基于矿物岩石力学特征差异的页岩储层脆性评价方法研究

刘伟男 王敏

摘      要：在页岩气储层评价中，岩石脆性的评价可用于指导压裂施工层位的选择、评价储层可压性及预测压裂效果。由于储层的非均质性及高昂的取心成本，需结合测井曲线构建脆性指数对页岩气储层进行评价。基于常规测井资料，在利用带约束的最小二乘优化算法反演矿物组分的基础上，构建了基于矿物岩石力学特征差异分析的脆性指数模型对XX1井五峰-龙马溪组储层脆性进行计算。评价结果表明，计算脆性与实验分析脆性一致性好，平均相对误差为4.69%，且其变化规律与岩心分析变化规律较为一致，能较好地运用于实际可压性评价。

关  键  词：页岩气储层;脆性指数;矿物组分;常规测井;最优化方法;岩石力学差异

中图分类号：TE112.2+4       文献标识码： A       文章编号： 1671-0460（2020）02-0458-05

Abstract：  In shale gas reservoir evaluation， the evaluation of rock brittleness can be used to guide the selection of fracturing construction horizon， evaluate reservoir compressibility and predict fracturing effects. Due to the heterogeneity of the reservoir and the high cost of coring， it is necessary to construct a brittleness index combined with the logging curve to evaluate the shale gas reservoir. Based on the conventional logging data， the inversion of mineral components by constrained least squares optimization algorithm， the brittleness index model based on the difference in the rock mechanical characteristics is constructed to calculate the brittleness of Wufeng-Longmaxi reservoir in well XX1. The evaluation results showed that the calculated brittleness was in good agreement with the experimental analysis. The average relative error is 4.96%， and the variation law is consistent with the core analysis change law， so it can be applied to the actual compressibility evaluation.

Key words：  shale gas reservoirs;brittleness index;mineral composition;conventional logging data;optimization method;rock mechanics difference

在頁岩气储层勘探开发中水力压裂技术已经成为主要技术，因此对页岩气储层的可压裂性进行评价有着重要的意义[1-4]。岩石脆性指数可用来评价页岩气储层可压性及预测压裂效果。由于地下储层的非均质性及高昂的取心成本，因此需利用测井资料构建脆性指数对页岩气储层脆性进行评价[5]。

利用测井资料构建脆性指数主要有两种方法，即基于岩石力学的力学脆性指数和基于矿物评价的矿物脆性指数。前者在测井及岩心岩石力学资料齐全情况下能准确评价岩石脆性[6，7]，但在开发井中，一般只进行常规测井，因此需进行横波的预测工作以评价力学脆性[8-10]，但是由于预测横波的不确定性，给脆性评价结果带来一定的误差。后者主要基于不同矿物的组成成分上有着明显差异，而不同组成成分的岩石力学特征均不相同[11-13]。国内外学者在岩石学和矿物岩石力学和脆性特征分析基础上，建立了基于矿物组分的脆性计算模型[14，15]。对于页岩储层矿物脆性，由于不同学者对于脆性矿物的分类有差异，因此建立的脆性计算模型有着明显的不同[16-18]，有的学者认为石英、长石类和碳酸盐岩类矿物均为脆性矿物，而另外一部分学者认为其中某一种（如石英）或者某几种为脆性矿物。之后通过计算脆性矿物所占整体矿物比例来表征岩石脆性[19，20]。由于选择脆性矿物存在差异，因此建立的脆性计算模型也不同[21]。

本文首先基于多矿物岩石物理体积模型利用最优化方法[22]进行矿物反演，之后在矿物脆性特征分析的基础上建立了考虑不同矿物岩石力学性质差异的脆性因子。评价结果表明，本文提出的方法能得到较为准确的矿物剖面，在此基础上计算地脆性指数与岩心一致性较好，能较好地反映储层脆性变化规律。

1  研究区概况

研究区块位于涪陵地区南部的焦石坝区块，整体上为一个宽缓的断背斜，研究主体为五峰-龙马溪组页岩气储层，构造稳定，且其保存条件好[23，24]，且相对于川南地区[25]，埋深较浅，具有较好地页岩气地质和工程技术条件，主要岩性为黑色、灰黑色硅质、碳质富有机质页岩[26，27]，局部夹粉砂质页岩，横向分布稳定，其中，富有机质层段（TOC>2%）厚度达40 m，有机质类型以I型干酪根为主，为过成熟阶段（Ro位于2.65%左右），以热裂解生干气为主;储层孔隙度为3%～7%之间，具有较好的生烃和储集条件[28]。

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