页岩的渗透率极低，统计表明，仅有少数天然裂缝十分发育的页岩气井可直接投入生产，而90%以上的页岩气井需要采取压裂等增产措施沟通天然裂缝，以提高井筒附近储集层的导流能力。硅质含量高的岩石脆性好，压裂时易形成多分枝结构的空间体积密网，压裂效果明显；而黏土含量高的储层具有可塑性，易吸收能量形成双翼平面裂缝，且消耗压裂能量，使得储层压裂的效果变差，效率变低（如图5—22所示）。由此可见，页岩压裂效果与岩石的矿物组分密切相关，评价页岩的脆性对压裂的效果和成本意义较大。
图5—22 页岩脆性与应力分布示意图（斯伦贝谢，2009）
Rickman等（2008）对Barnett页岩区多口井进行统计，得到地层脆性与岩石矿物组分关系图谱。如图5—23所示，图中不同颜色实心圆代表不同的井，实心圆越大表示地层脆性值也越大。从图中可以看出泥质含量增加时，脆性降低；当石英含量增加时，脆性升高。
图5—23 Barnett页岩区多口井地层脆性与岩石矿物组分关系图谱（Rickman等，2008）
Sondergeld等（2010）提出地层脆性与岩石矿物组分之间的关系：
式中，BI为脆性指数；cQtz为石英含量，%；cCarb为碳酸盐岩含量，%；cClay为黏土含量，%。由式（5—10）可知当泥质含量增加时，脆性降低；当石英含量增加时，脆性升高。
岩石的脆性还与其杨氏模量和泊松比有关。Rickman等（2008）介绍了利用杨氏模量和泊松比计算脆性指数的方法，计算公式如下：
式中，E为杨氏模量，单位为104 MPa；BRITYM为杨氏模量指数；σ为泊松比；BRITPR为泊松比指数；BI为脆性指数。(www.xing528.com)
图5—24是综合泊松比和杨氏模量关于脆性的交会图。泊松比的低值对应更脆的岩石，随着杨氏模量的增加，岩石将会变得更脆。因为泊松比和杨氏模量的单位不同，在计算脆性前需将各个量归一化，然后以相同百分比的形式平均作用到脆性指数上。塑性页岩分布在交会图中的右上方，脆性相对高的岩石位于左下角。
图5—24 泊松比和杨氏模量关于脆性的交会（Rickman等，2008）
Sondergeld等（2010）通过实际资料比较了脆性指数的两种计算方式的结果，如图5—25所示，第四道展示了由矿物成分得到的脆性指数曲线，第十道展示了由泊松比和杨氏模量计算得到的脆性指数曲线。第六道重叠显示了两种脆性曲线。两者是相似的，中间层比上层要更脆，但相比于下层的脆性要弱。脆性最好的页岩具有最多的石英和最少的黏土。两种脆性指数对岩石脆性的指示能力类似。
图5—25 基于成分和基于模量的两种脆性指数计算方法的比较（Sondergeld等，2010）
Barnett页岩气的成功开发推动了美国甚至是全球页岩气的工业革命，其成功的经验值得我们学习，但是我们应该注意所有的页岩储层不都是Barnett页岩的克隆，即使是Barnett页岩，本身的变化也相当大。岩石的硬度或脆性很大程度上取决于岩石的矿物成分，我们应该根据工区特征因地制宜地构建一个矿物含量定义相对脆性指数，来帮助评估岩石的可压裂性。Jarvie等（2007）和Rickman等（2008）对Barnett页岩测量的脆性指数和矿物之间的关系进行了分析总结，发现石英—碳酸盐岩—黏土的含量影响着观测结果，Barnett页岩脆性最强的部分具有大量的石英，脆性最弱的部分富集黏土矿物，富集碳酸盐岩的页岩脆性一般。根据石英—碳酸盐岩—黏土含量定义脆性指数：脆性指数（%）＝石英/（石英+碳酸盐岩+黏土）。Buller等（2010）分析发现典型的Haynesville页岩中以碳酸盐岩为主，而不是硅质矿物（石英），提出相对脆性指数（Relative Brittleness Index，RBI），公式如下：
φn是矿物体积分数；a是具体矿物的脆性因子；b是矿物分布因子。通过LIBS化学层序数据，可以准确求出每一种矿物元素相应的脆性因子和分布因子，代表各种矿物的力学性质、矿物颗粒之间的关系、岩石中所有矿物的分布。这里忽略颗粒间的关系，只考虑与脆性、塑性相关的代表矿物及含量，可以得到相对脆性指数：
基于上述结论表明，脆性的表征方式对评价脆性的高低极为重要。使用杨氏模量和泊松比的比值，理论上也可以表示脆性，所以利用叠前弹性参数反演方法来预测页岩脆性是具有一定理论依据的。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
