基于礦物巖石力學(xué)特征差異的頁巖儲層脆性評價方法研究

劉偉男 王敏

摘 ? ? ?要：在頁巖氣儲層評價中，巖石脆性的評價可用于指導(dǎo)壓裂施工層位的選擇、評價儲層可壓性及預(yù)測壓裂效果。由于儲層的非均質(zhì)性及高昂的取心成本，需結(jié)合測井曲線構(gòu)建脆性指數(shù)對頁巖氣儲層進(jìn)行評價?；诔Ｒ?guī)測井資料，在利用帶約束的最小二乘優(yōu)化算法反演礦物組分的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于礦物巖石力學(xué)特征差異分析的脆性指數(shù)模型對XX1井五峰-龍馬溪組儲層脆性進(jìn)行計算。評價結(jié)果表明，計算脆性與實驗分析脆性一致性好，平均相對誤差為4.69%，且其變化規(guī)律與巖心分析變化規(guī)律較為一致，能較好地運用于實際可壓性評價。

關(guān) ?鍵 ?詞：頁巖氣儲層;脆性指數(shù);礦物組分;常規(guī)測井;最優(yōu)化方法;巖石力學(xué)差異

中圖分類號：TE112.2+4 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ? ? ? 文章編號： 1671-0460（2020）02-0458-05

Abstract： ?In shale gas reservoir evaluation， the evaluation of rock brittleness can be used to guide the selection of fracturing construction horizon， evaluate reservoir compressibility and predict fracturing effects. Due to the heterogeneity of the reservoir and the high cost of coring， it is necessary to construct a brittleness index combined with the logging curve to evaluate the shale gas reservoir. Based on the conventional logging data， the inversion of mineral components by constrained least squares optimization algorithm， the brittleness index model based on the difference in the rock mechanical characteristics is constructed to calculate the brittleness of Wufeng-Longmaxi reservoir in well XX1. The evaluation results showed that the calculated brittleness was in good agreement with the experimental analysis. The average relative error is 4.96%， and the variation law is consistent with the core analysis change law， so it can be applied to the actual compressibility evaluation.

Key words： ?shale gas reservoirs;brittleness index;mineral composition;conventional logging data;optimization method;rock mechanics difference

在頁巖氣儲層勘探開發(fā)中水力壓裂技術(shù)已經(jīng)成為主要技術(shù)，因此對頁巖氣儲層的可壓裂性進(jìn)行評價有著重要的意義[1-4]。巖石脆性指數(shù)可用來評價頁巖氣儲層可壓性及預(yù)測壓裂效果。由于地下儲層的非均質(zhì)性及高昂的取心成本，因此需利用測井資料構(gòu)建脆性指數(shù)對頁巖氣儲層脆性進(jìn)行評價[5]。

利用測井資料構(gòu)建脆性指數(shù)主要有兩種方法，即基于巖石力學(xué)的力學(xué)脆性指數(shù)和基于礦物評價的礦物脆性指數(shù)。前者在測井及巖心巖石力學(xué)資料齊全情況下能準(zhǔn)確評價巖石脆性[6，7]，但在開發(fā)井中，一般只進(jìn)行常規(guī)測井，因此需進(jìn)行橫波的預(yù)測工作以評價力學(xué)脆性[8-10]，但是由于預(yù)測橫波的不確定性，給脆性評價結(jié)果帶來一定的誤差。后者主要基于不同礦物的組成成分上有著明顯差異，而不同組成成分的巖石力學(xué)特征均不相同[11-13]。國內(nèi)外學(xué)者在巖石學(xué)和礦物巖石力學(xué)和脆性特征分析基礎(chǔ)上，建立了基于礦物組分的脆性計算模型[14，15]。對于頁巖儲層礦物脆性，由于不同學(xué)者對于脆性礦物的分類有差異，因此建立的脆性計算模型有著明顯的不同[16-18]，有的學(xué)者認(rèn)為石英、長石類和碳酸鹽巖類礦物均為脆性礦物，而另外一部分學(xué)者認(rèn)為其中某一種（如石英）或者某幾種為脆性礦物。之后通過計算脆性礦物所占整體礦物比例來表征巖石脆性[19，20]。由于選擇脆性礦物存在差異，因此建立的脆性計算模型也不同[21]。

本文首先基于多礦物巖石物理體積模型利用最優(yōu)化方法[22]進(jìn)行礦物反演，之后在礦物脆性特征分析的基礎(chǔ)上建立了考慮不同礦物巖石力學(xué)性質(zhì)差異的脆性因子。評價結(jié)果表明，本文提出的方法能得到較為準(zhǔn)確的礦物剖面，在此基礎(chǔ)上計算地脆性指數(shù)與巖心一致性較好，能較好地反映儲層脆性變化規(guī)律。

1 ?研究區(qū)概況

研究區(qū)塊位于涪陵地區(qū)南部的焦石壩區(qū)塊，整體上為一個寬緩的斷背斜，研究主體為五峰-龍馬溪組頁巖氣儲層，構(gòu)造穩(wěn)定，且其保存條件好[23，24]，且相對于川南地區(qū)[25]，埋深較淺，具有較好地頁巖氣地質(zhì)和工程技術(shù)條件，主要巖性為黑色、灰黑色硅質(zhì)、碳質(zhì)富有機質(zhì)頁巖[26，27]，局部夾粉砂質(zhì)頁巖，橫向分布穩(wěn)定，其中，富有機質(zhì)層段（TOC>2%）厚度達(dá)40 m，有機質(zhì)類型以I型干酪根為主，為過成熟階段（Ro位于2.65%左右），以熱裂解生干氣為主;儲層孔隙度為3%～7%之間，具有較好的生烴和儲集條件[28]。

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