一种基于多因素综合分析的页岩储层脆性评价方法与流程

1.本发明涉及页岩储层脆性评价领域，尤其涉及一种基于多因素综合分析的页岩储层脆性评价方法。


背景技术：

2.近年来，页岩油气已成为全球范围内非常规油气资源勘探开发的热点。低孔低渗的物性特征使得页岩油气的成功开采在很大程度上依赖于多阶段体积压裂改造，而岩石的脆性很大程度的决定了压裂的难易程度和压裂缝的形态，是影响压裂品质和压裂效果的主要因素。因此，页岩的脆性就成为选择有利压裂层段的重要指标。
3.目前在页岩油气储层评价中，最常用的脆性评价方法通常为利用页岩的弹性参数计算脆性指数。该方法将页岩的杨氏模量和泊松比进行归一化处理，取二者的平均值来计算页岩的脆性指数。该方法较矿物组成计算法更加科学、可靠，但是这种方法的不足在于需要通过单轴向或者三轴向压裂实验，进行力学性质测试，获得杨氏模量和泊松比等参数，压裂实验会导致页岩样品损坏，难以开展后续的测试分析。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提出了一种基于多因素综合分析的页岩储层脆性评价方法。利用x射线衍射实验、硬度测试仪测试和toc测定，获得页岩样品的矿物脆性指数、硬度值以及toc含量，运用层次分析法对上述三种因素进行加权，最终计算得到综合脆性指数，实现了对页岩储层脆性的准确评价，且制样难度低、成本低，测试后页岩岩心样品保存较完整。
5.本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种基于多因素综合分析的页岩储层脆性评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.s1、选择合适的页岩样品；
7.s2、对页岩样品全岩矿物的相对含量进行测量，计算矿物脆性指数；
8.s3、对页岩样品的硬度值进行测量；
9.s4、对页岩样品的toc含量进行测量；
10.s5、利用层次分析法对矿物脆性指数、硬度值及toc含量三种因素进行加权，得到综合脆性指数计算公式；
11.s6、根据综合脆性指数计算公式计算不同深度页岩样品的综合脆性指数，对页岩储层脆性进行评价。
12.在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s2中，
[0013][0014]
式中，bi1为矿物脆性指数，无量纲，w
石英
为石英的质量分数，w
粘土矿物
为粘土矿物的质量分数，w
碳酸盐岩
为碳酸盐岩的质量分数。
[0015]
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s2中，页岩样品全岩矿物的相对含量测量
方式为：通过x射线衍射实验获得页岩样品全岩矿物的相对含量。
[0016]
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s3中，对页岩样品的硬度值进行测量的仪器为硬度测试仪,利用硬度测试仪测试多组硬度值，取平均硬度值作为该样品硬度的参考值。
[0017]
更进一步优选的，步骤s3中，对页岩样品的硬度值进行测量之前，选择标准硬度块，运用硬度测试仪进行测量，对测试值进行归零校正。
[0018]
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s4中，对页岩样品的toc含量进行测量的仪器为toc测定仪。
[0019]
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s5中，综合脆性指数计算公式为：
[0020][0021]
式中，bi2为综合脆性指数；
[0022]
i
i
为各项指标的加权系数，i1为矿物脆性指数的加权系数，i2为硬度值的加权系数，i3为toc含量的加权系数；
[0023]
c
i
为标准化后各因素的标准化值，c1为矿物脆性指数的标准化值，c2为硬度值的标准化值，c3为toc含量的标准化值。
[0024]
更进一步优选的，步骤s5的综合脆性指数计算公式中，所述矿物脆性指数及硬度值进行正向标准化，toc含量进行负向标准化。
[0025]
更进一步优选的，对矿物脆性指数参数值、硬度参数值及toc含量参数值进行标准化的步骤为：
[0026]
对不同深度的页岩样品的矿物脆性指数、硬度值及toc含量三种因素的参数值进行测量，对各因素参数值通过标准化公式计算标准化值；
[0027]
正向标准化公式为：
[0028][0029]
负向标准化公式为：
[0030][0031]
式中，p
i
及p
j
为各因素参数值的标准化值，无量纲；x
i
及x
j
为因素的参数值；x
max
及x
min
为因素的参数值中的最大值、最小值。
[0032]
更进一步优选的，步骤s5中，综合脆性指数计算公式为：
[0033]
bi2＝0.0574
×
c1 0.5783
×
c2 0.3643
×
c3。
[0034]
本发明的一种基于多因素综合分析的页岩储层脆性评价方法相对于现有技术具有以下有益效果：
[0035]
(1)本发明的一种基于多因素综合分析的页岩储层脆性评价方法，通过利用层次分析法对矿物脆性指数、硬度值及toc含量三种因素进行加权，得到综合脆性指数计算公式，最终计算得到综合脆性指数，实现了对页岩储层脆性的准确评价，且制样难度低、成本低、测试后页岩岩心样品保存较完整；
[0036]
(2)本发明的一种基于多因素综合分析的页岩储层脆性评价方法，通过对矿物脆
性指数参数值、硬度参数值及toc含量参数值进行标准化，使综合脆性指数计算更准确。
附图说明
[0037]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0038]
图1为本发明的一种基于多因素综合分析的页岩储层脆性评价方法的流程示意图；
[0039]
图2为本发明的页岩样品的硬度与弹性参数脆性指数的交会图；
[0040]
图3为本发明的页岩样品的矿物脆性指数与弹性参数脆性指数的交会图；
[0041]
图4为本发明的页岩样品的toc含量与弹性参数脆性指数的交会图；
[0042]
图5为本发明的页岩样品的综合脆性指数与弹性参数脆性指数的交会图。
具体实施方式
[0043]
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
[0044]
如图1所示，本发明实施例公开了一种基于多因素综合分析的页岩储层脆性评价方法，包括以下步骤：
[0045]
s1、选择合适的页岩样品；
[0046]
s2、对页岩样品全岩矿物的相对含量进行测量，计算矿物脆性指数；
[0047]
s3、对页岩样品的硬度值进行测量；
[0048]
s4、对页岩样品的toc含量进行测量；
[0049]
s5、利用层次分析法对矿物脆性指数、硬度值及toc含量三种因素进行加权，得到综合脆性指数计算公式；
[0050]
s6、根据综合脆性指数计算公式计算不同深度页岩样品的综合脆性指数，对页岩储层脆性进行评价。
[0051]
具体的，步骤s2中，
[0052][0053]
式中，bi1为矿物脆性指数，无量纲；w
石英
为石英的质量分数，w
粘土矿物
为粘土矿物的质量分数，w
碳酸盐岩
为碳酸盐岩的质量分数。
[0054]
页岩样品全岩矿物的相对含量测量方式为：通过x射线衍射实验获得页岩样品全岩矿物的相对含量。
[0055]
步骤s3中，对页岩样品的硬度值进行测量的仪器为硬度测试仪。
[0056]
由于页岩具有很强的非均质性，并且硬度测试仪的灵敏度较强，因此在进行硬度测试时，需要移动测试点，完成多组测试。可利用硬度测试仪测试多组硬度值，取平均硬度
值作为该样品硬度的参考值。一般每块样品测试10个点，取平均硬度值。
[0057]
具体的，测试所用页岩样品的表面需要平整、光滑、清洁，大块岩样最佳。由于硬度测试仪测试硬度时的主要原理是触发冲击体撞击样品表面，记录冲击前和回弹后的速度，用回弹速度和冲击速度的比值表示硬度值。因此，在冲击过程中，一要保证样品表面平整、清洁，切忌凹凸面、粗糙面，二要严格固定住样品，防止晃动。硬度测试仪可选用equotip bambino硬度测试仪。
[0058]
为防止对页岩样品的硬度值进行测量存在误差，对页岩样品的硬度值进行测量之前，选择标准硬度块，运用硬度测试仪进行测量，对测试值进行归零校正。
[0059]
步骤s4中，对页岩样品的toc含量进行测量的仪器为toc测定仪。
[0060]
步骤s5中，综合脆性指数计算公式为：
[0061][0062]
式中，bi2为综合脆性指数；
[0063]
i
i
为各项指标的加权系数，i1为矿物脆性指数的加权系数，i2为硬度值的加权系数，i3为toc含量的加权系数；
[0064]
c
i
为标准化后各因素的标准化值，c1为矿物脆性指数的标准化值，c2为硬度值的标准化值，c3为toc含量的标准化值。
[0065]
进一步的，步骤s5的综合脆性指数计算公式中，所述矿物脆性指数及硬度值进行正向标准化，toc含量进行负向标准化。
[0066]
更进一步的，对矿物脆性指数参数值、硬度参数值及toc含量参数值进行标准化的步骤为：
[0067]
对不同深度的页岩样品的矿物脆性指数、硬度值及toc含量三种因素的参数值进行测量，对各因素参数值通过标准化公式计算标准化值，并使各参数值的取值范围为0～100；
[0068]
正向标准化公式为：
[0069][0070]
负向标准化公式为：
[0071][0072]
式中，p
i
及p
j
为各因素参数值的标准化值，无量纲；x
i
及x
j
为因素的参数值；x
max
及x
min
为因素的参数值中的最大值、最小值。
[0073]
更进一步的，步骤s5中，综合脆性指数计算公式为：
[0074]
bi2＝0.0574
×
c1 0.5783
×
c2 0.3643
×
c3。
[0075]
实施例：
[0076]
以四川盆地丁山地区dy5井为例。
[0077]
(1)对该钻井页岩岩心系统观察，对不同深度的钻井页岩岩心进行取样。
[0078]
(2)利用偶极子声波和密度测井数据计算得到动态杨氏模量和泊松比，计算公式如下：
[0079][0080][0081]
式中，pois表示泊松比，ymod表示杨氏模量，den表示密度，v
p
表示纵波速度，v
s
表示横波速度。
[0082]
将杨氏模量和泊松比进行归一化处理，并计算弹性参数脆性指数bi3，相关公式如下：
[0083][0084][0085][0086]
式中，ymod
max
为杨氏模量中的最大值，ymod
min
为杨氏模量中的最小值，pois
max
为泊松比中的最大值，pois
min
为泊松比中的最小值，e
bi
为归一化处理后的杨氏模量，ν
bi
为归一化处理后的泊松比，bi3为弹性参数脆性指数。
[0087]
(3)利用x射线衍射实验对各样品的矿物组成进行分析，利用脆性指数计算公式计算得到矿物脆性指数。
[0088]
(4)使用equotip bambino硬度测试仪对岩心样品进行硬度测试，考虑到样品的非均质性较强，每块手标本样品测试若干个点，取平均硬度值。
[0089]
(5)通过toc测定得到各岩心样品toc含量。
[0090]
(6)分析页岩样品的硬度、矿物脆性指数和toc含量与页岩储层弹性参数脆性指数的相关性，结果如图2
‑
4。
[0091]
(7)上述实验所得结果及标准化后结果见表1，其中矿物脆性指数和硬度为正向指标，toc含量为负向指标，标准化所用公式为：
[0092]
正向标准化公式为：
[0093]
负向标准化公式为：
[0094]
表1井岩心样品的矿物脆性指数、硬度值、toc含量及标准化处理结果
[0095][0096]
(8)结合各评价指标的相关性系数及经验认识，根据判断矩阵a
ij
标度方法将其两两对比并进行赋值，得到判断矩阵。其中，判断矩阵a
ij
标度方法见表2，判断矩阵见表3。
[0097]
表2判断矩阵a
ij
标度方法
[0098]
标度含义1表示两个因素相比，具有同样重要性3表示两个因素相比，一个因素比另一个因素稍微重要5表示两个因素相比，一个因素比另一个因素明显重要7表示两个因素相比，一个因素比另一个因素强烈重要9表示两个因素相比，一个因素比另一个因素极端重要2，4，6，8上述两相邻判断的中值
[0099]
表3判断矩阵
[0100]
评价参数矿物脆性指数硬度toc含量矿物脆性指数11/81/8硬度812toc含量81/21
[0101]
(9)对判断矩阵的一致性进行检验，检验步骤如下：
[0102]
①
计算一致性指标ci，计算公式为：
[0103][0104]
式中，λ
max
为判断矩阵的最大特征值；n为判断矩阵的阶数。
[0105]
②
查表可知，当矩阵阶数n＝3时，随机一致性指标ri＝0.52。
[0106]
③
计算一致性比例cr，计算公式为：
[0107][0108]
计算可得cr＝0.0516<0.1，因此该判断矩阵的一致性是可以接受的。
[0109]
(10)利用方根法计算权重向量w
i
，计算公式如下：
[0110][0111]
式中，a
ij
为判断矩阵中元素，其中i，j＝1，2，
…
，n；n为矩阵阶数。计算结果如表4所示。
[0112]
表4权重系数计算结果
[0113]
评价参数矿物脆性指数硬度toc含量权重系数矿物脆性指数11/81/80.0574硬度8120.5783toc含量81/210.3643
[0114]
(11)利用上述公式4构建综合脆性指数bi2，计算公式如下：
[0115][0116]
式中，bi2为综合脆性指数，无量纲；i
i
为各项指标的加权系数，i＝1，2，3；c
i
为标准化后的各项指标，无量纲；c1为矿物脆性指数的标准化值，c2为硬度值的标准化值，c3为toc含量的标准化值。
[0117]
(12)分析页岩样品的综合脆性指数bi2与弹性参数脆性指数bi3的相关性，结果如图5。
[0118]
图2
‑
4为dy5井页岩样品的硬度、矿物脆性指数bi1和toc含量与弹性参数脆性指数bi3的交会图。通过各页岩样品的硬度参数值、矿物脆性指数bi1和toc含量参数值与各页岩样品的弹性参数脆性指数bi3在图中的分布情况，可以看出，该井页岩样品的硬度、矿物脆性指数bi1和toc含量与弹性参数脆性指数bi3之间的相关系数分别为0.66、0.42和0.35，具有一定的相关性，但相关性较差。
[0119]
图5为dy5井页岩样品的综合脆性指数bi2与弹性参数脆性指数bi3的交会图。结果表明，该井页岩样品的综合脆性指数bi2与弹性参数脆性指数bi3之间的相关系数为0.81。可见，利用层次分析法对页岩样品的矿物脆性指数bi1、硬度值以及toc含量进行加权，最终计算得到的综合脆性指数bi2与弹性参数脆性指数bi3相关度最高，综合脆性指数bi2能够很好的表征页岩的脆性。
[0120]
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。