[发明专利]一种基于张破裂和剪破裂确定地层可压裂性的方法

说明书

本发明提供了一种基于张破裂和剪破裂确定地层可压裂性的方法，属于石油勘探开发页岩地层可压裂性评价领域。本发明研究了页岩地层可压裂性指数中张破裂和剪切破裂的影响和贡献大小，利用测井资料建立了张破裂和剪切破裂模型表达的可压裂性指数模型。全面地描述了地层可压裂性的破裂模型和特征。该发明有利于判断地层压裂过程中出现剪切破裂的条件、难易程度及剪切破裂裂缝估计，优化了压裂施工参数，降低了页岩气地层的勘探开发成本，提高了页岩地层的开发效率。实现了对页岩地层可压性的定量描述，有利于制定射孔和压裂方案，提高压裂效果、提升页岩气产能。

技术领域

本发明属于石油勘探开发页岩地层可压裂性评价领域，具体涉及一种基于张破裂和剪破裂确定地层可压裂性的方法。

背景技术

页岩地层是否可压裂从广义上来说取决于两方面，一是页岩地层含有较丰富的天然气，二是这些天然气通过有效的手段能开采出来，即一个涉及到页岩地层的储层质量，另一个涉及到页岩地层的工程质量。

地层破裂通常包含张破裂和剪切破裂。张破裂是在地层存在裂缝或微裂缝的情况下，当外加应力超过地层临界应力强度因子时所产生的破裂，张破裂目前研究较多；剪切破裂是地层压裂过程中出现的一种重要破裂类型，主要与地层的内摩擦角、聚合强度和地层应力相关，对剪切破裂研究较少，且该破裂类型难以用微地震监测方法所检测。

孙建孟等人应用线弹性断裂理论构建脆性指数和断裂韧性的乘积表示可压裂性指数，其中脆性指数用杨氏模量和泊松比表示，该断裂韧性为|型断裂韧性。赵金洲等人综合页岩脆性、断裂韧性和天然弱面3个方面特性，提出页岩气可压性的评价方法，天然弱面主要包括节理、裂缝、断层和沉积层理面。唐颖等人提出页岩脆性、天然裂缝、石英含量、成岩作用是可压裂性的主要影响因素，应用层次分析法确定了各个参数的权重，可压裂系数等于参数标准化值与权重系数的加权。隋丽丽等人利用脆性系数、脆性矿物含量、黏性矿物含量、黏聚力参数，运用模糊综合评价法评价了页岩地层的可压裂性。

牛虎林等人利用成像测井和地震资料相结合，研究了裂缝及孔洞分布、现今地应力与裂缝有效性分析和储层裂缝定量评价，综合预测了裂缝发育带，有效评价了钻井诱导缝的方位、数量。谢海峰等人采用剪切盒实验研究脆性岩石的高温剪切性能。实验表明胶结物材料和岩石内部微裂纹两种因素共同影响着岩石的性质和剪切破裂，前者占主导地位。岩石断口多为穿晶断裂，晶面上具有多而密的平行线条纹和较多的岩屑等典型的剪切破坏特征，表明岩石破坏为剪切断裂。

李守定等人利用分形理论研究了岩石拉剪破裂面特征，采用颗粒流离散元研究了岩石拉剪破裂过程，研究了岩石拉剪-压剪全区破裂准则、剪切速率对岩石拉剪破裂强度的影响，研究结果得出岩石的微观断裂形式是拉伸破坏和剪切破坏的结合，剪切破裂首先发生，剪切速率与剪切强度成非线性负相关关系。袁俊亮等人利用室内实验测定和测井数据分别计算页岩储层Ⅰ型、Ⅱ型断裂韧性，用Ⅰ型与Ⅱ型断裂韧性的平均值及脆性指数建立了页岩地层的可压裂性指数模型。郭海萱和郭天魁运用室内岩石力学和物性参数测试方法进行页岩储层可压性评价，指出页岩地层的可压性取决于水平地应力差、天然裂缝系统和沉积层理、岩石脆性等方面，剪切破裂与地层的内摩擦角和粘聚力有关。蒋廷学等人利用等效支撑剂量与等效压裂液量的比值表征可压性指数的新模型。

可压裂性是指地层破裂时所需要的能量较低，地层容易被压裂开。压裂时地层破裂包含了两种类型，分别是张破裂和剪切破裂。可压裂性评价是评价低孔、低渗等致密地层开发过程中的一项必不可少的手段。压裂设计需要考虑如何选层位、射孔和压裂数量等参数，对于不同的页岩地层需要不同的参数。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种基于张破裂和剪破裂确定地层可压裂性的方法，优化压裂施工参数，降低页岩气地层的勘探开发成本，提高页岩地层的开发效率。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于张破裂和剪破裂确定地层可压裂性的方法，包括：