本發(fā)明涉及巖石的脆性評價領(lǐng)域，且特別涉及一種巖石脆性指數(shù)的獲取方法及巖石的脆性評價方法。

背景技術(shù)：

頁巖(油)氣儲層的開發(fā)，關(guān)鍵技術(shù)之一是采用水力壓裂技術(shù)造縫，提高生產(chǎn)井的波及范圍和儲層其滲透率。泥頁巖脆性特征涉及到其可壓裂性，因此，巖石脆性成為其特征評價重要方面。

現(xiàn)有巖石脆性的定量評價方法主要包括以下幾個方面：

(1)基于室內(nèi)巖石力學(xué)試驗的定量評價方法

室內(nèi)巖石力學(xué)試驗可以得到巖石的破壞特征或應(yīng)力-應(yīng)變特征，根據(jù)巖石的破壞特征或應(yīng)力-應(yīng)變特征建立了相關(guān)的脆性評價方法，如：

①基于應(yīng)力-應(yīng)變參數(shù)的脆性評價方法，該類方法主要通過應(yīng)力-應(yīng)變試驗得到巖石的可恢復(fù)性應(yīng)變(能)、總應(yīng)變(能)、峰值強度、殘余強度等參數(shù)，通過巖石的可恢復(fù)應(yīng)變(能)與總應(yīng)變(能)的關(guān)系或者峰前、峰后的應(yīng)力-應(yīng)變曲線特征定量評價巖石的脆性。

②基于巖石強度參數(shù)的脆性評價方法，該類方法需要求巖石的多個強度參數(shù)，如抗壓強度、抗張強度、內(nèi)摩擦角等的。通過抗壓強度與抗張強度的關(guān)系或者內(nèi)摩擦角的大小定量評價巖石的脆性。

(2)基于巖石彈性參數(shù)的定量評價方法

Grieser和Bray首次提出根據(jù)巖石的楊氏模量和泊松比定量評價頁巖儲層巖石的脆性，并認(rèn)為高脆性巖石具有較好的可壓裂性，可以獲得較好的產(chǎn)期量。Rickman等給出了楊氏模量和泊松比的最大值、最小值的建議值。該類方法由于能夠方便的用于測井計算，被廣泛用于頁巖氣儲層巖石脆性定量評價。

以上脆性評價的方法從彈性應(yīng)變、峰值強度、殘余強度、彈性特征等方面建立巖石的脆性評價方法，但是這些脆性指數(shù)模型都是巖石脆性的某一方面的體現(xiàn)，不能代表巖石的真實的脆性定量特征。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種巖石脆性指數(shù)的獲取方法，其綜合考慮了巖石的彈性和塑性特征，比較全面的考慮了巖石峰前階段的應(yīng)力-應(yīng)變的整個過程，所需參數(shù)容易通過力學(xué)試驗測得。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種巖石的脆性評價方法，其能夠比較全面地表征巖石的脆性特征。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。

本發(fā)明提出一種巖石脆性指數(shù)的獲取方法，其包括以下步驟：

根據(jù)巖石的全應(yīng)力應(yīng)變曲線計算得到歸一化的屈服應(yīng)變與總應(yīng)變之比、歸一化的屈服強度與抗壓強度之比、歸一化的泊松比以及歸一化的楊氏模量。

根據(jù)歸一化的屈服應(yīng)變與總應(yīng)變之比、歸一化的屈服強度與抗壓強度之比、歸一化的泊松比以及歸一化的楊氏模量確定巖石的脆性指數(shù)。

一種巖石的脆性評價方法，其包括：采用根據(jù)上述的獲取方法得到的脆性指數(shù)對巖石進(jìn)行脆性評價。

本發(fā)明實施例的一種巖石脆性指數(shù)的獲取方法及巖石的脆性評價方法的有益效果是：巖石脆性指數(shù)的獲取方法，用歸一化的楊氏模量、泊松比表征巖石峰前階段的彈性特征，能夠較為全面的表征峰前階段的彈性變形；用歸一化的屈服強度與抗壓強度的比值、歸一化的屈服應(yīng)變與總應(yīng)變的比值表示峰前曲線彈性變形和塑性變形的關(guān)系。四個參數(shù)是基于巖石的屈服特征和彈性特征提出的，綜合四個參數(shù)可以較為全面的表征巖石峰前階段的應(yīng)力-應(yīng)變的整個過程。由于該方法是采用的峰前曲線參數(shù)，則相較于復(fù)雜的峰后曲線特征參數(shù)，峰前曲線參數(shù)容易在實驗中讀取標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，方便不同地層、地區(qū)的數(shù)據(jù)對比。巖石的脆性評價方法，采用根據(jù)上述的獲取方法得到的脆性指數(shù)對巖石進(jìn)行脆性評價。能夠比較全面地表征巖石的脆性特征。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1為常見的巖石全應(yīng)力-應(yīng)變曲線；

圖2為脆性指數(shù)B₁₃和脆性指數(shù)B₁的關(guān)系圖；

圖3為脆性指數(shù)B₁與脆性指數(shù)B₁₁的關(guān)系圖；

圖4為脆性指數(shù)B₁₃與脆性指數(shù)B₁₁的關(guān)系圖；

圖5為脆性指數(shù)B₁與脆性指數(shù)B_n的關(guān)系圖；

圖6為脆性指數(shù)B₁₁與脆性指數(shù)B_n的關(guān)系圖；

圖7為脆性指數(shù)B₁₃與脆性指數(shù)B_n的關(guān)系圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。實施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。

下面對本發(fā)明實施例的一種巖石脆性指數(shù)的獲取方法及巖石的脆性評價方法進(jìn)行具體說明。

一種巖石脆性指數(shù)的獲取方法，其包括以下步驟：

根據(jù)巖石的全應(yīng)力應(yīng)變曲線計算得到歸一化的屈服應(yīng)變與總應(yīng)變之比、歸一化的屈服強度與抗壓強度之比、歸一化的泊松比以及歸一化的楊氏模量。

根據(jù)歸一化的屈服應(yīng)變與總應(yīng)變之比、歸一化的屈服強度與抗壓強度之比、歸一化的泊松比以及歸一化的楊氏模量確定巖石的脆性指數(shù)。在本實施例中，巖石為泥頁巖儲層。

需要說明的是，本發(fā)明實施例中的歸一化的屈服應(yīng)變與總應(yīng)變之比是指對屈服應(yīng)變和總應(yīng)變的比值進(jìn)行歸一化運算。同樣地，歸一化的屈服強度與抗壓強度之比是指對屈服強度和抗壓強度的比值進(jìn)行歸一化運算。用歸一化的楊氏模量、泊松比表征巖石峰前階段的彈性特征，能夠較為全面的表征峰前階段的彈性變形；用歸一化的屈服強度與抗壓強度的比值、歸一化的屈服應(yīng)變與總應(yīng)變的比值表示峰前曲線彈性變形和塑性變形的關(guān)系。綜合四個參數(shù)可以較為全面的表征巖石峰前階段的應(yīng)力-應(yīng)變的整個過程。由于該方法是采用的峰前曲線參數(shù)，則相較于復(fù)雜的峰后曲線特征參數(shù)，峰前曲線參數(shù)容易在實驗中讀取標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，方便不同地層、地區(qū)的數(shù)據(jù)對比。

上述脆性指數(shù)的計算模型如下：

B_n＝a·B_Ym+b·B_μ+c·B_σ+d·B_ε，計算模型中，B_n為脆性指數(shù)，B_Ym為歸一化的楊氏模量，B_μ為歸一化的泊松比，B_σ為歸一化的屈服強度與抗壓強度，B_ε為歸一化的屈服應(yīng)變與總應(yīng)變之比，a、b、c、d為常數(shù)且依次分別為B_Ym、B_μ、B_σ、B_ε的權(quán)重系數(shù)。

通過建立兩個脆性因子B_Ym和B_ε，用歸一化的楊氏模量(B_Ym)表征彈性應(yīng)變段特征，用歸一化的彈性應(yīng)變與總應(yīng)變之比(B_ε)表征彈塑性應(yīng)變段特征(間接表征了塑性應(yīng)變段特征)，可以較為完整的表征巖石破壞前應(yīng)力-應(yīng)變曲線，即巖石在破壞前發(fā)生的總應(yīng)變越小，且塑性應(yīng)變越小，巖石的脆性越高。

上述脆性指數(shù)的計算模型：B_n＝a·B_Ym+b·B_μ+c·B_σ+d·B_ε中，a的范圍為0.2-0.3，b的范圍為0.2-0.3，c的范圍為0.2-0.3，d的范圍為0.2-0.3，且a+b+c+d＝1。優(yōu)選地，a＝b＝c＝d＝0.25。

其中，B_Ym的計算公式為：式中Ym為楊氏模量。B_μ的計算公式為:式中μ為泊松比。B_σ的計算公式為：式中σ_y為屈服強度，σ_c為抗壓強度。B_ε的計算公式為：ε_y為屈服點軸向應(yīng)變(屈服應(yīng)變)，εtot為峰值強度點的軸向應(yīng)變(總應(yīng)變)。

在壓縮實驗中，如圖1所示，c點為巖石的峰值強度點，oc段為巖石的峰前曲線段，y點為巖石的屈服點，y點之前巖石僅僅發(fā)生彈性變形，y點之后巖石發(fā)生彈性和塑性變形。即巖石的峰前曲線段可以分為線彈性階段(oy)和彈塑性階段(yc)。

在脆性指數(shù)B_n中，楊氏模量(Ym)為巖石的線彈性階段(oy)的斜率，巖石的楊氏模量越大，其越不容易發(fā)生彈性形變，具有越高的剛性。泊松比(μ)為巖石的線彈性階段的徑向應(yīng)變與軸向應(yīng)變的比值，泊松比越大，巖石發(fā)生的體積應(yīng)變也越小。和分別為巖石屈服點強度與抗壓強度的比值、屈服點應(yīng)變與峰值強度點應(yīng)變的比值，和越大，屈服點越靠近峰值強度點(c)，巖石破壞前發(fā)生的塑性形變越小。新的脆性指數(shù)B_n，通過巖石在應(yīng)力-應(yīng)變過程中的彈性、剛性、塑性的綜合特征表征巖石的脆性，即巖石的彈性和剛性越強、塑性越弱，巖石的脆性越強。

一種巖石的脆性評價方法，其包括：采用根據(jù)上述的獲取方法得到的脆性指數(shù)對巖石進(jìn)行脆性評價。

通過巖石脆性指數(shù)的獲取方法可得到巖石的脆性指數(shù)B_n，通過脆性指數(shù)B_n的大小可判斷巖石的脆性大小，脆性指數(shù)B_n越大，巖石的脆性越大。

以下結(jié)合實施例對本發(fā)明的特征和性能作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

實施例

實驗對象：以新場地區(qū)須五段頁巖氣儲層為例，該段地層屬于三角洲平原-濱淺湖沉積環(huán)境，巖性主要為黑色、灰黑色泥頁巖與灰色、灰褐色粉砂巖、細(xì)砂巖不等厚互層。

實驗過程：首先采集研究區(qū)目的層段不同巖性的樣品，開展巖石力學(xué)試驗和礦物組分分析。通過巖石力學(xué)試驗可以得到脆性指數(shù)Bn需要的力學(xué)參數(shù)，其結(jié)果記錄在表1中，力學(xué)參數(shù)主要包括抗壓強度、楊氏模量、泊松比、屈服強度、屈服應(yīng)變、總應(yīng)變，并在此基礎(chǔ)上得到脆性指數(shù)B_n，B_n的計算模型為：B_n＝a·B_Ym+b·B_μ+c·B_σ+d·B_ε，計算模型中：a＝b＝c＝d＝0.25，其中Ym_max、Ym_min、μ_max、μ_min均參考Rickman等(2008)的取值，分別為80MPa、10MPa、0.4、0.15。和取理論值1，和均取理論值0。

對比例1

將實施例中采集到的樣品對其進(jìn)行脆性指數(shù)的測試，其所采用的模型為目前產(chǎn)常用的基于可恢復(fù)性應(yīng)變和總應(yīng)變的關(guān)系得出的，其計算模型如下：式中：ε_el為樣品的彈性應(yīng)變量，ε_tot為總應(yīng)變量。其測試結(jié)果記錄在表1中。

對比例2

將實施例中采集到的樣品對其進(jìn)行脆性指數(shù)的測試，其所采用的模型為目前產(chǎn)常用的基于楊氏模量和泊松比的函數(shù)關(guān)系得出的，其計算模型如下：式中Ym為樣品的楊氏模量，Ym_max和Ym_min分別為樣品楊氏模量的最大值和最小值；μ為樣品的泊松比，μ_max和μ_min分別為樣品泊松比的最大值和最小值。Ym_max、Ym_min、μ_max、μ_min均參考Rickman等(2008)的取值，分別為80MPa、10MPa、0.4、0.15。其測試結(jié)果記錄在表1中。

對比例3

將實施例中采集到的樣品對其進(jìn)行脆性指數(shù)的測試，其所采用的模型為目前產(chǎn)常用的基于礦物組分得出的，其計算模型如下：

V_s、V_ca、V_cl分別為樣品中硅質(zhì)組分、鈣質(zhì)組分、黏土組分的體積。其測試結(jié)果記錄在表1中。

表1新場須五段力學(xué)測試結(jié)果及脆性指數(shù)

根據(jù)表1的測試結(jié)果，分別對B₁、B₁₁、B₁₃和B_n之間的關(guān)系進(jìn)行了統(tǒng)計，其結(jié)果如圖2-圖7。

從圖2-圖4來看，應(yīng)變關(guān)系脆性指數(shù)B₁和礦物含量脆性指數(shù)B₁₃之間具有較好的相關(guān)性，其決定系數(shù)R₂為0.7818(即相關(guān)系數(shù)為0.884)；而彈性參數(shù)脆性指數(shù)B₁₁與應(yīng)變關(guān)系脆性指數(shù)B₁、礦物含量脆性指數(shù)B₁₃相關(guān)性均較低，決定系數(shù)R₂分別為0.5963、0.6116(即相關(guān)系數(shù)分別為0.772、0.782)，說明了彈性參數(shù)脆性指數(shù)B₁₁與應(yīng)變關(guān)系脆性指數(shù)B₁、礦物含量脆性指數(shù)B₁₃之間的關(guān)系相對獨立，三者表征脆性特征相對片面。脆性指數(shù)B₁₁與B₁、B₁₃的差異，表明他們只能從特定的角度描述巖石脆性的定量特征，存在一定的缺陷。

從圖5-圖7來看，綜合脆性指數(shù)B_n與應(yīng)變關(guān)系脆性指數(shù)B₁、彈性參數(shù)脆性指數(shù)B₁₁、礦物含量脆性指數(shù)B₁₃均具有較好的相關(guān)性，決定系數(shù)分別為0.8091、0.7857、0.6987(即相關(guān)系數(shù)分別為0.8995、0.8874、0.8359)，脆性指數(shù)B_n對B₁、B₁₁、B₁₃的特征都有較好的體現(xiàn)。由此可見，綜合脆性指數(shù)B_n能夠更為全面的表征巖石的脆性特征，本發(fā)明提出的巖石脆性指數(shù)的獲取方法及巖石的脆性評價方法是一種有效地評價巖石脆性的方法。

綜上所述，本發(fā)明實施例的巖石脆性指數(shù)的獲取方法及巖石的脆性評價方法，用歸一化的楊氏模量、泊松比表征巖石峰前階段的彈性特征，能夠較為全面的表征峰前階段的彈性變形；用歸一化的屈服強度與抗壓強度的比值、歸一化的屈服應(yīng)變與總應(yīng)變的比值表示峰前曲線彈性變形和塑性變形的關(guān)系。綜合四個參數(shù)可以較為全面的表征巖石峰前階段的應(yīng)力-應(yīng)變的整個過程。由于該方法是采用的峰前曲線參數(shù)，則相較于復(fù)雜的峰后曲線特征參數(shù)，峰前曲線參數(shù)容易在實驗中讀取標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，方便不同地層、地區(qū)的數(shù)據(jù)對比。本發(fā)明實施例的巖石的脆性評價方法，能夠比較全面地表征巖石的脆性特征。

以上所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。本發(fā)明的實施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。