一种基于XRD全岩录井潜山储层裂缝开度系数预测方法和装置与流程

一种基于xrd全岩录井潜山储层裂缝开度系数预测方法和装置
技术领域
1.本发明涉及石油天然气录井领域，尤其涉一种基于xrd全岩录井潜山储层裂缝开度系数预测方法和装置。


背景技术：

2.随着油气勘探的深入，潜山油气藏都有一定程度突破，对复杂潜山裂缝性储层的认识越来越迫切，对储层裂缝的预测和评价，是潜山储层勘探作业的一项核心工作。
3.岩屑录井所获取的岩屑实物信息是地层性质最直接的反映，但随着钻井新技术的使用，井底返出的岩屑通常十分细碎，甚至成粉末状，难于直接对储层的性质判断。xrd衍射全岩录井技术是近几年发展起来的一项主流录井技术，通过对岩屑样品进行x衍射全岩分析，获得矿物组分和含量，目前主要应用于地层岩性命名。实际矿物组分蕴含着丰富的地层信息，是地层的力学性质和裂缝发育难易程度的主控因素，目前这些信息并未得到充分挖掘，深化该信息在岩石力学特征和储层裂缝发育特征方面的应用尤为迫切和重要。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于xrd全岩录井的潜山储层裂缝开度系数预测方法和装置，该方法和装置能够通过上返岩屑信息，进行xrd衍射全岩测试，随钻实时计算地层裂缝开度系数，预报裂缝发育难易程度。
5.第一方面，本发明提供了一种基于xrd全岩录井的潜山储层裂缝开度系数预测方法，按照下述步骤进行：
6.步骤1：按照非储层段稀疏储层段加密的原则设计取样间距，然后严格按照迟到时间和取样间距连续在振动筛前挑取真正来自井底的新鲜岩屑。
7.步骤2：将岩屑加工成xrd衍射分析标准样品，测试其x射线衍射谱图，确定不同深度地层岩石基质的矿物含量。
8.步骤3：构建基质岩石矿物弹性微元模型，将各种矿物理想化为一种弹性微元，弹性微元和各矿物自身的力学属性一致，表征和确定各弹性微元的本构方程和弹性参数。
9.步骤4：构建矿物弹性微元组合物理模型，基于流变模型理论法，将各种矿物弹性微元进行串联和并联，构建矿物弹性微元组合物理模型。
10.步骤5：基于矿物弹性微元串联模型总应力和各矿物弹性微元应力相等，矿物弹性微元串联模型总应变等于各矿物弹性微元应变之和的原则，建立矿物弹性微元串联模型的本构方程和弹性参数。
11.步骤6：基于矿物弹性微元并联模型总应力等于各矿物弹性微元应力之和，矿物弹性微元并联模型总应变和各矿物弹性微元应变相等的原则，建立矿物弹性微元并联模型的本构方程和弹性参数模型。
12.步骤7：对矿物弹性微元串联模型和矿物弹性微元并联模型所计算的弹性模量和
泊松比，进行测井和室内实验标定，建立适合于区域特征的基质岩石弹性模量和泊松比数学物理方程。
13.步骤8：基于二维平面应变下的均布载荷直裂纹开度增量经典方程，定义裂缝开度系数，并建立裂缝开度系数的弹性模量和泊松比表达形式。
14.步骤9：基于步骤1和步骤2测定的不同深度地层岩石基质的矿物含量结果，运用步骤3和步骤4方法构建基质岩石矿物弹性微元模型和矿物弹性微元组合物理模型，结合步骤5和步骤6原理，推演矿物弹性微元串联模型和矿物弹性微元并联模型的本构方程和弹性参数，再通过步骤7的方法进行测井和室内实验标定，建立特征区域的基质岩石的弹性模量和泊松比数学物理方程，代入步骤8求取基质岩石的裂缝开度系数，预报储层的裂缝发育特征。
15.进一步的技术方案是步骤4矿物弹性微元组合物理模型包括矿物弹性微元串联模型和矿物弹性微元并联模型，其中矿物弹性微元串联模型载荷和变形的关系如下：
16.fz＝f
1z
＝f
2z
＝
…fnz
17.δlz＝δl1 δl2
…
δln18.式中：fz为矿物弹性微元串联模型所受总载荷，kn；δlz为矿物弹性微元串联模型所受总的载荷总变形量；f
iz
(i＝1,2,
…
,n)为某个矿物弹性微元所受的载荷；δli(i＝1,2,
…
,n)为某个矿物弹性微元变形量。
19.矿物弹性微元并联模型的载荷和变形关系如下：
20.fr＝f
1r
f
2r

…fnr
21.δl＝δl1＝δl2＝
…
δln22.式中：fr为矿物弹性微元并联模型所受总的载荷，kn；δlr为矿物弹性微元并联模型所受总的载荷总变形量；f
ir
(i＝1,2,
…
,n)为某个矿物弹性微元所受的载荷。
23.进一步的技术方案是步骤5建立的矿物弹性微元串联模型的本构方程和弹性参数表征如下：
24.矿物弹性微元串联模型的本构方程为
[0025][0026]
矿物弹性微元串联模型弹性模量为
[0027][0028]
矿物弹性微元串联模型泊松比为
[0029][0030]
式中：σz为矿物弹性微元串联模型所受总应力；ez为矿物弹性微元串联模型弹性模量；μz为矿物弹性微元串联模型泊松比；ei(i＝1,2,
…
,n)为第i种矿物弹性微元弹性模量；μi(i＝1,2,
…
,n)为第i种矿物弹性微元泊松比；为第i种矿物含量。
[0031]
进一步的技术方案是步骤6建立的矿物弹性微元并联模型的本构方程和弹性参数
表征如下：
[0032]
矿物弹性微元并联模型的本构方程
[0033][0034]
矿物弹性微元并联模型弹性模量为
[0035][0036]
矿物弹性微元并联模型泊松比为
[0037][0038]
式中：σr为矿物弹性微元并联模型所受应力；er为矿物弹性微元并联模型弹性模量；μr为矿物弹性微元串联模型泊松比。
[0039]
进一步的技术方案是步骤7对串联模型和并联模型所计算的弹性模量和泊松比测井和室内实验标定，构建适合区域特征的基质弹性参数数学物理方程如下
[0040][0041][0042]
式中：ea为岩石基质等效弹性模量；α为岩石基质等效弹性模量修正系数；μa为岩石基质等效泊松比，β为岩石基质等效泊松比修正系数。
[0043]
进一步的技术方案是步骤8裂缝开度系数的弹性模量和泊松比表达形式如下
[0044][0045]
式中：fw为裂缝开度系数。
[0046]
第二方面，本发明提供了一种基于xrd全岩录井的潜山储层裂缝开度系数预测装置，包括：岩屑采集装置，岩屑清洗装置，岩屑干燥装置，岩屑研磨装置，便携式xrd衍射仪，基质岩石矿物弹性微元模拟器，基质岩石弹性参数计算装置，裂缝开度系数计算装置，解释成图装置和长图打印装置。
[0047]
该装置的工作流程：岩屑采集装置放在振动筛出砂口下方，岩屑沿筛布斜面落入取样器内；选取新鲜岩屑放入岩屑清洗装置，在对岩屑充分搅动的情况下对岩屑进行清洗，至岩屑漏出本色；清洗好的岩屑放入岩屑干燥装置，在温度控制小于85℃的环境下烘干；将烘干好的岩屑放入岩屑研磨装置进行研磨，使岩屑成粉末，粒度小于20um；将研磨好的岩屑粉末放入便携式xrd衍射仪，测试其x射线衍射谱图，解释不同深度地层岩石基质的矿物种类和含量数据；将岩石基质的矿物种类和含量数据传输给基质岩石矿物弹性微元模拟器，基质岩石矿物弹性微元模拟器依据矿物种类和含量构建矿物弹性微元，并进行矿物弹性微元串联和并联组合，计算串联和并联组合下的弹性参数ez,μz,er,μr；将计算好的弹性参数ez,μz,er,μr传输给基质岩石弹性参数计算装置，计算基质岩石弹性参数ea和μa；将基质岩石弹性参数ea和μa传输给裂缝开度系数计算装置，计算裂缝开度系数fw；将基质岩石弹性参数
计算装置和裂缝开度系数计算装置计算的基质岩石弹性参数ea和μa及裂缝开度系数fw传输和存储于解释成图装置，进行成图，实时预报储层裂缝发育情况；最后通过长图打印装置成图进行打印和存档。
[0048]
与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0049]
本发明通过随钻录井采集的岩屑，进行xrd衍射全岩矿物分析，获得不同深度地层岩石基质的矿物含量，再结合矿物组合物理模型，推演其岩石基质的本构方程和力学参数，预报裂缝开度系数，实现了对储层裂缝的预测和评价，具有成本低，数据采集实时性高和剖面预测连续性等优点。
附图说明
[0050]
图1：基于xrd全岩录井的地层裂缝开度系数预测方法流程框图。
[0051]
图2：矿物弹性微元模型。
[0052]
图3：矿物弹性微元串联模型。
[0053]
图4：矿物弹性微元并联模型。
[0054]
图5：裂缝开度系数应用实例。
[0055]
图6：基于xrd全岩录井的地层裂缝开度系数预测装置示意图。
[0056]
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，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
[0057]
以下基于实例对本发明进行描述，但是值得说明的是，本发明并不限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。然而，对于没有详尽描述的部分，本领域技术人员也完全可以理解本发明。
[0058]
此外，本领域普通技术人员应当理解，所提供的附图只是为说明本发明的目的、特征和优点，附图并不是实际按照比例绘制的。
[0059]
实施例
[0060]
图1是本发明基于xrd全岩录井的地层裂缝开度系数预测方法流程框图，对照图1，说明本发明的具体实施方式。
[0061]
步骤1(101)：按照非储层段稀疏，储层段加密的原则设计取样间距，然后严格按照迟到时间和取样间距连续在振动筛前挑取岩屑，剔除各种假岩屑以及残留岩屑、坍塌物和掉块，挑选出个体碎小、色调新鲜、棱角明显的真正来自井底的新鲜岩屑。
[0062]
步骤2(102)：把新鲜岩屑研磨成粉末，装入射线衍射仪的样品池中，进行xrd衍射实验，测试样品的x射线衍射图谱，根据每种矿物的特征峰值，确定不同深度地层岩石基质的矿物种类和含量。
[0063]
步骤3(103)：构建基质岩石矿物弹性微元模型，将构成岩石各种矿物理想化为一种弹性微元，如附图2所示，弹性微元和各矿物自身的力学属性一致，各矿物自身的本构方程和弹性参数亦为弹性微元的弹性模量的本构方程和弹性参数，常见造岩矿物弹性微元的弹性模量和泊松比，如表1所示。
[0064]
表1常见造岩矿物弹性微元的弹性模量和泊松比
[0065]
矿物弹性模量(gpa)泊松比石英96.40.09方解石81.00.28斜长石74.90.28钠长石78.50.29白云石1210.28磁铁矿230.80.26黄铁矿299.90.16绿帘石154.20.26尖晶石293.30.26白云母78.90.25黑云母69.660.25角闪石128.80.28辉石143.70.24粘土矿物14.20.30
[0066]
步骤4(104)：基于流变模型理论法的矿物弹性微元组合物理模型构建
[0067]
基于流变模型理论法，将各种矿物弹性微元进行串联和并联，构建矿物弹性微元组合物理模型，包括矿物弹性微元串联模型和矿物弹性微元并联模型。矿物弹性微元串联模型见图3，矿物弹性微元并联模型见图4。
[0068]
其中，矿物弹性微元串联模型的载荷和变形关系遵循如下准则：
[0069]fz
＝f
1z
＝f
2z
＝
…fnz
[0070]
δlz＝δl1 δl2
…
δln[0071]
其中，矿物弹性微元并联模型的载荷和变形关系遵循如下准则：
[0072]fr
＝f
1r
f
2r

…fnr
[0073]
δl＝δl1＝δl2＝
…
δln[0074]
步骤5(105)：基于矿物弹性微元串联模型总应力和各矿物弹性微元应力相等，矿物弹性微元串联模型总应变等于各矿物弹性微元应变之和的原则，建立矿物弹性微元串联模型的本构方程和弹性参数。
[0075]
矿物弹性微元串联模型的本构方程为
[0076][0077]
矿物弹性微元串联模型弹性模量为
[0078][0079]
矿物弹性微元串联模型泊松比为
[0080][0081]
步骤6(106)：基于矿物弹性微元并联模型总应力等于各矿物弹性微元应力之和，
矿物弹性微元并联模型总应变和各矿物弹性微元应变相等的原则，建立矿物弹性微元并联模型的本构方程和弹性参数模型。
[0082]
矿物弹性微元并联模型的本构方程
[0083][0084]
矿物弹性微元并联模型弹性模量为
[0085][0086]
矿物弹性微元并联模型泊松比为
[0087][0088]
步骤7(107)：对矿物弹性微元串联模型和矿物弹性微元并联模型所计算的弹性模量和泊松比，进行测井和室内实验标定，建立适合与对应区域的基质岩石弹性模量和泊松比数学物理方程，方程形式如下：
[0089][0090][0091]
步骤8(108)：基于xrd全岩录井的地层裂缝开度系数预测
[0092]
基于线弹性断裂力学二维平面应变下的均布载荷直裂纹开度增量经典模型，将裂缝开度系数定义为：
[0093][0094]
给定驱动应力变化的情况下，裂缝开度系数越高，裂缝越容易张开。
[0095]
步骤9(109)：基于步骤1和步骤2测定的不同深度地层岩石基质的矿物含量结果，运用步骤3和步骤4方法构建基质岩石矿物弹性微元模型和矿物弹性微元组合物理模型，结合步骤5和步骤6原理，推演响应矿物弹性微元组合物理模型的本构方程和弹性参数，在通过步骤7的方法进行测井和室内实验标定和反算，建立适合区域特征的岩石基质弹性模量和泊松比数学物理方程，代入步骤8求取基质岩石的裂缝开度系数。
[0096]
步骤10(110)将基质岩石弹性参数ea和μa及裂缝开度系数fw进行解释成图并长图打印，实时预报储层裂缝发育情况。
[0097]
第二方面，本发明提供了一种基于xrd全岩录井的潜山储层裂缝开度系数预测装置，包括：岩屑采集装置601，岩屑清洗装置602，岩屑干燥装置603，岩屑研磨装置604，便携式xrd衍射仪605，基质岩石矿物弹性微元模拟器606，基质岩石弹性参数计算装置607，裂缝开度系数计算装置608，解释成图装置609和长图打印装置610。
[0098]
该装置的工作流程：岩屑采集装置601放在振动筛出砂口下方，岩屑沿筛布斜面落入取样器内；选取新鲜岩屑放入岩屑清洗装置602，在对岩屑充分搅动的情况下对岩屑进行清洗，至岩屑漏出本色；清洗好的岩屑放入岩屑干燥装置603，在温度控制小于85℃的环境下烘干；将干燥的岩屑放入岩屑研磨装置604进行研磨，使岩屑成粉末，粒度小于20um；将研
磨好的岩屑粉末放入便携式xrd衍射仪605，测试其x射线衍射谱图，解释不同深度地层岩石基质的矿物种类和含量数据；将岩石基质的矿物种类和含量数据传输给基质岩石矿物弹性微元模拟器606，基质岩石矿物弹性微元模拟器依据矿物种类和含量构建矿物弹性微元，并进行矿物弹性微元串联和并联组合，计算串联和并联组合下的弹性参数ez,μz,er,μr；将计算好的弹性参数ez,μz,er,μr传输给基质岩石弹性参数计算装置607，计算基质岩石弹性参数ea和μa；将基质岩石弹性参数ea和μa传输给裂缝开度系数计算装置608，计算裂缝开度系数fw；将基质岩石弹性参数计算装置和裂缝开度系数计算装置计算的基质岩石弹性参数ea和μa及裂缝开度系数fw传输和存储于解释成图装置609，进行成图，实时预报储层裂缝发育情况；最后通过长图打印装置610进行打印和存档
[0099]
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。