[发明专利]一种基于单轴强度实验的页岩可压性综合评价方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于单轴强度实验的页岩可压性综合评价方法，属于石油开发的技术领域。

背景技术

开发页岩气是我国能源战略的重大需求，但不同于美国页岩气开发情况，我国页岩气具有赋存复杂，开发难度大的特点，特低孔隙度、超低渗透率、高黏土含量、埋藏更深、地形更复杂等成为制约我国页岩气开发的主要因素；长水平井大规模水力压裂成为页岩气开发的必要手段。研究发现，页岩的初始损伤程度和脆性对压裂的效果影响显著，也是评价页岩储层力学特性的关键指标，还对井壁的稳定性产生显著的影响，因此对页岩储层进行可压性评价尤为重要。

不同于现场数据评价，室内页岩的可压性评价具有测试评价周期短、费用少、代表性强等特点。但现有的页岩可压性室内评价技术大多采用的是基于脆性矿物组分、弹性参数等单一的脆性指标，难以反映页岩的初始损伤复杂、层理极为发育、成分非均质、力学非线性等特性，造成了钻井过程中井下事故频发、体积压裂效果差等后果，严重制约了我国页岩气的勘探开发。因此，现阶段急需一种通过室内实验来综合评价页岩可压性的方法。

发明内容

本发明的目的在于为了有效评价页岩储层可压性，克服现有技术仅针对影响缝网形成的单一因素进行分析或实验条件的缺乏，提供一种基于单轴强度实验的页岩可压性综合评价方法。本方法简单且有效。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

本发明一种基于单轴强度实验的页岩可压性综合评价方法，该方法包括以下步骤：

①取目的层页岩岩心或露头岩样加工为直径25mm高40-50mm的标准圆柱试样，磨平端面，置于伺服实验机内进行单轴抗压强度试验至试样失效破坏，并实时记录应力应变数据，记录试样的弹性模量、泊松比，绘制应力-应变曲线图；

②将测得的弹性模量、泊松比结合本区块弹性模量、泊松比极值计算出归一化弹性模量和归一化泊松比，根据Rickman经典方法加权平均求得脆性指数；

③在应力-应变曲线图中获取峰值强度、峰值应变、残余强度、残余应变参数，求得峰前形态系数、应力跌落相对幅度和应力跌落速率，并按加权平均计算得到应力应变曲线形态指数；

④为防止碎裂后试样散落先将其固定为一整体，通过拓印或扫描的方式得到试样侧面裂缝分布图并在方格纸上展开，通过盒维数法计算得到裂缝迹长分维值，取其的一半为裂缝分布指数；

⑤解除固定，得到试样的崩落碎片，使用不同孔眼大小的筛网筛选和电子天平称量得到不同尺度下的崩落碎片质量分布，在双对数坐标上采用最小二乘法线性回归计算求得崩落碎片块度分维值，取其三分之一为碎片块度分布指数；

⑥对求得的脆性指数、应力应变曲线形态指数、裂缝分布指数、碎片块度分布指数取算数平均值得到综合可压性指数，其值越大该试样所代表的页岩储层可压性越好，缝网形成能力越强。

本发明用于综合评价页岩的可压性，具有以下优点：1、考虑了页岩的弹性参数，认为弹性模量大、泊松比小的页岩脆性更强；2、考虑了屈服应变的相对大小和屈服后应力降落的绝对速率，认为峰值应变越小的页岩，越容易在较小的应力加载下发生屈服破坏、产生裂缝；3、考虑了页岩的初始裂缝分布和层理发育情况，认为页岩单轴强度实验后试样表面裂缝分布情况反映了页岩初始损伤和层理结构，压后试样表面裂缝越多、分布越复杂、崩落碎片小而多，该页岩的可压性越好；4、承认页岩作为一种非均质复杂自然材料，其天然损伤和微观结构分布近似符合分形规律，裂缝迹长分维值和块度分维值可以较好地定量表征裂缝和崩落碎片分布的复杂程度；5、实验过程简便易行，对仪器设备要求不高，大多数页岩储层都会取芯或取露头分析，实验条件容易实现；6、数据处理方便易操作。

该方法综合体现了页岩脆性和初始损伤，用于评价页岩压后形成缝网的能力，不仅实验简便易行，而且后期处理直观简单，适用于室内评价及油田现场应用。

附图说明

图1为本发明一种基于单轴强度实验的页岩可压性综合评价方法的技术方案流程示意图；

图2为本发明的应力应变曲线分析示意图；

图3为本发明的试样侧面裂缝分布盒维数网格分析图；

图4为本发明的试样侧面裂缝迹长分维计算示意图；

图5为本发明的崩落碎片块度分维计算示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1、图2、图3、图4、图5所示，本发明一种基于单轴强度实验的页岩可压性综合评价方法，该方法包括以下步骤：