[发明专利]一种正交各向异性页岩脆性指数预测方法

说明书

本发明公开一种正交各向异性页岩脆性指数预测方法，包括测定6个方向的纵波波速和3个方向的横波波速；计算页岩各向异性刚度系数；确定地层坐标下正交各向异性页岩的刚度矩阵C_ORT；确定页岩各向异性弹性模量和泊松比；确定地层坐标下正交各向异性页岩的柔度矩阵S_ORT；计算井眼观测坐标下的页岩弹性模量和泊松比；计算正交各向异性页岩的脆性指数。本发明考虑了页岩各向异性特征，从实钻井眼角度评价正交各向异性性页岩地层脆性指数，克服了传统页岩脆性指数忽略各向异性影响的缺陷，能够更加准确反映页岩脆性指数各向异性特征及其受井眼轨迹的影响特征，可以为页岩气水平井钻井和压裂提供科学依据和决策支撑。

技术领域

本发明涉及一种正交各向异性页岩脆性指数预测方法，属于钻完井工程技术领域。

背景技术

页岩的脆性是岩石的重要性质之一，页岩脆性指数是井壁稳定分析、水力压裂分段以及优化的重要依据。在水力压裂过程中，脆性指数作为评价页岩可压性的关键参数，除了能控制裂缝在岩石中延伸的难易程度之外，还是影响裂缝发育的因素。

对于页岩脆性指数的评价，目前常用的方法包括：基于矿物组分的页岩脆性评价方法和基于弹性参数的页岩脆性评价方法。对于深层页岩，由于页岩具有显著的各向异性特征，而且页岩地层中发育大量垂直正交的微裂隙，导致页岩表现出正交各向异性特征，垂直于层理面方向、平行于层理面方向以及垂直于微裂隙发育的方向脆性指数通常不一致，而当前的研究大都关注于横观各向同性页岩，而忽略了正交各向异性页岩脆性各向异性，这有可能导致页岩脆性指数评价结果失真甚至严重错误。

而现有方法中，基于矿物组分的页岩脆性评价方法无法评价页岩地层的脆性各向异性，而基于弹性参数评价脆性指数的方法则只能评价垂直于层理面方向的脆性特征，均不能适用于正交各向异性页岩地层。

发明内容

为了克服现有技术中的问题，本发明提供一种正交各向异性页岩脆性指数预测方法。

本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种正交各向异性页岩脆性指数预测方法，包括：

根据正交各向异性页岩超声波速测试测定6个方向的纵波波速和3个方向的横波波速；

根据6个方向的纵波波速和3个方向的横波波速计算页岩各向异性刚度系数；

根据页岩各向异性刚度系数确定地层坐标下正交各向异性页岩的刚度矩阵C_ORT；

根据页岩各向异性刚度系数确定页岩各向异性弹性模量和泊松比；

根据页岩各向异性弹性模量和泊松比确定地层坐标下正交各向异性页岩的柔度矩阵S_ORT；

分别对地层坐标下的正交各向异性页岩刚度矩阵C_ORT、地层坐标下的正交各向异性页岩柔度矩阵S_ORT进行Bond变换后，并计算井眼观测坐标下的页岩弹性模量和泊松比；

根据常规页岩脆性指数预测的泊-杨法和井眼观测坐标下的页岩弹性模量和泊松比，分别计算横沿x轴的各向异性脆性指数BI_{3_1}、沿y轴的各向异性脆性指数BI_{3_2}、沿z轴的各向异性脆性指数BI_{3_3}。

进一步的技术方案是，所述6个方向的纵波波速包括沿x轴传播纵波波速V_P-x、沿y轴传播纵波波速V_P-y、沿z轴传播纵波波速V_P-z、xy平面内与x轴夹角成45°的纵波波速V_P-xy45°、zx平面内与z轴夹角成45°的纵波波速V_P-zx45°、在yz平面内与y轴夹角成45°的纵波波速V_P-yz45°；