[發明專利]一種基于張破裂和剪破裂確定地層可壓裂性的方法

有效

• 申請號: 201710546046.7
• 申請日: 2017-07-06
• 公開（公告）號: CN109209356B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 廖東良;曾義金;趙文杰
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00
• 代理公司: 北京知舟專利事務所(普通合伙) 11550
• 代理人: 郭韞

本發明提供了一種基于張破裂和剪破裂確定地層可壓裂性的方法，屬于石油勘探開發頁巖地層可壓裂性評價領域。本發明研究了頁巖地層可壓裂性指數中張破裂和剪切破裂的影響和貢獻大小，利用測井資料建立了張破裂和剪切破裂模型表達的可壓裂性指數模型。全面地描述了地層可壓裂性的破裂模型和特征。該發明有利于判斷地層壓裂過程中出現剪切破裂的條件、難易程度及剪切破裂裂縫估計，優化了壓裂施工參數，降低了頁巖氣地層的勘探開發成本，提高了頁巖地層的開發效率。實現了對頁巖地層可壓性的定量描述，有利于制定射孔和壓裂方案，提高壓裂效果、提升頁巖氣產能。

技術領域

本發明屬于石油勘探開發頁巖地層可壓裂性評價領域，具體涉及一種基于張破裂和剪破裂確定地層可壓裂性的方法。

背景技術

頁巖地層是否可壓裂從廣義上來說取決于兩方面，一是頁巖地層含有較豐富的天然氣，二是這些天然氣通過有效的手段能開采出來，即一個涉及到頁巖地層的儲層質量，另一個涉及到頁巖地層的工程質量。

地層破裂通常包含張破裂和剪切破裂。張破裂是在地層存在裂縫或微裂縫的情況下，當外加應力超過地層臨界應力強度因子時所產生的破裂，張破裂目前研究較多；剪切破裂是地層壓裂過程中出現的一種重要破裂類型，主要與地層的內摩擦角、聚合強度和地層應力相關，對剪切破裂研究較少，且該破裂類型難以用微地震監測方法所檢測。

孫建孟等人應用線彈性斷裂理論構建脆性指數和斷裂韌性的乘積表示可壓裂性指數，其中脆性指數用楊氏模量和泊松比表示，該斷裂韌性為|型斷裂韌性。趙金洲等人綜合頁巖脆性、斷裂韌性和天然弱面3個方面特性，提出頁巖氣可壓性的評價方法，天然弱面主要包括節理、裂縫、斷層和沉積層理面。唐穎等人提出頁巖脆性、天然裂縫、石英含量、成巖作用是可壓裂性的主要影響因素，應用層次分析法確定了各個參數的權重，可壓裂系數等于參數標準化值與權重系數的加權。隋麗麗等人利用脆性系數、脆性礦物含量、黏性礦物含量、黏聚力參數，運用模糊綜合評價法評價了頁巖地層的可壓裂性。

牛虎林等人利用成像測井和地震資料相結合，研究了裂縫及孔洞分布、現今地應力與裂縫有效性分析和儲層裂縫定量評價，綜合預測了裂縫發育帶，有效評價了鉆井誘導縫的方位、數量。謝海峰等人采用剪切盒實驗研究脆性巖石的高溫剪切性能。實驗表明膠結物材料和巖石內部微裂紋兩種因素共同影響著巖石的性質和剪切破裂，前者占主導地位。巖石斷口多為穿晶斷裂，晶面上具有多而密的平行線條紋和較多的巖屑等典型的剪切破壞特征，表明巖石破壞為剪切斷裂。

李守定等人利用分形理論研究了巖石拉剪破裂面特征，采用顆粒流離散元研究了巖石拉剪破裂過程，研究了巖石拉剪-壓剪全區破裂準則、剪切速率對巖石拉剪破裂強度的影響，研究結果得出巖石的微觀斷裂形式是拉伸破壞和剪切破壞的結合，剪切破裂首先發生，剪切速率與剪切強度成非線性負相關關系。袁俊亮等人利用室內實驗測定和測井數據分別計算頁巖儲層Ⅰ型、Ⅱ型斷裂韌性，用Ⅰ型與Ⅱ型斷裂韌性的平均值及脆性指數建立了頁巖地層的可壓裂性指數模型。郭海萱和郭天魁運用室內巖石力學和物性參數測試方法進行頁巖儲層可壓性評價，指出頁巖地層的可壓性取決于水平地應力差、天然裂縫系統和沉積層理、巖石脆性等方面，剪切破裂與地層的內摩擦角和粘聚力有關。蔣廷學等人利用等效支撐劑量與等效壓裂液量的比值表征可壓性指數的新模型。

可壓裂性是指地層破裂時所需要的能量較低，地層容易被壓裂開。壓裂時地層破裂包含了兩種類型，分別是張破裂和剪切破裂。可壓裂性評價是評價低孔、低滲等致密地層開發過程中的一項必不可少的手段。壓裂設計需要考慮如何選層位、射孔和壓裂數量等參數，對于不同的頁巖地層需要不同的參數。

發明內容

本發明的目的在于解決上述現有技術中存在的難題，提供一種基于張破裂和剪破裂確定地層可壓裂性的方法，優化壓裂施工參數，降低頁巖氣地層的勘探開發成本，提高頁巖地層的開發效率。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種基于張破裂和剪破裂確定地層可壓裂性的方法，包括：