地层脆性指数的确定方法、装置、存储介质和计算机设备与流程

1.本发明涉及石油勘探开发过程中的地层可压性评价技术领域，尤其涉及一种地层脆性指数的确定方法、装置、存储介质和计算机设备。


背景技术：

2.目前，对于岩石脆性指数的计算，通常用相对岩石模量和相对泊松比的平均值来表示。具体的，bill grieser and jim bray指出该脆性指数可以利用以下计算式进行计算：
[0003][0004]
其中，bri表示岩石脆性指数，ym_bri表示杨氏模量脆性指数，pr_bri表示泊松比脆性指数。杨氏模量脆性指数和泊松比脆性指数分别利用如下计算式进行计算：
[0005][0006][0007]
其中，ym表示地层杨氏模量，pr表示地层泊松比，下标min、max分别表示该地区的杨氏模量或泊松比的最小值和最大值。
[0008]
利用该脆性指数的计算方法所得出的脆性指数，与实际情况相比，在有些地层偏小，甚至在有些地区与实际地层的脆性大小有矛盾的地方。而且，杨氏模量和泊松比对地层的脆性影响作用并不一样，杨氏模量的作用大于泊松比的作用。因此，该计算方法所得到的脆性指数准确性较差。
[0009]
因此，亟需一种能够准确计算地层脆性指数的方法。


技术实现要素：

[0010]
本发明的主要目的是提供一种地层脆性指数的确定方法、装置、存储介质和计算机设备，以准确确定地层的脆性指数。
[0011]
第一方面，本技术提供一种地层脆性指数的确定方法，包括以下步骤：获取目标地层所包含的矿物种类中各种矿物的断裂韧度；根据各种矿物的断裂韧度及各种矿物对目标地层的实际断裂韧度的作用大小，确定目标地层的实际断裂韧度；根据目标地层的实际断裂韧度超出其理论断裂韧度最小值的部分占目标地层的理论断裂韧度的最大值与最小值之间的差值的比值，确定目标地层的断裂韧度指数，其中，断裂韧度指数包括张性断裂韧度指数和剪切断裂韧度指数；将目标地层的张性断裂韧度指数和剪切断裂韧度指数的矢量标积作为目标地层的脆性指数。
[0012]
在一个实施例中，在获取目标地层所包含的矿物种类中各种矿物的断裂韧度之前，该方法还包括步骤：通过对目标地层的测井资料进行解释或通过实验来确定目标地层
所包含的矿物种类。
[0013]
在一个实施例中，利用目标地层所包含的各种矿物的含量来描述各种矿物对目标地层的实际断裂韧度的作用大小；根据各种矿物的断裂韧度及各种矿物对目标地层的实际断裂韧度的作用大小，确定目标地层的实际断裂韧度，包括：针对各种矿物中的每种矿物，确定该种矿物的断裂韧度与其含量的乘积，并对各种矿物各自对应的乘积进行求和，将该和值作为目标地层的实际断裂韧度。
[0014]
在一个实施例中，根据各种矿物的断裂韧度及各种矿物对目标地层的实际断裂韧度的作用大小，确定目标地层的实际断裂韧度，包括：利用下式确定目标地层的实际断裂韧度：
[0015][0016]
其中，tempn表示目标地层的实际断裂韧度，n＝1或2，当n＝1时表示张性断裂，当n＝2时表示剪切断裂，表示目标地层所包含的第m种矿物的断裂韧度，m表示目标地层共包含m种矿物，vm表示目标地层所包含的第m种矿物的含量。
[0017]
在一个实施例中，根据目标地层的实际断裂韧度超出其理论断裂韧度最小值的部分占目标地层的理论断裂韧度的最大值与最小值之间的差值的比值，确定目标地层的断裂韧度指数，包括：利用下式确定目标地层的断裂韧度指数：
[0018][0019]
其中，brin表示目标地层的断裂韧度指数，n＝1或2，当n＝1时表示张性断裂，当n＝2时表示剪切断裂，tempn表示目标地层的实际断裂韧度，表示目标地层的理论断裂韧度的最大值，表示目标地层的理论断裂韧度的最小值。
[0020]
在一个实施例中，将目标地层的张性断裂韧度指数和剪切断裂韧度指数的矢量标积作为目标地层的脆性指数，包括：利用下式确定目标地层的脆性指数：
[0021]
bri＝bri1·
bri2＝bri1×
bri2×
cosθ
[0022]
其中，bri1表示目标地层的张性断裂韧度指数，bri2表示目标地层的剪切断裂韧度指数，θ表示张性断裂方向与剪切断裂方向之间的夹角。
[0023]
在一个实施例中，目标地层包括页岩地层。
[0024]
第二方面，本技术提供一种地层脆性指数的确定装置，包括：数据获取模块，用于获取目标地层所包含的矿物种类中各种矿物的断裂韧度；实际断裂韧度计算模块，用于根据各种矿物的断裂韧度及各种矿物对目标地层的实际断裂韧度的作用大小，确定目标地层的实际断裂韧度；断裂韧度指数计算模块，用于根据目标地层的实际断裂韧度超出其理论断裂韧度最小值的部分占目标地层的理论断裂韧度的最大值与最小值之间的差值的比值，确定目标地层的断裂韧度指数，其中，断裂韧度指数包括张性断裂韧度指数和剪切断裂韧度指数；脆性指数计算模块，用于将目标地层的张性断裂韧度指数和剪切断裂韧度指数的矢量标积作为目标地层的脆性指数。
[0025]
第三方面，本技术提供一种存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执
行时，实现如上文所述的地层脆性指数的确定方法的步骤。
[0026]
第四方面，本技术提供一种计算机设备，包括处理器和存储有程序代码的存储介质，程序代码被处理器执行时，实现如上文所述的地层脆性指数的确定方法的步骤。
[0027]
本发明的方法根据地层中所包含的各种矿物的断裂韧度以及各种矿物的含量确定地层的实际断裂韧度，再结合理论断裂韧度确定出断裂韧度指数，继而根据张性和剪切断裂韧度指数确定出地层的脆性指数。本发明的方法考虑了地层中所包含的各种矿物不同的破裂强度对地层的实际断裂韧度的影响，使得所确定出的张性和剪切断裂韧度指数更加准确，进而使得所确定出的脆性指数能够更加准确的描述地层脆性，实现对地层可压性的准确描述，有利于帮助开采人员准确选择储层压裂段，有利于降低压裂开采成本、提高气藏开发效率、提升气藏采收率。
附图说明
[0028]
构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
[0029]
图1为根据本技术一示例性实施方式的地层脆性指数的确定方法的流程图；
[0030]
图2a至2c分别为根据本技术一具体实施例的x1井2215-2160米页岩地层脆性指数示意图的左、中、右三部分；
[0031]
图3a至3c分别为根据本技术一具体实施例的x2井2340-2370米页岩地层脆性指数示意图的左、中、右三部分。
具体实施方式
[0032]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0033]
实施例一
[0034]
本实施例提供一种地层脆性指数的确定方法，图1为根据本技术一示例性实施方式的地层脆性指数的确定方法的流程图。如图1所示，本实施例的方法包括以下步骤：
[0035]
s100：获取目标地层所包含的矿物种类中各种矿物的断裂韧度。
[0036]
其中，目标地层至少可以包括页岩地层。
[0037]
在获取目标地层所包含的矿物种类中各种矿物的断裂韧度之前，该方法还可以包括步骤：通过对目标地层的测井资料进行解释或通过实验来确定目标地层所包含的矿物种类。
[0038]
s200：根据各种矿物的断裂韧度及各种矿物对目标地层的实际断裂韧度的作用大小，确定目标地层的实际断裂韧度。
[0039]
具体的，可以利用目标地层所包含的各种矿物的含量来描述各种矿物对目标地层的实际断裂韧度的作用大小。相应的，根据各种矿物的断裂韧度及各种矿物对目标地层的实际断裂韧度的作用大小，确定目标地层的实际断裂韧度，可以包括：针对各种矿物中的每种矿物，确定该种矿物的断裂韧度与其含量的乘积，并对各种矿物各自对应的乘积进行求和，将和值作为目标地层的实际断裂韧度。
[0040]
当然，也可以根据需要用其他参数来描述各种矿物对目标地层的实际断裂韧度的
作用大小，例如，还可以用目标地层所包含的各种矿物的相对分子量来描述各种矿物对目标地层的实际断裂韧度的作用大小，还可以根据经验来设定各种矿物对目标地层的实际断裂韧度的作用大小。
[0041]
具体的，根据各种矿物的断裂韧度及各种矿物对目标地层的实际断裂韧度的作用大小，确定目标地层的实际断裂韧度，可以包括：利用下式确定目标地层的实际断裂韧度：
[0042][0043]
其中，tempn表示目标地层的实际断裂韧度，n＝1或2，当n＝1时表示张性断裂，当n＝2时表示剪切断裂，表示目标地层所包含的第m种矿物的断裂韧度，m表示目标地层共包含m种矿物，vm表示目标地层所包含的第m种矿物的含量。
[0044]
s300：根据目标地层的实际断裂韧度超出其理论断裂韧度最小值的部分占目标地层的理论断裂韧度的最大值与最小值之间的差值的比值，确定目标地层的断裂韧度指数，其中，断裂韧度指数包括张性断裂韧度指数和剪切断裂韧度指数。
[0045]
具体的，根据目标地层的实际断裂韧度超出其理论断裂韧度最小值的部分占目标地层的理论断裂韧度的最大值与最小值之间的差值的比值，确定目标地层的断裂韧度指数，可以包括：利用下式确定目标地层的断裂韧度指数：
[0046][0047]
其中，brin表示目标地层的断裂韧度指数，n＝1或2，当n＝1时表示张性断裂，当n＝2时表示剪切断裂，tempn表示目标地层的实际断裂韧度，表示目标地层的理论断裂韧度的最大值，表示目标地层的理论断裂韧度的最小值。
[0048]
s400：将目标地层的张性断裂韧度指数和剪切断裂韧度指数的矢量标积作为目标地层的脆性指数。
[0049]
具体的，将目标地层的张性断裂韧度指数和剪切断裂韧度指数的矢量标积作为目标地层的脆性指数，可以包括：利用下式确定目标地层的脆性指数：
[0050]
bri＝bri1·
bri2＝bri1×
bri2×
cosθ
[0051]
其中，bri1表示目标地层的张性断裂韧度指数，bri2表示目标地层的剪切断裂韧度指数，θ表示张性断裂方向与剪切断裂方向之间的夹角。
[0052]
本发明的方法根据地层中所包含的各种矿物的断裂韧度以及各种矿物的含量确定地层的实际断裂韧度，再结合理论断裂韧度确定出断裂韧度指数，继而根据张性和剪切断裂韧度指数确定出地层的脆性指数。本发明的方法考虑了地层中所包含的各种矿物不同的破裂强度对地层的实际断裂韧度的影响，使得所确定出的张性和剪切断裂韧度指数更加准确，进而使得所确定出的脆性指数能够更加准确的描述地层脆性，实现对地层可压性的准确描述，有利于帮助开采人员准确选择储层压裂段，有利于降低压裂开采成本、提高气藏开发效率、提升气藏采收率。
[0053]
实施例二
[0054]
本实施例提供一种地层脆性指数的确定方法，应用于页岩地层。
[0055]
页岩地层通常渗透率非常低，需要通过大型压裂方式进行压裂，以增加页岩地层的渗流能力。页岩地层的可压裂性能力大小通过页岩地层的脆性指数来确定。
[0056]
目前的脆性指数计算方法有很多，各种方法的计算结果也相差很大，而且计算结果也没有和实际的地层脆性完全对应。
[0057]
在页岩地层的脆性指数评价方面，evans把变形程度小于1％定义为脆性，大于5％定义为延性，其他则为脆性-延性过渡；ingram and urai用过度胶结与正常胶结的单轴抗压强度的比值来表示脆性指数，然而，实际情况下岩石的胶结程度却非常难以确定；jarvie用脆性矿物占总矿物的比重来表示脆性指数，该方法计算的地层脆性指数则偏低；dan buller在javie基础上为每种矿物增加了一个系数，但却没有给出该系数是如何得来的。
[0058]
页岩地层尤其是深层页岩地层的破裂包含两种类型，分别是最大主应力方向的张性破裂和偏离最大主应力一定角度的剪切破裂。页岩地层是由不同的矿物种类组成的，每种矿物在一定的条件下有一定的断裂韧度，因此，根据不同纯矿物的断裂韧度，结合页岩地层所包含的矿物种类和每种矿物的含量，可以确定整个页岩地层的实际断裂韧度，其中，断裂韧度包括张性断裂韧度和剪切断裂韧度。进而，基于页岩地层的实际断裂韧度确定页岩地层的脆性指数。
[0059]
本实施例的方法具体可以包括如下步骤：
[0060]
(1)分析页岩地层所包含的矿物种类和每种矿物的含量。具体可以通过对测井资料进行解释或通过实验来获取页岩地层中所包含的矿物种类以及每种矿物的含量。
[0061]
(2)查询国际岩石力学协会(international society for rock mechanics，简称isrm)提供或测量的矿物张性或剪切断裂韧度数据。查询国际岩石力学协会提供的不同矿物种类的断裂韧度数据和实验结果。
[0062]
(3)计算该地层的张性断裂韧度和剪切断裂韧度。
[0063]
页岩地层中不同矿物种类在压裂过程中所起的作用不同，主要是因为不同矿物种类具有不同的张性断裂韧度和剪切断裂韧度，因此结合不同矿物种类的含量，就可以得出页岩地层的实际张性断裂韧度和实际剪切断裂韧度，其数值大小表达可以为：
[0064][0065]
其中，tempn表示目标地层的实际断裂韧度，n＝1或2，当n＝1时表示张性断裂，当n＝2时表示剪切断裂，表示目标地层所包含的第m种矿物的断裂韧度，m表示目标地层共包含m种矿物，vm表示目标地层所包含的第m种矿物的含量。
[0066]
(4)根据实验室的测量结果，选取与目标页岩地层具有相同组分的页岩地层的张性断裂韧度的最大值和最小值以及剪切断裂韧度的最大值和最小值。
[0067]
(5)根据页岩地层的实际断裂韧度，以及页岩地层的最大和最小断裂韧度，计算页岩地层的张性和剪切断裂韧度指数。
[0068]
结合如下表达式，根据页岩地层的断裂韧度确定其断裂韧度指数：
[0069][0070]
其中，brin表示目标储层的断裂韧度指数，n＝1或2，当n＝1时表示张性断裂，当n
＝2时表示剪切断裂，tempn表示目标储层的实际断裂韧度(mpa
·m1/2
)，表示目标储层的理论断裂韧度的最大值，表示目标储层的理论断裂韧度的最小值。
[0071]
(6)计算页岩地层的脆性指数。
[0072]
页岩地层的脆性指数可以表示为张性断裂韧度指数和剪切断裂韧度指数的矢量标积，如下表达式所示：
[0073]
bri＝bri1·
bri2＝bri1×
bri2×
cosθ
[0074]
其中，bri1表示目标地层的张性断裂韧度指数，bri2表示目标地层的剪切断裂韧度指数，θ表示张性断裂方向与剪切断裂方向之间的夹角。
[0075]
本实施例利用页岩地层中每种矿物的断裂韧度，结合页岩地层中每种矿物的含量准确计算出页岩地层的张性和剪切断裂韧度，该张性和剪切断裂韧度反应了每种矿物的不同方向和性质对页岩地层的实际断裂韧度的影响。相同组分的页岩地层存在断裂韧度的最大值和最小值，根据断裂韧度的最大值和最小值确定页岩地层的断裂韧度指数，根据页岩地层的张性和剪切断裂韧度指数来确定页岩地层的脆性指数。
[0076]
本实施例的方法不仅考虑了页岩地层中不同矿物种类的影响，也考虑了每种矿物被压开的难易程度对页岩地层的实际断裂韧度的影响，因此本实施例提供了一种计算页岩地层脆性指数的新方法。本实施例所确定的页岩地层的脆性指数的能够实现对页岩地层可压性能力的有效评价，能够帮助开采人员选择页岩储层压裂段，有利于降低压裂开采成本、提高页岩气开发效率、提升页岩气采收率。
[0077]
实施例三
[0078]
图2a至2c分别为根据本技术一具体实施例的x1井2215-2160米页岩地层脆性指数示意图的左、中、右三部分。其中，第一道为页岩地层的深度(depthbar)，第二道为页岩地层中的矿物含量组合，第三道为页岩地层中的总有机碳(toc)含量，第四道为页岩地层中的气体总含量(gas，total)，第五道为页岩地层中水平方向(vhorz)和垂直方向(vvert)的泊松比，第六道为页岩地层中水平方向(ehorz)和垂直方向(evert)的杨氏模量，第七道是根据bill grieser and jim bray计算的页岩地层在水平方向(brit(horz))和垂直方向(brit(vert))的脆性指数，第八道为根据本发明的方法计算的页岩地层的脆性指数(brit(temper))，第九道为实际测量到的井径(cal)、声波(ac)、补偿中子(cnl)和密度曲线(den)。
[0079]
根据页岩地层的岩石力学参数和断裂韧度这两种参数可以分别计算出其脆性指数，图2a至2c中第七道和第八道均为x1井2215-2160米脆性指数曲线，图中第七道两条曲线分别由水平方面和垂直方向杨氏模量及泊松比计算所得的脆性指数，在该井段水平方向的脆性指数大于垂直方向的脆性指数，第八道为用页岩矿物含量及其断裂韧度经过计算得到的脆性指数。从图中可以看出，用不同矿物种类的断裂韧度计算得到的脆性指数比用岩石力学参数计算得到的脆性指数略低，在岩石力学参数的计算模型中，脆性指数的最大值和最小值均难以确定，而用本技术的方法计算得到的脆性指数的不确定性较小。
[0080]
图3a至3c分别为根据本技术一具体实施例的x2井2340-2370米页岩地层脆性指数示意图的左、中、右三部分。如图3a至3c所示，该井段岩石力学参数的各向异性大小大于x1井，用岩石力学参数计算的脆性指数在2346-2354米井段脆性指数为40左右，说明该段脆性较低。从页岩地层矿物来看，2340-2370井段地层矿物相差无几，因此脆性指数变化不应该
如图3a至3c中第七道所示的那样出现剧烈变化。由此也说明，用断裂韧性计算得到的脆性指数能够较好地反应页岩地层的真实脆性。
[0081]
在图2a至2c中以及图3a至3c中，wanh表示硬石膏，wpyr表示黄铁矿，wdol表示白云岩，wclc表示方解石，wmic表示云母，wfld表示长石，wqrz表示石英，wmon表示蒙脱石，will表示伊利石，wchl表示绿泥石，wsm表示其他矿物。
[0082]
实施例四
[0083]
一种地层脆性指数的确定装置，包括：数据获取模块，用于获取目标地层所包含的矿物种类中各种矿物的断裂韧度；实际断裂韧度计算模块，用于根据各种矿物的断裂韧度及各种矿物对目标地层的实际断裂韧度的作用大小，确定目标地层的实际断裂韧度；断裂韧度指数计算模块，用于根据目标地层的实际断裂韧度超出其理论断裂韧度最小值的部分占目标地层的理论断裂韧度的最大值与最小值之间的差值的比值，确定目标地层的断裂韧度指数，其中，断裂韧度指数包括张性断裂韧度指数和剪切断裂韧度指数；脆性指数计算模块，用于将目标地层的张性断裂韧度指数和剪切断裂韧度指数的矢量标积作为目标地层的脆性指数。
[0084]
在本实施例中，地层脆性指数的确定装置可以包括：处理器和存储器，其中处理器用于执行存储在存储器中的以下程序模块：数据获取模块、实际断裂韧度计算模块、断裂韧度指数计算模块和脆性指数计算模块，以确定目标地层的脆性指数。
[0085]
实施例五
[0086]
本实施例提供一种存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现如上文所述的地层脆性指数的确定方法的步骤。
[0087]
这些程序代码也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程中指定的功能的步骤。
[0088]
存储介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。存储介质的例子包括但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。
[0089]
实施例六
[0090]
本实施例提供一种计算机设备，包括处理器和存储有程序代码的存储介质，程序代码被处理器执行时，实现如上文所述的地层脆性指数的确定方法的步骤。
[0091]
在一个实施例中，计算机设备包括一个或多个处理器(cpu)、输入/输出接口、网络接口和内存。
[0092]
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flash flash ram)。内存是计算机可读介质的示例。
[0093]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根
据本技术的示例性实施方式，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0094]
需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式例如能够除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
[0095]
应当理解的是，本说明书中的示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。提供这些实施方式是为了使得本技术的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，而不应当理解为对本发明的限制。