一种含油泥页岩杨氏模量的定量评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于页岩油勘探开发过程中泥页岩储层可压裂性评价技术领域，具体涉及 一种含油泥页岩杨氏模量的定量评价方法。
【背景技术】
[0002] 我国具有丰富的页岩油资源。无论是泥页岩层系还是纯泥页岩储层，其内赋存页 岩油资源量都十分可观，页岩油有望成为继页岩气之后，未来又一重要的接替能源。制约页 岩油可采性的关建因素之一为页岩油储层的可压裂改造性。对于泥页岩层系内薄夹层（如 致密砂岩、碳酸盐岩、火山岩等），其可压裂性远好于纯泥页岩储层，因此评价泥页岩储层可 压裂性对页岩油（尤其是纯泥页岩储层内丰富的石油聚集）的开采更具意义。
[0003] 泥页岩力学特性（弹性和强度特性）在压裂改造过程中对裂缝起裂、扩展、延伸和 展布形态等多方面起着至关重要的作用，影响压裂改造效果好坏，从而影响页岩油产量与 开采潜力。从压裂改造储层的角度而言，研究泥页岩力学特性对于评价泥页岩储层可压裂 性以及寻找页岩油"甜点"具有重要的现实意义。但目前针对含油泥页岩力学特性研究还 较少，特别是岩石力学特性对储层可压裂性的影响方面，有待深入研究。由于泥页岩岩石类 型、微观/宏观结构、无机矿物组成、有机质特征（丰度、类型及成熟度）、赋存流体性质（组 成及含量）、地应力条件、储层压力和储层温度等均会对泥页岩力学特性产生不同程度的影 响，多因素综合影响下使得泥页岩储层岩石力学特性更加复杂，在储层内部横向和纵向上 均表现出显著的各向异性，使得准确评价岩石力学参数大小、分布以及储层可压裂性等增 加了难度。
[0004] 作为一个重要的弹性参数，杨氏模量在评价储层可压裂性方面发挥着积极的作 用。比如GrieserandBray(2007)使用杨氏模量和泊松比参数构建了一个脆性指数，认为 高杨氏模量和低泊松比储层具有较高的脆性（可压裂性）。BrittandSchoeffler(2009) 认为杨氏模量大于3.5X106psi(约20.684Gpa)的岩石是脆性的。可见，评价泥页岩杨氏 模量对于优选泥页岩储层有利压裂区具有重要的意义。为此，需要探索一种便于操作的、准 确的获得含油泥页岩杨氏模量的评价方法。
【发明内容】
[0005] 本发明目的之一在于提供一种简便易行，省时省力，可操作性和实用性较强的含 油泥页岩杨氏模量的定量评价方法，
[0006] 本发明提供的一种含油泥页岩杨氏模量的定量评价方法，包括如下步骤：
[0007] 步骤S1 :将泥页岩样品制备成标准岩芯柱，测试其在不同围压条件下的三轴应 力-应变曲线；
[0008] 步骤S2 :根据所述三轴应力-应变曲线分别计算不同围压条件下的杨氏模量；
[0009] 步骤S3 :测试泥页岩样品中各组分的百分含量；
[0010] 步骤S4 :建立不同围压条件下的杨氏模量与泥页岩样品中各组分的耦合关系；
[0011] 步骤S5 :对于已知组分的泥页岩样品根据所述耦合关系计算不同围压条件下的 杨氏模量；
[0012] 步骤S6 :建立步骤S5中获得的杨氏模量与不同围压之间的关系式；
[0013] 步骤S7 :根据步骤S6中得到的关系式计算其他任意围压条件下的杨氏模量。
[0014] 本发明的有益效果在于，将含油泥页岩杨氏模量表述为组分的函数，根据建立的 体积模型评价杨氏模量大小，再通过测试泥页岩的各组分含量数据，建立杨氏模量与物质 组成之间的耦合关系，实验操作简便易行，省时省力，可操作性、实用性较强。
【附图说明】
[0015] 图1所示为本发明含油泥页岩杨氏模量的定量评价方法流程图。
[0016] 图2所示为本发明实施例中测得的不同围压下的轴向应力-应变曲线图。
[0017] 图3所示为本发明实施例中评价泥页岩杨氏模量的简化体积模型图。
[0018] 图4所示为本发明实施例中不同围压条件下杨氏模量的计算值与预测值对比图。
[0019] 图5所示为本发明实施例中泥页岩杨氏模量与围压之间的关系图。
【具体实施方式】
[0020] 下文将结合具体实施例详细描述本发明。应当注意的是，下述实施例中描述的技 术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的 技术效果。
[0021] 如图1所示，本发明提供的一种含油泥页岩杨氏模量的定量评价方法，包括如下 步骤：
[0022] 步骤S1 :将泥页岩样品制备成标准岩芯柱，测试其在不同围压条件下的三轴应 力-应变曲线。
[0023] 该步骤中对泥页岩样品沿平行层理方向（泥岩可沿任意方向）钻取具有近似尺寸 的标准岩芯柱，剩余样品留作备用；在相同的实验温度不同围压条件下测试岩芯柱弹性变 形段，从而得到三轴应力-应变曲线。
[0024] 步骤S2 :根据所述三轴应力-应变曲线分别计算不同围压条件下的杨氏模量：
[0025]
[0026] 其中E为杨氏模量，A〇a为轴向应力变化量，Aea为轴向应变增加量。
[0027] 步骤S3 :测试泥页岩样品中各组分的百分含量。
[0028] 泥页岩样品中各组分包括无机矿物和有机质，理想地认为各组分百分比之和满足 如式如下关系式：
[0029]
[0030] 其中，Q为组分i重量百分比（i= 1，粘土矿物；i= 2,娃质矿物；i= 3，|丐质矿 物；i= 4,其他矿物；i= 5,氯仿沥青"A";i= 6,残余有机碳，此为针对氯仿沥青"A"抽提 后样品测试的总有机碳）。
[0031] 步骤S4 :建立不同围压条件下的杨氏模量与泥页岩样品中各组分的耦合关系。
[0032] 通过多元线性回归的方法，建立泥页岩杨氏模量与各组分之间的耦合关系式，如 下：
[0033]
[0034] 其中，Ej为围压j条件下的杨氏模量，a种c为拟合系数。
[0035] 步骤S5 :对于已知组分的泥页岩样品根据所述耦合关系计算不同围压条件下的 杨氏模量。
[0036] 步骤S6 :建立步骤S5中获得的杨氏模量与不同围压之间的关系，关系式如下：
[0037]E=alog(oc)+b
[0038] 其中，E是杨氏模量，a是系数，无量纲，b是系数，〇。是围压。
[0039] 步骤S7 :根据步骤S6中得到的关系式可计算其他任意围压条件下的杨氏模量。 [0040] 实施例
[0041] 步骤a:将取自渤海湾盆地东营凹陷古近系沙河街组6块含油泥页岩样品，清洗干 净，对于泥页岩样品沿层理方向（泥岩可沿任意方向）制备标准岩芯柱，剩余样品留作备 用；
[0042] 岩芯柱的直径为2. 5cm和高度为4. 8cm。
[0043] 步骤b:将实验温度设为室温25°C，轴向应力加载速率设为0? 005mm/min，测试其 在围压分别为1、5、10、15和20MPa条件下的三轴应力-应变曲线：
[0044] 由低围压到高围压分别开展三轴压缩实验，测试出不同围压条件下的弹性变形 段，在20MPa围压条件下加载轴向应力直至岩芯破裂，最后得到的三轴应力-应变曲线如图 2所示。
[0045] 步骤c:根据步骤b中得到的应力-应变曲线，采用弹性变形段的斜率计算不同围 压条件下的杨氏模量值，依据的公式如下：
[0046]
[0047] 其中E为杨氏模量，A〇a为轴向应力变化量，Aea为轴向应变增加量。
[0048] 步骤d:将步骤a中剩余的样品粉碎，分成4份，分别开展相关配套实验，测试泥页 岩各组分含量，其中泥页岩各组分含量包括有机质和无机矿物。
[0049] 该配套实验主要包括：（1)采用索氏提取法进行氯仿沥青"A"的抽提；（2)采用 Carbon-Sulfur分析仪测量总的残余有机碳；（3)利用D2PHASER仪器进行XRD全岩矿物组 成分析。
[0050] 步骤e:将泥页岩简化为如图3所示的体积模型，包括粘土矿物、硅质矿物、钙质矿 物、其他矿物（本次研究为铁质矿物）、氯仿沥青"A"和残余有机碳6个部分，满足如下的关 系式：
[0051]
[0052] 其中，<^为组分1重量百分比（1 = 1，粘土矿物；1 = 2，娃质矿物；丨=3，|丐质矿 物；i= 4,其他矿物；i= 5,氯仿沥青"A"；i= 6,残余有机碳）。
[0053] 步骤f:结合步骤c所获得的杨氏模量值和步骤e得到的泥页岩各组分含量，采用 多元线性回归的方法，建立不同围压条件下杨氏模量和各组分之间的耦合关系，如下式所 示：
[0054]
[0055] 其中，Ej为围压j(j= 5, 10, 15和20MPa)条件下的杨氏模量，aJPc为拟合系数。
[0056] 步骤g:获得步骤f中的耦合关系式中的系数如表1所示。如图4所示，通过步骤 f中的耦合关系式计算的杨氏模量与测试值非常接近，从而说明采用泥页岩各组分评价杨 氏模量是可行、可靠的方法。
[0057] 表1 :步骤f中的耦合关系式中的系数值
[0058]
[0059] 步骤h:对于已知组分的泥页岩样品根据上述耦合关系式计算不同围压（5、10、15 和20MPa)下的杨氏模量。
[0060] 步骤i:建立步骤h所获得的杨氏模量值与围压之间的关系式，结果如图5所示。 两者之间的关系式描述为：
[0061] E=alog( 〇 c)+b
[0062] 其中，E是杨氏模量，a、b是系数，无量纲，〇。是围压。
[0063] 步骤j:根据步骤i可计算其它任意围压条件下的杨氏模量。
[0064] 本文虽然已经给出了本发明的一些实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在 不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不 应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。
【主权项】
1. 一种含油泥页岩杨氏模量的定量评价方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤Sl :将泥页岩样品制备成标准岩芯柱，测试其在不同围压条件下的三轴应力-应 变曲线； 步骤S2 :根据所述三轴应力-应变曲线分别计算不同围压条件下的杨氏模量； 步骤S3 :测试泥页岩样品中各组分的百分含量； 步骤S4 :建立不同围压条件下的杨氏模量与泥页岩样品中各组分的耦合关系； 步骤S5 :对于已知组分的泥页岩样品根据所述耦合关系计算不同围压条件下的杨氏 模量； 步骤S6 :建立步骤S5中获得的杨氏模量与不同围压之间的关系式； 步骤S7 :根据步骤S6中得到的关系式计算其他任意围压条件下的杨氏模量。
【专利摘要】本发明提供了一种含油泥页岩杨氏模量的定量评价方法，包括：步骤S1：将泥页岩样品制备成标准岩芯柱，测试其在不同围压条件下的三轴应力-应变曲线；步骤S2：根据所述三轴应力-应变曲线分别计算不同围压条件下的杨氏模量；步骤S3：测试泥页岩样品中各组分的百分含量；步骤S4：建立不同围压条件下的杨氏模量与泥页岩样品中各组分的耦合关系；步骤S5：对于已知组分的泥页岩样品根据所述耦合关系计算不同围压条件下的杨氏模量；步骤S6：建立步骤S5中获得的杨氏模量与不同围压之间的关系式；步骤S7：根据步骤S6中得到的关系式计算其他任意围压条件下的杨氏模量。本实验操作简便易行，省时省力，可操作性、实用性较强。
【IPC分类】G01N3/08
【公开号】CN105021458
【申请号】CN201510409190
【发明人】李俊乾, 卢双舫, 张萍, 薛海涛, 陈建军, 谢柳娟, 张鹏飞
【申请人】中国石油大学(华东)
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年7月14日