本發明涉及石油勘探開發中的巖石力學評價領域，尤其涉及一種測量儲層巖石的脆性指數的方法及裝置。
背景技術：
：致密氣、頁巖氣、煤層氣、致密油等致密油氣儲存在致密儲層中。隨著開采技術的進步，這些致密油氣具有較高的開發潛力，但由于致密儲層孔隙度和滲透率都非常低，一般情況下無自然產能或者自然產能較低，需要進行規模壓裂才能產出工業油氣流。儲層的脆性是尋找相對優質儲層、遴選射孔改造層段以及設計壓裂規模的重要基礎參數。現有的儲層脆性的測量方法有很多，例如，1、基于地球物理資料的動態彈性參數法(參見2008年《SPE》，RickmanR和MullenMJ等著作的《ApracticaluseofshalepetrophysicsforstimulationdesignoptimizationallshaleplaysarenotclonesoftheBarnettShale》)；2、基于儲層的巖心分析或測井評價的巖性參數指示法，然而，上述的兩類方法均存在多解性。巖心的脆性測量方法還包括有基于破裂實驗的應力應變關系法，該方法可以克服上述的多解性的問題。前人對基于破裂實驗的應力應變關系法進行了大量的研究，主要有以下幾種觀點：1、H.Honda和Y.Sanada提出以硬度和堅固性差異表征脆性(參見雜志《Fuel》中文章《Hardnessofcoal》)；2、V.Hucka和B.Das建議采用試樣抗壓強度和抗拉強度的差異表示脆性(參見雜志《InternationalJournalofRockMechanicsandMiningSciencesandGeomechanicsAbstracts》中文章《Brittlenessdeterminationofrocksbydifferentmethods》)；3、A.W.Bishop認為應從標準試樣的應變破壞試驗入手，分析應力釋放的速度進而表征脆性(參見論文集《Proceedingsofthegeotechnicalconference》中文章《Progressivefailurewithspecialreferencetothemechanismcausingit》)，但這些方法大多針對具體問題提出沒有較高的通用性，且僅僅考慮了破裂后的應力應變的關系，沒有考慮到破裂前的應力應變關系。李慶輝(參見雜志《巖石力學與工程學報》中文章《頁巖脆性的室內評價方法及改進》)提出基于全應力-應變的脆性評價方法。該方法考慮了破裂前和破裂后的兩種應力應變關系曲線，但該脆性評價方法需要確定的參數較多，且沒有統一的標準。因此如何使用較少的參數準確地測量儲層脆性是當前亟待解決的問題。技術實現要素：針對上述問題，本發明的目的在于提供一種測量儲層巖石的脆性指數的方法及裝置，該方法可以在獲取較少的參數情況下測量儲層的脆性指數。為了實現上述目的，本發明提供的一種測量儲層巖石的脆性指數的方法。該方法包括：對待測巖心進行破裂實驗并獲取所述待測巖心的應力值與應變值；基于獲取的所述應力值和所述應變值生成應力應變關系曲線；基于所述應力應變關系曲線通過第一算法計算峰前脆性指數；基于所述應力應變關系曲線通過第二算法計算峰后脆性指數；基于所述峰前脆性指數以及所述峰后脆性指數通過第三算法計算所述待測巖心的脆性指數。優選的，所述對待測巖心進行破裂實驗并獲取待測巖心的應力值與應變值的步驟包括：對所述待測巖心施加預定的圍限壓力；對所述待測巖心施加預設的孔隙壓力；對所述待測巖心施加預設的所述圍限壓力以及預設的所述孔隙壓力后，對所述待測巖心施加軸向壓力并逐漸增大，同時獲取所述待測巖心的所述應力值與所述應變值，直至待測巖心破裂。優選的，所述圍限壓力的值根據待測巖心所在的深度和地層密度確定；所述孔隙壓力的值根據所述待測巖心所在的深度和流體密度確定。優選的，所述基于應力應變關系曲線通過第一算法計算峰前脆性指數的步驟包括：獲取所述應力應變關系曲線上達到最大屈服強度的應變值εy以及峰值強度的應變值εp；基于獲取的最大屈服強度的應變值εy以及峰值強度的應變值εp通過第一算法計算峰前脆性指數Bb。優選的，所述第一算法為：其中Bb為峰前脆性指數；εy為最大屈服強度的應變值，％；εp為峰值強度的應變值，％。優選的，所述基于應力應變關系曲線通過第二算法計算峰后脆性指數的步驟包括：獲取所述應力應變關系曲線上達到峰值強度的應力值τp以及達到殘余強度時的應力值τr；基于獲取的達到峰值強度的應力值τp以及達到殘余強度時的應力值τr通過第二算法計算峰后脆性指數Ba。優選的，所述第二算法為：其中，Ba為峰后脆性指數；τp為達到峰值強度的應力值，單位為兆帕；τr為達到殘余強度時的應力值，單位為兆帕。優選的，所述基于峰前脆性指數以及峰后脆性指數通過第三算法計算儲層巖石的脆性指數的步驟包括：基于計算得到的峰前脆性指數Ba以及峰后脆性指數Bb通過所述第三算法計算待測巖心的脆性指數B；其中，所述第三算法為：B＝(Bb+Ba)/2B為儲層巖石的脆性指數；Ba為峰后脆性指數；Bb為峰前脆性指數。優選的，所述待測巖心的直徑為2.5～2.6厘米之間；所述待測巖心的高度為4.5～5.5厘米之間。本發明還提供了一種測量儲層巖石的脆性指數的裝置，包括：破裂實驗單元，用于對待測巖心進行破裂實驗并獲取待測巖心的應力值與應變值；與所述破裂實驗單元電連接的處理單元，用于獲取所述待測巖心的應力值和應變值并基于獲取到的應力值和應變值生成應力應變關系曲線；與所述處理單元電連接的第一計算單元，用于基于應力應變關系曲線通過第一算法計算峰前脆性指數；與所述處理單元電連接的第二計算單元，用于基于應力應變關系曲線通過第二算法計算峰后脆性指數；分別與所述第一計算單元以及第二計算單元電連接的第三計算單元，用于獲取峰前脆性指數以及峰后脆性指數并通過第三算法計算儲層巖石的脆性指數。優選的，所述待測巖心通過取芯鉆機或鉆井設備進行鉆取。優選的，所述破裂實驗單元包括：具有所述待測巖心的放置位的放置組件；設置在所述放置組件上的圍限壓力施加組件，用于向所述待測巖心施加圍限壓力；設置在所述放置組件上的孔隙壓力施加組件，用于向所述待測巖心施加孔隙壓力；設置在所述放置組件上的軸向壓力施加組件，用于向所述待測巖心施加軸向壓力；設置在所述放置組件上的數據獲取組件，用于獲取所述待測巖心的應力值和應變值。本發明針對當前勘探熱點頁巖氣和致密砂巖等致密儲層，通過對待測的致密儲層的巖心進行破裂實驗分析獲取待測巖心的應力應變關系曲線，再根據獲取到的應力應變關系曲線分析曲線上峰前和峰后兩個階段并分別計算峰前脆性指數和峰后脆性指數，綜合上述兩個階段的脆性指數后，進而得到儲層巖石的脆性指數。該方法可以在獲取較少的參數情況下測量儲層的脆性指數，克服了之前參數多、標準不統一的難題，為致密儲層巖石力學性質評價奠定堅實的基礎。附圖說明圖1為本發明的實施例提供的測量儲層的脆性的方法的流程圖；圖2為本發明實施例中典型應力應變關系曲線示意圖；圖3為本發明實施例中應力應變關系曲線關鍵點示意圖；圖4a為本發明實施例中樣品1的應力應變關系曲線圖；圖4b為本發明實施例中樣品2的應力應變關系曲線圖；圖5為本發明實施例中測量儲層脆性的裝置中各單元的連接示意圖；圖6為本發明實施例中測量儲層脆性的裝置的破裂實驗單元中各部件的示意圖。附圖說明：1、破裂實驗單元；2、處理單元；3、第一計算單元；4、第二計算單元；5、第三計算單元。具體實施方式為了使本
技術領域：
的人員更好地理解本申請中的技術方案，下面將結合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發明保護的范圍。本發明公開了一種測量儲層巖石的脆性指數的方法，參照圖1所示，該方法包括：S101：對待測巖心進行破裂實驗并獲取待測巖心的應力值與應變值。在該步驟中，首先可以使用破裂實驗的設備對待測巖心施加預定的圍限壓力。其中，圍限壓力的值可以根據待測巖心未鉆取之前所在的深度和地層密度確定，即待測巖心在未被鉆取之前所處在的儲層對其的壓力值。施加圍限壓力的目的在于模擬巖心在地下的環境。保證待測巖心在實驗室中進行測量時，能保證該待測巖心處于較為真實的環境中，從而確保該方法獲取到的數據的準確度。對待測巖心施加預設的孔隙壓力。其中，孔隙壓力的值根據待測巖心所在的深度和流體密度確定，即孔隙壓力為待測巖心處于儲層中時，待測巖心內的孔隙中存在的油或者氣對其的壓力。施加孔隙壓力值的目的在于模擬巖心在地下的環境，進而保證待測巖心在實驗室中進行測量時，能保證該待測巖心處于較為真實的環境中，從而保證獲取到的數據的準確度。其中，圍限壓力和孔隙壓力的施加順序沒有具體的限制，即，可以先施加圍限壓力然后再施加孔隙壓力，同樣，也可以先施加孔隙壓力再施加圍限壓力。對待測巖心施加預設的圍限壓力以及預設的孔隙壓力后，對待測巖心施加軸向壓力并逐漸增大，直至待測巖心破裂。具體的，施加軸向壓力的裝置可以與待測巖心的端部相接觸，進而對其施加一軸向的壓力。對待測巖心施加軸向壓力的同時，操作人員可以獲取待測巖心的應力值與應變值。具體的，操作人員可以在待測巖心以及向待測巖心施加軸向壓力的裝置上設置應力感應器以及應變感應器，進而獲取在對待測巖心施加軸向壓力時的應力值以及應變值。該技術為現有技術中獲取應力與應變值的慣用手段，在此不再贅述。在該步驟中，待測巖心可以通過取芯設備在儲層中鉆取獲得，或者也可以通過鉆井設備在鉆井的過程中獲得。為了保證待測巖心的尺寸能在實驗室的設備上進行實驗。待測巖心的直徑可以為2.5～2.6厘米(cm)之間；待測巖心的高度為4.5～5.5厘米之間。S102：基于獲取的應力值和應變值生成應力應變關系曲線。在該步驟中，如圖2所示，該圖為本發明實施例中根據應力值以及應變值生成的典型應力應變關系曲線示意圖。該曲線可被劃分為彈性區域、塑性區域和破裂區3個部分。又如圖3所示，該圖為本發明實施例的應力應變關系曲線關鍵點示意圖。通過該曲線可讀出3個關鍵點坐標，分別是屈服強度的應力和應變(εy,τy)，峰值強度的應力和應變(εp,τp)以及殘余強度的應力和應變(εr,τr)。例如，如圖4a以及圖4b所示，該圖為本發明的實施例提供的兩塊樣品的具體的應力應變關系曲線圖。圖4a為樣品1的應力應變關系曲線。參照圖3標示的各個關鍵點坐標，可以根據該應力應變關系曲線讀取屈服強度的應力和應變(εy,τy)，峰值強度的應力和應變(εp,τp)以及殘余強度的應力和應變(εr,τr)的值，進而可以根據上述的值計算樣品1的脆性指數。其中，根據上述的步驟計算出的樣品1的脆性指數值見下表1。同樣的，圖4b為樣品2的應力應變關系曲線。參照圖3標示的各個關鍵點坐標，可以根據該應力應變關系曲線讀取屈服強度的應力和應變(εy,τy)，峰值強度的應力和應變(εp,τp)以及殘余強度的應力和應變(εr,τr)的值，進而可以根據上述的值計算樣品2的脆性指數。其中，根據上述的步驟計算出的樣品2的脆性指數值見下表1。S103：基于應力應變關系曲線通過第一算法計算峰前脆性指數。在該步驟中，參照圖3所示，首先獲取應力應變關系曲線上達到最大屈服強度的應變值εy以及峰值強度的應變值εp，即，上述的屈服強度的應力和應變(εy,τy)，峰值強度的應力和應變(εp,τp)中的橫向坐標值。其中，屈服強度的應力是在巖石壓縮過程中，當應力達到一定值時，應力有微小的增加而應變卻急劇增長的現象，該應力值即為屈服壓力。它可表征巖石彈性變形段的大小。基于獲取的最大屈服強度的應變值εy以及峰值強度的應變值εp通過第一算法計算峰前脆性指數Bb。其中，第一算法為：其中Bb為峰前脆性指數；εy為最大屈服強度的應變值，％；εp為峰值強度的應變值，％。S104：基于應力應變關系曲線通過第二算法計算峰后脆性指數。在該步驟中，首先獲取應力應變關系曲線上達到峰值強度的應力值τp以及達到殘余強度時的應力值τr，即，上述曲線中的峰值強度的應力和應變(εp,τp)以及殘余強度的應力和應變(εr,τr)的縱向坐標值。基于獲取的達到峰值強度的應力值τp以及達到殘余強度時的應力值τr通過第二算法計算出峰后脆性指數Ba。其中，第二算法為：其中，Ba為峰后脆性指數；τp為達到峰值強度的應力值，單位為兆帕(Mpa)；τr為達到殘余強度時的應力值，單位為兆帕(Mpa)。S105：基于峰前脆性指數以及峰后脆性指數通過第三算法計算儲層巖石的脆性指數。在該步驟中，首先基于計算得到的峰前脆性指數Ba以及峰后脆性指數Bb通過第三算法計算儲層巖石的脆性指數B；其中，第三算法為：B＝(Bb+Ba)/2其中，B為儲層巖石的脆性指數；Ba為峰后脆性指數；Bb為峰前脆性指數。參照表1所示，該表為19個樣品通過該方法計算出的儲層巖石的脆性指數B。表1編號τyτpτrεyεpεrB樣品1211.0212.4167.00.4100.4130.47460.32樣品2102.0113.983.30.3160.5510.62842.11樣品3227.6229.8142.90.3940.3980.48568.41樣品4102.8114.078.10.3980.5680.62850.78樣品5121.4132.493.60.3870.6150.68246.12樣品6111.7118.064.50.4890.6180.67662.23樣品7114.5122.382.90.4000.5280.66753.99樣品8118.1123.894.50.4160.5670.66048.52樣品9108.0118.287.10.3470.5290.61745.95樣品10109.5121.794.10.3600.5510.60644.01樣品11108.3113.593.30.4540.5320.58051.57樣品12106.9114.679.60.3590.5330.64748.95樣品1399.7109.473.20.3210.5270.62147.00樣品14105.2106.390.90.4760.4900.53355.82樣品15104.5114.277.90.3790.5370.62851.18樣品16111.7120.889.00.4280.5500.59752.07樣品17116.1125.592.50.4410.5660.61552.11樣品18117.5121.578.20.4610.5470.61659.96樣品19132.0134.698.10.5050.5810.64057.02其中，表中第一列為編號，從樣品1到樣品19；第二列為τy，即達到屈服強度時的應力；第三列為τp，即達到峰值強度時的應力；第四列為τr，即達到殘余強度時的應力；第五列為εy，即達到屈服強度時的應變；第六列為εp，即達到峰值強度時的應變；第七列為εr，即達到殘余強度時的應變；第八列為B，即儲層巖石的脆性指數。通過表1不難看出：通過本發明提供的測量儲層巖石的脆性指數的方法可以準確的測量出待測巖心的脆性指數。本發明針對當前勘探熱點頁巖氣和致密砂巖等致密儲層，通過對待測巖心進行破裂實驗分析獲取待測巖心的應力應變關系曲線，再根據獲取到的應力應變關系曲線分析曲線上峰前和峰后兩個階段并分別計算峰前脆性指數和峰后脆性指數，再綜合兩個階段的脆性指數進而得到儲層巖石的脆性指數。該方法可以在較少的參數情況下測量儲層的脆性指數，克服了之前參數多、標準不統一的難題，為致密儲層巖石力學性質評價奠定堅實的基礎。本發明還公開了一種測量儲層巖石的脆性指數的裝置，參照圖5所示，包括：破裂實驗單元1，用于對待測巖心進行破裂實驗并獲取待測巖心的應力值與應變值；與破裂實驗單元1電連接的處理單元2，處理單元2用于基于獲取的應力值和應變值生成應力應變關系曲線；與處理單元2電連接的第一計算單元3，用于基于應力應變關系曲線通過第一算法計算峰前脆性指數；與處理單元2電連接的第二計算單元4，用于基于應力應變關系曲線通過第二算法計算峰后脆性指數；分別與第一計算單元3以及第二計算單元4電連接的第三計算單元5，用于基于峰前脆性指數以及峰后脆性指數通過第三算法計算儲層巖石的脆性指數。其中，處理單元2、第一計算單元3、第二計算單元4以及第三計算單元5可以為集成芯片、第一計算單元3、第二計算單元4以及第三計算單元5的算法可以寫入集成芯片內。在一具體的實施方式中，參照圖6所示，破裂實驗單元1可以包括：具有待測巖心的放置位的放置組件；其中，放置組件可以為一能設置在實驗室工作臺上的金屬支撐板。該金屬支撐板上可以設置有能與待測巖心的直徑相適配的放置位，放置位上可以設置有放置裝置，例如，凹槽，夾持件等能將待測巖心固定設置在支撐板上的裝置，進而使得向待測巖心施加各個方向的壓力時，能保證待測巖心的穩定。設置在放置組件上的圍限壓力施加組件，用于向待測巖心施加圍限壓力；其中，圍限壓力施加組件可以為液壓組件。圍限壓力施加組件可以圍設在待測巖心的周圍。圍限壓力施加組件的圍限壓力值可以根據待測巖心未鉆取之前所在的深度和地層密度確定，即，待測巖心在未被鉆取之前所處在的儲層對其的壓力值。其中，施加圍限壓力值的目的在于模擬巖心在地下的環境。保證待測巖心在實驗室中進行測量時，能保證該待測巖心處于較為真實的環境中，從而保證獲取到的數據的準確度。設置在放置組件上的孔隙壓力施加組件，用于向待測巖心施加孔隙壓力。其中，孔隙壓力的值可以根據待測巖心所在的深度和流體密度確定，即，孔隙壓力為待測巖心處于儲層中時，待測巖心內的孔隙中存在的油或者氣對其的壓力。施加孔隙壓力值的目的在于模擬巖心在地下的環境，進而保證待測巖心在實驗室中進行測量時，能保證該待測巖心處于較為真實的環境中，從而保證獲取到的數據的準確度。孔隙壓力組件可以為液壓組件。孔隙壓力組件的作用位置為待測巖心的空隙部，孔隙壓力組件的壓力流體可以進入待測巖心的孔隙內，使得該組件能還原待測巖心在地下時，存在的油或者氣對其的壓力。設置在放置組件上的軸向壓力施加組件，用于向待測巖心施加軸向壓力。其中，軸向壓力施加組件可以包括一具有能與待測巖心的端部相接觸的壓力頭，當將待測巖心放置在放置組件上時，軸向壓力施加組件的壓力頭可以與待測巖心的上端部相接觸，軸向壓力施加組件進而可以向待測巖心施加軸向的壓力。設置在放置組件上的數據獲取組件，用于獲取待測巖心的應力值和應變值。其中，數據獲取組件可以包括應力感應器以及應變感應器。應力感應器以及應變感應器可以獲取在對待測巖心施加軸向壓力時的應力值以及應變值。應該理解，以上描述是為了進行圖示說明而不是為了進行限制。通過閱讀上述描述，在所提供的示例之外的許多實施方式和許多應用對本領域技術人員來說都將是顯而易見的。因此，本教導的范圍不應該參照上述描述來確定，而是應該參照所附權利要求以及這些權利要求所擁有的等價物的全部范圍來確定。出于全面之目的，所有文章和參考包括專利申請和公告的公開都通過參考結合在本文中。在前述權利要求中省略這里公開的主題的任何方面并不是為了放棄該主體內容，也不應該認為發明人沒有將該主題考慮為所公開的發明主題的一部分。當前第1頁1 2 3