，划正方形网格，还可以选定裂缝面积作为裂缝特征，得到边长为R的正方形网格内裂缝面积

步骤3）中采用蓝色荧光树脂对破坏后的岩样进行染色，标记裂缝初始形态，切割，打磨，封装，最后形成用于光学显微镜下观察的铸体薄片。

步骤2）中应力-应变实验为单轴压缩实验或三轴压缩实验，将试样装入橡胶套，放入压力机承压板中心，以0.5MPa/s的加载速率对试样加载，直至试样破坏。

步骤2）中应力-应变实验也可以为拉伸实验或剪切实验或切削实验。

拉伸实验：选取圆柱形岩石试样，然后在万能材料试验机上进行单向拉伸，直至拉断。

剪切实验：选取圆柱形岩石试样，然后在万能材料试验机上施加剪切力，直至剪断。

切削实验：切削实验在岩石切削实验台上进行。实验时，试样用岩石夹紧装置固定，调节切削齿高度，使切削齿高度低于试样顶部，启动电机使试样向切削齿方向运动，直至试样破坏。

实施例

从岩心库选取致密砂岩地层特定深度岩心，采用直径为25mm的套筒钻头钻取小岩心，切割小岩心端面，得到直径为25mm，高为50mm的圆柱形试样；

以单轴压缩实验的方式进行岩样破坏，将试样装入橡胶套，放入压力机承压板中心，以0.5MPa/s的加载速率对试样加载，直至试样破坏；

采用蓝色荧光树脂对破坏后的岩样进行染色，标记裂缝初始形态，切割，打磨，封装，最后形成用于光学显微镜下观察的铸体薄片试样，如图4所示，在光学显微镜下，由压缩实验产生的裂缝呈现为蓝色。

分析铸体薄片中裂缝分布特征，采用网格覆盖法，以铸体薄片中心为基准点，划正方形网格，以裂缝长度作为裂缝特征，得到边长为

统计上步骤计算得到的最大分数维度D

利用基于弹性应变计算得到的脆性指数数据集（0.2, 0.28, 0.32, 0.32, 0.41,0.41, 0.41, 0.45, 0.51, 0.76）对上步骤中通过裂缝分数维度估算的岩石脆性指数进行校正，得到基于裂缝分数维度的致密砂岩储层岩石脆性指数计算模型B

D

F(D

其中1＜D

当F(D

本实施例中通过逐步增大D

校正过程MATLAB程序：

本实施例校正后得到的最大分数维度D

此外还可以采用基于岩石弹性参数或基于岩石矿物计算得到的脆性指数对模型进行校正。

图6为本发明脆性指数计算结果与基于弹性应变的脆性指数计算结果的对比。可以看到，采用本发明计算得到的脆性指数与常规方法即基于弹性应变计算脆性指数的计算结果基本一致。更重要的是，采用本发明方法，可以在残余强度缺失的情况下定量计算脆性指数，为砂岩储层可压性评价提供了一种新手段。