一種含油泥頁巖楊氏模量的定量評(píng)價(jià)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于頁巖油勘探開發(fā)過程中泥頁巖儲(chǔ)層可壓裂性評(píng)價(jià)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及 一種含油泥頁巖楊氏模量的定量評(píng)價(jià)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國具有豐富的頁巖油資源。無論是泥頁巖層系還是純泥頁巖儲(chǔ)層，其內(nèi)賦存頁 巖油資源量都十分可觀，頁巖油有望成為繼頁巖氣之后，未來又一重要的接替能源。制約頁 巖油可采性的關(guān)建因素之一為頁巖油儲(chǔ)層的可壓裂改造性。對(duì)于泥頁巖層系內(nèi)薄夾層（如 致密砂巖、碳酸鹽巖、火山巖等），其可壓裂性遠(yuǎn)好于純泥頁巖儲(chǔ)層，因此評(píng)價(jià)泥頁巖儲(chǔ)層可 壓裂性對(duì)頁巖油（尤其是純泥頁巖儲(chǔ)層內(nèi)豐富的石油聚集）的開采更具意義。
[0003] 泥頁巖力學(xué)特性（彈性和強(qiáng)度特性）在壓裂改造過程中對(duì)裂縫起裂、擴(kuò)展、延伸和 展布形態(tài)等多方面起著至關(guān)重要的作用，影響壓裂改造效果好壞，從而影響頁巖油產(chǎn)量與 開采潛力。從壓裂改造儲(chǔ)層的角度而言，研究泥頁巖力學(xué)特性對(duì)于評(píng)價(jià)泥頁巖儲(chǔ)層可壓裂 性以及尋找頁巖油"甜點(diǎn)"具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。但目前針對(duì)含油泥頁巖力學(xué)特性研究還 較少，特別是巖石力學(xué)特性對(duì)儲(chǔ)層可壓裂性的影響方面，有待深入研究。由于泥頁巖巖石類 型、微觀/宏觀結(jié)構(gòu)、無機(jī)礦物組成、有機(jī)質(zhì)特征（豐度、類型及成熟度）、賦存流體性質(zhì)（組 成及含量）、地應(yīng)力條件、儲(chǔ)層壓力和儲(chǔ)層溫度等均會(huì)對(duì)泥頁巖力學(xué)特性產(chǎn)生不同程度的影 響，多因素綜合影響下使得泥頁巖儲(chǔ)層巖石力學(xué)特性更加復(fù)雜，在儲(chǔ)層內(nèi)部橫向和縱向上 均表現(xiàn)出顯著的各向異性，使得準(zhǔn)確評(píng)價(jià)巖石力學(xué)參數(shù)大小、分布以及儲(chǔ)層可壓裂性等增 加了難度。
[0004] 作為一個(gè)重要的彈性參數(shù)，楊氏模量在評(píng)價(jià)儲(chǔ)層可壓裂性方面發(fā)揮著積極的作 用。比如GrieserandBray(2007)使用楊氏模量和泊松比參數(shù)構(gòu)建了一個(gè)脆性指數(shù)，認(rèn)為 高楊氏模量和低泊松比儲(chǔ)層具有較高的脆性（可壓裂性）。BrittandSchoeffler(2009) 認(rèn)為楊氏模量大于3.5X106psi(約20.684Gpa)的巖石是脆性的?？梢?，評(píng)價(jià)泥頁巖楊氏 模量對(duì)于優(yōu)選泥頁巖儲(chǔ)層有利壓裂區(qū)具有重要的意義。為此，需要探索一種便于操作的、準(zhǔn) 確的獲得含油泥頁巖楊氏模量的評(píng)價(jià)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的之一在于提供一種簡便易行，省時(shí)省力，可操作性和實(shí)用性較強(qiáng)的含 油泥頁巖楊氏模量的定量評(píng)價(jià)方法，
[0006] 本發(fā)明提供的一種含油泥頁巖楊氏模量的定量評(píng)價(jià)方法，包括如下步驟：
[0007] 步驟S1 :將泥頁巖樣品制備成標(biāo)準(zhǔn)巖芯柱，測試其在不同圍壓條件下的三軸應(yīng) 力-應(yīng)變曲線；
[0008] 步驟S2 :根據(jù)所述三軸應(yīng)力-應(yīng)變曲線分別計(jì)算不同圍壓條件下的楊氏模量；
[0009] 步驟S3 :測試泥頁巖樣品中各組分的百分含量；
[0010] 步驟S4 :建立不同圍壓條件下的楊氏模量與泥頁巖樣品中各組分的耦合關(guān)系；
[0011] 步驟S5 :對(duì)于已知組分的泥頁巖樣品根據(jù)所述耦合關(guān)系計(jì)算不同圍壓條件下的 楊氏模量；
[0012] 步驟S6 :建立步驟S5中獲得的楊氏模量與不同圍壓之間的關(guān)系式；
[0013] 步驟S7 :根據(jù)步驟S6中得到的關(guān)系式計(jì)算其他任意圍壓條件下的楊氏模量。
[0014] 本發(fā)明的有益效果在于，將含油泥頁巖楊氏模量表述為組分的函數(shù)，根據(jù)建立的 體積模型評(píng)價(jià)楊氏模量大小，再通過測試泥頁巖的各組分含量數(shù)據(jù)，建立楊氏模量與物質(zhì) 組成之間的耦合關(guān)系，實(shí)驗(yàn)操作簡便易行，省時(shí)省力，可操作性、實(shí)用性較強(qiáng)。
【附圖說明】
[0015] 圖1所示為本發(fā)明含油泥頁巖楊氏模量的定量評(píng)價(jià)方法流程圖。
[0016] 圖2所示為本發(fā)明實(shí)施例中測得的不同圍壓下的軸向應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖。
[0017] 圖3所示為本發(fā)明實(shí)施例中評(píng)價(jià)泥頁巖楊氏模量的簡化體積模型圖。
[0018] 圖4所示為本發(fā)明實(shí)施例中不同圍壓條件下楊氏模量的計(jì)算值與預(yù)測值對(duì)比圖。
[0019] 圖5所示為本發(fā)明實(shí)施例中泥頁巖楊氏模量與圍壓之間的關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下文將結(jié)合具體實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)注意的是，下述實(shí)施例中描述的技 術(shù)特征或者技術(shù)特征的組合不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是孤立的，它們可以被相互組合從而達(dá)到更好的 技術(shù)效果。
[0021] 如圖1所示，本發(fā)明提供的一種含油泥頁巖楊氏模量的定量評(píng)價(jià)方法，包括如下 步驟：
[0022] 步驟S1 :將泥頁巖樣品制備成標(biāo)準(zhǔn)巖芯柱，測試其在不同圍壓條件下的三軸應(yīng) 力-應(yīng)變曲線。
[0023] 該步驟中對(duì)泥頁巖樣品沿平行層理方向（泥巖可沿任意方向）鉆取具有近似尺寸 的標(biāo)準(zhǔn)巖芯柱，剩余樣品留作備用；在相同的實(shí)驗(yàn)溫度不同圍壓條件下測試巖芯柱彈性變 形段，從而得到三軸應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
[0024] 步驟S2 :根據(jù)所述三軸應(yīng)力-應(yīng)變曲線分別計(jì)算不同圍壓條件下的楊氏模量：
[0025]
[0026] 其中E為楊氏模量，A〇a為軸向應(yīng)力變化量，Aea為軸向應(yīng)變增加量。
[0027] 步驟S3 :測試泥頁巖樣品中各組分的百分含量。
[0028] 泥頁巖樣品中各組分包括無機(jī)礦物和有機(jī)質(zhì)，理想地認(rèn)為各組分百分比之和滿足 如式如下關(guān)系式：
[0029]
[0030] 其中，Q為組分i重量百分比（i= 1，粘土礦物；i= 2,娃質(zhì)礦物；i= 3，|丐質(zhì)礦 物；i= 4,其他礦物；i= 5,氯仿瀝青"A";i= 6,殘余有機(jī)碳，此為針對(duì)氯仿瀝青"A"抽提 后樣品測試的總有機(jī)碳）。
[0031] 步驟S4 :建立不同圍壓條件下的楊氏模量與泥頁巖樣品中各組分的耦合關(guān)系。
[0032] 通過多元線性回歸的方法，建立泥頁巖楊氏模量與各組分之間的耦合關(guān)系式，如 下：
[0033]
[0034] 其中，Ej為圍壓j條件下的楊氏模量，a種c為擬合系數(shù)。
[0035] 步驟S5 :對(duì)于已知組分的泥頁巖樣品根據(jù)所述耦合關(guān)系計(jì)算不同圍壓條件下的 楊氏模量。
[0036] 步驟S6 :建立步驟S5中獲得的楊氏模量與不同圍壓之間的關(guān)系，關(guān)系式如下：
[0037]E=alog(oc)+b
[0038] 其中，E是楊氏模量，a是系數(shù)，無量綱，b是系數(shù)，〇。是圍壓。
[0039] 步驟S7 :根據(jù)步驟S6中得到的關(guān)系式可計(jì)算其他任意圍壓條件下的楊氏模量。 [0040] 實(shí)施例
[0041] 步驟a:將取自渤海灣盆地東營凹陷古近系沙河街組6塊含油泥頁巖樣品，清洗干 凈，對(duì)于泥頁巖樣品沿層理方向（泥巖可沿任意方向）制備標(biāo)準(zhǔn)巖芯柱，剩余樣品留作備 用；
[0042] 巖芯柱的直徑為2. 5cm和高度為4. 8cm。
[0043] 步驟b:將實(shí)驗(yàn)溫度設(shè)為室溫25°C，軸向應(yīng)力加載速率設(shè)為0? 005mm/min，測試其 在圍壓分別為1、5、10、15和20MPa條件下的三軸應(yīng)力-應(yīng)變曲線：
[0044] 由低圍壓到高圍壓分別開展三軸壓縮實(shí)驗(yàn)，測試出不同圍壓條件下的彈性變形 段，在20MPa圍壓條件下加載軸向應(yīng)力直至巖芯破裂，最后得到的三軸應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖 2所示。
[0045] 步驟c:根據(jù)步驟b中得到的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，采用彈性變形段的斜率計(jì)算不同圍 壓條件下的楊氏模量值，依據(jù)的公式如下：
[0046]
[0047] 其中E為楊氏模量，A〇a為軸向應(yīng)力變化量，Aea為軸向應(yīng)變增加量。
[0048] 步驟d:將步驟a中剩余的樣品粉碎，分成4份，分別開展相關(guān)配套實(shí)驗(yàn)，測試泥頁 巖各組分含量，其中泥頁巖各組分含量包括有機(jī)質(zhì)和無機(jī)礦物。
[0049] 該配套實(shí)驗(yàn)主要包括：（1)采用索氏提取法進(jìn)行氯仿瀝青"A"的抽提；（2)采用 Carbon-Sulfur分析儀測量總的殘余有機(jī)碳；（3)利用D2PHASER儀器進(jìn)行XRD全巖礦物組 成分析。
[0050] 步驟e:將泥頁巖簡化為如圖3所示的體積模型，包括粘土礦物、硅質(zhì)礦物、鈣質(zhì)礦 物、其他礦物（本次研究為鐵質(zhì)礦物）、氯仿瀝青"A"和殘余有機(jī)碳6個(gè)部分，滿足如下的關(guān) 系式：
[0051]
[0052] 其中，<^為組分1重量百分比（1 = 1，粘土礦物；1 = 2，娃質(zhì)礦物；丨=3，|丐質(zhì)礦 物；i= 4,其他礦物；i= 5,氯仿瀝青"A"；i= 6,殘余有機(jī)碳）。
[0053] 步驟f:結(jié)合步驟c所獲得的楊氏模量值和步驟e得到的泥頁巖各組分含量，采用 多元線性回歸的方法，建立不同圍壓條件下楊氏模量和各組分之間的耦合關(guān)系，如下式所 示：
[0054]
[0055] 其中，Ej為圍壓j(j= 5, 10, 15和20MPa)條件下的楊氏模量，aJPc為擬合系數(shù)。
[0056] 步驟g:獲得步驟f中的耦合關(guān)系式中的系數(shù)如表1所示。如圖4所示，通過步驟 f中的耦合關(guān)系式計(jì)算的楊氏模量與測試值非常接近，從而說明采用泥頁巖各組分評(píng)價(jià)楊 氏模量是可行、可靠的方法。
[0057] 表1 :步驟f中的耦合關(guān)系式中的系數(shù)值
[0058]
[0059] 步驟h:對(duì)于已知組分的泥頁巖樣品根據(jù)上述耦合關(guān)系式計(jì)算不同圍壓（5、10、15 和20MPa)下的楊氏模量。
[0060] 步驟i:建立步驟h所獲得的楊氏模量值與圍壓之間的關(guān)系式，結(jié)果如圖5所示。 兩者之間的關(guān)系式描述為：
[0061] E=alog( 〇 c)+b
[0062] 其中，E是楊氏模量，a、b是系數(shù)，無量綱，〇。是圍壓。
[0063] 步驟j:根據(jù)步驟i可計(jì)算其它任意圍壓條件下的楊氏模量。
[0064] 本文雖然已經(jīng)給出了本發(fā)明的一些實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在 不脫離本發(fā)明精神的情況下，可以對(duì)本文的實(shí)施例進(jìn)行改變。上述實(shí)施例只是示例性的，不 應(yīng)以本文的實(shí)施例作為本發(fā)明權(quán)利范圍的限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種含油泥頁巖楊氏模量的定量評(píng)價(jià)方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟Sl :將泥頁巖樣品制備成標(biāo)準(zhǔn)巖芯柱，測試其在不同圍壓條件下的三軸應(yīng)力-應(yīng) 變曲線； 步驟S2 :根據(jù)所述三軸應(yīng)力-應(yīng)變曲線分別計(jì)算不同圍壓條件下的楊氏模量； 步驟S3 :測試泥頁巖樣品中各組分的百分含量； 步驟S4 :建立不同圍壓條件下的楊氏模量與泥頁巖樣品中各組分的耦合關(guān)系； 步驟S5 :對(duì)于已知組分的泥頁巖樣品根據(jù)所述耦合關(guān)系計(jì)算不同圍壓條件下的楊氏 模量； 步驟S6 :建立步驟S5中獲得的楊氏模量與不同圍壓之間的關(guān)系式； 步驟S7 :根據(jù)步驟S6中得到的關(guān)系式計(jì)算其他任意圍壓條件下的楊氏模量。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種含油泥頁巖楊氏模量的定量評(píng)價(jià)方法，包括：步驟S1：將泥頁巖樣品制備成標(biāo)準(zhǔn)巖芯柱，測試其在不同圍壓條件下的三軸應(yīng)力-應(yīng)變曲線；步驟S2：根據(jù)所述三軸應(yīng)力-應(yīng)變曲線分別計(jì)算不同圍壓條件下的楊氏模量；步驟S3：測試泥頁巖樣品中各組分的百分含量；步驟S4：建立不同圍壓條件下的楊氏模量與泥頁巖樣品中各組分的耦合關(guān)系；步驟S5：對(duì)于已知組分的泥頁巖樣品根據(jù)所述耦合關(guān)系計(jì)算不同圍壓條件下的楊氏模量；步驟S6：建立步驟S5中獲得的楊氏模量與不同圍壓之間的關(guān)系式；步驟S7：根據(jù)步驟S6中得到的關(guān)系式計(jì)算其他任意圍壓條件下的楊氏模量。本實(shí)驗(yàn)操作簡便易行，省時(shí)省力，可操作性、實(shí)用性較強(qiáng)。
【IPC分類】G01N3/08
【公開號(hào)】CN105021458
【申請?zhí)枴緾N201510409190
【發(fā)明人】李俊乾, 盧雙舫, 張萍, 薛海濤, 陳建軍, 謝柳娟, 張鵬飛
【申請人】中國石油大學(xué)(華東)
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年7月14日