[发明专利]一种横观各向同性页岩地层脆性指数预测方法

说明书

本发明公开一种横观各向同性页岩地层脆性指数预测方法，包括根据全波列声波测井资料确定页岩各向异性刚度系数；计算横观各向同性页岩的刚度矩阵、页岩各向异性弹性模量和泊松比；计算地层坐标下横观各向同性页岩的柔度矩阵；计算任意方位角和井斜角条件下的页岩刚度矩阵和柔度矩阵；计算任意井斜和方位井眼观测坐标下的页岩弹性模量和泊松比；计算横观各向同性页岩地层脆性指数。本发明考虑了页岩各向异性特征，从实钻井眼角度评价横观各向同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

本发明涉及一种横观各向同性页岩地层脆性指数预测方法，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。在钻井过程中，脆性指数越高，井壁岩石发生“岩爆型”瞬时破坏的几率越高，则井壁越容易发生崩落、掉块，从而导致卡钻、埋钻等井壁失稳复杂事故，严重时甚至导致井眼报废。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。由于页岩具有显著的各向异性特征，通常表现为横观各向同性，即垂直于层理面方向的脆性指数和平行于层理面方向的脆性指数通常不一致，而当前的研究大都关注于波速、杨氏模量和泊松比的各向异性，而忽略了页岩地层的脆性各向异性，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。

发明内容

为了克服现有技术中的问题，本发明提供一种横观各向同性页岩地层脆性指数预测方法。

本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种横观各向同性页岩地层脆性指数预测方法，包括：

根据全波列声波测井资料确定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横观各向同性页岩的刚度矩阵C_VTI；

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横观各向同性页岩的柔度矩阵S_VTI；

对地层坐标下横观各向同性页岩的刚度矩阵C_VTI、柔度矩阵S_VTI进行Bond变换后，得到任意方位角和井斜角条件下的页岩刚度矩阵C和柔度矩阵S；

根据岩石弹性参数的定义和任意方位角和井斜角条件下的页岩刚度矩阵C和柔度矩阵S，计算任意井斜和方位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-杨法和任意井斜和方位井眼观测坐标下的页岩弹性模量和泊松比，计算横观各向同性页岩地层脆性指数BI_{2_β}。

进一步的技术方案是，所述页岩各向异性刚度系数的计算公式为：

式中：C₁₁为垂直于井眼轴线方向的纵波刚度；C₁₂、C₁₃分别为平行于层理面方向两个正交的剪切刚度；C₃₃为沿井眼轴线方向的纵波刚度；C₄₄为沿井眼轴线方向的横波刚度；C₆₆为横向的横波刚度；V_pv为沿井眼轴线方向的纵波波速；V_sv为沿井眼轴线方向的横波波速；V_sh为横向的横波波速；ρ为页岩密度。