ICS 75-010 SY CCS E 11 中华人民共和国石油天然气行业标准 SY/T 76172021 海相页岩地质力学评价规范 Specification for geomechanics evaluation of marine shale 2021—11－16 发布 2022 － 02 －16 实施 国家能源局 发布 SY/T 76172021 目 次 前言· 1 范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义 4 海相页岩采样制备与地质力学测试分析 4.1页岩岩心采样制备 4.2 地质力学测试分析 5 地应力场评价 5.1 水平主应力方向 5.2 垂向主应力 5.3 孔隙（流体）压力 5.4最小和最大水平主应力 5.5 现今应力状态评价 6 并壁稳定性评价 6.1 裂缝稳定性 6.2 破裂压力 6.3 塌压力 6.4 漏失压力 6.5 剪切滑移压力 6.6 钻井液安全密度窗口设计 7 压裂可压性评价 7.1 脆性指数 7.2 水平应力差异系数 7.3 应力品质系数 7.4 裂缝垂向扩展系数 10 7.5 可压性综合评价标准 10 SY/T 76172021 前言 本文件按照 GB/T 1.1一2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的 规定起草。 本文件由石油工业标准化技术委员会石油地质勘探专业标准化委员会提出并归口。 本文件起草单位：中国石油天然气股份有限公司浙江油田分公司、中国石油大学（北京)、中国 石油天然气股份有限公司西南油气田分公司、中国石油勘探开发研究院、中国石油集团东方地球物理 勘探公司、中国石油化工股份有限公司勘探分公司、西南石油大学、中海油能源发展股份有限公司工 程技术分公司。 本文件主要起草人：梁兴、鲜成钢、张朝、李兆丰、张介辉、梅珏、焦亚军、王维旭、王高成、 徐政语、朱斗星、舒红林、张磊、刘臣、石学文、覃军、赵春段、张廷山、魏祥峰、黎石松。 II SY/T 76172021 海相页岩地质力学评价规范 1 范围 本文件规定了海相页岩采样制备、地质力学测试及地应力场、钻井液安全密度窗口、压裂可压性 地质力学评价的主要流程、方法。 本文件适用于海相页岩地质力学评价。 2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文 件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适 用于本文件。 GB/T31483—2015页岩气地质评价方法 DZ/T 0276.6岩石物理力学性质试验规程第6部分：岩石硬度试验 DZ/T 0276.18岩石物理力学性质试验规程第18部分：岩石单轴抗压强度试验 DZ/T 0276.20 岩石物理力学性质试验规程 第20 部分：岩石三轴压缩强度试验 DZ/T 0276.21 岩石物理力学性质试验规程 第21部分：米 岩石抗拉强度试验 DZ/T 0276.24岩石物理力学性质试验规程 第24部分：岩石声波速度测试 SY/T 5163沉积岩中黏土矿物和常见非黏土矿物X射线衍射分析方法 SY/T 5408 沉积岩中黏土颗粒含量测定 3术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 地质力学geomechanics 运用力学和数学，研究油气储层在钻探工程作业实施和生产过程中的应力变形和破坏动态变化规 律及其影响的学科。 3.2 甜点段 sweet interval 含气性好，储集条件优越，可压性好，在现有技术经济条件下，具有商业开发价值的海相页岩气 层段。 4海相页岩采样制备与地质力学测试分析 4.1页岩岩心采样制备 4.1.1采样点应避开裂缝、孔洞、层间缝的位置。测试前宜使用微米CT扫描设备对岩样进行检测， 1 SY/T 76172021 以便剔除存在裂缝及孔洞的岩样。 4.1.2 对于不同岩性岩相的样品，每一种类型至少取五个样品。其他要求按 GB/T 31483 执行。 4.1.3甜点段采样间距不大于1.0m，甜点段内大于5cm非页岩夹层至少取1个样；非甜点段采样数 不低于5个；与甜点段紧邻的顶底板岩层，采样数各不低于三个。 4.1.4页岩样品应制备成圆柱体，不同分析测试项目样品规格见表1。 表1各实验样品制样规格 序号 试验项目 样品规格 1 声波速度 圆柱体：直径宜为24mm～54mm，高径比宜为2.0～2.5 2 巴西劈裂法测量抗拉强度 圆柱体：直径宜为48mm～54mm，高径比宜为0.5～1.0 3 单轴抗压强度 圆柱体：直径宜为24mm～54mm，高径比宜为2.0～2.5 三轴抗压强度 圆柱体：直径宜为24mm～54mm，高径比宜为2.0～2.5 4.1.5开展声波速度、单轴或三轴抗压强度试验时， 柱塞岩样按与页岩层理面呈0°、30°、45°、60°、 90°夹角共五个方向进行制样。 4.1.6声发射实验岩样应沿6个方向制备长方体试件（宽高比1：2)，每个方向加工3个试件，确保 各试件加载断面平整度。 4.2地质力学测试分析 4.2.1 岩石硬度试验，执行DZ/T 0276.6。 4.2.2岩石声波速度试验，执行DZ/T 0276.24。 4.2.3单轴抗压强度试验，测量无围压条件下的杨氏模量、 泊松比和单轴抗压强度，执行DZT0276.18 岩样轴向和径向应变测量执行如下规定： a）轴向和径向应变测定可采用电阻应变片、位移传感器和引伸仪技术，应变测量精度应达到 2.5×10-5 以上 ; b）至少有两个径向应变传感器应用于测量，求取两个应变的平均值； c）多角度取心岩样，开展不同方向单轴抗压强度试验，评价杨氏模量、泊松比和单轴抗压强度 与层面夹角的关系。 4.2.4单级三轴压缩强度试验，在原场围压条件下测量杨氏模量、泊松比、单轴抗压强度、内摩擦角 和内聚力，执行DZ/T 0276.20。各测量应满足如下规定。 a）试验原场围压根据地层平均有效应力设定。 b）一个试样在试验中屈服次数不少于3次： 1）轴向最大行程不小于50mm，动态加载频率0Hz ～10Hz，最大加载速度小于 700mm/min; 2）最大轴向压力不小于300kN，最大围压不小于120MPa，最大孔压不小于60MPa，压力传 感器精度不低于0.25%，围压分辨率不低于0.01MPa，体积分辨率不低于0.5cm； 3）加载速率为0.5MPa/s～0.8MPa/s，从实验室开始至岩样破坏时间不短于10min。 4.2.5多级三轴抗压强度实验，测量杨氏模量、泊松比、单轴抗压强度、内摩擦角和凝聚力。 4.2.6抗拉强度实验，执行DZ/T 0276.21。 4.2.7声发射实验，通过凯瑟尔实验测量声发射事件点来计算最大水平主应力值。加载系统加载速率 控制在样品应变率 10-°s-1 ～ 10-4s-l，声发射系统采用宽频探头、主频 75kHz ～ 125kHz，数据采样率 不低于 10MHz。 2 SY/T 76172021 4.2.8X射线一衍射测试，确定岩石全岩矿物和黏土矿物含量，执行 SY/T 5163、SY/T 5408。 5 地应力场评价 5.1 水平主应力方向 5.1.1宜根据直并并径或成像测并资料观测到的呈近180°对称的并壁崩落，确定由于并壁崩落引起 的椭圆井长轴方向，即为最小水平主应力方向。 5.1.2宜根据直并并径或成像测并资料观测到的以180°或近180°呈对称分布在并壁上的钻并诱导缝, 其平均走向即为最大水平主应力方向。 5.1.3在直井中根据正交偶极声波测井资料或声波扫描测井资料所确定的快慢横波方位，快横波方位 即为现今最大水平主应力方向。 5.1.4逐并或逐点确定出最大、最小水平主应力方位，确定区域的水平地应力方位分布。 5.2 垂向主应力 上覆岩层压力即垂向主应力用密度测井等资料计算，见公式（1)。 p. *gxdh (1) 式中: 垂向主应力，单位为兆帕 (MPa) ; P- 密度，单位为克每立方厘米 （g/cm); g 重力加速度，单位为牛每千克(N/kg) H 垂深，单位为米(m）； h 地层厚度，单位为米(m)。 5.3孔隙（流体）压力 5.3.1基于测井数据和地震速度模型等资料，宜采用适宜的孔隙压力公式进行预测。对常压地层，可 采用Bowers加载（压实）公式或其他孔隙压力预测方法；Bowers（1995）建议了初始加载（压实) 公式，见公式(2)。 ,-1524) P,=0 (2) A 式中： Pp 孔隙压力，单位为兆帕（MPa）； 纵波速度，单位为米每秒（m/s）； A、B校正参数。 对以生烃为主要超压机制的地层，如超压页岩气储层，Bowers 卸载（超压）公式见公式（3)。 P, = v-( (3) 式中，U是卸载参数，它表征岩石的塑性特征，当U1，表示岩石没有永久形变，加载和卸载公 式变成一致，当 U ℃，表示岩石完全不可逆形变。在实际应用中，U通常取值范围是3～８（Bowers, 1995)。 3