技术领域
[0001] 本发明涉及储层岩石力学技术领域，是一种基于岩屑分形维数的岩石脆性快速评价方法。
相关背景技术
[0002] 岩石脆性是岩石受力破坏时表现出的一种固有性质，是水平井压裂及井壁稳定性评价关键参数。现有脆性评价指标近20种(基于强度、全过程应力‑应变曲线、加卸载实验、硬度测试、成分分析等)，目前常用弹性参数法和矿物组分法评价岩石脆性。弹性参数法是通过测量杨氏模量和泊松比来评价岩石脆性，但因杨氏模量最大值和最小值确定方法不统一，不同区域岩石脆性无法对比，且杨氏模量和泊松比在脆性评价中的权重不确定，岩石脆性评价存在不确定性。矿物组分分析法是通过分析石英、方解石和粘土等矿物含量来评价脆性，该方法操作简单，但该方法受限于实验选样、制样等因素影响，时效性差，单样成本较高，难以满足现场脆性快速评价的需求。
具体实施方式
[0038] 本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。本发明中所提到各种化学试剂和化学用品如无特殊说明，均为现有技术中公知公用的化学试剂和化学用品；本发明中的百分数如没有特殊说明，均为质量百分数；本发明中的溶液若没有特殊说明，均为溶剂为水的水溶液，例如，盐酸溶液即为盐酸水溶液；本发明中的常温、室温一般指15℃到25℃的温度，一般定义为25℃。
[0039] 本发明中，如无特别说明，使用的设备、装置均为本领域现有公知公用的设备、装置。
[0040] 下面结合实施例对本发明作进一步描述：
[0041] 实施例1：该基于岩屑分形维数的岩石脆性快速评价方法，按下述步骤进行：
[0042] 第一步，获取建模钻井上返岩屑的粒度分布，建模钻井的上返岩屑取样后经过标准化破碎，之后对破碎后的岩屑进行分级筛分并按分级称重，计算得到岩屑粒度相对累计量；
[0043] 第二步，计算岩屑分形维数；
[0044] 第三步，采用矿物组分分析法计算岩屑样品的岩石脆性；
[0045] 第四步，建立岩屑分形维数与岩屑样品的岩石脆性指数的相关性计算模型，以岩屑分形维数为横坐标、岩石脆性指数为纵坐标，绘制出二者交会图，采用最小二乘法得到岩屑分形维数和岩石脆性指数相关性模型。
[0046] 第五步，对待评价钻井的可压性进行评价，计算待评价钻井的岩屑分形维数，根据岩屑分形维数和岩石脆性指数相关性模型计算得到待评价钻井的岩石脆性指数。
[0047] 本发明中，对待评价钻井的可压性进行评价时，在待评价钻井的水平段取岩屑样品150g至200g，所取岩屑样品依次经过标准化破碎、分级筛分、分级称重、计算岩屑粒度相对累计量后，计算得到岩屑分形维数，根据岩屑分形维数和岩石脆性指数相关性模型计算得到待评价钻井的岩石脆性指数。
[0048] 本发明采用岩屑分形维数快速评价岩石脆性，通过对岩屑分形规律及标准化处理，计算得到岩屑分形维数，考虑矿物力学特性，对常规矿物组分法计算岩屑脆性指数公式修正，最终获取岩石脆性数据，最后绘制岩屑分形维数和脆性指数交会图，最终形成研究区域脆性数据快速评价模型。实际应用中可利用更多岩石脆性实测值对储层可压性模型进行迭代更新，不断提高模型预测精度。
[0049] 实施例2：作为上述实施例的优化，建模钻井和待评估钻井为具有相同层位的钻井，建模钻井为一个或者多个。
[0050] 实施例3：作为上述实施例的优化，第一步中取样为在建模钻井直井段或水平段间隔50米至400米设定一个取样点，每个取样点取得的岩屑样品清洗至无泥浆后烘干备用。
[0051] 本发明中，当取样段为直井段时，在直井段所取的样品应包含该井段取样范围内岩性(如泥岩、砂岩以及其他多种岩性)的所有种类，保证所取样品可代表取样范围内的岩性特征；在水平段取样为全水平段取样，取样时应保证所取的样品能够反映水平段不同位置岩性非均质性。
[0052] 实施例4：作为上述实施例的优化，第一步中标准化破碎为取烘干后岩屑样品150g至200g采用颚式破碎机对岩屑样品进行二次破碎，颚式破碎机参数为转子转速1000r/min至5000r/min，进料粒度0至30mm，出料粒度0至8mm。
[0053] 本发明中采用标准化破碎以消除钻井参数、泥浆浸泡等外界因素对岩屑粒度分布的影响。
[0054] 实施例5：作为上述实施例的优化，第一步中，分级筛分为采用不同筛网目数的筛网对岩屑样品进行分级筛分，分级筛分后，对每一级筛网筛分出的岩屑样品进行称重，并按下式1计算岩屑粒度相对累计量，
[0055]
[0056] 式中：
[0057] M为岩屑粒度相对累计量，
[0058] r为筛网对应的粒径，单位为mm，r＝8，4.75，3.35,2.36,1.7,0.83，0.38,0.18，[0059] Mr为小于粒径r的岩屑样品的质量，单位为g，
[0060] M总为岩屑样品总质量，单位为g。
[0061] 实施例6：作为上述实施例的优化，筛网为2目、4目、6目、8目、10目、20目、40目和80目方形孔筛中的五种或五种以上。
[0062] 本发明中采用振动筛分仪对岩屑样品进行分级筛分，仪器稳固耐用、重现性好，筛分时根据需要选取2目、4目、6目、8目、10目、20目、40目和80目方形孔筛中的五种或五种以上的筛网对标准化破碎处理的岩屑样品进行分选，其孔径分别对应为8mm，4.75mm，3.35mm,2.36mm,1.7mm,0.83mm，0.38mm,0.18mm。
[0063] 实施例7：作为上述实施例的优化，第二步中，岩屑分形维数按以下步骤计算，在直角坐标系下绘制ln(M×100)与lnr的关系曲线，建立两者间一元线性回归关系，拟合计算出回归直线斜率n，然后计算得到岩屑分形维数D，岩屑分形维数表达式为D＝3‑n。
[0064] 实施例8：作为上述实施例的优化，第三步中岩屑样品的岩石脆性按下式2计算得到：
[0065]
[0066] 式中，
[0067] BI为岩石脆性脆性指数，
[0068] α石英为石英的杨氏模量与泊松比，
[0069] α黄铁矿为黄铁矿的杨氏模量与泊松比，
[0070] α方解石为方解石的杨氏模量与泊松比，
[0071] α粘土为粘土的杨氏模量与泊松比，
[0072] W石英为岩屑样品中石英的重量，
[0073] W黄铁矿为岩屑样品中黄铁矿的重量，
[0074] W方解石为岩屑样品中方解石的重量，
[0075] W粘土为岩屑样品中粘土的重量。
[0076] 实施例9：作为上述实施例的优化，建模钻井为5至8个。
[0077] 实施例10：采用本发明的基于岩屑分形维数的岩石脆性快速评价方法在新疆油田金龙X井区开发中实际应用，按以下步骤进行：
[0078] 取金龙X井区选取5口井：J1井、J2井、J3井、J4井、J5井作为建模钻井，分别在其水平段取岩屑样品。分别于J1井井深2820m和2870m处，J2井井深3100m、3200m和3300m处，J3井井深1680m和1730m处，J4井井深2960m和3060m处及J5井井深2010m、2210m和2310m处取12个岩屑样品，清洗烘干后各取200g岩屑样品采用颚式破碎机对岩屑样品进行二次破碎。对破碎后的每组样品采用2目、4目、6目、8目、10目、20目、40目和80目方形孔筛筛分并称量，获得不同粒径的岩屑质量，并计算岩屑粒度相对累计量M，结果见表1。
[0079] 在直角坐标系下绘制ln(M×100)与lnr的关系曲线(见图1)，建立两者间一元线性回归关系，拟合计算出回归直线斜率n及相关性系数R2，然后根据岩屑分形维数表达式为D＝3‑n，计算得到岩屑分形维数D，结果见表2。
[0080] 采用矿物组分分析法对金龙X井区5口井水平段12组岩屑样品矿物组分分析，并按照式2计算得到其脆性指数，样品1至样品12脆性指数BI依次为：40.4％、41.0％、41.5％、43.1％、46.3％、44.8％、43.2％、42.3％、41.2％、43.5％、42.6％、42.6％。
[0081] 取样品2、样品5、样品6、样品8、样品9、样品10和样品11的计算岩石脆性指数与岩屑分形维数做相关性分析，建立岩石脆性指数与岩屑分形维数相关性模型为：BI＝13.883D2
+9.8703，相关性系数R＝0.92(见图2)。采用样品1、样品3、样品4、样品7和样品12的数据进行误差分析。通过模型计算得到样品1、样品3、样品4、样品7和样品12的脆性指数BI分别为
0.413、0.418、0.437、0.431和0.433，较矿物组分计算结果误差分别为0.2％、0.8％、1.4％、
2.2％和1.5％，误差较低，可以满足现场分析需求。
[0082] 实施例11：采用实施例10建立的岩石脆性指数与岩屑分形维数相关性模型对金龙X井区J8井和J10井进行岩石脆性进行评价。
[0083] 取金龙X井区J8井水平段井深2220m、2270m、2320m和2370m处的4组岩屑样品，取金龙X井区J10井井深3060m、3160m和3260m处3组岩屑样品，以上7组岩屑样品清洗烘干后，各取200g采用颚式破碎机对其进行二次破碎。对破碎后的每组样品采用2目、4目、6目、8目、10目、20目、40目和80目方形孔筛筛分，获得不同粒径的岩屑质量，并计算岩屑粒度相对累计量M，结果见表3。
[0084] 在直角坐标系下绘制ln(M×100)与lnr的关系曲线，建立两者间一元线性回归关2
系，拟合计算出回归直线斜率n及相关性系数R ，然后根据岩屑分形维数表达式为D＝3‑n，计算得到岩屑分形维数D，结果见表4。
[0085] 采用矿物组分分析法对金龙X井区J8井和J10井的7组岩屑样品进行矿物组分分析计算，得到其矿物组分计算脆性指数。再采用实施例10建立的岩石脆性指数与岩屑分形维数相关性模型计算得到分形维数计算脆性指数，结果见表5，由表5可知两者误差均小于4％，说明该模型适用性较好。
[0086] 本发明采用岩屑分形维数快速评价岩石脆性，通过对岩屑分形规律及标准化处理，计算得到岩屑分形维数，考虑矿物力学特性，对常规矿物组分分析法计算岩石脆性指数的公式进行了修正，得到矿物组分分析法岩石脆性数据，建立岩石脆性指数和岩屑分形维数的交会图，最终得到岩石脆性指数与岩屑分形维数相关性模型，并通过实例验证了该模型的可靠性，结果误差小。该方法可以避免对样品进行大量的矿物分析获取岩石脆性指数，操作简单便捷，成本低，能有效降低岩石脆性评价成本，满足水平井压裂优化和井壁稳定性评价数据需求，具备良好的实用价值。
[0087] 综上所述，本发明通过矿物组分分析法获取评价区域的岩石脆性指数，再对该区域岩屑分形规律及标准化处理，计算分形维数，建立岩屑分形维数与脆性指数相关性模型，进而实现通过岩屑分形维数即可获得岩石脆性特征，可进一步降低数据获取成本，且时效性更强，具有很强的现场推广应用价值。
[0088] 以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
[0089] 表1
[0090]
[0091] 表2
[0092]
[0093] 表3
[0094]
[0095] 表4
[0096]
[0097] 表5
[0098]
